Конструирование слоев оснований

В зависимости от категории дороги, вида бетоноукладочного оборудования, устойчивости верхней части земляного полотна и способности его накапливать пластические или неравномерные деформации основание устраивают: а) из бетона низких марок по прочности ( 0,8 … 1,2); б) из нерудных материалов и грунтов, укрепленных неорганическим вяжущим; в) из щебня, шлака или гравия либо из песка. Толщину и вид основания определяют расчетом.

Для исключения образования в слое песчаного основания колей от автомобилей-самосвалов в период строительства основание должно быть укреплено путем устройства слоя из щебня, шлака или гравия толщиной 10-12 см, причем только в местах пропуска автомобилей-самосвалов, подвозящих цементобетонную смесь.

Минимальная толщина основания из бетона низкой прочности - 14 см; из нерудных материалов, укрепленных неорганическими вяжущими, 16 см; из щебня, шлака или гравия - 15 см.

Толщина укрепленного вяжущими основания, по которому уже в раннем возрасте начинается движение гусеничных бетоноукладчиков, должна быть не менее 18 см, марка - 7,5.

Возможен вариант устройства основания из щебня, укрепленного слоем цементопесчаного раствора толщиной 4-5 см, выполняющим одновременно роль выравнивающего слоя.

При бетонировании покрытия гусеничными бетоноукладчиками со скользящими формами ширина укрепленного основания должна быть шире покрытия на 1,05 м с каждой стороны (см. рис.6.1).

Ширина укрепленного технологического слоя для подвоза бетонной смеси - 3,0-3,5 м.

В слое укрепленного вяжущими основания рекомендуется устраивать поперечные швы через каждые 20-30 м, смещенные относительно швов в покрытии не менее чем на 1 м, путем закладки в нижнюю часть основания деревянных брусков высотой 4-7 см.

Во избежание появления трещин в основании под поперечными швами покрытия основание не должно сращиваться с плитами покрытия, что достигается укладкой прерывающих сцепление материалов.

При низкой интенсивности автомобильного движения и при строительстве покрытий легкими бетоноукладочными машинами с боковой или центральной загрузкой допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании устройство покрытия на песчаном основании, выполняющем одновременно роль дренажного и морозозащитного слоя.

Дополнительный слой основания устраивают из дренирующих, не подверженных пучению материалов (песка, шлака, высевок, ракушечника и пр.).

Дополнительный слой основания должен иметь водослив - сплошные или прерывистые выходы дренирующего материала на откосы земляного полотна и нижнюю плоскость (поверхность земляного полотна) с поперечным уклоном. Для улучшения водоотвода можно применять геотекстиль в виде сплошного или прерывистого слоя. Для уменьшения подтока влаги снизу можно предусматривать прерывающие прослойки из синтетических пленок.

Толщина дополнительного слоя основания определяется расчетом.

Краевые укрепленные полосы устраивают из цементо- или асфальтобетона на бетонном основании, как правило, по типу основной дорожной одежды без устройства продольных швов. Для дорог низких категорий (V-III-c) допускается краевые полосы устраивать из щебня. Ширина краевых полос на дорогах I-III категорий не менее 75 см, более низких категорий - не менее 50 см. Толщина краевых полос должна быть равна толщине покрытия. Бетонные полосы разделяют поперечными швами, которые должны быть продолжением швов в покрытии. При устройстве бетонных покрытий со шпунтами на боковых гранях и при отсутствии штырей в поперечных швах бетонных покрытий в швах краевых полос ставят штыри - по одному-два стержня длиной 50 см и диаметром 16-18 мм по типу штырей в швах сжатия и расширения в покрытии (с обмазкой и с колпачками в швах расширения).

Бетонные краевые полосы швами от покрытия не отделяются. При устройстве вместо краевых полос уширения шириной более 3 м последние отделяются от бетонного покрытия пазами с заполнением их по типу шва сжатия. Поперечные швы полос уширения по конструкции и по месту расположения должны совпадать с поперечными швами покрытия.

 

7. Расчет жесткой дорожной одежды на прочность

Дорожные одежды рассчитывают с учетом состава транспортного потока, перспективной интенсивности движения к концу срока службы, грунтовых и природно-климатических условий.

Расчет производят в следующих случаях: при проектировании дорожных одежд; при определении возможности разового пропуска тяжелых нагрузок по существующему покрытию; при определении рациональности новых конструктивных или технологических решений.

Расчет выполняют по предельным состояниям путем проверок предварительно назначенной конструкции дорожной одежды: по прочности верхних слоев дорожной одежды; по прочности и устойчивости земляного полотна и слоев основания на сдвиг и по накоплению уступов в поперечных швах покрытия; по устойчивости в продольном направлении покрытия в жаркое время года, по прочности стыковых и монтажных соединений; по устойчивости дорожной одежды к воздействию морозного пучения; по способности дренирующего слоя основания отводить влагу в весенний период.

Расчетом определяются толщины покрытия и слоев основания, расстояние между поперечными швами, количество штырей в швах расширения и сжатия.

Исходные данные для расчета дорожной одежды включают: параметры дороги (категория, ширина проезжей части, срок службы дорожной одежды до капитального ремонта); параметры движения (интенсивность, нагрузка); параметры земляного полотна и условия его работы (тип местности, разновидности грунтов, уровень грунтовых вод); дорожно-климатическую зону расположения участков дороги.

Жесткие дорожные одежды рассчитывают с учетом уровня надежности (вероятности безотказной работы конструкции в течение намеченного срока эксплуатации), принимаемой в соответствии с табл.7.1.

Таблица 7.1

Значения уровня надежности и требуемого коэффициента прочности К_пр^ТР

 

#G0Интенсивность расчетной нагрузки, Np расчет. ед./сут	Уровень надежности	Требуемый коэффициент прочности Кпр^ТР
Более 1000	0,95	1,00
500-1000	0,90	0,94
Менее 500	0,80	0,87

 

7.1 Расчет монолитных цементобетонных покрытий

Расчет проводят путем проверки прочности покрытия по условию

К_пр^ТР ≤ R_ри /σ_рt, (7.1)

где К_пр^ТР - требуемый коэффициент прочности, определяемой в зависимости от категории дороги по табл.7.1; R_ри - расчетная прочность (сопротивление) бетона на растяжение при изгибе, определяемая по (7.2); σ_рt - напряжение растяжения при изгибе, возникающие в бетонном покрытии от действия нагрузки, с учетом перепада температуры по толщине плиты определяемое по (7.4).

Расчетное сопротивление бетона на растяжение при изгибе определяют по формуле

R_ри = B_tb∙К _н.п∙ К_У ∙К_F, (7.2)

где B_tb - класс бетона на растяжение при изгибе; К _н.п - коэффициент набора прочности со временем (для бетона естественного твердения для районов с умеренным климатом К _н.п=1,2; для условий сухого и жаркого климата К _н.п =1,0; для пропаренного - К _н.п=1); К_У^ТР - требуемый коэффициент усталости бетона при повторном нагружении, определяется по (7.3);

К_У^ТР = 1,08∙(∑ N_P)^{- 0,063}, (7.3)

где ∑ N_P - суммарное расчетное число приложения приведенной расчетной нагрузки за расчетный срок службы; К_F - коэффициент, учитывающий воздействие попеременного замораживания-оттаивания, равный 0,95.

Напряжения растяжения при изгибе определяют по одной из двух расчетных схем, учитывающих условия контакта плиты с основанием и место расположения нагрузки.

Первая расчетная схема применяется для определения толщины покрытия при условии гарантированной устойчивости земляного полотна и отсутствия неравномерных осадок или выпучивания; характеризуется наличием полного контакта плит с основанием под всей площадью плиты. Расчетное место приложения нагрузки в дорожном покрытии - продольный внешний край в центре по длине плиты.

Вторая расчетная схема применяется для определения расстояния между поперечными швами, а также толщины плит в особых условиях для дорог низких категорий при заданной их длине на участках с ожидаемыми неравномерными осадками или неравномерным пучением земляного полотна.

По первой расчетной схеме напряжения σ_рt (МПа) определяются, исходя из решений теории упругости, по следующей аппроксимирующей зависимости, отражающей наличие контакта плиты с основанием

σ_рt= Q_дн ∙ K_M ∙ 60 ∙ K_усл ∙ К_ШТ ∙ [0,0592-0,21371∙ lg(R/l_У) ]/(h²∙K_t), (7.4)

где Q_дн - расчетная динамическая нагрузка, кН; K_M - коэффициент, учитывающий влияние места расположения нагрузки; для неармированных покрытий K_M =1,5; для покрытий с краевым армированием или площадок с расположением полос наката не ближе чем 0,8 м от внешнего продольного края покрытия - K_M =1,0 для продольного направления и K_M =1,5 для поперечного; K_усл - коэффициент, учитывающий условия работы, K_усл =0,66; К_ШТ - коэффициент, учитывающий влияние штыревых соединений на условия контактирования плит с основанием; при наличии в поперечных швах штырей К_ШТ =1, при отсутствии штырей К_ШТ =1,05; h - толщина плиты; R - радиус отпечатка колеса, см; l_У - упругая характеристика плиты, см; K_t - коэффициент, учитывающий влияние температурного коробления плит, определяемый по табл.7.2.

Таблица 7.2

Значения коэффициента K_t,