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

- предупреждения коробления плит под воздействием температуры;

- обеспечения ровности и устойчивости дорожной одежды против неравномерных вертикальных смещений;

- повышения прочности и трещиностойкости покрытия.

В период строительства основание служит для проезда автомобилей и гусеничных бетоноукладчиков.

В зависимости от условий строительства и эксплуатации, основания устраивают из бетона низких марок по прочности; из нерудных материалов и грунтов, укрепленных неорганическим вяжущим; из щебня, шлака и песка.

На автомобильных дорогах I-III категории для оснований применяют бетоны низких марок прочности (класса B_tb0,8 - B_tb1,2); каменные материалы или грунты, укрепленные неорганическим вяжущим.

Основания из щебня, шлака и грунтов, укрепленных органическими вяжущими, целесообразно устраивать на дорогах II-IV категории. Основания из песка и гравийно-песчаных смесей применяют, как правило, на дорогах III-V категорий при низкой интенсивности движения и при строительстве покрытий легкими бетоноукладочными машинами с боковой или центральной загрузкой. В этом случае основание выполняет одновременно роль дренажного и морозозащитного слоя.

Песчаное основание должно быть укреплено слоем щебня, шлака или гравия толщиной 10-12 см в местах пропуска автомобилей - самосвалов, подводящих цементобетонную смесь. Толщину и вид основания определяют расчетом.

Минимальная толщина основания из бетона низкой прочности – 14 см; из нерудных материалов, укрепленных неорганическим вяжущим, – 16 см; из щебня, шлака или гравия – 15 см.

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

Допускается устройство основания из щебня, укрепленного слоем цементопесчаного раствора, толщиной 4-5 см, который одновременно выполняет роль выравнивающего слоя.

Во избежание образования случайных трещин в цементобетонном покрытии в нижнюю часть основания, укрепленного неорганическим вяжущим, закладывают деревянные бруски высотой 4-7 см через каждые 20-30 м. Их смещают относительно швов в покрытии не менее чем на 1 м.

Между покрытием и основанием под поперечными швами покрытия устраивают трещинопрерывающие прослойки из прерывающих сцепление материалов.

Дополнительный слой основания - слой между основанием и грунтом земляного полотна. Наряду с передачей нагрузок на земляное полотно он выполняет функции теплоизолирующего, морозозащитного и дренирующего слоя, так как его устраивают из дренирующих, не подверженных пучению материалов (песка, шлаков, высевок, ракушечника и др.).

Дополнительный слой основания должен иметь водослив – сплошные или прерывистые выходы дренирующего материала на откосы земляного полотна с поперечным уклоном.

Для улучшения водоотвода и уменьшения подтока влаги снизу можно применять геотекстиль в виде сплошного или прерывистого слоя. Для уменьшения подтока влаги снизу можно также применять прерывающие прослойки из синтетических пленок.

Толщина дополнительного слоя основания определяется расчетом.

Дополнительный слой, выполняющий морозозащитную функцию, может быть заменен грунтом, обработанным (в смесителе) гидрофобизирующим материалом. При небольшой интенсивности движения такой слой может работать в качестве основания.

1.3. Продольные и поперечные швы

В цементобетонных покрытиях в процессе эксплуатации возникают напряжения не только от нагрузки от автотранспорта, но и температурные напряжения вследствие изменения температуры окружающего воздуха. Для уменьшения напряжений, возникающих при суточных и сезонных изменениях температуры воздуха, в цементобетонных покрытиях устраивают деформационные швы.

Деформационный шов - прорезь, разделяющая монолитное покрытие или основание на плиты, а также зазор между плитами сборных покрытий, который обеспечивает возможность перемещений плит (удлинение или сокращение) при изменении температуры покрытия [5].

Различают продольные и поперечные швы.

Продольный шов – деформационный шов, нарезаемый в цементобетонном покрытии или основании по оси дороги или параллельно ей в зависимости от ширины проезжей части и способствующий снижению деформаций от растягивающих напряжений. При недостаточно прочном основании смежные плиты, разделенные швом, должны быть связаны стальными штырями.

Продольные швы устраивают при ширине покрытия более 23h (где h – толщина плиты), чтобы предупредить появление извилистых продольных трещин, которые образуются от переменного воздействия транспортных средств, неоднородного пучения и осадки земляного полотна.

Поперечный шов - деформационный шов в цементобетонном покрытии или основании, нарезанный перпендикулярно к оси дороги и обеспечивающий возможность продольного деформирования цементобетонных плит.

Схема размещения деформационных швов в плане приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Схема размещения деформационных швов в цементобетонном покрытии

К поперечным швам относятся швы расширения, сжатия, контрольные и рабочие.

Швы расширения обеспечивают возможность удлинения плит покрытия под действием температуры воздуха, которая превышает температуру укладки бетона.

Как правило, конструкция шва расширения должна включать: деревянную доску – прокладку из чисто обрезных досок I сорта мягких пород древесины, выдержанных в воде, или других материалов, обладающих упругими свойствами; стальной штырь, обработанный битумом с температурным компенсатором (колпачком), обеспечивающим смещение штыря в бетоне не менее чем на 2 см; каркас для фиксации прокладки и штырей, свариваемый в кондукторе, и паз в бетоне, заполненный мастикой, герметиком.

Конструкция шва расширения приведена на рис.1.3.

Ширину швов расширения (толщину доски) принимают равной 3 см. Пазы для швов расширения должны быть на 3-5 мм шире толщины доски (33-35 мм), глубина до верха доски 40-60 мм.

Устройство швов расширения повышает продольную устойчивость цементобетонного покрытия при его максимальном нагреве летом. Расстояние между швами расширения принимают в зависимости от толщины покрытия, ожидаемой температуры нагрева покрытия в летнее время и температуры воздуха во время бетонирования, табл.1.2.

Таблица 1.2

Рекомендуемые расстояния между швами расширения

Швы расширения при температуре бетонирования более 10 ºС можно не устраивать.

Швы расширения обязательно устраивают при примыкании к мостам, путепроводам и в местах пересечения цементобетонных покрытий в одном уровне. Их заполняют герметизирующими материалами или готовой резиновой прокладкой и пористым легкосжимающимся материалом (полистиролом листовым, неуплотненной битумоминеральной смесью и др.).

Перед мостами и путепроводами должно быть сделано не менее трех швов расширения шириной 6 см через 15-30 м, заполненных сильно сжимаемым материалом.

Шов сжатия - поперечный шов, нарезанный на части толщины плиты, создающий ослабленное сечение, в котором при усадке цементобетона и понижении температуры происходит разрыв. Создает возможность продольного сжатия плиты.

В поперечных швах сжатия покрытие разрезают по всей ширине на 1/4 толщины плиты. Ниже этой прорези (паза) в последующем возникает трещина. Для создания водонепроницаемых и незасоряемых швов пазы заполняют герметизирующим материалом. Пазы швов сжатия подразделяют на три вида, отличающиеся по своей конструкции и устраиваемые:

- в свежеуложенном бетоне;

- комбинированным способом путем закладки ленты в свежеуложенный бетон с последующей нарезкой паза в затвердевшем бетоне;

- в затвердевшем бетоне со ступенчатой конструкцией паза.

Продольные швы устраиваются по типу шва сжатия.

Конструкции швов сжатия и продольного шва приведены на рис.1.4.

Рис.1.4. Конструкции поперечных швов сжатия

(пунктиром показана обмазка штырей битумом)и продольного шва:

а) в свежеуложенном бетоне; б) комбинированным способом;

в) в затвердевшем бетоне; г) продольный шов

Ширина паза сжатия может быть от 4 до 15 мм, глубина паза не менее 0,25h. При меньшей глубине могут появиться извилистые трещины рядом со швом в результате несрабатывания шва.

Швы сжатия устраивают между швами расширения, чтобы предупредить появление трещин, которые возникают в плитах при температурах воздуха ниже температуры, при которой производится укладка бетона в покрытие, вследствие усадки бетона, а также при неоднородных деформациях земляного полотна.

Расстояние между швами сжатия, то есть длину неармированных плит, назначают по расчету, но не более:

- на укрепленном основании и на устойчивом земляном полотне – 25h;

- на земляном полотне с ожидаемыми неравномерными осадками и на насыпях высотой более 3 м – 22h;

- в местах перехода из выемок в высокие насыпи, в местах примыкания к искусственным сооружениям и в покрытиях шириной 6 м и менее – 20h.

Для повышения продольной устойчивости в швах сжатия, примыкающих к шву расширения, рекомендуется применять в нижней части деревянные прокладки треугольного сечения высотой 5-6 см.

При устройстве пазов швов сжатия и расширения в свежеуложенном бетоне радиус закругления кромок швов не должен превышать 8 мм.

Часть швов сжатия устраивают как контрольные швы в свежеуложенном бетоне (через каждые 2-3 плиты) для предохранения покрытия от трещинообразования в раннем возрасте.

Рабочие швы устраивают по типу швов сжатия в конце рабочей смены или при длительных перерывах в бетонировании (более 2-4 ч).

Для повышения продольной устойчивости, лучшей совместной работы плит, увеличения динамической устойчивости основания и повышения транспортно-эксплуатационных качеств рекомендуется поперечные швы устраивать наклонными в плане или в виде «елочки» с уклоном к оси дороги 1:10. Схемы расположения швов в плане приведены на рис.1.5.

Рис.1.5. Варианты расположения швов сжатия в плане для повышения

комфортности движения, для уменьшения уступов между плитами

(а, б и в), ровности покрытия в жаркое время года (б и в)

1.4. Штыревые соединения и армирование покрытий

Штыри - стальные стержни, устанавливаемые в гильзы в швах бетонного покрытия, допускающие продольные перемещения бетонной плиты и предотвращающие при этом перемещение плиты в поперечном направлении и по высоте.

Штыри в бетонных покрытиях предупреждают образование уступов в швах между плитами и частично передают нагрузку с одной плиты на другую. Они обеспечивают возможность изменения длины плит при изменении температуры. Для предотвращения коррозии и сцепления с бетоном штыри покрывают расплавленным в котле битумом слоем 0,2 – 0,3 мм. Длина штыря, не покрытого битумом, должна быть не менее шести диаметров стержня. Штыри в продольных швах устраивают без битумной обмазки. Длина зоны обмазки штырей в поперечных швах составляет 2/3 длины штырей.

При устройстве швов сжатия и расширения не допускается перекос и наклон штырей и доски прокладки более чем на 1,0 см от проектного положения.

Схемы расположения штырей в цементобетонном покрытии приведены на рис.1.6. На схемах приняты следующие обозначения: Ø – диаметр штырей, мм; h – толщина покрытия; I-I, II-II – конструкции швов сжатия. Размеры в плане и сечениях даны в см.

Рис.1.6. Схемы расположения штырей в швах покрытий на цементогрунтовом (а),

щебеночном и песчаном (б) основаниях:

1 – шов сжатия; 2 – шов расширения; 3 – продольный шов;

4 – установочные шпильки; 5 – изоляция места сварки; 6 – паз шва с заполнителем

Установочные шпильки (Ø 5 мм, l = 13-16 см) приварены электросваркой к штырям. При приварке в торец штыря продольного шва шпилек диаметром 8-10 мм длина штырей может быть уменьшена до 50 см. Изоляция места сварки производится с помощью специальных колпачков или полиэтиленовой пленки.

Армирование покрытий производят на дорогах I и II категории при интенсивности движения более 5000 авт./сут. на участках дорог с насыпями высотой более 3-5 м и на тех участках дорог, где в процессе эксплуатации ожидается неравномерная осадка земляного полотна.

При армировании длину плит удается увеличить до 20 м или снизить толщину плит на 1-2 см при сохранении транспортно-эксплуатационных качеств покрытия. В условиях повышенной интенсивности движения используют армированные плиты длиной 10-20 м, а на участках высоких насыпей – 5-7 м. Для армирования следует применять арматуру периодического профиля диаметром 8-16 мм класса А-II в виде отдельных продольных стержней, длина которых меньше длины плиты на 100-200 см или в виде плоских стальных сеток.

Расход арматуры диаметром 8-16 мм приведен в табл.1.3.

Таблица 1.3

Расход арматуры на 1 м² покрытия