2.3. Дорожные одежды. Искусственные сооружения на дорогах. Строительство автомобильных дорог

1. Дорожные одежды автомобильных дорог

Для обеспечения быстрого, удобного и безопасного движения автомобилей, независимо от погодных условий, на проезжей части автомобильных дорог устраивают дорожную одежду.

Дорожная одежда представляет собой конструкцию проезжей части, которая включает в себя несколько слоев из различных материалов.

Основные требования к дорожной одежде, обеспечивающие безопасное движение автомобилей с расчетными скоростями: необходимая прочность, ровность, шероховатость, беспыльность. В то же время дорожная одежда должна отвечать требованиям экономичности и надежности, обеспечивать возможность максимальной механизации строительства и быть технологичной.

В общем виде дорожная одежда состоит из трех основных конструктивных слоев: покрытие, основание, дополнительный слой основания (рис. 114).

Рис. 114. Схема конструкции дорожной одежды:

I – покрытие; II – основание; III – дополнительный слой основания; IV – грунт земляного полотна; 1 – слой износа; 2 - верхний слой покрытия; 3 – нижний слой покрытия; 4 – верхний слой основания; 5 - нижний слой основания.

Покрытие – верхний слой дорожной одежды, непосредственно воспринимающий многократно повторяющееся воздействие транспортных средств и погодно-климатических факторов и обеспечивающий безопасный проезд автомобилей с расчетными скоростями. Оно должно обладать хорошим сопротивлением износу и возникновению пластических деформаций от вертикальных и горизонтальных усилий. Необходимо, чтобы поверхность покрытия была ровной и обеспечивала хорошее сцепление с ней колес автомобиля. В пределах населенных пунктов покрытие должно отвечать повышенным требованиям бесшумности при движении, беспыльности, легкости очистки. Верхняя часть покрытия включает слой износа, периодически возобновляемый в процессе эксплуатации.

Основание состоит из нескольких слоев. Верхний слой, непосредственно подстилающий покрытие, делают из более прочных материалов, которые нередко обрабатывают вяжущими материалами.

Дополнительный слой основания играет роль морозозащитного и дренирующего слоя. К дополнительным слоям основания относят также гидро-, паро- и теплоизолирующие прослойки.

По способности воспринимать растягивающие усилия и накапливать пластические деформации, возникающие от действия нагрузок, дорожные одежды подразделяют на жесткие и нежесткие.

Жесткие дорожные одежды характеризуются тем, что один или два их слоя выполнены из цементобетона или железобетона и обладают сопротивлением изгибу и модулем упругости, практически не зависящим от температуры, влажности, скорости нагружения и малоизменяющимся в течение всего срока службы.

Нежесткие дорожные одежды – это одежды со слоями, устроенными из разного вида асфальтобетонов, из материалов и грунтов, обработанных битумом, цементом, известью и другими вяжущими материалами, а также из слабосвязанных зернистых материалов (щебня, шлака, гравия и т. д.). На эти покрытия оказывают влияние влажность, температура, скорость нагружения.

Нежесткие дорожные одежды являются наиболее распространенными при строительстве сельских и внутрихозяйственных дорог.

По степени капитальности дорожные одежды классифицируются на капитальные, облегченные, переходные и низшие (табл. 58).

Таблица 58. Классификация дорожных одежд и покрытий (ОДН 218.146-01)

Типы дорожных одежд	Виды покрытий, материал и способы его укладки
Капитальные	Усовершенствованные покрытия из горячих асфальтобетонных смесей
Облегченные	а) из горячих асфальтобетонных смесей; б) из холодных асфальтобетонных смесей; в) из органических смесей с жидкими органическими вяжущими, с жидкими органическими вяжущими совместно с минеральными; с вязкими, в том числе эмульгированными органическими вяжущими совместно с минеральными; из каменных материалов и грунтов, обработанных битумом по способу смешения на дороге или методами пропитки; из каменных материалов, обработанных органическими вяжущими веществами методом пропитки; черного щебня, приготовленного в установке и уложенного по способу заклинки; из пористой и высокопористой асфальтобетонной смеси с поверхностной обработкой; из прочного щебня с двойной поверхностной обработкой
Переходные	Переходные покрытия из щебня прочных пород, устроенные по способу заклинки без применения вяжущих материалов; из грунтов и малопрочных каменных материалов, укрепленных вяжущими; булыжного и колотого камня
Низшие	Покрытия из щебеночно-гравийно-песчаных смесей; малопрочных каменных материалов и шлаков; грунтов, укрепленных или улучшенных различными местными материалами; древесных материалов и др.

Конструирование дорожной одежды сводится к выбору типа покрытия, материалов для устройства ее слоев и размещения их в конструкции в такой последовательности, чтобы наилучшим образом проявились их грузораспределяющие и деформативные способности, а также прочностные и теплофизические свойства; установлению числа слоев и их ориентировочной толщины; назначению морозо- или теплозащитных мер, а также мер по повышению трещиностойкости и устойчивости к сдвигу слоев, чувствительных к тепловлажностным воздействиям.

Проектирование дорожной одежды представляет собой единый процесс конструирования и расчета дорожной конструкции (системы дорожная одежда + рабочий слой земляного полотна) на прочность, морозоустойчивость и осушение с технико-экономическим обоснованием вариантов, с целью выбора наиболее экономичного в данных условиях.

Процедура конструирования дорожной одежды включает:

выбор вида покрытия;

назначение числа конструктивных слоев с выбором материалов для устройства слоев, размещение слоев в конструкции и назначение их ориентировочной толщины;

предварительную оценку необходимости назначения дополнительных морозозащитных мер, с учетом дорожно-клима-тической зоны, типа грунта рабочего слоя земляного полотна и схемы увлажнения рабочего слоя на различных участках;

предварительную оценку необходимости мер по осушению конструкции, а также по повышению трещиностойкости конструкции;

оценку целесообразности укрепления или улучшения верхней части рабочего слоя земляного полотна;

предварительный отбор конкурентоспособных вариантов с учетом местных природных условий.

При конструировании дорожной одежды необходимо руководствоваться следующими принципами:

1. Тип дорожной одежды и вид покрытия, конструкция дорожной одежды в целом должны удовлетворять транспортно-эксплуатационным требованиям, предъявляемым к дороге соответствующей категории, а также ожидаемым в перспективе составу и интенсивности движения, с учетом изменения интенсивности движения в течение заданных межремонтных сроков.

2. Конструкция дорожной одежды может быть типовой или разработанной индивидуально. При выборе конструкции дорожной одежды предпочтение следует отдавать проверенной на практике в данных условиях.

3. В районах, недостаточно обеспеченных стандартными каменными материалами, допускается применять местные каменные материалы, побочные продукты промышленности и грунты, свойства которых могут быть улучшены обработкой их вяжущими веществами. Одновременно надо стремиться к созданию конструкции, по возможности наименее материалоемкой.

4. Конструкция должна быть технологичной и обеспечивать возможность максимальной механизации и индустриализации дорожно-строительных процессов.

Последовательность расчета дорожных одежд, согласно ОДН 218.046-01, следующая:

1. Расчет дорожной одежды по критерию упругого прогиба на основе зависимости требуемого модуля упругости конструкции от суммарного числа приложений нагрузки.

2. Расчет дорожной одежды, отвечающей критерию упругого прогиба с учетом механизма нарушения прочности, должен соответствовать двум независимым критериям:

критерию соответствия сдвигоустойчивости материалов конструктивных слоев и грунта возникающим в них касательным напряжениям, отражающим условия ограничения накопления сдвиговых остаточных деформаций под воздействием многократных нагрузок;

критерию соответствия сопротивления материалов монолитных конструктивных слоев возникающим в них растягивающим напряжениям от подвижной многократной нагрузки, отражающему сопротивление этих слоев усталостным процессам, обусловливающим развитие микротрещин в монолитных слоях, потерю их плотности и снижение распределяющей способности.

3. Расчет дорожной одежды по критерию тепло- и морозоустойчивости и по критерию пучинообразования.

Дорожные одежды переходного и низшего типов рассчитывают по упругому прогибу и по сдвигоустойчивости. Более подробно с расчетом дорожных одежд можно ознакомиться в ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд».

Примерные конструкции дорожных одежд приведены на рисунках 115 – 117.

Рис. 115. Примеры конструкций капитальных дорожных одежд:

I – III и I-с категорий с усовершенствованными покрытиями: 1 – средне- и мелкозернистый асфальтобетон марки I; 2 – крупнозернистый пористый асфальтобетон; 3 – щебень, укрепленный цементом или комплексным вяжущим веществом; 4 – грунт повышенной плотности; 5 – грунт, укрепленный неорганическим вяжущим веществом; 6 – песок, гравий, шлак (дополнительный слой основания); 7 – щебень с расклинцовкой; 8 – тощий цементобетон; 9 – грунт и материалы, укрепленные комплексными вяжущими или активной золой-уносом; 10 – гравий, укрепленный цементом; 11 – гравий, укрепленный малыми дозами цемента, или грунт, обработанный жидким вяжущим; 12 – гравийная смесь с добавкой дробленого гравия; 13 – пенопласт; 14 – конструктивный теплоизоляционный слой из цементогрунта с легким заполнителем; 15 – щебнегрунт.

Рис. 116. Примеры конструкций облегченных одежд дорог:

III , IV и II-с категорий с усовершенствованным покрытием: 1 – асфальтобетон мелкозернистый марок II, III ; 2 – крупнозернистый асфальтобетон или фракционированный щебень, обработанный битумом; 3 – подобранная щебеночная (гравийная) смесь, щебень с расклинкой; 4 – грунт, укрепленный неорганическим вяжущим; 5 – грунт повышенной прочности; 6 – песок, гравий, шлак; 7 – щебень, обработанный органическим вяжущим в установке; 8 – грунт или материал, обработанный комплексным вяжущим; 9 – грунт или материал, обработанный органическим вяжущим; 10 – грунт повышенной плотности.

Рис. 117. Примеры конструкций одежд:

IV, V, II-c и III-c категорий с переходными типами покрытий: 1 - поверхностная обработка; 2 - подобранные гравийные или песчаные смеси, укрепленные цементом; 3 - песок, гравий, шлак; 4 - грунт повышенной плотности; 5 - грунт, укрепленный неорганическим или жидким органическим вяжущим; 6 - щебень; 7 - гравийная смесь; 8 - гравийная смесь из некондиционных материалов, укрепленная малыми дозами цемента; 9 - гравийно-песчаная смесь; 10 - грунт с добавлением щебня.