Военные дороги. Учебное пособие для студентов специальности Применение инженерных дорожностроительных и мостостроительных подразделений и частей
 Скачать 2.04 Mb.
|
|
ТЕМА №2. ДОРОЖНЫЕ ПОКРЫТИЯ И СООРУЖЕНИЯ Занятие №1 План занятия 1. Классификация и требования к дорожным одеждам. 2. Конструктивные слои дорожных одежд и ее поперечные профили 3. Разновидности дорожных покрытий с применением вяжущих материалов. Учебный вопрос №1. Классификация и требования к дорожным одеждам Дорожные одежды классифицируются: по типу покрытия; по воздействию нагрузок при работе. Классификация дорожных одежд в зависимости от типа покрытия: 1. Усовершенствованные покрытия капитального типа. К ним относятся: ˗ цементобетонные, асфальтобетонные из прочных щебеночных материалов; ˗ мостовые из брусчатки и мозаики на каменном или бетонном основании. 2. Усовершенствованные облегченные покрытия. К ним относятся: покрытия из щебня, гравия и грунта, обработанных органическими вяжущими на щебеночном, гравийном основании. 3. Покрытия переходных типов. К ним относятся: щебеночные и гравийные покрытия без вяжущих материалов; из грунтов и слабых каменных материалов, обработанных органическими вяжущими материалами; мостовые из булыжного камня. 4. Низшие типы покрытий. Устраиваются на дорогах V категории. К ним относятся: грунты, укрепленные или улучшенные различными местными материалами; покрытия лежневые, бревенчатые сплошные и колейные. 5. Временные покрытия. К ним относятся: сборные и сборно-разборные покрытия различной конструкции. В зависимости от работы при воздействии нагрузок дорожные одежды условно делятся на жесткие и нежесткие. 17 Жесткие покрытия обладают сравнительно большим сопротивлением изгибу и модулям упругости, практически не зависящим от колебания температуры и влажности. Нежесткие покрытия обладают малым сопротивлением изгибу. К ним относятся все типы одежд кроме цементобетонных и асфальтобетонных покрытий. Степень соответствия дорожной одежды условиям ее эксплуатации оценивается коэффициентом прочности (Кп), представляющим собой отношение фактического показателя прочности дорожной конструкции к требуемой его величие. К п = Еmp Еф По величине коэффициента прочности устанавливают ориентировочно допускаемый срок службы и вид работ по содержанию (ремонту) дорожных одежд. При Кп = 1,0 – нормальные условия эксплуатации дорожной одежды; Кп = 0,9 – необходимо усиленное содержание дорожной одежды; Кп = 0,8-0,9 – требуется текущий ремонт; Кп = 0,7-0,8 – дорожная одежда нуждается в усилении; Кп = 0,7 – срок службы дорожной одежды составляет несколько суток и даже часов. В зависимости от интенсивности и состава движения, грузонапряженности и расчетной скорости дорожная одежда должна отвечать следующим требованиям: ˗ прочность ее должна обеспечивать отсутствие просадок и высокое сопротивление износу; ˗ ровность поверхности должна обеспечивать возможность движения с высокими скоростями; ˗ шероховатость поверхности должна обеспечивать хорошее сцепление колес автомобиля с покрытием; ˗ погодоустойчивость и беспыльность. Поэтому дорожные одежды должны также удовлетворять экономическим требованиям: ˗ экономичность дорожной конструкции; ˗ широкое применение местных строительных материалов; ˗ возможность полной механизации работ; ˗ несложность содержания и ремонта дорожной одежды; ˗ легкость и эффективность дегазации покрытия. Важной характеристикой дорожной одежды является ее технологичность, которая характеризуется следующими требованиями: ˗ возможность выполнения работ поточным методом; 18 ˗ простой конструкции – минимум операций с наименьшими затратами времени по укладке и формированию слоев одежды; ˗ применение однотипных конструкций на возможно большем протяжении строящейся дороги; ˗ устройством специальных дополнительных слоев основания, в том числе дренирующих на всю ширину земляного полотна. Таким образом, соблюдение всех требований, предъявляемых к дорожной одежде, позволяет сделать современные автомобильные дороги удобными и безопасными для движения транспорта, экономически недорогими и технологически простыми по конструкции. Учебный вопрос №2. Конструктивные слои дорожных одежд и ее поперечные профили Дорожная одежда является самой дорогостоящей частью автомобильной дороги. Поэтому к назначению конструкции дорожных одежд следует подходить особенно внимательно, сочетая стремление к обеспечению прочности с всемерным снижением стоимости строительства и уменьшением количества применяемых материалов. Проектирование конструкций дорожных одежд состоит из двух последовательно выполняемых этапов: ˗ конструирование дорожной одежды; ˗ расчет дорожной одежды. Конструирование дорожной одежды заключается в выборе для нее наиболее походящих материалов, исходя из местных ресурсов и соображений организации работ. Расчет дорожной одежды заключается в обосновании необходимой толщины и устойчивости как всей дорожной одежды в целом, так и отдельных ее слоев. Дорожная одежда представляет собой многослойную конструкцию, устраиваемую на спланированной и уплотненной поверхности земляного полотна, для удобного и безопасного движения транспортных средств с расчетной скоростью, устойчивой против влияния климатических факторов. Конструктивными слоями дорожной одежды являются: ˗ покрытие – верхний, наиболее прочный слой одежды, который может состоять из слоя износа, одного или нескольких несущих слоев; ˗ основание – несущая часть одежды, устраиваемая из каменных материалов или грунта, укрепленного вяжущим материалом; ˗ дополнительные слои основания устраиваются из материалов, устойчивых при увлажнении, являются морозозащитным, дренирующим, выравнивающим слоем; 19 ˗ подстилающий слой – верхний слой земляного полотна, представляет собой тщательно уплотненный слой, на котором устраивают дорожную одежду. Название дорожной одежде, независимо от материалов нижних слоев, дают по ее покрытию (асфальтобетонная, щебеночная, гравийная и т.п.). В зависимости от применяемых материалов и толщины дорожную одежду на земляном полотне располагают: ˗ по серповидному профилю; ˗ по полукорытному профилю; ˗ корытному профилю. Серповидный профиль применяется на дорогах низких категорий – песчаных, супесчаных грунтах. Для устройства покрытия применяются гравий, щебень, грунт. Дорожную одежду устраивают на всю ширину земляного полотна с поперечным уклоном. Толщина слоя покрытия – до 15см, толщина слоя покрытия на бровке - 4-5см. Полукорытный профиль применяется при толщине покрытия более 15см. Материал используется более экономично, т.к. в пределах проезжей части толщина покрытия не изменяется, нижний слой материала лежит в корыте, равный ширине проезжей части, верхний слой в 4-5см укладывается на всю ширину земляного полотна. Корытный профиль применяется, когда обочины устраиваются неукрепленными, дорожную одежду устраивают только на ширину проезжей части одинаковой толщине в корыте. Толщина слоя покрытия от 20см и более. Толщина покрытия определяется расчетом в зависимости от конструкции ожидаемого движения, местных грунтогидрогеологических условий. При толщине до 20см покрытие устраивается однослойным, а при большой толщине – многослойным. Учебный вопрос №3. Разновидности дорожных покрытий с применением вяжущих материалов Грунтовые и грунтово-улучшенные дороги обеспечивают проезд при интенсивности до 100 автомобилей в сутки. При более интенсивном движении поверхность дороги деформируется и требует усиленных работ по ее содержанию. Можно более надежно повысить связность грунтов введением неорганических и органических вяжущих материалов. Обработанные добавками грунты становятся устойчивыми и их применяют для устройства покрытий при интенсивности движения до 500 авт/сут. Из неорганических вяжущих материалов в дорожном строительстве наиболее широко применяются цемент и известь. Ими укрепляют крупно обломочные, песчано-гравийные и песчано-щебеночные грунты, супеси, суглинки. Грунт, укрепленный цементом, называют цементогрунтом, а 20 укрепленный известью – известегрунтом. Их особенностью, как материалов дорожных покрытий, является недостаточная износостойкость. С применением органических вяжущих материалов устраивают покрытия, имеющие интенсивность движения от 500 до 3000 автомобилей в сутки. К органическим вяжущим материалам, применяемым в дорожном строительстве, относятся: ˗ природные, нефтяные и сланцевые битумы; ˗ каменноугольные дегти; ˗ битумные, дегтевые и сланцевые эмульсии. Кроме перечисленных вяжущих хорошие результаты дает комплексное укрепление грунта несколькими вяжущими и синтетическими полимерами. Основные типы грунтовых дорог с применением материалов приведены в таблице №1: Таблица №1 Вид дороги Основные типы Материал основного слоя Материал защитного слоя Грунтово- улучшенные Укрепленные вяжущими материалами (цементом, битумом, дегтем и смолами). Улучшенные гигроскопическими солями (хлористый кальций, хлористый магний). Местный или привозной грунт, обработанный вяжущими. Местный грунт, обработанный гигроскопическими солями. Поверхностный слой грунта, обработанный органическими вяжущими по методу поверхностной обработки. Щебень или гравий втопленные в поверхностный слой. Грунтовые усовершенство- ваные облегченные Укрепленные вязким битумом. Местный или привозной грунт, обработанный в установке вязким битумом. Фракционированный щебень, обработанный органическими вяжущимипо методу поверхностной обработки. Расход вяжущего материала в среднем составляет от 6 до 15% веса обрабатываемого грунта. Покрытия из грунта, обработанные органическими вяжущими, достаточно ровны, беспыльны, легко восстанавливаются, а работы по их постройке легко механизируются. Такие покрытия найдут применение при восстановлении военно-автомобильных дорог, особенно в районах, где отсутствуют каменные материалы и лес. Покрытия из грунта, обработанные неорганическими вяжущими, позволяют создать прочные покрытия, способные выдержать воинское движение в различных погодных и климатических условиях. Однако легкое движение открывается только через сутки после постройки, а нормальное – через трое суток, это связано с длительным сроком набора необходимой прочности. 21 Дорожные одежды с покрытием из каменных материалов, обработанные вяжущими различными способами Малопрочные каменные материалы, укрепленные вяжущими, применяют для устройства дорожных оснований под усовершенствованные капитальные и облегченные покрытия, а также для устройства покрытий облегченных и переходных типов со слоем износа в виде поверхностной обработки с использованием прочных каменных материалов. Такие покрытия практически водонепроницаемы, достаточно износостойки и при правильном содержании имеют сравнительно длительный срок службы. На военно-автомобильных дорогах такие покрытия устраивают путем: - поверхностной обработки ˗ тонкий защитный слой, создаваемый на поверхности дорожной одежды путем разлива битума с последующей засыпкой очень мелким щебнем и прокаткой; - пропиткой ˗ введение эмульсий или разогретых вязких битумов и дегтей в покрытие путем разлива по поверхности недоукатанного слоя щебня одинаковой крупности; - смешением на дороге ˗ обволакиванием щебня или гравия вяжущим материалом непосредственно на дороге автогрейдером; - применением холодных ˗ каменные материалы асфальтовых смесей (щебеночные или гравийные), обработанные органическими вяжущими материалами с добавлением порошка и песка. Постройка конструктивных слоев из каменных материалов, обработанных вяжущими материалами, отличается сложностью работ. Кроме того, работы можно проводить лишь при сухой погоде и температуре воздуха не ниже 10 0 С. Дорожные одежды с асфальтобетонными и цементными покрытиями Асфальтобетонные покрытия устраивают в основном на дорогах I, II, III категории, относятся они к усовершенствованным покрытиям капитального типа. Асфальтобетон представляет собой искусственный строительный материал, который получается при уплотнении смеси из подобранного по крупности каменного остова-щебня или гравия и песка, связанных между собой смесью тонкого минерального порошка с битумом, вводимым в зависимости от состава асфальтобетонной смеси в количестве от 3,5% до 12%. 22 Дорожные одежды с асфальтобетонным покрытием состоят из нескольких конструктивных слоев, при этом основание покрытия весьма часто устраивается с применением вяжущих материалов. Асфальтобетонное покрытие имеет один-два, иногда и три конструктивных слоя. Наименьшая толщина однослойного покрытия – 5см, двухслойного – 7см. Основания под асфальтобетонные покрытия устраиваются из цементобетона, прочного щебня, асфальтобетонной смеси без минерального порошка, из каменных материалов и других прочных морозоустойчивых материалов. Толщина всех конструктивных слоев дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями назначается на основании расчета прочности. Асфальтобетонные покрытия обладают высокими эксплуатационными качествами, но из-за сложной технологии работ при восстановлении и строительстве военно-автомобильных дорог применение их исключается. Цементобетонные покрытия устраиваются на дорогах I, II, III категории при интенсивности движения более 3000 авт/сут. Цементобетонное покрытие представляет собой плиту из бетона, уложенную на прочное и устойчивое основание из щебня, гравия толщиной 15-20см. Толщина бетонной плиты назначается из расчета с учетом размера и характера движения и бывает в пределах применения напряженной арматуры для предварительного напряжения укладываемого бетона. Цементобетонные покрытия могут быть одно- или двухслойными. Двухслойные покрытия применяют с целью использования в нижнем слое менее прочных и морозостойких каменных материалов. Толщина верхнего слоя покрытия применяется не менее 6см. Общую толщину покрытия назначают с учетом материала основания и интенсивности движения, принимается по таблице. Таблица № 2 Материал основания Толщина покрытия в см при интенсивности движения авт/сут 5000-7000 3000-5000 2000- 3000 1000- 2000 Каменные материалы и грунты, укрепленные неорганическими вяжущими 22 20 18 18 Щебень, гравий, шлак, укрепленные органическими вяжущими 22 20 18 18 В покрытии нарезают продольные и поперечные деформационные швы. Поперечные швы устраивают: ˗ расширения – для повышения продольной устойчивости покрытия; ˗ сжатия – для устранения трещин в покрытии; 23 ˗ коробления – для повышения транспортно-эксплуатационных качеств покрытия. Эксплуатационные качества покрытий с вяжущими материалами. При строительстве и восстановлении военно-автомобильных дорог широкое применение получили гравийные и щебеночные покрытия, обработанные вяжущими материалами. Применение органических и неорганических вяжущих значительно повышает прочность покрытий и другие эксплуатационные качества дорожной одежды. Чем лучше условия работы дорожной одежды, большее количество введенных вяжущих материалов, тем более гранулометрический состав материала соответствует лучшему качеству покрытия, большей его прочности. Прочность характеризуется модулем упругости, определяющей сопротивление материалов дорожной одежды внешним нагрузкам. Таблица № 3 Материалы конструктивных слоев Модуль упругости Е4, МПа Плотный асфальтобетон для верхнего слоя покрытия 1300-1500 Нижний слой (без минерального порошка) 800-900 Подобранные щебеночные смеси, обработанные битумом 1000-1200 Тоже гравийные смеси 700-900 Подобранные щебеночные и гравийные смеси, укрепленные цементом 400-700 Малопрочные каменные материалы, укрепленные цементом 300-450 Супеси и пески, укрепленные цементом 200-400 Требуемый модуль упругости дорожной одежды должен обеспечивать достаточный запас прочности с учетом возможности роста интенсивности движения. Его устанавливают в зависимости от категории дороги. Требуемые модули упругости для различных категорий дороги приведены в таблице № 4. Таблица № 4 Категории дороги Количество расчетных автомобилей Минимально требуемые модули упругости для покрытий, МПа I 1000 230 - - II 300 200 164 - III 150 180 150 - IV 50 - 125 90 V 20 - 100 70 24 Сопоставляя фактический модуль упругости, который имеет дорожная одежда, с требуемым модулем упругости, можно определить относительную прочность покрытия: К 1 = т ф Е Е где Е ф – фактический модуль упругости дорожной одежды, Е т – требуемый модуль упругости дорожной одежды, Одним из основных показателей дороги является показатель ровности покрытия.В таблице № 5 приведены основные показатели ровности покрытия. Таблица № 5 Покрытия Показатель ровности при удовл. состоянии одежды, см/км Асфальтобетонные 50-150 Щебеночные, обработанные вяжущими 100-200 Гравийные, обработанные вяжущими с поверхностной обработкой 150-300 Конструктивная ровность дорожных одежд может быть повышена устройством слоя износа из обработанного битумом щебня, горячей или холодной асфальтобетонной смеси. Ровность покрытия оказывает влияние на показатели, характеризующие технико-эксплуатационные показатели работы автомобильного транспорта для различных типов покрытий и состояний их ровности. На дорогах с большим количеством неровностей износ шин в два раза больше, чем на дорогах с ровным покрытием. Скорость движения автомобилей различных моделей изменяется в зависимости от ровности покрытия, следовательно, изменяется и пропускная способность дороги в целом. Вывод: применение в дорожном строительстве вяжущих материалов - органических и неорганических, приводит к повышению прочности, дорожной одежды в целом. В условиях военно-дорожных работ наибольшее применение нашли дорожные одежды с конструктивными слоями из грунтов, гравийных и щебеночных смесей обработанных вяжущими материалами. |