14.5.Критерии предельного состояния дорожных одежд

Внастоящее время среди специалистов в области прочности до-

Еmin – минимальныйАтре уемый общий модуль упругости конструкции, МПа, определяется в зависимости от суммарной интенсивности движения расчетных автомо илей за период службы дорожной одежды; Кпртр – требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по

критерию упругого прогиба, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности (табл. 15.5).

По этому критерию прочности проектируют только нежесткие

где Т – активное расчетное напряжение сдвигаИ(часть сдвигающего напряжения, непогашенная внутренним трением) в расчетной (наиболее опасной) точке конструкции от действующей временной нагрузки; Тпр – предельная величина активного напряжения сдвига (в той же точке), превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг;

растягивающие напряжения в монолитных слоях покрытий (пакете слоев из асфальтобетона)

206

где r – наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, устанавливаемое расчетом; Кпртр – требуемый коэффициент проч-

ности с учетом заданного уровня надежности (см. табл. 15.5); RN – прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлен й;

допуст мая вел чина морозного пучения покрытия

Асфальто

Действующие рекомендацииДраспространяются на проектирование жестких дорожных одежд на автомобильных дорогах общего пользования, внутрихозяйственных сельских дорогах и подъездных дорогах к промышленным предприятиям. Однако полученное решение не является окончательным. Во всех случаях выбор в пользу жестких дорожных одежд должен подтверждатьсяИтехникоэкономическими расчетами вариантов по критерию минимума суммарных приведенных строительных и эксплуатационных затрат.

14.6. Особенности проектирования жестких дорожных одежд

По технологии строительства цементобетонные покрытия и оснований подразделяют на монолитные и сборные.

Сборные покрытия состоят из бетонных плит, которые изготавливают в заводских условиях и укладывают на дороге кранами или другими видами монтажного оборудования. В отличие от монолитных сборные покрытия применяют на участках дорог специального

207

назначения или временных дорог, к которым не предъявляются повышенные требования по транспортно-эксплуатационным качествам (ровности). В частности, эти покрытия особенно целесообразно применять на дорогах нефтяных и газовых промыслов, в районах промышленного, гидротехнического и других видов строительства, а

Стакже в крупных карьерах, на лесоразработках и на участках дорог в местах срочного пропуска транспортных средств при ремонте дорожного покрыт я.

По конструкц цементобетонные покрытия подразделяются на степенинеарм рованные, арм рованные и предварительно напряженные.

реди арм рованных покрытий различают следующие виды по насыщен я сечения продольной арматурой: до 0,25% – арми-

рованные покрыт я; 0,4% – железобетонные; 0,4 – 0,7% – непрерывно арм рованныебА.

Особенностью непрерывно армированных покрытий является отсутств е в покрыт поперечных деформационных швов, функцию которых част чно выполняют значительное число поперечных волосяных трещ н, о разующихся в покрытии в процессе эксплуатации на расстоянии 0,3 – 3 м друг от друга. Несмотря на эффективность таких покрытий, в отечественной практике строительства автомобильных дорог они не нашли широкого применения.

Предварительно напряженные покрытия представляют собой конструкцию, обладающую повышеннойДтрещиностойкостью и работоспособностью в процессе эксплуатации, благодаря предварительному обжатию бетона (до 1 МПа) в ходе строительства автомобильной дороги. По способу создания предварительного напряжения монолитные покрытия делят на покрытия с внешним безарматурным обжатием бетона и с предварительно напрягаемойИарматурой (струны, пучки, стержни периодического профиля).

В струнобетонных покрытиях предварительное напряжение создается высокопрочной стальной проволокой диаметром 4 – 5 мм с пределом прочности 1600 МПа, напрягаемой до бетонирования и отпускаемой на бетон после достижения им 70 – 80% проектной прочности. За счет предварительного напряжения удается значительно снизить толщину этих покрытий (до 10 – 15 см), что позволяет рассматривать струнобетонные покрытия как весьма экономичные.

Для предотвращения образования случайных трещин в покрытии устраивают продольные и поперечные швы (рис. 14.3). Средипоперечныхшвовразличаютшвырасширения,сжатия,контрольныеирабочие.

208

на примыканиях покрытий к мостам, путепроводам и в местах пересечения бетонных покрытий в одном уровне. Швы сжатия устраивают между швами расширения с целью предупреждения образования случайных поперечных трещин при совместном действии температуры, усадки бетона и нагрузок от движущихся автомобилей.

209

Расстояние между швами сжатия (длину плиты) назначают по расчету в зависимости от толщины плиты и климатических факторов, но не более:

25h – на укрепленном основании и на устойчивом земляном полотне;

С22h – на земляном полотне с ожидаемыми неравномерными осадками, включая насыпи высотой более 3 м;

20h – в местах перехода из выемок в высокие насыпи, в местах примыкан я к скусственным сооружениям и в покрытиях шириной 6им менее.

бАРис. 14.4. Конструкция шва расширения:

1 – прокладка из выдержанной в воде древесины; 2 – каркас для фиксации прокладки и штырей, свариваемых в кондукторе; 3 – штыри в битумной изоляции, привязываемые к каркасу; 4 – температурный компенсатор (колпачок), обеспечивающий смещение штыря в бетонеДне менее чем на 2 см; 5 – заполнитель (герметик)

При ширине покрытия более 5 м устраивают продольные швы коробления, исключающие образование трещин в покрытии при перепаде температур по толщине плиты. И

Расстояние между швами расширения назначают в зависимости от температуры воздуха во время бетонирования, толщины покрытия и климатических условий района расположения дороги.

Контрольные швы устраивают в свежеуложенном бетоне через каждые 2 – 3 плиты по типу поперечных швов сжатия для предотвращения растрескивания покрытия в раннем возрасте.

Рабочие швы устраивают по типу швов сжатия в конце рабочей смены или при перерыве бетонирования более чем на 2 – 4 ч.

Для исключения образования значительных уступов в швах (допускается 3 мм) и обеспечения передачи нагрузки с одной плиты на другую края плит вдоль швов соединяют стальными штырями.

210

Расчетная прочность (трещиностойкость) и надежность покрытия обеспечивается при следующем условии:

Сгде pt – напряжения растяжения при изгибе, возникающие в бетонном покрытии от совместного действия нагрузки и перепада температуры по толщ не пл ты; Rри – расчетная прочность бетона на растяжение при зг бе, определяемая с учетом нарастания прочности бетона во времени коэффициента усталости бетона при повторном на-

где Кнп – коэфф ц ент нарастания прочности бетона (Кнп = 1,0–1,2 соответственно для условий сухого, жаркого и умеренного климата); Кf – коэфф ц ент, уч тывающий воздействие попеременного замо- раживания-оттаивания, равный 0,95; Rtb – средняя прочность бетона на растяжение при изги е, соответствующая принятому классу бетона по прочности Вtb .

Расчетное значение модуля упругости Е выбирают в зависимости от используемого класса бетона по прочности.

Расчетные значения коэффициента Пуассона и коэффициента линейного температурного расширения бетона принимают соответст-

где р – напряжение растяжения при изгибе на подошве плиты в расчетном сечении от автомобильной нагрузки, МПа; T – температурное напряжение, МПа.

Температурные напряжения и напряжения от вертикальной нагрузки рассчитывают по формулам теории упругости для плит, лежащих на упругом основании или частично опертых на него.

Расчетную прочность бетона на растяжение при изгибе уточняют с учетом нормативной надежности покрытия:

211

где bR – коэффициент, зависящий от заданного уровня надежности; CR – коэффициент вариации прочности бетона на растяжение при изгибе, устанавливаемый по результатам испытания бетона.

Для определения фактического количества приложений расчетных напряжений Nф необходимо знать повторяемость напряжений в покрытии от разных автомобилей в составе движения, а также численное значение и длительность температурных напряжений в покрытии.

Изг бающ е моменты определяют при приложении нагрузки в центре, на краю, на углу и на торце в продольном и поперечном

где Rd – сопротивление асфальтобетона на растяжение при изгибе;

R – радиус отпечатка колеса расчетной нагрузки, м; К – коэффици-

ент усталости, учитывающий многократное приложение нагрузки в течение суток; а – коэффициент Пуассона для асфальтобетона ( а = 0,22); Са – сцепление между слоем асфальтобетона и цементобетона, не превышающее сцепление в слое асфальтобетона (при отсутствии гарантированного сцепления принимаетсяИСа = 0).

Дуа

Перед расчетом дорожных одежд по прочности назначают конструкцию, выбирают конструктивные слои и материалы, из которых они будут устраиваться. Минимальную толщину конструктивных слоев в уплотненном состоянии регламентируют сводами правил (табл. 14.7), максимальную толщину – технологическими требованиями – возможностью уплотнить слой до требуемого уровня.

212

Упруг е прочностные характеристики материалов и грунтов земляного полотна получают из нормативных документов с учетом числа приложений расчетной нагрузки за срок службы дорожной одежды [24, 26].

ся условия тока грунтовых вод за счет дополнительного давления насыпи на естественное основание, которое может привести к подъему уровня грунтовых вод. Это явление очень часто наблюдается на территории городов после строительства зданий: происходит подъем уровня грунтовых вод. Дорожные нормативы рекомендуют, чтобы рабочий слой на глубину 1,2 м от поверхности цементобетонных и на глубину 1,0 м асфальтобетонных покрытий во II дорожноклиматической зоне и на 1,0 и 0,8 м соответственно в III дорожноклиматической зоне должен состоять из непучинистых или слабопучинистых грунтов. В большинстве регионов нашей страны имеем пучинистые грунты, и это условие необходимо соблюдать пу-

213

тем устройства верхних слоев земляного полотна из песчаных грунтов либо отходов промышленности с малым значением пучинистости. В качестве таких материалов можно применять золошлаковые смеси тепловых электростанций [32, 34].

При развитии вычислительной техники в настоящее время проек- Стирование дорожных одежд выполняют с применением программных продуктов, таких как Robur, Rodon, Indorpavement и другие. С помощью программных продуктов выполняют расчет дорожных одежд по принятым кр тер ям прочности и формируют отчеты с вариантами чертежей конструкц дорожной одежды. Использование программных продуктов позволяет снизить трудоемкость вычислений и рассмотреть большое кол чество вариантов конструкций. Следует ис-

пользовать серт ф ц рованные программные продукты, ориентированные на нац ональные нормативные документы.

тивные меропрнеобходят я по улучшению водно-теплового режима дорожной конструкции. СледуетАучитывать нормативные документы на про-

ектирование дорожных одежд, которые содержат большую базу по материалам конструктивных слоев. Результаты проектирования во многом зависят от квалификации пользователя программным продуктом.

В последнее время в конструкцияхДдорожных одежд стали применять новые материалы и армирующие элементы, повышающие несущую способность и долговечность дорожных одежд.

В процессе эксплуатации дорожной одежды под воздействием климатических факторов и воздействия проезжающих автомобилей происходит деградация ровности покрытия,Ипоявляются деформации и разрушения. Для восстановления потребительских качеств покрытия производят его ремонт путем снятия верхнего слоя и укладки новых слоев с учетом возросшей интенсивности движения. Чтобы выполнить оценку фактической прочности дорожной одежды, измеряют её упругие прогибы под колесом расчетного автомобиля [30]. снова приходится выбирать материалы конструктивных слоев, рассчитывать их толщину и учитывать технологию работ по усилению дорожной одежды.

214

27.В чем состоит принцип проверки дорожных конструкций на морозное пучение?

28.От чего зависит предельная величина морозного пучения дорожной одежды?

29.Для чего служат швы в цементобетонных покрытиях?

30.Каково назначение швов расширения?

215