Дороги. Дорожное строительство

Строительство дорог

Раздел: Строительство. Техника

Дорожные одежды в зависимости от способности воспринимать растягивающие напряжения разделяют на жесткие (основной слой обладает значительным стабильным сопротивлением изгибу) и нежесткие (верхние слои обладают сопротивлением изгибу, но существенно меньшим, чем жесткие, зависящим от температуры и влажности, или практически совсем не обладают сопротивлением изгибу).

К жестким одеждам относят цементобетонные покрытия и основания. К нежестким— одежды, у которых покрытия и верхние слои основания содержат вяжущие материалы (цемент, битум, деготь, известь), а также слои из щебня, гравия, шлака и других подобных материалов, не укрепленных вяжущими и поэтому не обладающих связностью.

Конструирование дорожной одежды состоит в выборе материалов для конструктивных слоев, назначении числа и толщины слоев и размещении их в последовательности, позволяющей использовать возможности материалов в отношении распределения и восприятия нагрузок.

Основой проектирования конструкций дорожных одежд является анализ напряженного состояния, возникающего при воздействии нагрузки, передаваемой через колесо автомобиля, и атмосферных факторов. Возникающие при этом нормальные (вертикальные) и касательные (горизонтальные) напряжения затухают с глубиной (38), что позволяет проектировать дорожную одежду как многослойную, применяя в нижних слоях менее прочные материалы.

При действии нагрузки под колесом автомобиля в дорожной одежде образуется про; иб; при этом в верхних слоях происходит сжатие, а в нижних растяжение. Величина прогиба к зависит от нагрузки. Различают упругие деформации Ху, которые исчезают после снятия нагрузки, и остающиеся деформации Ко, накапливающиеся после последовательных нагружений и снятий нагрузки. Когда накопление остаточных деформаций достигает определенной величины, в конструкции появляются трещины и она разрушается.

Деформации обычно выражают отношением измеренного прогиба е к диаметру круга, равновеликого следу колеса D, которое вызывает этот прогиб

Отношение величины напряжения Р к вызываемой им относительной упругой деформации ку называют модулем упругости

Расчет толщины слоев нежесткой дорожной одежды ведут по величине допускаемого упругого прогиба под колесом расчетного автомобиля в наиболее неблагоприятный период — весной, а в южных районах — зимой. Устанавливаемые нормативные показатели (упругий прогиб, модуль упругости) зависят от расчетной нагрузки, а также от размера движения в сутки на перспективный расчетный год или за весь заданный срок службы покрытия до капитального ремонта.

Независимо от результатов расчета по нормативному упругому прогибу принимаемая толщина дорожной одежды должна ограничивать в допустимых пределах величину морозного пучения.

Тип покрытия выбирают исходя из условий перспективного движения. Чем интенсивнее движение по дороге, тем более прочные покрытия должны быть построены (асфальтобетонные, цементобетонные).

Верхние слои основания при тяжелом движении устраивают из цементобетона (в том числе тощего бетона марок 75 и 100); из щебня, гравия, гравийно-песчаных смесей и грунтов, укрепленных цементом или органическими вяжущими. При менее тяжелом движении могут быть использованы: щебень, гравий, шлак, уложенные по типу белого щебеночного покрытия с расклинцовкой и уплотнением, штучные каменные материалы.

Нижние слои дорожных оснований устраивают по возможности с использованием местных каменных материалов и отходов промышленности, назначая их толщину с таким расчетом, чтобы получить необходимую величину общего модуля упругости всей конструкции.

Для уменьшения общей толщины дорожной одежды, в том числе и необходимого морозоустойчивого слоя, целесообразно предусматривать повышение устойчивости верхней части земляного полотна путем замены местного грунта привозным, придающим большую упругость земляному полотну. При экономическом обосновании рекомендуется проведение осушительных работ, увеличение высоты насыпи, а также увеличение степени уплотнения грунта до 1 —1,1 от стандартной плотности.

При определении расчетом прочности дорожной одежды (требуемого модуля упругости) исходят из расчетной нагрузки Н-Р и заданной интенсивности движения.

Расчетную интенсивность указывают для двух полос движения. Автомобили с нагрузкой на ось ниже 4 тс расчетом не учитываются, так как существенного влияния на прочность дорожной одежды не оказывают.

Для расчета принимают среднесуточную интенсивность движения в наиболее неблагоприятный по степени увлажнения период на перспективу: 15 лет—для усовершенствованных покрытий капитального типа, 10 лет — для усовершенствованных покрытий облегченного   типа, 8 лет — для   переходных   покрытий.

Для усовершенствованных покрытий капитального типа в качестве предельного принимают такое состояние покрытия, которое обеспечивает на последний год службы скорость тяжелого расчетного автомобиля 55 км/ч (15% деформирования поверхности), для усовершенствованных облегченных покрытий — 35 км/ч (35% деформирования), для переходных — 25 км/ч (до 50% деформирования).

Расчет жестких одежд, к которым относятся цеменюбетонные и железобетонные покрытия, ведут на основе теории плит на упругом основании. Эти покрытия рассчитывают на действие внешней нагрузки и на температурные напряжения. Цементобетонные и железобетонные покрытия устраивают в виде прямоугольных плит, на песчаном или подобном ему основании.

Расчет на внешнюю нагрузку ведут для наиболее опасного для прочности плиты положения автомобильного колеса на плите. В этом отношении возможны три расчетные схемы действия нагрузки колеса на прлмоугольную плиту, в центре плиты, на угол и на ее край. Толщина плиты должна быть подобрана такая, чтобы напряжения в ней не превышали допускаемых.

Ширину плиты назначают обычно равной ширине полосы движения, длину плиты определяют расчетом на температурные напряжения. Температурные напряжения возникают в жестких покрытиях от сопротивления трения плиты о грунт при изменении длины плит в результате нагревания или охлаждения. Кроме того, неравномерное нагревание верхней и нижней поверхностей плиты, разница температур которых достигает 20—30° С, вызовет коробление, чему препятствует собственный вес плиты, наличие штырей в швах и заклинивание при изгибе.

Чтобы уменьшить температурные напряжения, размер плиты ограничивают. Толщину плиты в зависимости от характера движения назначают в пределах от 18 до 24 см: для дорог 1 категории— 22—24 см; для дорог II категории —20—22 см; для дорог III категории — 18—20 см. Поверочным расчетом может быть определена грузоподъемность существующих и проектируемых бетонных покрытий.

Определение размеров плиты расчетом сводится к определению изгибающих моментов, срезывающих и нормальных сил при воздействии на нее расчетной нагрузки. Опытами установлено, что при воздействии на бетонную плиту многократно приложенных кратковременных нагрузок, возникает явление усталости, которое может привести к разрушению плиты.

При расчете учитывается, что прилагаемая нагрузка, вызывающая напряжение в бетоне, должна быть не более 50% разрушающих напряжений при изгибе. Поэтому условно коэффициент запаса Д'з принимают не менее 2. При поверочном   расчете на пропуск отдельных тяжелых автомобилей коэффициент запаса может быть принят 1,6—1,7. Динамическое действие нагрузки на дорожную одежду учитывается коэффициентом динамичности К\, равным 1,15—1,25.