Материал: Проектирование жестких дорожных одежд. учебное пособие. Гладышева И.А., Самодурова Т.В

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

И.А. Гладышева, т.В. Самодурова, о.В. Гладышева, о.А. Волокитина

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕСТКИХ

ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

Учебное пособие

Допущено УМО вузов РФ по образованию в области

железнодорожного транспорта и транспортного строительства

в качестве учебного пособия для студентов вузов,

обучающихся по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы»

направления подготовки «Транспортное строительство»

Воронеж – 2011

УДК 625.855:625.72(083.75)

ББК 39.112

П791

Авторский коллектив:

И.А. Гладышева, Т.В. Самодурова, О.В. Гладышева, О.А. Волокитина

Излагаются основные положения по конструированию и расчету жестких дорожных одежд, принципы их проектирования. Рассматривается порядок расчета дорожных одежд по различным критериям.

Приводятся необходимые справочные и нормативные данные, основные формулы, таблицы и номограммы для проведения расчетов.

Предназначено для выполнения курсового проектирования студентами четвертого и пятого курсов дневного обучения, пятого, шестого курсов заочного обучения, для дипломного проектирования и для самостоятельной работы студентов, обучающихся по специальностям 270205 ‑ «Автомобильные дороги и аэродромы» и 270201 ‑ «Мосты и транспортные тоннели».

Ил. 37. Табл. 55. Библиогр.: 16 назв.

Рецензенты: кафедра изысканий и проектирования аэродромов военного

авиационного инженерного университета (г. Воронеж),

Т.В. Каратаева, канд. техн. наук, зав. кафедрой

«Автомобильные дороги» филиала Воронежского ГАСУ

в г. Борисоглебске

ВВЕДЕНИЕ

Развитие автомобильного транспорта с ежегодным увеличением интенсивности движения и ростом грузоподъемности автомобилей требует совершенствования существующих и создания новых методов проектирования и строительства дорожных конструкций как наиболее ответственных и дорогостоящих элементов дороги. Стоимость дорожной одежды составляет значительную часть стоимости дороги, так как вместе с земляным полотном определяет ее долговечность, эффективность и безопасность работы транспорта.

В последние годы были проведены значительные исследования в Российской Федерации и за рубежом по проектированию, строительству и эксплуатации дорожных одежд жесткого типа. В результате этих исследований были усовершенствованы методики расчета цементобетонных покрытий и оснований дорожной одежды.

В учебном пособии изложены теоретические основы и практические методы конструирования и расчета жестких дорожных одежд, рассмотрен порядок расчетов на прочность по различным критериям и на морозоустойчивость.

Современные методы конструирования и расчета жестких дорожных одежд изложены в пособии в соответствии с действующими нормативными документами, такими как «Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд», введенные в действие взамен ВСН 197-91 с 2004 года. Методические рекомендации включают в себя последние достижения научных разработок, учитывают опыт работы дорожных одежд жесткого типа, содержат указания по конструированию и расчету жесткой дорожной одежды автомобильных дорог общей сети, промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

Приведены все необходимые справочные и нормативные данные, основные формулы, таблицы и номограммы для проведения расчетов, рассмотрены подробные примеры проектирования.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 270205 – «Автомобильные дороги и аэродромы» и 270201 - «Мосты и транспортные тоннели». Может быть использовано студентами при курсовом и дипломном проектировании, а также для самостоятельной работы при изучении дисциплины «Основы проектирования автомобильных дорог».

1. Основные сведениея о жестких дорожных одеждах

1.1. Общие положения

К жестким относят дорожные одежды, имеющие:

- цементобетонные монолитные покрытия;

- асфальтобетонные покрытия на основаниях из цементобетона;

- сборные покрытия из железобетонных и армобетонных плит.

В соответствии со СНиП 2.05.02-85^* [1] жесткие дорожные одежды проектируют на автомобильных дорогах I-IV категорий, на дорогах общего пользования, подъездных дорогах к промышленным предприятиям, внутрихозяйственных сельских дорогах.

Жесткая дорожная одежда конструктивно отличается от дорожной одежды нежесткого типа тем, что плита из цементобетона является её главным конструктивным элементом. Прочность цементобетонной плиты не зависит от температуры, она обладает высоким и стабильным сопротивлением изгибу, а также жесткостью. Жесткость плиты обусловлена большой величиной модуля упругости цементобетона (Е_б), который в зависимости от марки бетона изменяется от 10 000 до 39 000 МПа.

Бетонные и железобетонные покрытия распределяют нагрузки от колес на большую площадь, чем асфальтобетонные покрытия, и передают сравнительно малое давление на подстилающий грунт, поэтому их толщина находится в меньшей зависимости от прочности земляного полотна.

Несмотря на это, прочность бетонных покрытий во многом зависит от однородности сопротивления грунта по всей площади основания плиты. Неравномерное уплотнение грунта земляного полотна и песчаного слоя приводит к просадкам грунтового основания, в результате чего часть плиты, находящаяся на весу, работает без поддержки грунтового основания и напряжения в ней возрастают по сравнению с расчетными значениями. Таким образом, прочность бетонных и железобетонных дорожных покрытий в известной мере зависит от равномерности сопротивления грунта под нагрузкой по всей площади опирания.

Опыт эксплуатации бетонных покрытий показал, что, несмотря на их высокую прочность, под ними необходимы прочные основания, чтобы предупредить преждевременное разрушение дорожных конструкций.

Жесткие дорожные одежды эффективно работают в условиях интенсивного движения тяжеловесных грузовых автомобилей и автопоездов (с нагрузкой на ось 100 кН и более), а также в районах, не обеспеченных местными каменными материалами.

За рубежом отдают предпочтение дорожной одежде с цементобетонным покрытием по экономическим соображениям и условиям безопасности дорожного движения, а также в связи со значительным ростом цен на нефть.

В Российской Федерации дорожные одежды с цементобетонным покрытием в настоящее время составляют всего 1,64 % от общей протяженности автомобильных дорог общего пользования.

1.2. Конструктивные слои жесткой дорожной одежды

Конструктивный слой – каждый слой дорожной одежды, состоящий из однородных материалов и отличающийся от соседних слоев видом материала, его прочностью и составом.

Жесткая дорожная одежда с монолитным цементобетонным покрытием имеет следующие конструктивные слои: покрытие, выравнивающий слой, основание, дополнительный слой основания. Схема конструктивных слоев жесткой дорожной одежды приведена на рис. 1.1.

Покрытие – верхняя часть дорожной одежды, которая воспринимает усилия от колес автотранспорта и подвергается непосредственному воздействию атмосферных факторов. Оно предназначено для обеспечения безопасного, круглогодичного проезда транспорта с расчетными скоростями движения и осевыми нагрузками. Монолитное покрытие - покрытие, устраиваемое из цементобетонных смесей, формируемое (укладываемое и уплотняемое) специальными машинами на месте производства работ и образующее монолитную структуру.

По конструкции монолитные цементобетонные покрытия подразделяются на: неармированные, армированные и предварительно - напряженные.

Неармированные покрытия не содержат продольной арматуры.

Армированные покрытия по степени насыщения продольной арматурой разделяют на:

• армированные покрытия (до 0,25 %);

• железобетонные (0,4%);

• непрерывно армированные (0,4-0,7 %).

Армированные покрытия преимущественно используются на дорогах I – II категории при интенсивности движения более 5000 авт./сут., а также на участках дорог с насыпями высотой более 3-5 м или на участках дорог индивидуального проектирования, где в процессе эксплуатации ожидается неравномерная осадка земляного полотна.

В непрерывно армированных покрытиях не устраивают поперечные деформационные швы. Их функцию частично выполняет значительное число поперечных волосяных трещин, которые образуются через 0,3-3 м друг от друга. В отечественной практике строительства автомобильных дорог они не нашли широкого применения.

Предварительно - напряженные покрытия обладают повышенной трещиностойкостью и работоспособностью в процессе эксплуатации, благодаря предварительному обжатию бетона (до 1,0 МПа) в ходе строительства. По способу создания предварительного напряжения их делят на покрытия с;

- внешним безарматурным обжатием бетона;

- предварительно напрягаемой арматурой (струны, пучки, стержни периодического профиля).

В струнобетонных покрытиях предварительное напряжение создается высокопрочной стальной проволокой диаметром 4-5 мм с пределом прочности 1600 МПа, напрягаемой до бетонирования и отпускаемой на бетон после достижения им 70-80% проектной прочности. При этом толщину покрытия можно уменьшить до 10-15 см. Устройство таких покрытий достаточно трудоемко, требует повышенного внимания к технике безопасности при производстве работ. Такие покрытия не нашли широкого применения в практике дорожного строительства в нашей стране, несмотря на то, что с средины 50-х до начала 70-х годов прошлого столетия в СССР строились дороги со струнобетонным покрытием.

Покрытие может быть однослойным или двухслойным. Двухслойные покрытия применяют с целью использования в бетоне для нижнего слоя менее прочных и морозоустойчивых местных каменных материалов. Двухслойные покрытия устраивают методом сращивания слоев с одновременным их уплотнением. При этом толщина верхнего слоя должна быть не менее 6 см.

Толщину бетонного покрытия определяют расчетом. Для нормативной нагрузки на ось 100 кН (50 кН на колесо) минимальную толщину покрытия принимают в зависимости от интенсивности движения расчетной нагрузки и материала основания по табл.1.1.

Таблица 1.1

Минимальная рекомендуемая толщина покрытия

при расчетной нагрузке на ось 100 кН

Примечания: 1.В случаях, отмеченных*, толщина основания может быть на 2 см меньше

минимальных, указанных ниже.

2. В скобках приведена толщина покрытия для облегченных условий движения.

Выравнивающий слой - слой между покрытием и основанием, предназначен для устранения неровностей основания, обеспечения ровности слоев покрытия, возможности перемещения плит покрытия при изменении температуры. Если неровности основания не превышают 1,0 см, то допускается не устраивать выравнивающий слой. В этом случае применяют слой, прерывающий сцепление плит с основанием, который одновременно служит изолятором против высыхания бетона в раннем возрасте и появления в покрытии усадочных трещин. Выравнивающие слои устраивают из песка, укрепленного вяжущим. Если этот слой впитывает воду из бетонной смеси, то его закрывают изолирующим слоем или увлажняют непосредственно перед укладкой бетонной смеси.

Выравнивающий слой можно не устраивать на основаниях из низкомарочного бетона или грунта и каменных материалов, укрепленных цементом, если ровность основания соответствует требованиям строительных норм и правил по производству и приемке работ при строительстве автомобильных дорог.

Выравнивающий слой в расчетах жестких дорожных одежд не учитывается.

Основание под цементобетонным покрытием устраивают с целью:

- передачи нагрузки на грунт;

- уменьшения давления от автомобилей на грунт земляного полотна;