585

Федеральное агентство по образованию

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)

Кафедра проектирования автомобильных дорог

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по проектированию жестких дорожных одежд автомобильных дорог

по дисциплине «Изыскания и проектирование автомобильных дорог»

Составители: А.Г. Малофеев, И.А. Малофеева

Омск Издательство СибАДИ

2008

УДК 625.72 : 681.5 ББК 39.311

Рецензент канд. техн. наук, доц. И.Н. Папакин

Работа одобрена научно-методическим советом специальности 270205 в качестве методических указаний для студентов специальностей 270201 «Мосты и транспортные тоннели» и 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы» очной и заочной форм обучения.

Методические указания по проектированию жестких дорожных одежд автомобильных дорог по дисциплине «Изыскания и проектирование авто-

мобильных дорог» / Сост.: А.Г.Малофеев, И.А.Малофеева. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. – 56 с.

Рассмотрены типы жестких дорожных одежд, принципы их конструирования и порядок расчета. Приведены необходимые сведения по прочностным и упругим характеристикам применяемых в настоящее время дорожностроительных материалов и грунтам земляного полотна. Представлены конструкции температурных швов, устраиваемых в жестких монолитных покрытиях. В приложении на конкретных примерах выполнен расчет жесткой дорожной одежды с покрытием из цементобетона и асфальтобетонного покрытия на цементобетонном основании.

Методические указания будут полезны студентам при выполнении курсовых и дипломных проектов, а также инженерам-проектировщикам при проектировании дорог

Табл. 17. Ил. 4. Библиогр.: 11 назв.

Составители: А.Г.Малофеев, И.А. Малофеева, 2008

2

ВВЕДЕНИЕ

При строительстве автомобильных дорог и аэродромов в последнее время большое распространение получают жесткие дорожные одежды. Эти одежды имеют преимущества по сравнению с нежесткими: высокую долговечность, устойчивость при воздействии эксплуатационных и климатических нагрузок, беспыльность и водонепроницаемость, стабильность свойств материала покрытия при колебаниях температуры воздуха, малое сопротивление качению колес и высокий коэффициент сцепления колеса с покрытием, высокий уровень механизации при строительстве. Кроме того, ограниченные запасы в природе нефти, из которой получают дорожные битумы для строительства асфальтобетонных покрытий, высокая цена на нефть и нефтепродукты и повышенная долговечность жестких дорожных одежд показывают преимущества их по сравнению с нежесткими. В качестве вяжущего для приготовления цементобетона применяются известняки, запасы которых имеются в неограниченном количестве. Этим доказывается эффективность расширения объемов строительства автомобильных дорог с жесткими дорожными одеждами, максимального использования в конструктивных слоях, укрепленных неорганическими вяжущими, грунтов и отходов промышленности.

Для обеспечения заданной надежности и долговечности необходимо технически грамотно выполнить проектирование жестких дорожных одежд. Конструирование и расчет жестких и нежестких дорожных одежд имеют значительные отличия. Цель данных методических указаний – помочь студенту при выполнении курсового и дипломного проектов запроектировать жесткую дорожную одежду с заданными сроком службы и надежностью и обеспечить ее долговечность.

В методических указаниях приведены порядок расчета прочности дорожной одежды с монолитным цементобетонным покрытием и основанием, примеры расчета, представлены необходимые формулы и справочный материал для расчета.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДОРОЖНЫХ ОДЕЖДАХ

Различают два типа дорожных одежд: жесткие и нежесткие. К жестким относятся дорожные одежды, имеющие покрытия:

3

из цементобетона на основаниях из различных материалов (укрепленных и неукрепленных);

из асфальтобетона на основаниях из цементобетона разной прочности;

сборное железобетонное на основаниях различных видов.

К нежестким дорожным одеждам относят одежды со слоями, устроенными из

разного вида асфальтобетонов (дегтебетонов);

материалов и грунтов, укрепленных битумом, цементом, известью, комплексными и другими вяжущими;

слабосвязных зернистых материалов (щебня, шлака, гравия и др.).

Различают следующие элементы дорожной одежды.

Покрытие – верхняя часть дорожной одежды, состоящая из одного или нескольких единообразных по материалу слоев, воспринимающая усилия от колес транспортных средств и подвергающаяся непосредственному воздействию атмосферных факторов.

По поверхности покрытия могут быть устроены слои поверхностных обработок различного назначения (слои для повышения шероховатости, защитные слои и т.п.).

Между покрытием и основанием при необходимости укладывают выравнивающий слой из обработанных вяжущими зернистых материалов, который в качестве конструктивного слоя одежды не рассматривается и в расчетах не учитывается. Выравнивающий слой предназначен для устранения неровностей основания и обеспечения ровности слоев покрытия и возможности перемещения плит покрытия при изменении температуры. Если неровности основания не превышают 1 см, то допускается не устраивать выравнивающий слой, а применять только слой, прерывающий сцепление плит с основанием

ислужащий изолятором против высыхания бетона в раннем возрасте

ипоявления в покрытии усадочных трещин.

Основание – часть дорожной одежды, обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на нижележащие дополнительные слои или грунт земляного полотна.

Различают несущую часть основания (несущее основание) и дополнительные слои основания.

Несущая часть основания должна обеспечивать прочность дорожной одежды и быть морозоустойчивой.

Дополнительные слои основания – слои между несущим основа-

4

нием и подстилающим грунтом, предусматриваемые при наличии неблагоприятных погодно-климатических и грунтово-гидрологических условий. Эти слои совместно с покрытием и основанием должны обеспечивать необходимые морозоустойчивость и дренирование конструкции и создавать условия для снижения толщины вышележащих слоев из дорогостоящих материалов. В соответствии с основной функцией, которую выполняет дополнительный слой, его называют:

морозозащитным;

теплоизолирующим;

дренирующим.

Кдополнительным слоям и прослойкам относят также гидро-

ипароизолирующие, капилляропрерывающие, противозаиливающие

идр. Дополнительные слои устраивают из песка и других местных материалов в естественном состоянии или укрепленных органическими, минеральными или комплексными вяжущими, из местных грунтов, обработанных вяжущими, из укрепленных смесей с добавками пористых заполнителей и т.д., а также из различного рода специальных индустриально выпускаемых материалов (геотекстиль, пенопласт, полимерная пленка и т.п.).

При применении дополнительных слоев необходимо учитывать технологические проблемы, связанные с движением по этим слоям построечного транспорта.

Рабочий слой земляного полотна (подстилающий грунт) – верхняя часть полотна в пределах от низа дорожной одежды до 2/3 глубины промерзания, но не менее 1,5 м от поверхности покрытия.

Кроме конструктивных слоев одежды различают краевую укрепительную полосу, обочину, откосы.

Капитальную и облегченную дорожные одежды с усовершенствованным покрытием проектируют с таким расчетом, чтобы за межремонтный срок не возникло разрушений и остаточных деформаций, а воздействие природных факторов и автомобилей не приводило

кухудшению ровности покрытия ниже допустимых норм. Облегченные дорожные одежды с усовершенствованными покры-

тиями рассчитывают на менее продолжительный межремонтный срок службы, чем капитальные одежды. Это позволяет применять менее долговечные и менее дорогие материалы.

При конструировании дорожной одежды необходимо соблюдать следующие принципы:

а) тип дорожной одежды и вид покрытия, конструкция одежды в

5

целом должны удовлетворять транспортно-эксплуатационным требованиям, предъявляемым к дороге соответствующей категории и ожидаемым в перспективе составу и интенсивности движения с учетом изменения интенсивности движения в течение заданных межремонтных сроков и предполагаемых условий ремонта и содержания;

б) конструкция одежды может быть принята типовой или разработана индивидуально для каждого участка или ряда участков дороги, характеризующихся сходными природными условиями (грунт рабочего слоя земляного полотна, условия его увлажнения, климат, обеспеченность местными дорожно-строительными материалами и др.) с одинаковыми расчетными нагрузками.

При выборе конструкции одежды для конкретных условий предпочтение следует отдавать проверенной на практике в данных условиях типовой конструкции. Следует помнить, что так называемые типовые конструкции строились по традиционным принципам, когда повсеместно в качестве основания применялись щебеночные смеси и обеспечить при этом достаточную долговечность одежды было практически невозможно;

в) в районах, недостаточно обеспеченных стандартными каменными материалами, допускается применять местные каменные материалы, побочные продукты промышленности и грунты, свойства которых должны быть улучшены обработкой их вяжущими (цемент, битум, известь, активные золы и др.). Одновременно надо стремиться к созданию конструкции, по возможности наименее материалоемкой;

г) конструкция должна быть технологичной и обеспечивать возможность максимальной механизации и индустриализации дорожностроительных процессов. Для достижения этой цели число слоев и видов материалов в конструкции должно быть минимальным;

д) при конструировании необходимо учитывать реальные условия проведения строительных работ (летняя или зимняя технология и др.).

При назначении типов покрытия для разных вариантов конструкций дорожных одежд следует руководствоваться положениями действующих стандартов и норм на дорожно-строительные материалы и изделия и нормами проектирования автомобильных дорог.

При выборе материалов для устройства слоев дорожной одежды необходимо учитывать следующие положения: покрытие и верхние слои основания должны соответствовать проектным воздействующим нагрузкам и быть водо-, морозо- и термоустойчивыми.

Проектирование дорожных одежд с учетом свойств земляного

6

полотна представляет собой единый процесс конструирования и расчета их на прочность, деформативность, морозоустойчивость и дренирующую способность, а также технико-экономического обоснования вариантов.

Сроки службы жестких дорожных одежд определяются долговечностью материала верхнего слоя покрытия, для дорожных одежд капитального типа с цементобетонным покрытием они составляют не менее 25 лет, а для дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием на бетонном основании – не менее 20 лет. Допускается проектировать конструкции на длительную перспективу по технико-экономическим соображениям со сроком службы 35 – 50 лет.

Дорожные одежды рассчитывают с учетом состава транспортного потока перспективной интенсивности движения к концу срока службы, грунтовых и природно-климатических условий.

2. ТИПЫ ЦЕМЕНТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ

Покрытие состоит из нескольких конструктивных слоев, выполняющих различное назначение. В покрытии различают верхний и нижние слои – основание (искусственное и естественное). Верхний слой покрытия непосредственно воспринимает нагрузку от колес автомобилей, подвергается воздействию атмосферных факторов.

Взависимости от конструкции верхнего слоя жесткие покрытия подразделяются на: бетонные; армобетонные; железобетонные; монолитные предварительно-напряженные железобетонные; сборные из предварительно-напряженных плит заводского изготовления.

Искусственное основание – несущая часть конструкции, которая обеспечивает совместно с верхним слоем передачу усилий на грунтовое основание.

Всостав искусственного основания могут входить дополнительные слои из щебня, гравия, песка и других местных материалов, которые одновременно могут выполнять функции дренирующих, морозозащитных, противозаиливающих и капилляропрерывающих слоев.

3.ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

Цель конструирования дорожной одежды – выбрать материалы, определить количество слоев и их размещение по глубине. При этом необходимо:

7

1)предусматривать при необходимости максимальное использование местных строительных материалов;

2)стремиться к уменьшению количества слоев;

3)предусматривать проезд построечного транспорта по основа-

нию;

4)обеспечивать соответствие конструкции дорожной одежды технологии ее строительства и наибольшую механизацию работ;

5)учитывать категорию дороги, состав транспортного потока, интенсивность движения, напряженное состояние и механизм деформирования отдельных слоев и конструктивных элементов;

6)устанавливать срок службы покрытия и всей дорожной одежды до капитального ремонта;

7)учитывать природно-климатические и гидрогеологические условия местности (включая возведение высоких насыпей);

8)предусматривать условия и возможность дальнейшего поэтапного усиления, уширения и повышения капитальности автомобильной дороги.

Выравнивающий слой назначают для устранения неровностей основания и обеспечения ровности слоев покрытия и возможности перемещения плит покрытия при изменении температуры. Если неровности основания не превышают 1 см, то допускается не устраивать выравнивающий слой, а применять только слой, прерывающий сцепление плит с основанием и служащий изолятором против высыхания бетона в раннем возрасте и появления в покрытии усадочных трещин.

Выравнивающие слои устраивают из укрепленного вяжущим песка. Если этот слой впитывает воду из бетонной смеси, то его закрывают изолирующим слоем или увлажняют непосредственно перед укладкой бетонной смеси в покрытие.

В зависимости от категории дороги, вида бетоноукладочного оборудования, устойчивости верхней части земляного полотна и способности его накапливать пластические или неравномерные деформации основание устраивают из бетона низких марок по прочности (Вbtb 0,8 – Вbtb 1,2); из нерудных материалов и грунтов, укрепленных неорганическим вяжущим, из щебня, шлака или гравия либо из песка.

Толщину и вид основания определяют расчетом.

При низкой интенсивности автомобильного движения и при строительстве покрытий легкими бетоноукладочными машинами с боковой или центральной загрузкой допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании устройство покрытия на

8

песчаном основании, выполняющем одновременно роль дренажного и морозозащитного слоя.

Для исключения образования в слое песчаного основания колей от автомобилей-самосвалов основание должно быть укреплено путем устройства слоя из щебня, шлака или гравия толщиной 10 – 12 см, причем только в местах пропуска автомобилей-самосвалов, подвозящих цементобетонную смесь.

Минимальная толщина основания из бетона низкой прочности – 14 см; из нерудных материалов, укрепленных неорганическими вяжущими, – 16 см; из щебня, шлака или гравия – 15 см.

Толщина укрепленного вяжущими основания, по которому уже в раннем возрасте начинается движение гусеничных бетоноукладчиков, должна быть не менее 18 см, марка – Rc 7,5.

При бетонировании покрытия гусеничными бетоноукладчиками со скользящими формами ширина укрепленного основания должна быть шире покрытия на 1,05 м с каждой стороны.

В слое укрепленного вяжущими основания рекомендуется устраивать поперечные швы через каждые 20 – 30 м, смещенные относительно швов в покрытии не менее чем на 1 м, путем закладки в нижнюю часть основания деревянных брусков высотой 4 – 7 см.

Во избежание появления трещин в основании под поперечными швами покрытия основание не должно сращиваться с плитами покрытия, что достигается укладкой прерывающих сцепление материалов.

Дополнительный слой основания устраивают из дренирующих, не подверженных пучению, материалов (песка, шлака, высевок, ракушечника и пр.).

Дополнительный слой основания должен иметь водослив – сплошные или прерывистые выходы дренирующего материала на откосы земляного полотна и нижнюю плоскость (поверхность земляного полотна) с поперечным уклоном.

Для улучшения водоотвода можно применять геотекстиль в виде сплошного или прерывистого слоя. Для уменьшения подтока влаги снизу можно предусматривать прерывающие прослойки из синтетических пленок.

Толщина дополнительногослоя основания определяетсярасчетом. Дополнительный слой, выполняющий морозозащитную функцию, может быть заменен грунтом, обработанным (в смесителе) гидрофобизирующими материалами. При небольшой интенсивности

движения он может работать и в качестве основания.

9

Краевые укрепленные полосы устраивают из цементоили асфальтобетона на бетонном основании, как правило, по типу основной дорожной одежды без устройства продольных швов.

Ширина краевых полос на дорогах I – II категорий – не менее 75 см, более низких категорий – не менее 50 см. Толщина краевых полос должна быть равна толщине покрытия.

Бетонные полосы разделяют поперечными швами, которые должны быть продолжением швов в покрытии. При устройстве бетонных покрытий со шпунтами на боковых гранях и при отсутствии штырей в поперечных швах бетонных покрытий в швах краевых полос ставят штыри – по одному-два стержня длиной 50 см и диаметром 16 – 18 мм по типу штырей в швах сжатия и расширения в покрытии (с обмазкой и с колпачками в швах расширения).

Бетонные краевые полосы швами от покрытия не отделяются. При устройстве вместо краевых полос уширения шириной более 3 м последние отделяются от бетонного покрытия пазами с заполнением их по типу шва сжатия. Поперечные швы полос уширения по конструкции и по месту расположения должны совпадать с поперечными швами покрытия.

4. КОНСТРУКЦИИ МОНОЛИТНЫХ ЦЕМЕНТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ

Толщина бетонных покрытий должна быть, как правило, одинаковой по всей ширине проезжей части. На шестиполосных покрытиях толщину крайних внешних полос допускается увеличивать на 2 см для обеспечения проезда тяжелых автомобилей. Бетонные покрытия могут быть однослойными или (при наличии соответствующего технологического оборудования) двухслойными, устраиваемыми методом сращивания слоев с одновременным уплотнением верхнего и нижнего слоев, с толщиной верхнего слоя не менее 6 см.

Толщина монолитного бетонного покрытия определяется расчетом. Для нормативной нагрузки 50 кН на колесо минимальную толщину покрытия принимают по табл. 1.

Впокрытии устраивают продольные и поперечные швы (сжатия

ирасширения), делящие покрытие на плиты определенной длины и ширины. В конце рабочей смены или при длительных перерывах в бетонировании (более 2 – 4 ч) устраивают рабочие швы по типу швов

10