1.3. Продольные и поперечные швы

В цементобетонных покрытиях в процессе эксплуатации возникают напряжения не только от нагрузки от автотранспорта, но и температурные напряжения вследствие изменения температуры окружающего воздуха. Для уменьшения напряжений, возникающих при суточных и сезонных изменениях температуры воздуха, в цементобетонных покрытиях устраивают деформационные швы.

Деформационный шов - прорезь, разделяющая монолитное покрытие или основание на плиты, а также зазор между плитами сборных покрытий, который обеспечивает возможность перемещений плит (удлинение или сокращение) при изменении температуры покрытия [5].

Различают продольные и поперечные швы.

Продольный шов – деформационный шов, нарезаемый в цементобетонном покрытии или основании по оси дороги или параллельно ей в зависимости от ширины проезжей части и способствующий снижению деформаций от растягивающих напряжений. При недостаточно прочном основании смежные плиты, разделенные швом, должны быть связаны стальными штырями.

Продольные швы устраивают при ширине покрытия более 23h (где h – толщина плиты), чтобы предупредить появление извилистых продольных трещин, которые образуются от переменного воздействия транспортных средств, неоднородного пучения и осадки земляного полотна.

Поперечный шов - деформационный шов в цементобетонном покрытии или основании, нарезанный перпендикулярно к оси дороги и обеспечивающий возможность продольного деформирования цементобетонных плит.

Схема размещения деформационных швов в плане приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Схема размещения деформационных швов в цементобетонном покрытии

К поперечным швам относятся швы расширения, сжатия, контрольные и рабочие.

Швы расширения обеспечивают возможность удлинения плит покрытия под действием температуры воздуха, которая превышает температуру укладки бетона.

Как правило, конструкция шва расширения должна включать: деревянную доску – прокладку из чисто обрезных досок I сорта мягких пород древесины, выдержанных в воде, или других материалов, обладающих упругими свойствами; стальной штырь, обработанный битумом с температурным компенсатором (колпачком), обеспечивающим смещение штыря в бетоне не менее чем на 2 см; каркас для фиксации прокладки и штырей, свариваемый в кондукторе, и паз в бетоне, заполненный мастикой, герметиком.

Конструкция шва расширения приведена на рис.1.3.

Рис.1.3. Конструкция шва расширения: 1 – прокладка из древесины; 2 – каркас для фиксации прокладки и штырей; 3 – штыри в битумной изоляции, привязываемые к каркасу; 4 – температурный компенсатор (колпачок); 5 – заполнитель (герметик)

Ширину швов расширения (толщину доски) принимают равной 3 см. Пазы для швов расширения должны быть на 3-5 мм шире толщины доски (33-35 мм), глубина до верха доски 40-60 мм.

Устройство швов расширения повышает продольную устойчивость цементобетонного покрытия при его максимальном нагреве летом. Расстояние между швами расширения принимают в зависимости от толщины покрытия, ожидаемой температуры нагрева покрытия в летнее время и температуры воздуха во время бетонирования, табл.1.2.

Таблица 1.2

Рекомендуемые расстояния между швами расширения

Ожидаемая для района строительства температура нагрева покрытия в летнее время, ºС	Толщина покрытия, см	Расстояние между швами расширения, число плит, при температуре воздуха во время бетонирования, ºС
		менее 5	5 - 10	10 - 15	15 - 20	более 20
менее 40	20 и более	10	10	-*	-	-
	менее 20	10	10	10	-*	-
более 40	20 и более	10	10	10	-*	-
	менее 20	10	10	10	10	-

Швы расширения при температуре бетонирования более 10 ºС можно не устраивать.

Швы расширения обязательно устраивают при примыкании к мостам, путепроводам и в местах пересечения цементобетонных покрытий в одном уровне. Их заполняют герметизирующими материалами или готовой резиновой прокладкой и пористым легкосжимающимся материалом (полистиролом листовым, неуплотненной битумоминеральной смесью и др.).

Перед мостами и путепроводами должно быть сделано не менее трех швов расширения шириной 6 см через 15-30 м, заполненных сильно сжимаемым материалом.

Шов сжатия - поперечный шов, нарезанный на части толщины плиты, создающий ослабленное сечение, в котором при усадке цементобетона и понижении температуры происходит разрыв. Создает возможность продольного сжатия плиты.

В поперечных швах сжатия покрытие разрезают по всей ширине на 1/4 толщины плиты. Ниже этой прорези (паза) в последующем возникает трещина. Для создания водонепроницаемых и незасоряемых швов пазы заполняют герметизирующим материалом. Пазы швов сжатия подразделяют на три вида, отличающиеся по своей конструкции и устраиваемые:

- в свежеуложенном бетоне;

- комбинированным способом путем закладки ленты в свежеуложенный бетон с последующей нарезкой паза в затвердевшем бетоне;

- в затвердевшем бетоне со ступенчатой конструкцией паза.

Продольные швы устраиваются по типу шва сжатия.

Конструкции швов сжатия и продольного шва приведены на рис.1.4.

Рис.1.4. Конструкции поперечных швов сжатия

(пунктиром показана обмазка штырей битумом)и продольного шва:

а) в свежеуложенном бетоне; б) комбинированным способом;

в) в затвердевшем бетоне; г) продольный шов

Ширина паза сжатия может быть от 4 до 15 мм, глубина паза не менее 0,25h. При меньшей глубине могут появиться извилистые трещины рядом со швом в результате несрабатывания шва.

Швы сжатия устраивают между швами расширения, чтобы предупредить появление трещин, которые возникают в плитах при температурах воздуха ниже температуры, при которой производится укладка бетона в покрытие, вследствие усадки бетона, а также при неоднородных деформациях земляного полотна.

Расстояние между швами сжатия, то есть длину неармированных плит, назначают по расчету, но не более:

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

- на земляном полотне с ожидаемыми неравномерными осадками и на насыпях высотой более 3 м – 22h;

- в местах перехода из выемок в высокие насыпи, в местах примыкания к искусственным сооружениям и в покрытиях шириной 6 м и менее – 20h.

Для повышения продольной устойчивости в швах сжатия, примыкающих к шву расширения, рекомендуется применять в нижней части деревянные прокладки треугольного сечения высотой 5-6 см.

При устройстве пазов швов сжатия и расширения в свежеуложенном бетоне радиус закругления кромок швов не должен превышать 8 мм.

Часть швов сжатия устраивают как контрольные швы в свежеуложенном бетоне (через каждые 2-3 плиты) для предохранения покрытия от трещинообразования в раннем возрасте.

Рабочие швы устраивают по типу швов сжатия в конце рабочей смены или при длительных перерывах в бетонировании (более 2-4 ч).

Для повышения продольной устойчивости, лучшей совместной работы плит, увеличения динамической устойчивости основания и повышения транспортно-эксплуатационных качеств рекомендуется поперечные швы устраивать наклонными в плане или в виде «елочки» с уклоном к оси дороги 1:10. Схемы расположения швов в плане приведены на рис.1.5.

Рис.1.5. Варианты расположения швов сжатия в плане для повышения

комфортности движения, для уменьшения уступов между плитами

(а, б и в), ровности покрытия в жаркое время года (б и в)