Расчет бетонного покрытия проезда
Обновлено: 18.05.2024
Проектирование жестких дорожных покрытий
Общие расчетные положения. Инженерный расчет жестких покрытий и оснований городских дорог дает возможность правильно оценить прочность, выносливость, трещиностойкость и устойчивость дорожной конструкции под статическими и подвижными нагрузками при температурных изменениях и других воздействиях. Расчет и рациональное конструирование имеют важное значение при устранении излишних запасов прочности в тех частях конструкции, где они имеются, и, наоборот, создание необходимой прочности там, где она недостаточна.
В соответствии со СНиП П-21—75 «Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования» конструкции, выполненые из цементобетона и железобетона должны удовлетворять требованиям расчета по несущей способности (предельные состояния первой группы) и по пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы).
1. Расчет по предельным состояниям первой группы должен обеспечивать конструкцию от хрупкого, вязкого или иного характера разрушения (расчет по прочности с учетом в необходимых случаях прогиба конструкции перед разрушением); усталостного разрушения (расчет на выносливость конструкций, находящихся под воздействием многократно повторяющейся нагрузки — подвижной или пульсирующей); разрушения под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (периодического или постоянного воздействия агрессивной среды, действия попеременного замораживания и оттаивания и т. п.).
2. Расчет по предельным состояниям второй группы должен обеспечить конструкцию от образования трещин, а также их чрезмерного или длительного раскрытия (если по условиям эксплуатации образование или длительное раскрытие трещин недопустимо); чрезмерных перемещений (прогибов, углов поворота, углов перекоса и колебаний).
Жесткие дорожные покрытия могут стать непригодными для эксплуатации в результате исчерпания несущей способности по прочности и выносливости (предельное состояние первой группы); чрезмерных деформаций, затрудняющих нормальную эксплуатацию, и появления трещин, недопустимых по ширине раскрытия (предельное состояние второй группы).
Расчет плит покрытий по прочности дает возможность определить сечение, а в железобетонных конструкциях назначить и расположить рабочую арматуру по зонам. Учитывая воздействие многократно повторяющейся нагрузки, плиты покрытий рассчитывают также и на выносливость.
Расчет по деформациям можно производить как от нормативной нагрузки, так и от предварительного обжатия бетона (в предварительно напряженных конструкциях). Общие деформации дорожных плит зависят не только от жесткости самой конструкции, но и от деформативных свойств основания. Напряжения от нормативных нагрузок в основании не должны превышать расчетного сопротивления материала основания.
Расчет на трещиностойкость напряженных конструкций позволяет назначить такие их параметры, при которых образование трещин в процессе эксплуатации будет исключено.
Важнейшими факторами, от которых зависит наступление предельных состояний дорожных конструкций, являются величина внешней нагрузки, физико-механические свойства материалов дорожной одежды, условия работы и изготовления основания и покрытия (надежность основания, обеспеченность водоотвода, климатические характеристики местности, изготовление конструкции на полотне дороги или в заводских условиях). Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов должен, как правило, производиться для всех стадий: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации, при этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям.
В соответствии с методом расчетных предельных состояний при расчете покрытий на прочность, устойчивость и трещиностойкость вводят расчетный коэффициент перегрузки, учитывающий возможное увеличение нагрузки при проходе перегруженного автомобиля, автобуса или троллейбуса, и коэффициент условий работы бетона и арматуры (в армированных покрытиях), учитывающий особенности свойств материалов и возможность ухудшения работы конструкции по сравнению с расчетными.
Для расчета по предельным состояниям используют зависимость
Расчетной нагрузкой N при расчете покрытий называют произведение нормативной нагрузки на коэффициент перегрузки, т. е.
где n — коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1, так как покрытия рассчитывают обычно на полную массу нормативного автомобиля.
Одновременно учитывают динамический эффект воздействия траспорта на покрытие, характеризуемый коэффициентом динамичности. Максимальные коэффициенты динамичности имеются на тех участках покрытий, где скорость движения транспорта относительно невелика (перекрестки, места остановок транспорта и т. д.). При увеличении скорости движения автомобилей динамический эффект уменьшается, что связано с проявлением упруговязких свойств грунта при деформации покрытий. При этом следует иметь в виду, что динамическое воздействие автомобильной нагрузки не одинаково для различных частей плиты. Наибольших значений оно достигает при наезде колеса на шов покрытия. Величину коэффициента динамичности kд обычно принимают равной 1,2.
Динамическое воздействие транспорта учитывают независимо от коэффициента перегрузки, вследствие чего полная расчетная нагрузка будет равна
При расчете сборных конструкций на воздействие усилий, возникающих при их подъеме, перевозке и монтаже, нагрузку от собственной массы элемента нужно вводить в расчет с коэффициентом динамичности, равным 1,8 при транспортировании и 1,5 — при подъеме и монтаже.
Коэффициент условий работы учитывает усталость бетона, концентрацию напряжений в элементах конструкций, явление релаксации, процесс накапливания остаточных деформаций в основании покрытий и нарастание прочности бетона во времени. Коэффициент условий работы конструкции в целом m, бетона mб, и арматуры ma устанавливают на основании статистической обработки опытных данных. Для проектирования жестких дорожных одежд расчетные коэффициенты условий работы можно принять равными:
При расчете жестких дорожных одежд следует учитывать временную расчетную нагрузку, вызывающую изгиб плит, растягивающие напряжения, появляющиеся при понижении температуры, коробление от изменения температуры между верхом и низом плиты. Кроме того, нужно принимать во внимание возможную неоднородность основания и морозное пучение грунта, отклонение толщины плиты от проектной и др.
В общем случае покрытия рассматривают как состоящие из плит, жесткость которых в продольном и поперечном направлениях различна. Таким свойством обладают монолитные и сборные предварительно напряженные покрытия, имеющие различное предварительное напряжение в продольном и поперечном направлениях или имеющие только одноосное предварительное обжатие. Предварительно напряженные покрытия с симметричным обжатием, железобетонные покрытия с симметричным армированием и обычные бетонные покрытия имеют одинаковую жесткость в продольном и поперечном направлениях.
Большие линейные размеры плит, применяемых в городском дорожном строительстве, дают возможность рассчитывать их при центральной нагрузке как плиты неограниченных размеров, что значительно облегчает технику вычисления изгибающих моментов и прогибов в этих плитах.
Таким образом, для расчета жестких покрытий на прочность и трещиностойкость необходимы следующие расчетные данные: схема расчетной нагрузки H=30; расчетные характеристики основания; расчетное сопротивление и модуль упругости бетона и арматурной стали (последние для железобетонных покрытий); значения расчетных коэффициентов перегрузки, динамичности, условий работы и конструктивные решения швов и стыковых соединений, а также методы сопряжения покрытия с другими элементами улицы.
Расчетные характеристики материалов. В соответствии с ГОСТ 8424—72 «Бетон дорожный» установлены следующие значения марок бетона, применяемых в дорожном и аэродромном строительстве: а) по пределу прочности при изгибе: 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20 и 15; б) по пределу прочности при сжатии: 500, 400, 350, 300, 250, 200, 150, 100 и 75.
При расчете цементно-бетонных покрытий расчетные сопротивления бетона на растяжение при изгибе назначают по этим маркам с учетом коэффициентов условий работы.
Расчетные сопротивления бетона при расчете железобетонных покрытий на прочность, а также по образованию или раскрытию трещин имеют значения, приведенные в табл. 33.
Марку бетона по прочности на растяжение, при изгибе и на осевое растяжение определяют на образцах, форма, размеры и методы испытаний которых должны соответствовать ГОСТ 10180—74 «Бетон тяжелый. Методы определения прочности».
Предварительно напряженные конструкции должны быть рассчитаны на выносливость вычислением напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон, которые не должны превышать расчетных сопротивлений бетона на выносливость. Расчетные сопротивления бетона при расчете железобетонных покрытий на выносливость, а также на образование трещин при многократно повторяющейся нагрузке (R'пр, R'и, RрII) вычисляют умножением соответствующих расчетных сопротивлений бетона Rпр, Rи, RрII, определяемых по табл. 33, на коэффициент условий работы бетона mб2, принимаемый по данным, приведенным ниже, в зависимости от характеристики цикла напряжений в бетоне:
За расчетный модуль упругости бетона Еб при сжатии и растяжении строительными нормами рекомендовано принимать начальный модуль упругости бетона:
Проектные марки бетона для железобетонных конструкций следует назначать в зависимости от категории улицы, климатических условий и типа применяемой арматуры. При этом необходимо учитывать, что конструкции находятся под воздействием многократно повторяющейся подвижной нагрузки.
Для армирования железобетонных конструкций должна применяться арматура, отвечающая требованиям соответствующих государственных стандартов или утвержденных в установленном порядке технических условий, следующих видов:
1. Стержневая арматура: а) горячекатаная — гладкая класса А-1, периодического профиля классов А-II, А-III, А-IV, А-V; б) термически упрочненная — периодического профиля классов Ат-IV, Ат-V, Ат-VI. 2. Проволочная арматура: а) холоднотянутая проволока: обыкновенная — гладкая класса В-I, периодического профиля класса Вр-I; высокопрочная — гладкая класса В-ІІ, периодического профиля класса Вр-II; б) арматурные канаты — спиральные семи-лроволочные класса К-7.
В качестве ненапрягаемой арматуры железобетонных конструкций следует преимущественно применять горячекатаную арматурную сталь класса А-ІІІ; обыкновенную арматурную проволоку диаметром 3—5 мм классов Вр-I и В-I (в сварных сетках и каркасах). Допускается также применять горячекатаную арматурную сталь классов А-ІІ и А-І в основном для поперечной арматуры линейных элементов, для конструктивной и монтажной арматуры, а также в качестве продольной рабочей арматуры в случаях, когда использование других видов ненапрягаемой арматуры нецелесообразно или не допускается.
В качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных железобетонных элементов и конструкций при длине до 12 м включительно следует преимущественно применять термически упрочненную арматурную сталь классов Ат-У1 и Ат-V. Допускается также применять высокопрочную арматурную проволоку классов В-ІІ, Вр-Н и арматурные канаты класса К-7; горячекатаную арматурную сталь классов А-V, А-ІV и термически упрочненную сталь класса Ат-1У.
При длине элементов свыше 12 м следует преимущественно применять высокопрочную арматурную проволоку классов В-ІІ, Вр-II и арматурные канаты класса К-7; горячекатаную арматурную сталь класса А-V. Допускается также применять горячекатаную арматурную сталь класса А-ІV.
Для монтажных (подъемных) петель элементов сборных железобетонных и бетонных конструкций должна применяться горячекатаная арматурная сталь классов А-ІІ и А-І.
В табл. 34 и 35 приведены значения расчетных сопротивлений соответственно для стержневой и проволочной арматуры при расчете железобетонных конструкций по предельному состоянию первой группы.
Расчетные сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы снижаются (или повышаются) путем умножения на соответствующие коэффициенты условий работы ma, учитывающие возможность неполного использования прочностных характеристик арматуры в связи с неравномерным распределением напряжений в сечении, низкой прочностью бетона, условиями анкеровки, характером диаграммы растяжения стали, изменением ее свойств в зависимости от условий работы конструкции и т. п.
Расчетные сопротивления арматуры для предельных состояний второй группы RаII вводят в расчет с коэффициентом условий работы ma = 1.
В соответствии с методом предельных состояний при расчете предварительно напряженных железобетонных дорожных плит следует проверять выносливость конструкций. Расчетные сопротивления растянутой арматуры при расчете железобетонных конструкций на выносливость определяют умножением расчетного сопротивления растянутой арматуры на коэффициент условий работы арматуры ma1, принимаемый в зависимости от характеристики цикла напряжений в арматуре (табл. 36):
Значения модуля упругости арматуры Еa принимают по табл. 37.
Определение внутренних усилий в плитах. В соответствии с механическими моделями грунтовых оснований существует несколько практических методов расчета дорожных плит, нашедших применение в практике проектирования улиц, автомобильных дорог и аэродромов.
Предусматриваемая в различных моделях линейная зависимость между напряжениями и деформациями в грунтах соответствует работе жестких покрытий, имеющих малый диапазон изменения прогибов под воздействием нагрузки.
Величину изгибающих моментов прогибов и поперечных сил в покрытиях городских дорог определяют различными методами в зависимости от конструкции, размеров плит и способа соединения плит между собой.
Изотропные бетонные и железобетонные покрытия рассчитывают обычно по методике, рассматривающей грунтовое основание как линейно-деформируемое полупространство с использованием расчетных формул и таблиц М. И. Горбунова-Посадова.
В зависимости от жесткости плиты разделяются на три категории: абсолютно жесткие, конечные в плане и по жесткости, бесконечные в плане. Каждая категория плит характеризуется диапазоном значений величины
Расчетные изгибающие моменты вычисляют при наиневыгоднейших расположениях нагрузки умножением центрального момента на соответствующие переходные коэффициенты, представляющие собой отношения расчетных изгибающих моментов в рассматриваемых точках к максимальному изгибающему моменту в центре плиты. Переходные коэффициенты вычисляют в зависимости от величины упругой характеристики и условий закрепления краев плит. Применительно к расчетной нагрузке Н = 30 максимальное значение изгибающего момента в плите покрытия при ее центральном загружении определяют как сумму изгибающих моментов, создаваемых четырьмя колесами задних осей автомобиля (рис. 66). Расчетная нагрузка на каждое спаренное колесо будет равна
где Р0 — нормативная нагрузка на заднюю ось автомобиля. Изгибающий момент в покрытии от одиночной центрально расположенной нагрузки равен
r — радиус круга, равновеликого следу колеса; L — упругая характеристика плиты, вычисляемая по формуле
Величину радиуса приведенного круга отпечатка следа колеса определяют по формуле
где q — внутреннее давление в шине колеса.
При этом влияние соседних колес на значение расчетного момента в центре плиты учитывается лишь в тех случаях, когда упругая характеристика плиты, зависящая от ее цилиндрической жесткости, меньше расстояний между осями более чем в 3 раза. В случае, если удаление всех трех колес Р2, Р3 и Р4 от колеса Р1 не превышает 3L, при вычислении результирующего момента cледует учесть влияние нагрузки от колес Р2, Р3 и Р4 (рис. 68). Таким образом, изгибающий момент в покрытии от нагрузки Р3 будет равен
Моменты от воздействия нагрузки Р2 в расчетном сечении
где Мx2 и Мy2 — единичные моменты от колеса Р2, определенные по табл. 38 в зависимости от приведенных координат
где х2 и y2 — координаты точки приложения силы Р2, считая за начало координат рассматриваемое сечение.
Аналогичным способом вычисляют моменты в расчетном сечении от воздействия нагрузок Р3 и Р4, которые будут равны:
Суммарный расчетный момент в середине плиты по оси ох равен
В качестве расчетного момента М0 принимают большее абсолютное значение момента (Мх или Му).
Расчетный изгибающий момент при расположении нагрузки на краевых или угловых участках плит будет равен
где К — коэффициент, учитывающий изменение момента при переходе колесной нагрузки от центра к краю или углу плиты и зависящий от величины упругой характеристики плиты и метода соединения плит.
Для определения изгибающих моментов и поперечных сил в сборных покрытиях, состоящих из шестиугольных и квадратных плит, также пользуются формулами М. И. Горбунова-Посадова.
Расчетная схема плиты показана на рис. 67. В центре плиты приложена временная нагрузка Р, распределенная по площади круга диаметром В (при расчете квадратных плит диаметр плиты принимают равным стороне плиты, шестиугольных плит — сумме двух сторон). По периметру приложены поперечные силы Q, эквивалентные реакции соседних плит.
Изгибающий момент в абсолютно жестких плитах равен
Значение Ма принимают в этом случае в зависимости от отношения d/D по данным, приведенным ниже.
Изгибающий момент в центре плиты конечной жесткости
Коэффициенты Мв и Мс определяют в зависимости от значения S и d/D:
Изгибающий момент в центре плиты от влияния поперечной нагрузки по контуру Q определяют по формуле
где МQ принимают в зависимости от S:
Поперечную нагрузку Q от влияния соседних плит (при шарнирном соединении) можно получить из уравнения
а коэффициент Q, зависящий от D/2L,
Суммарный расчетный момент для центра плиты равен
Для расчета предварительно напряженных струнобетонных покрытий, а также сборных покрытий с напряженными стыками, когда расстояние между температурными швами составляет 100—120 м, целесообразно применять теоретические решения, найденные для бесконечной плиты на упругом основании, в работе О.Я. Шехтер. В этой работе даны выражения для изгибающих моментов на единицу ширины плиты по радиальному и тангенциальному направлениям при воздействии сосредоточенной силы и нагрузки, распределенной по кругу. Моменты равны:
а) от сосредоточенной нагрузки
б) от нагрузки, равномерно распределенной по кругу,
Осадка под нагрузкой
где Еб — модуль упругости бетона; а — коэффициент, характеризующий соотношения модуля упругости бетона и модуля деформации подстилающего грунта.
Основы конструирования жестких покрытий. При расчете и конструировании жесткие покрытия городских улиц рассматривают в комплексе с основанием, подстилающими слоями и земляным полотном. Опыт конструирования, изготовления, строительства и эксплуатации дорожных покрытий из цементобетона, железобетона и из предварительно напряженного железобетона позволяет определить требования, которым должны отвечать современные конструкции. Конструкции жестких покрытий должны быть просты в изготовлении, полностью соответствовать перспективным условиям движения, способствовать благоустройству улиц, иметь высокие прочность и выносливость.
Строительные требования главным образом сводятся к индустриализации и комплексной механизации всех работ, проводимых на ул. В связи с этим особенно рационален переход на сборные и сборно-монолитные покрытия при совершенной заводской технологии их изготовления. Эксплуатационные требования исходят из необходимости увеличить срок службы покрытий, обеспечить высокое качество поверхности, предотвратить трещинообразование плит и разрушение стыков. Экономические требования предусматривают снижение стоимости эксплуатации городских дорог за счет повышения долговечности конструкций, упрощения технологии ремонтных и эксплуатационных работ, а также сокращения трудовых затрат в целом.
Расчет бетонного покрытия проезда
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ распоряжением Минтранса России N ОС-1066-р от 03.12.2003 г.
Руководители работ: канд. техн. наук В.М.Юмашев и д-р техн. наук В.Д.Казарновский (Союздорнии).
В подготовке текста Рекомендаций участвовали сотрудники Союздорнии: инж. В.А.Зельманович (ответственный исполнитель), канд. техн. наук А.М.Шейнин, канд. техн. наук С.В.Эккель, канд. техн. наук. В.И.Коршунов, инж. И.В.Басурманова (вопросы конструирования, расчета жестких дорожных одежд и расчетных характеристик цементобетона).
Кроме материалов Союздорнии, использованы материалы, полученные от организаций-соисполнителей:
Санкт-Петербургского филиала Союздорнии: д-р техн. наук Ю.М.Васильев, кандидаты технических наук П.И.Теляев, А.О.Салль, М.А.Железников, инж. В.Н.Лукантьева (вопросы расчета прочности и устойчивости дорожной одежды);
Смоленского филиала Союздорнии: д-р техн. наук А.В.Линцер, канд. техн. наук Ю.Н.Высоцкий (вопросы конструирования жестких дорожных одежд);
МАДИ (ТУ): д-р техн. наук В.П.Носов, кандидаты технических наук М.С.Коганзон, В.К.Апестин (вопросы расчета и конструирования жестких дорожных одежд);
ГП "Росдорнии": канд. техн. наук Л.Б.Каменецкий, инж. О.Н.Нагаевская (вопросы конструирования и расчета цементобетонных покрытий и асфальтобетонных покрытий на цементобетонном основании).
Учитывались также опубликованные материалы исследований, выполненных в период 1983-1999 гг. под руководством канд. техн. наук В.А.Чернигова и канд. техн. наук В.С.Орловского.
Использованы также результаты разработок, выполненных в различных организациях, отраженные в Инструкции по проектированию жестких дорожных одежд Минтрансстроя СССР (ВСН 197-91).
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящие Методические рекомендации (далее по тексту Рекомендации) распространяются на проектирование жестких дорожных одежд автомобильных дорог общего пользования, подъездных дорог к промышленным предприятиям, внутрихозяйственных сельских дорог различных категорий с покрытиями:
цементобетонными монолитными на различных видах основания;
асфальтобетонными на основаниях из цементобетона;
сборными из предварительно напряженного железобетона, железобетона, армобетона на различных видах основания.
1.2. В дорожных одеждах различают следующие конструктивные слои (рис.1.1):
покрытие - верхняя часть одежды, воспринимающая усилия от колес автомобилей и подвергающаяся непосредственному воздействию атмосферных факторов;
основание - часть одежды, обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на нижележащие дополнительные слои или грунт земляного полотна;
дополнительные слои основания - слои между основанием и грунтом земляного полотна. Дополнительные слои основания выполняют морозозащитную, дренирующую и теплоизолирующую функции.
I категория
Рис.1.1. Поперечные разрезы типовых дорожных одежд с цементобетонным покрытием
для дорог I-IV категорий: 1 - покрытие; 2 - основание; 3 - нижний слой основания; 4 - земляное полотно;
5 - выравнивающий слой; 6 - краевая укрепительная полоса; 7 - укрепленная часть обочины;
8 - неукрепленная часть обочины; 9 - откос
Примечание. На схемах не указан продольный и поперечный водоотвод
Между покрытием и основанием при необходимости укладывают выравнивающий слой из обработанных вяжущими зернистых материалов, который в качестве конструктивного слоя одежды не рассматривается и в расчетах не учитывается.
Дорожные одежды сооружают на земляном полотне, верхняя часть которого носит название рабочего слоя.
1.3. Проектирование дорожных одежд с учетом свойств земляного полотна представляет собой единый процесс конструирования и расчета их на прочность, деформативность, морозоустойчивость и дренирующую способность, а также технико-экономического обоснования вариантов. Конструированию и расчету посвящены соответствующие разделы Рекомендаций.
1.4. Основными положениями раздела конструирования надлежит пользоваться при назначении вида покрытия и его минимально необходимой толщины, швов сжатия и расширения в покрытии, их конструкции, предельных расстояний между швами; при выборе материалов для устройства слоев основания и назначении их минимальной толщины; при выборе материалов для устройства дополнительных слоев основания.
1.5. В расчетной части Рекомендаций определяют расчетные и нормативные нагрузки, размеры основных конструктивных элементов (толщину и длину плит, толщину слоев основания, армирование плит и швов, необходимость устройства швов расширения и расстояние между ними) для различных видов покрытия, категорий дорог, для различных величин транспортных нагрузок, грунтовых и природно-климатических условий.
Расчетом определяют рациональные варианты конструкции по ряду показателей технико-экономического сравнения, а также конструкцию дренирующих и морозозащитных слоев.
1.6. Для определения приведенной стоимости при вариантном проектировании руководствуются сроками службы, вытекающими из долговечности материала верхнего слоя покрытия, которые для дорожных одежд капитального типа с цементобетонным покрытием составляют не менее 25 лет, а для дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием на бетонном основании - не менее 20 лет.
В условиях непрерывного роста стоимости строительных материалов, непредсказуемого во времени нарастания интенсивности движения и увеличения нагрузки, наиболее эффективной мерой в проектировании дорожной одежды является создание "базовой" конструкции с учетом последующего наращивания поверхностных слоев при реконструкции и рассчитанной на перспективную долговечность за счет повышения ресурса несущей способности цементобетонного покрытия.
Расчетный срок службы при определении конструкции дорожной одежды и расчетных параметров конструктивных слоев устанавливают не менее 25 лет или менее 25 лет, но с учетом работы в раннем возрасте на воздействие построечного транспорта.
Допускается проектировать конструкции на длительную перспективу по технико-экономическим соображениям со сроком службы 35 . 40. 45 . 50 лет.
2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
2.1. Цель конструирования дорожной одежды - выбрать материалы, определить количество слоев и их размещение по глубине. При этом необходимо:
предусматривать при необходимости 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 гидрогеологические условия местности (включая возведение высоких насыпей);
предусматривать условия и возможность дальнейшего поэтапного усиления, уширения и повышения капитальности автомобильной дороги.
2.2. Выравнивающий слой предназначен для устранения неровностей основания и обеспечения ровности слоев покрытия и возможности перемещения плит покрытия при изменении температуры. Если неровности основания не превышают 1 см, то допускается не устраивать выравнивающий слой, а применять только слой, прерывающий сцепление плит с основанием и служащий изолятором против высыхания бетона в раннем возрасте и появления в покрытии усадочных трещин.
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.
2.3. 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 прочности ( 0,8 - 1,2); из нерудных материалов и грунтов, укрепленных неорганическим вяжущим, из щебня, шлака или гравия либо из песка.
Толщину и вид основания определяют расчетом.
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.
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.
Толщина укрепленного вяжущими основания, по которому уже в раннем возрасте начинается движение гусеничных бетоноукладчиков, должна быть не менее 18 см, марка - 7,5.
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 1,05 м с каждой стороны (см. рис.1.1).
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.
2.4. 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.
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.
2.5. 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).
Расчет бетонного покрытия проезда
ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ
ИНСТРУКЦИЯ
ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ЦЕМЕНТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Дата введения 1981-01-01
РАЗРАБОТАНА Государственным Всесоюзным дорожным научно-исследовательским институтом (Союздорнии) Минтрансстроя на основе исследований Союздорнии, обобщения отечественного и зарубежного опыта конструирования и строительства цементобетонных покрытий автомобильных дорог в развитие соответствующего раздела СНиП по производству и приемке работ при строительстве автомобильных дорог.
Общее редактирование выполнено кандидатами технических наук Б.С.Марышевым, А.М.Шейниным и В.А.Черниговым.
ВНЕСЕНА Государственным Всесоюзным дорожным научно-исследовательским институтом (Союздорнии).
СОГЛАСОВАНА с Госстроем СССР (письмо N 1-4565 от 30 ноября 1978 г.)
УТВЕРЖДЕНА Министерством транспортного строительства 7 февраля 1980 г. N Л-210.
ВЗАМЕН: Инструкции по устройству цементобетонных покрытий автомобильных дорог (ВСН 139-68 Минтрансстроя), Технических указаний по устройству деформационных швов в цементобетонных дорожных покрытиях (ВСН 159-69 Минтрансстроя), Технических указаний по уходу за свежеуложенным бетоном дорожных и аэродромных покрытий с применением пленкообразующих материалов (ВСН 35-70 Минтрансстроя).
ВНЕСЕНО Изменение N 1, введенное в действие решением Министерства транспортного строительства СССР от 26.02.90 г. N АВ-65 с 01.07.90.
Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных по тексту рассылки
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящая инструкция распространяется на конструирование и строительство цементобетонных покрытий и оснований из монолитного бетона на автомобильных дорогах общей сети СССР.
1.2. При конструировании и строительстве цементобетонных покрытий и оснований, кроме Инструкции, должны учитываться требования СНиП по проектированию автомобильных дорог и СНиП по производству и приемке работ при строительстве автомобильных дорог, СНиП по производству и приемке работ при возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций, а также требования стандарта на дорожный бетон.
1.3. Область применения монолитных бетонных покрытий должна соответствовать указаниям СНиП на проектирование автомобильных дорог.
1.4. Если покрытие строят на второй год после возведения земляного полотна, верхняя часть земляного полотна при необходимости должна быть повторно тщательно уплотнена до требуемой плотности.
1.5. Проекты организации строительства и производства работ по строительству автомобильной дороги с цементобетонным покрытием должны быть составлены с учетом:
возможности постройки цементобетонного завода (ЦБЗ) у железной дороги с разгрузочным тупиком или у трассы строящейся автомобильной дороги и обеспечения ЦБЗ электроэнергией от общегосударственной или временной сети;
возможности использования существующих автомобильных дорог и строительства временных дорог для бесперебойной доставки бетонной смеси от ЦБЗ на место укладки без ухудшения ее строительно-технологических свойств (связности, удобообрабатываемости, недопустимых потерь подвижности и вовлеченного воздуха);
выбора наиболее экономичных источников снабжения ЦБЗ качественными материалами для приготовления бетона и строительства покрытия;
организации радио- или телефонной связи между ЦБЗ и бетоноукладочным комплектом машин.
1.6. Положения настоящей Инструкции распространяются на монолитные цементобетонные покрытия автомобильных дорог, устраиваемые:
комплектом высокопроизводительных машин со скользящими формами (опалубкой) с автоматической системой обеспечения ровности;
комплектом машин, передвигающихся по рельс-формам в неподвижной опалубке.
2. КОНСТРУКЦИЯ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ С БЕТОННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ И ОСНОВАНИЯМИ
2.1. Дорожные одежды с покрытиями (рис.1) могут иметь, как правило, следующие конструктивные слои: покрытие, выравнивающий слой, основание и дополнительный слой основания.
Рис.1. Поперечные разрезы типовых дорожных одежд с цементобетонным покрытием, устраиваемых комплектами машин:
а - со скользящими формами; б - с применением рельс-форм; 1 - покрытие; 2 - выравнивающий слой; 3 - основание 4 - дополнительный слой основания; 5 - земляное полотно; в - укрепленная полоса
При строительстве покрытий машинами со скользящими формами и подвозе бетонной смеси и других материалов по обочине расстояние от одной из бровок земляного полотна до края основания должно быть не менее 3,3 м. При ширине обочин 3,75 м и крутизне откосов 1:2 не требуется уширять земляное полотно. В отдельных случаях на высоких насыпях при крутизне откосов менее 1:2 допускается уширять одну из обочин на 20 см за счет другой обочины. Необходимость уширения земляного полотна должна быть установлена проектной организацией.
2.2. Покрытие непосредственно воспринимает нагрузки и обеспечивает безопасный проезд автомобилей с расчетной скоростью. Покрытие можно строить из неармированного или армированного цементобетона.
2.3. Выравнивающий слой предназначен устранить неровности на основаниях, обеспечить перемещение плит покрытия при изменении температуры, равномерно распределить давление от автомобилей, уменьшить напряжения в плитах при их короблении и повысить стойкость поверхностного слоя основания.
Выравнивающий слой допускается не устраивать на основаниях из низкомарочного бетона или грунтов и каменных материалов I класса прочности, укрепленных цементом. При этом должны быть соблюдены следующие условия: цементогрунт приготовлен в смесительной установке; обеспечена ровность поверхности основания за счет чистового профилирования в соответствии со СНиП на строительство автомобильных дорог; осуществлен уход за цементогрунтом пленкообразующим материалом, как правило, с применением катионактивной битумной эмульсии (расход 1-1,5 л/м) или поверхностной обработки толщиной 0,6 см в виде россыпи с прикаткой (на 1 м 10 л, около 17 кг) гранитных высевок, обработанных 3 л катионактивной битумной эмульсии. Допускается применять пленкообразующий материал, используемый для ухода за бетоном.
В тех случаях, когда не обеспечена проектная ровность основания, цементогрунт готовят смешением на месте укладки, применяют цементогрунт II класса прочности, то поверх основания следует устраивать выравнивающий слой.
В зависимости от категории дороги и материала оснований для устройства выравнивающих слоев можно использовать:
черный песок или асфальтобетон 4-й марки слоем 3-5 см на дорогах I и II категорий с основаниями из каменных материалов и грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими; слой толщиной 5 см назначают при езде построечных автомобилей по основанию;
необработанный песок слоем 5 см на дорогах II категории при расчетной суточной интенсивности движения менее 5000 авт./сут. или на дорогах III категории при основаниях из каменных материалов и грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими, а также из песка и песчано-гравийных смесей.
Нельзя устраивать выравнивающий слой из необработанного песка на основаниях из щебня, гравия, шлака и гравийных смесей.
Выравнивающий слой допускается устраивать из черного песка в среднем слоем 5 см на основаниях из щебня, гравия, шлака и ракушечника.
2.4. Основание под цементобетонное покрытие необходимо устраивать, чтобы уменьшить удельное давление на подстилающий грунт от автомобилей и коробление плит при действии температуры, предотвратить выдавливание увлажненного грунта из-под краев и через швы покрытия, обеспечить ровность и устойчивость дорожной одежды против неравномерных вертикальных смещений, повысить прочность и трещиностойкость покрытия, проезд по основанию автомобилей и гусеничных бетоноукладчиков в период строительства.
2.5. На автомобильных дорогах I и II категорий основания следует строить из каменных материалов (щебня, гравия, гравийно-песчаных смесей), укрепленных цементом или отходами промышленности, обладающими вяжущими свойствами (гранулированным доменным шлаком с негашеной известью или цементом, молотым шлаком, золой уноса тепловых электростанций и др.), а также из песка и супесей, укрепленных цементом.
При строительстве покрытий машинами со скользящими формами основание следует устраивать из укрепленных неорганическими вяжущими грунтов и каменных материалов I класса прочности (по СН 25-74). На дорогах II и III категорий разрешается строить основания из грунта, укрепленного органическими вяжущими, из подобранного щебеночного и гравийного материала или шлака. Основания из щебня или шлака на дорогах II категории, как правило, необходимо строить с расклинцовкой и тщательным уплотнением, чтобы придать им монолитность. При технико-экономическом обосновании допускается на дорогах III категории строить основания из каменных материалов и грунтов, укрепленных вяжущими.
Основания из песка или песчано-гравийных смесей допускается применять при использовании рельсового комплекта машин на дорогах III и II категорий на отдельных участках с расчетной интенсивностью движения до 4000 авт./сут.
2.6. При строительстве покрытий комплектом машин со скользящими формами основание необходимо устраивать шириной 9,6 м, чтобы обеспечить проход гусениц машин по ровному основанию. В случае применения комплекта машин, передвигающихся по рельс-формам, основание следует устраивать шире покрытия не менее чем на 0,5 м с каждой стороны, но не менее ширины укрепленных полос.
Если покрытие строят совместно с укрепленными полосами (при наличии машин), то со стороны обочин основание должно иметь ширину, достаточную для установки рельс-форм (около 30 см).
2.7. Минимальную толщину конструктивных слоев основания следует назначать с учетом требований СНиП на проектирование автомобильных дорог.
При использовании основания для движения построечных автомобилей грузоподъемностью до 7 т минимальная толщина основания должна быть:
Из песчаных и супесчаных грунтов, укрепленных цементом,
и из тощего бетона 14 см
Из щебня, шлака или гравия 15 см
При строительстве покрытий комплектом машин со скользящими формами и использовании автомобилей грузоподъемностью от 7 до 12 т толщину оснований следует назначать по расчету. В этом случае основания из укрепленных цементом грунтов и каменных материалов I класса прочности следует принимать не тоньше 16 см, в остальных случаях - не менее 18 см.
Минимальная толщина основания из песка, включая дополнительный слой (морозозащитный, дренирующий) зависит от вида грунта земляного полотна и дорожно-климатической зоны, но должна быть не менее величин, приведенных в табл.1.
Расчет дорожной плиты
Если считать, что конструкция пола в цеху не отличается от дорожного покрытия, то:
--- задача может быть решена с использованием Скада, Лиры, некоей программы "Плита" и пр.;
--- особенности расчета изложены в руководствах к данным программам и обсуждались даже на этом форуме );
--- расчет прочности плиты - это, на самом деле, только треть задачи. Помимо этого необходим подбор слоев искусственного основания под плиту (их обычно не кладут на грунт) и проверка устойчивости грунтового основания.
--- существуют типовые проекты не дорожные плиты и плиты покрытия территорий.
Читайте также: