2308

томобильно-дорожной академии (СибАДИ, проф. А.В. Смирнов), их ранее делили по степени пластичности на два типа: жесткие и нежесткие. Эти свойства жесткости будут рассмотрены ниже, а здесь следует отметить влияние этих типов покрытий на технологию их устройства. Монолитные цементобетонные покрытия устраивают из «литых» или «жестких» цементобетонных смесей при водоцементном отношении 0,20÷0,45, их технологию уместно назвать «мокрой». Асфальтобетонные горячие смеси уплотняют в покрытии укаткой при температуре 110÷130 ºС, такую технологию уместно назвать «горячей». Вместе с высокой прочностью и долговечностью «мокрые» технологии по строительству монолитных покрытий и оснований ограничены теплым строительным сезоном (tвозд > 0 ºС) и требуют выдержки слоев в течение 28 суток. «Горячие» технологии не требуют выдержки, но также ограничены строительным периодом (tвозд > 0 ºС). Стремление исключить влияние погодно-климатических условий на «мокрые» и «горячие» технологии строительства покрытий привело к их изготовлению на заводах в виде сборных плит с последующей сборкой на дорогах даже при отрицательных температурах. Таким образом, были созданы десятки разновидностей сборных плит покрытий, пригодных для строительства дорог на слабых грунтах и в зимнее время.

На рис. 1.4 приведены лишь несколько дорожных конструкций. В действительности в практике дорожного строительства России применяют гораздо большее число вариантов, которое возникает от освоенности до- рожно-строительными организациями (или компаниями) разнообразных технологий и материалов. Количество вариантов равнопрочных дорожных конструкций с асфальтобетонным или цементобетонным покрытием и с укрепленным монолитным или дискретным основанием может достигать 80. Однако не все они полностью могут быть использованы для строительства в разное время года. Например, песчаный подстилающий слой и щебеночное основание конструкций под номерами 3, 5, 6, 8, 9 и 11 могут быть построены в зимнее время, что обеспечит ритмичность строительного процесса.

При разнообразии конструкционных, функциональных и технологических свойств дорожных конструкций целесообразно их характеризовать по степени жесткости, характеризующей гибкость плиты покрытий дорожной конструкции.

В последние годы можно отметить конструктивное улучшение дорожных конструкций. На рис. 1.5 показана дорожная конструкция из монолитного покрытия, подстилаемого скрытоколейным элементом, усиливающим основание в местах концентрации проходов колес автотранспорта.

Рис. 1.4. Дорожные конструкции с цементобетонными и асфальтобетонными покрытиями для дорог I, II, III и IV категорий: 67 – толщина дорожной конструкции в см; Е0 = 41 МПа – модуль упругости суглинка тяжелого при относительной влажности Wот = 0,7; Щ – щебень фракционный I марки; Щ I–IV – щебень рядовой I–IV марок; П – песок; С+Ц – супесь тяжелая, суглинок, укрепленные цементом I класса (марка прочности). В общее число автомобилей входят автомобили с нагрузкой на ось 100 кН 20–50 %, автомобили грузоподъемностью 2–5 т – 20–25 %, легковые автомобили – 20–55 %. Контрольные динамические прогибы от нагрузки 50 кН для конструкций 1, 2 и 3 соответственно 0,14; 0,2 и 0,37 мм, а для конструкций 3, 4, 5 – 0,32 мм; 6, 7, 8 –

0,57 мм; 9, 10, 11 – 0,87 мм

В такой конструкции под цементобетонной плитой не образуется полости, а в асфальтобетонном покрытии не образуется колея. Такие кон-

струкции требуют высокоточных строительных технологий. Усовер-

шенствование сборных дорожных конструкций происходит путем усиления несущими элементами грунтового основания по периметру плит покрытий (рис. 1.6), обеспечивая существенное снижение вертикального прогиба краев и кромок плиты от автомобильной нагрузки.

Равнопрочная одежда

Скрытоколейный элемент

Земляное полотно

Рис. 1.5. Скрытоколейная дорожная одежда для дорог II категории

Рис. 1.6. Сборное покрытие на грунтовом основании, усиленном несущими элементами

На рис. 1.7 представлена конструкция покрытия из квадратных и прямоугольных плит на основании из железобетонных элементов – лежней и крестовин, предложенная А.В. Яковлевым. При устройстве покрытия вначале выкапывают неглубокие рвы для укладки крестовин и лежней вровень с грунтом основания. Крестовины и лежни можно также укладывать

непосредственно на спланированную поверхность грунтового основания, а между крестовинами и лежнями вровень с их поверхностью отсыпать слой песка или щебня. Плиты укладывают на крестовины и лежни. При такой конструкции покрытия обеспечивается прочное основание под наиболее напряженными частями плиты – краями и углами. Однако такая конструкция не обеспечивает плотного контакта плиты с основанием в центральной части, что приводит к перерасходу материалов для обеспечения требуемой прочности центра плиты.

Рис. 1.7. Конструкция сборного покрытия из плит системы А.В. Яковлева с боковыми лежнями и крестовинами под весьма тяжелую нагрузку (30 т на ось) для временных дорог: 1 – лежень; 2 – плита; 3 – крестовина

На рис. 1.8 приведена конструкция покрытия А.В. Яковлева, являющаяся развитием предыдущей, в которой вместо каркаса основания из лежней и крестовин применены бетонные замковые подушки, укладываемые под углами плит. При такой конструкции расход материалов на покрытие в целом уменьшается по сравнению с описанным выше, однако значительно ухудшается контакт плит с основанием не только в центральной части, но и на краях плиты.

Рис. 1.8. Конструкция сборного покрытия из плит А.В. Яковлева с замковыми подушками

Рис. 1.9. Колейное покрытие с железобетонными подкладками под стыками плит: 1 – железобетонные колейные плиты; 2 – песчаная подушка; 3 – железобетонные подкладки под плиты

На рис. 1.9 представлено колейное покрытие из железобетонных плит с подкладками под стыками плит. Оно применяется при движении однотипного транспорта в одном направлении и при малой интенсивности движения.

Наиболее распространенной конструкцией сборных покрытий является такая, при которой плиту укладывают непосредственно на слой основания или земляного полотна. Конструкция покрытия с многослойным основанием представлена на рис. 1.10.

Рис. 1.10. Конструкция сборного покрытия с многослойным основанием: 1 – сборные плиты; 2 – обочина; 3 – сухая цементно-песчаная смесь; 4 – грунт,

укрепленный битумом или цементом; 5 – земляное полотно

Показатель гибкости плиты покрытия проезжей части дороги определяют как

S 3 E0 1 20 b2 3 ,

H 3 E1 1 12

где Е0, Е1 – модули упругости основания и покрытия; μ0, μ1 – коэффициенты Пуассона основания и покрытия; Н – толщина плиты покрытия; b – ширина плиты.

При S < 0,5 плиту считают абсолютно жесткой и при нагружении она не прогибается, а только вдавливается в основание. Никаких признаков гибкости у такой плиты нет.

При 0,5 < S < 10 плиту считают как имеющую конечную жесткость (с признаками гибкости) и ей свойственны прогиб и осадка при нагрузке

Р (рис. 1.11, а, б).

При S > 10 плиту считают маложесткой, гибкой и бесконечной в плане. В этом случае плита при загрузке от Р проявляет гибкость, выражающуюся в многократных перегибах и волнообразных изгибах на значительном расстоянии от нагрузки (теоретически до бесконечных).

Для асфальтобетонных покрытий дорог с модулем упругости

Е1 = 5000 МПа и μ1 = 0,20, модулем упругости основания Е0 = 120 МПа и μ2 = 0,3 плиты покрытий гибкие при толщине от 5 до 35 см, конечно-

жесткие от 35 до 55 см и абсолютно жесткие при толщине 55 см и бо-

лее (см. рис. 1.11, б).

а)

б)

Рис. 1.11. Зависимость показателя гибкости дорожных покрытий от толщины: а – для цементобетонных покрытий; б – для асфальтобетонных покрытий

жесткими от 15 до 59 см и абсолютно жесткими при толщине свыше

59 см (см. рис. 1.11, а).

2. ТРАНСПОРТНЫЕ НАГРУЗКИ И НАПРЯЖЕНИЯ В КОНСТРУКЦИЯХ. КРИТЕРИИ УСТОЙЧИВОСТИ КОНСТРУКУЦИЙ

Нагрузки от автотранспорта и воздушных судов на покрытия дорог и аэродромов могут быть статическими и динамическими. Статические нагрузки возникают на местах стоянок, остановках. Динамические нагрузки возникают в процессе движения и при сравнительно высокой скорости, кратковременны и подобны ударным или импульсным нагрузкам. Ударные нагрузки возникают и при резком изменении микропрофиля покрытий дорог и аэродромов: на уступах плитных покрытий, на гребнях и впадинах регулярных и случайных неровностей.

Подвижные динамические вертикальные нагрузки от колес автотранспорта или самолетов сопровождаются обычно горизонтальными (касательными) нагрузками, действующими в плоскости контакта колес с покрытием. Касательные нагрузки, возникающие как реакция на преодоление качения колеса, составляют обычно 3–5 % от вертикальных и направлены в сторону, противоположную движению колеса. Касательные нагрузки от торможения также противоположны направлению движения, зависят от степени шероховатости покрытий и составляют от 1–5 % (обледенелое покрытие) до 35–55% (сухое покрытие) от вертикальных. Таким образом, при движении результирующие нагрузки наклонены к плоскости опирания и

φк.т – коэффициент сопротивления качению или коэффициент трения. Результирующая нагрузка от пневматических шин колес авто-

транспортных средств и воздушных судов распределяется по опорной поверхности, обычно по площадке, в виде эллипса. В центре эллипса удельная нагрузка (контактное давление) максимально, а по периметру – равна нулю. Для упрощения процедуры расчета напряженно-деформированного состояния слоев дорожных и аэродромных одежд нагрузку от колеса Р, распределенную неравномерно по эллиптическому отпечатку на опорной поверхности, заменяют удельной нагрузкой g0, равномерно распределен-

История развития автомобилизации и дорожного строительства от конных экипажей до тяжелых автопоездов отмечает периодические изменения в течение прошедшего столетия в конструкциях транспортных средств в сторону увеличения скоростей движения, массы перевозимых грузов, пассажировместимости, числа осей, числа колес, нагрузок на оси и колеса и давлений от них на покрытия дорог. Эти тенденции почти повсеместно в мире ограничиваются возможностями дорог в части несущей способности и транспортно-эксплуатационных качеств. Поэтому в большин-

стве стран мира в начале третьего тысячелетия действуют ограничения весовых параметров автотранспортных средств, определяющие их конструкции (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Национальные ограничения весовых параметров автотранспортных средств в странах Европы, СНГ и Балтии