Дисстертация по подготовке водителей. 1СПИРИДОН СИДОРОВ Анализ применения различных конструкций доро. Анализ применения различных конструкций дорожных одежд при капитальном ремонте автомобильной дороги. Магистерская диссертация
 Скачать 2.06 Mb.
|
1.2 Конструирование дорожных одеждПроектирование конструкций дорожных одежд состоит из двух последовательно выполняемых этапов — конструирования и расчета, которые взаимосвязаны и не должны противопоставляться друг другу. Подмена одного из них другим не может гарантировать, получения устойчивой, экономичной и удобной в эксплуатации дорожной одежды. В зависимости от работы при воздействии нагрузок все дорожные одежды условно делят на две группы — нежесткие и жесткие. Нежесткими называют одежды, обладающие малым сопротивлением изгибу. К ним относятся практически все типы одежд, кроме цементобетонных, а также асфальтобетонных покрытий и мостовых на цементобетонных основаниях. Большинство конструктивных слоев нежестких одежд не может воспринимать растягивающих напряжений, а сопротивление изгибу и модули упругости слоев зависят от температуры и влажности. Роль этих слоев сводится к распределению давления колес на большую площадь подстилающего грунта и к снижению передающихся на подстилающие грунты удельных нагрузок. Кроме того слои дорожной одежды предотвращают проникание в подстилающий грунт поверхностной воды, которая снижает его сопротивление нагрузкам. Жесткие одежды имеют один или несколько слоев, обладающих сравнительно большим сопротивлением изгибу и модулями >тфугости, практически не зависящими от колебаний температуры и влажности. Жесткие одежды работают по принципу плит на упругом основании, распределяя давление от внешней нагрузки на площадь грунта, значительно большую, чем нежесткие. Конструирование дорожной одежды заключается в выборе для нее наиболее подходящих материалов исходя из местных ресурсов и соображений организации работ, в целесообразном назначений размеров отдельных слоев и размещении их по глубине. Конструирование дорожной одежды — наиболее творческая часть проектирования. Оно должно основываться на четких представлениях о напряженном состоянии и механизме деформации дорожных одежд, на учете опыта службы различных типов одежд в разных климатических условиях и на особенностях воздействия на них движения по дороге и природных факторов. Наметив конструкцию одежды, вначале назначают толщину тех ее слоев, размеры которых определяются не столько прочностью одежды, сколько другими факторами (обеспечение отвода воды, предотвращение пучинообразования, сопротивление износу и т. д.) или же принимаются в связи с их высокой стоимостью минимально необходимой толщины, с тем чтобы общая прочность одежды обеспечивалась за счет слоев из других, более дешевых материалов. В ряде случаев в конструкции дорожной одежды необходимо пре- дусматривать возможность постепенного (стадийного) ее усиления укладкой сверху слоев более прочных материалов по мере возрастания интенсивности или изменения состава движения. Верхние слои земляного полотна рассматривают как составной конструктивный элемент одежды, к прочности и однородности которого предъявляются достаточно высокие требования. Опыт показывает, что недостаточная прочность земляного полотна не может быть компенсирована утолщением других слоев дорожной одежды. Расчет дорожной одежды заключается в обосновании необходимой толщины и устойчивости как всей дорожной одежды в целом, так и отдельных ее слоев. Он сводится к обеспечению равнопрочности всех сравниваемых вариантов одежды и соответствия их заданным условиям движения. Одним из основных требований при назначении вариантов дорожных одежд является учет в каждом конкретном случае интенсивности движения и местных грунтовых, гидрологических и климатических условий, влияющих на службу дорожных одежд. Так, например, щебеночные и гравийные покрытия, не обработанные органическими вяжущими материалами, лучше работают во влажном, умеренном климате и относительно быстро разрушаются в условиях сухого климата на юге. При отсутствии местных каменных материалов следует устраивать основание из грунтов, укрепленных вяжущими. В последние годы в строительстве находят широкое применение золы уноса ТЭЦ, металлургические шлаки, обладающие цементирующими свойствами, каменные породы из отвалов рудников и каменноугольных шахт и многие другие побочные продукты промышленности. Однако следует иметь в виду значительную неоднородность этих материалов в отвалах и необходимость тщательной их сортировки перед укладкой в дорожную одежду. Многие местные слабые каменные материалы требуют предварительной обработки малыми дозами цемента или органических вяжущих для повышения морозоустойчивости. Вообще, чем слабее и неоднороднее местные материалы, тем большего внимания требуют конструирование и постройка дорожных одежд. При конструировании дорожных одежд необходимо учитывать технологические особенности их строительства, отдавая предпочтение вариантам конструкций, осуществление которых требует наименьших материальных ресурсов и не связано с необходимостью применения ручного труда. Преимуществом обладают конструкции, наиболее простые при постройке, допускающие индустриализацию заготовительных работ на базах и полную механизацию строительных работ. Большое значение имеет возможность пропуска автомобилей в процессе строительства по уплотненным слоям дорожной одежды. Количество конструктивных слоев дорожной одежды не следует увеличивать без явной необходимости, так как это, как правило, бывает связано о осложнением технологического процесса, приводящим к возрастанию стоимости строительства. При конструировании дорожных одежд, которые предполагается впоследствии по мере возрастания интенсивности движения подвергать усилению, необходимую прочность обеспечивают за счет слоев, которые в дальнейшем будут играть роль основания покрытия. Вначале на этих слоях устраивают тонкослойные покрытия или просто слои износа, возобновляемые по мере надобности. Дорожная одежда должна быть предохранена от поступления и накопления в ней влаги. Водопроницаемость отдельных конструктивных слоев должна возрастать книзу, а из нижнего пористого слоя, если земляное полотно отсыпано из водонепроницаемых грунтов, обеспечен вывод воды. Поступление влаги из земляного полотна должно быть предотвращено возвышением низа дорожной одежды над возможными источниками увлажнения, устройством водонепроницаемых слоев и т. д. Привозимые издалека материалы следует укладывать слоями минимальной толщины, обеспечивающей возможность формирования из них монолитного конструктивного слоя, надежного в условиях последующей эксплуатации. Отдельные слои дорожной одежды не должны быть тоньше минимальных значений, приведенных в таблице ниже, при которых еще обеспечивается их конструктивная прочность. Особенности конструирования дорожных одежд со слоями из малопрочных материалов и побочных продуктов промышленности. Дорожные одежды с покрытием из обработанных вяжущим или необработанных малопрочных материалов на песчаном, гравийном и щебеночном основании, или на основании из укрепленного грунта допускается применять в IV и V климатических зонах при интенсивности движения не более 100 авт/сут с нагрузкой на ось не более 70 кН. При большей интенсивности движения всегда следует предусматривать обработку малопрочных материалов органическими и неорганическими вяжущими. Для устройства оснований под усовершенствованные покрытия или покрытий на дорогах IV-V категорий можно использовать тощий цементобетон на основе слабого известнякового щебня, ракушечника, речных песчаников и др., а также гравийные материалы, укрепленные неорганическим вяжущим. Для устройства слоев дорожных одежд, которые должны обладать улучшенными прочностными и деформационными качествами, следует применять шлаковый щебень, обработанный органическими и минеральными вяжущими. Мероприятия по повышению прочности и стабильности рабочего слоя земляного полотна. Для повышения прочности и стабильности рабочего слоя земляного полотна необходимо предусматривать различные мероприятия: 1) устройство его из непучинистых, малопучинистых и слабонабухающих грунтов; 2) защиту грунта от увлажнения поверхностными и подземными водами и т. п. В III-V дорожно-климатических зонах на участках с 1-ой схемой увлажнения допускается предусматривать уплотнение верхней части рабочего слоя (толщиной 30-50 см) до коэффициента уплотнения 1,0-1,05. Слой грунта повышенной плотности следует рассматривать как самостоятельный конструктивный слой. При устройстве слоя повышенной плотности из связного (набухающего) грунта, предусматривают меры по защите его от увлажнения. При расчетной относительной влажности грунта более 0,7 в числе возможных мероприятий по повышению стабильности рабочего слоя следует рассматривать укрепление его верхней части небольшим количеством вяжущих (например, 3-4 % цемента, 10-15 % зол уноса или гранулированными шлаками, известью и т. п.). Проектирование устройств по осушению дорожных одежд и земляного полотна. Дренажная конструкция (дренирующий слой и водоотводящие устройства) необходима при традиционных конструкциях дорожных одежд со слоями из зернистых материалов на участках с земляным полотном из слабофильтрующих грунтов (пылеватых песков, непылеватых песков с коэффициентом фильтрации менее 0,5 м/сут, глинистых грунтов) во II дорожно-климатической зоне при всех схемах увлажнения рабочего слоя земляного полотна, в III зоне - при 2-й и 3-й схемах, в IV и V зонах - только при 3-й схеме. Схему увлажнения на участках дороги, где в придорожной полосе застаивается вода, определяют с учетом расстояния 1у от бровки земляного полотна до уреза воды, застаивающейся осенью в придорожной полосе. Величину безопасного расстояния 1у можно определить по специальной методике. При отсутствии фактических данных, необходимых для расчета, следует принимать 1у для супесей равной 10 м, для суглинков легких и пылеватых - 3 м, для суглинков тяжелых и глин -2 м. Дренажная система дорожной одежды включает: плоскостной горизонтальный дренаж, 1 дополняемый, если требуется, прикромочным дренажом, а также поперечным дренажом мелкого заложения. При устройстве всех слоев дорожной одежды из монолитных материалов в качестве плоскостного горизонтального дренажа при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается применять вместо дренирующего слоя прослойку из геотекстиля толщиной не менее 4 мм с коэффициентом фильтрации не менее 50 м/сут с выпуском полотнищ на откосы насыпи на высоту не менее 0,5 м. Выбор геотекстиля в этом случае производится по специальным указаниям. Проектирование мероприятий по дренированию дорожной одежды осуществляют в такой последовательности: 1) дорогу разделяют на типичные участки по виду продольного профиля и природным условиям (характер рельефа местности, наличие водотоков, пересекающих дорогу, и др.) с учетом особенностей конструкции земляного полотна (насыпь высотой, отвечающей СНиП, выемка, насыпь ниже требуемой по СНиП, переходный участок от насыпи к выемке) и дорожной одежды (наличие монолитных слоев основания, а также морозозащитных или теплоизоляционных слоев из укрепленных материалов), обеспеченности материалами для дренирующего слоя, дренажных труб и геотекстиля; осуществления мер по ограничению притока воды в дорожную конструкцию; 2) для типичных участков определяют количество воды, поступающей в основание за сутки и за расчетный период с учетом предусмотренных мер по ограничению притока воды в дорожную конструкцию; 3) намечают варианты дренажных конструкций; 4) обосновывают расчетом толщину дренирующего слоя, необходимую в данных условиях, или определяют, каким значением коэффициента фильтрации должен обладать дренирующий материал в заданной дренажной конструкции. Комбинированный плоскостной горизонтальный дренаж является универсальным мероприятием для большинства участков дорог. Поперечный дренаж мелкого заложения устраивают для поперечного перехвата воды, движущейся в дренирующем слое вдоль дороги, на участках с продольным уклоном свыше 20 %о, также с затяжными продольными уклонами, превышающими поперечные, в местах вогнутых вертикальных кривых и в местах уменьшения продольных уклонов. Дренирующий слой, работающий по принципу осушения, необходимо устраивать из песчаных грунтов или высокопроницаемой скелетной смеси (щебня или гравия) открытого типа (с незаполненными пустотами), отвечающих определенным требованиям по водопроницаемости, и укладывать этот слой под дорожной одеждой на всю ее ширину. При этом необходимо обеспечить выходы дренирующего слоя на откос. Дренирующий слой устраивают также с дренажными трубами для сбора и быстрого отвода воды за пределы земляного полотна. Следует предусматривать противозаиливающую защиту дрен и дренирующих слоев, а также недопущение замерзания воды в выпусках труб. При устройстве дренирующих слоев, работающих по принципу поглощения, требуется устраивать более мощные слои из песчаного грунта и принимать в расчет на прочность дорожной одежды значения прочностных характеристик песчаного грунта с учетом более продолжительного периода его нахождения в неблагоприятном расчетном состоянии. Для устройства дренирующего слоя, работающего по принципу осушения, следует применять I материалы с коэффициентом фильтрации не менее 1 м/сут. Материал с коэффициентом фильтрации 1 - 2 м/сут целесообразно применять на участках, где он одновременно выполняет дренирующие и морозозащитные функции. Учет региональных особенностей при проектировании автомобильных дорог: При проектировании дорожных одежд в различных конкретных регионах наряду с учетом общих нормативных положений и настоящих норм следует руководствоваться указаниями специальных региональных нормативно-технических документов, утвержденных в установленном порядке. При отсутствии таких документов следует руководствоваться настоящими нормами. Расчетные температуры, деформационные и прочностные характеристики грунтов и дорожно-строительных материалов при отсутствии региональных норм, следует назначать в соответствии с рекомендациями справочных Приложений 2 и 3 ОДН 218.046.2001. В районах распространения вечномерзлых грунтов дорожную одежду конструируют с учетом принципов регулирования мерзлотного состояния на основе теплотехнических расчетов, выполняемых по специальным нормативно-техническим документам. При проектировании дорог в районах орошаемых земель необходимо учитывать неблагоприятное влияние на работу дорожной конструкции повышенного уровня подземных вод во время поливов сельскохозяйственных угодий, местного повышения подземных вод вблизи сооружений оросительной сети, затопления резервов и водоотводных кюветов в результате полива земель. При конструировании дорожных одежд на дорогах в песчаных пустынях следует предусматривать укрепление поверхности песка под дорожной одеждой. Оно может быть в виде слоя из связного грунта толщиной 15 см или из оптимальной смеси песка и суглинка, или же из песка, обработанного битумной эмульсией, с использованием геотекстиля и т.п. Защитные слои из укрепленных или неукрепленных материалов на земляном полотне из барханных песков следует рассматривать как конструктивные элементы дорожной одежды. К жестким дорожным одеждам относят цементобетонные и железобетонные покрытия и основания, которые хорошо сопротивляются растягивающим напряжениям, возникающим при их прогибах под нагрузкой от автомобилей. Распределяя давление: колес автомобиля на большую площадь, бетонные покрытия передают сравнительно малое давление на подстилающий грунт. Несмотря на это сопротивление грунта внешним нагрузкам оказывает не меньшее влияние на работу бетонных покрытий, чем прочность самой бетонной конструкции. Прочность бетонных покрытий во многом зависит от однородности сопротивления грунта по всей площади основания плиты. Неравномерное уплотнение песчаного слоя или грунта земляного полотна приводит к тому, что из-за неравномерных просадок грунта часть плиты начинает работать без поддержки грунтового основания, в результате чего напряжения резко возрастают по сравнению с расчетными. Для расчета жестких дорожных покрытий и оснований под действием внешних нагрузок используют теорию балок и плит на упругом основании Толщину бетонных плит назначают из условия пропуска тяжелых нагрузок с проверкой на температурные напряжения. Расчетные нагрузки принимают такие же, как и при расчете нежестких дорожных одежд. Бетонные покрытия могут быть одно- и двухслойными. Двухслойные покрытия применяют с целью использования в нижнем слое менее прочных и морозостойких каменных материалов. Толщина верхнего слоя покрытия при- нимается не менее 6 см. Толщину бетонного покрытия назначают с учетом интенсивности движения и материала основания. Цель конструирования дорожной одежды — выбрать материалы, определить количество слоев и их размещение по глубине. При этом необходимо: - предусматривать максимальное использование местных строительных материалов; - стремиться к уменьшению количества слоев; - предусматривать проезд построечного транспорта по основанию; - обеспечивать соответствие конструкции дорожной одежды технологии ее строительства и наибольшую механизацию работ; - учитывать категорию дороги, состав транспортного потока, интенсивность движения, напряженное состояние и механизм деформирования отдельных слоев и конструктивных элементов; - устанавливать срок службы покрытия и всей дорожной одежды до капитального ремонта; - учитывать природно-климатические и гидрологические условия местности (включая возведение высоких насыпей). Толщина бетонных покрытий должна быть, как правило, одинаковой по всей ширине проезжей части. На шестиполосных покрытиях толщину крайних внешних полос допускается увеличивать на 2 см для обеспечения проезда тяжелых автомобилей. Бетонные покрытия могут быть однослойными или при наличии соответствующего технологического оборудования — двухслойными с толщиной верхнего слоя не менее 6 см. В нижнем слое двухслойного бетонного покрытия могут быть применены менее прочные и менее морозостойкие местные каменные материалы. Толщину бетонных покрытий h определяют расчетом. Дополнительный слой основания, при устройстве цементобетонных покрытий, устраивают из дренирующих, не подверженных пучению материалов (песок, шлак, высевки, ракушечник 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. При небольшой интенсивности движения дополнительный слой основания может одновременно выполнять роль основания и выравнивающего слоя. Толщина дополнительного слоя основания определяется расчетом. Дополнительный слой, выполняющий морозозащитную функцию, может быть заменен грунтом, обработанным (в смесителе) гидрофобизирующими материалами. При небольшой интенсивности движения он может работать и в качестве основания. Краевые укрепленные полосы устраивают из цементо- или асфальтобетона на бетонном основании. Для дорог низких категорий (V — III — с) краевые полосы устраивают из щебня. Ширина краевых полос на дорогах I — III категорий 75 см, более низких категорий — 50 см. Толщина краевых полос должна быть равна толщине покрытия. Толщину и вид основания определяют расчетом. При низкой интенсивности автомобильного движения и при строительстве покрытий легкими бетоноукладочными машинами с боковой или центральной загрузкой основание может быть песчаным, выполняющим одновременно роль дренажного и морозозащитного слоя. Для исключения образования в слое песчаного основания колей от автомобилей-самосвалов 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. В ряде случаев 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 0,80 — 1,05 м с каждой стороны. 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. Выравнивающие слои устраивают из укрепленного вяжущим песка. Если этот слой впитывает воду из бетонной смеси, то его закрывают изолирующим слоем или увлажняют, непосредственно перед укладкой бетонной смеси в покрытие. В зависимости от категории дороги, вида бетоноукладочного оборудования, устойчивости верхней части земляного полотна и способности его накапливать пластические или неравномерные деформации основание устраивают из бетона низких марок по прочность (Ввtв1— Bвtвl,2); из нерудных материалов и грунтов, укрепленных неорганическим вяжущим (марки Rc 6 под покрытия при капитальном и Rc 4 при облегченном типах дорожных одежд; из щебня, шлака или гравия либо из песка). При устройстве цементобетонных покрытий устраивают швы сжатия и расширения, для того, чтобы не допустить разрушение покрытия. При устройстве швов сжатия и расширения не допускается отклонения перекосов и наклонов штырей и прокладок от проектного положения более чем на 1 см. При устройстве пазов швов сжатия и расширения в свежеуложенном бетоне радиус закругления кромок швов не должен превышать 8 мм. Длина зоны обмазки штырей в поперечных швах разжиженным битумом составляет 2/3 длины штырей, толщина обмазки не должна превышать 0,3 мм. При устройстве покрытий на цементогрунтовом основании толщиной не менее 18 см бетоноукладчиками со скользящими формами и допущении проектной организацией уступов между плитами в поперечных швах высотой 3 мм допускается в поперечных швах штыри не применять. Толщину покрытия в этом случае увеличивают на 2 см, а швы расширения при температуре бетонирования более 10°С допускается не устраивать. При устройстве швов расширения руководствуются данными таблицы, представленной ниже. Ширину швов расширения (толщину прокладки) принимают равной 3 см. Под воздействием движения в неблагоприятных климатических и грунтово-гидрологических условиях ухудшаются основные эксплуатационные показатели дороги - ровность и сцепные свойства покрытия проезжей части, прочность дорожной конструкции. Это проявляется в виде различных выбоин, просадок, проломов, трещин, волн, сдвигов, колейности на поверхности покрытия. |