Строительство дорожных покрытий

Размещено на http://allbest.ru

1. Конструктивные элементы и типы дорожных покрытий

дорожный строительство асфальт армирование

Дорога - это часть земельного участка, обустроенная или специально приспособленная для передвижения транспортных средств. Помимо проезжей части дорога также включает в себя трамвайные пути, пешеходные дорожки, разделительные полосы и обочину. Существуют следующие виды проезжих дорог: автострады, автомагистрали, простейшие дороги, дороги с асфальтированным покрытием, дороги с шириной не менее 7 метров, дороги, имеющие покрытие низкого типа или не имеющие покрытия вовсе.

В нашей статье «Классификация дорог по виду дорожного покрытия» вы узнаете, из чего обычно делают основные авто дороги. В начале расскажем, какие дороги существуют.

Автомагистраль в ряду проезжих дорог стоит особняком, она отличается следующими характеристиками: ширина более 15 метров, разделительная полоса, предназначенная для разделения проезжих дорог на потоки противоположных направлений (таких полос у проезжих дорог может быть 2 и более), продольный уклон не больше 3%, такие виды проезжих дорог обладают пропускной способностью более 7000 транспортных средств в сутки. Автомагистрали, как вид проезжих дорог, строятся специально для бесперебойного потока транспорта, именно поэтому на них не бывает велосипедных дорожек, пешеходных зон, учебных автомобилей. Кроме того на такой вид проезжих дорог не допускаются транспортные средства, не способные развивать скорость более 40 км. в час.

В первую очередь классификация дорог различается видом дорожного покрытия. По этому признаку виды проезжих дорог делятся на следующие категории: грунтовые, гравийные, дороги со стабилизированным грунтом, дороги с макадамом, асфальтовые, портландцементные. Самый простейший в строительстве вид проезжих дорог - это грунтовые, то есть те дороги, которые не обладают каким-либо искусственным покрытием. Такие дороги делаются просто выравниванием естественной поверхности. Такие дороги предназначены для не интенсивного движения. Серьезный недостаток - это труднопроходимость в плохую погоду.

Гравийные дороги в этом плане более долговечны, поскольку при их строительстве добавляется грунт вяжущего характера определенного качества. Кроме того обычно гравий пропитывают битумом для продления срока жизни такой дороги.

Для умеренно нагруженных дорог вполне можно использовать стабилизованный грунт, который производится посредством смешивания в определенных пропорциях глины и песка, либо создается определенная комбинация из местных грунтов. Грунт, при строительстве проезжих дорог такого типа, размельчают, а затем смешивают с цементом и укладывают на глубину 6 и более сантиметров. После чего дорожному полотну придается необходимая форма, которая закрепляется укладчиком. Следующий этап работ с таким видом проезжих дорог - это нанесение тонкого слоя битума, что делается для того, чтобы предотвратить высыхание дорожного полотна до схватывания цемента. Поскольку основной причиной износа дорожного полотна является повреждение движущимся транспортом, имеет смысл защитить такое покрытие дополнительным слоем от износа.

Более прочным покрытием, чем гравий и стабилизованный грунт, является покрытие для проезжих дорог под названием макадам. Это два и более слоев крепкого щебня, пропитанного водой во время укладки, тщательно укатанного катком и перемешанного с мелким щебнем, укатанным сверху. Такое покрытие является очень прочным. Так же под макадамом иногда понимают покрытие, состоящее из крупного и очень мелкого щебня, пропитанного не водой, а битумом. Такое дорожное покрытие должно состоять не менее чем из двух слоев на жестком основании. Такие слои могут быть толщиной от 4 до 10 сантиметров. Каждый слой необходимо тщательно укладывать и укатывать, а затем залить раскаленным битумом. Далее сверху насыпается мелкий щебень, который укатывается по горячему материалу.

Самым широко используемым и износостойким на данный момент является асфальтовое покрытие. Асфальт готовится из песка, тщательно подбираемому по гранулометрическому составу, бутовой муки и асфальта. Все эти материалы смешиваются при высоких температурах, затем в расплавленном состоянии асфальт доставляется на место, где укладывается асфальтоукладочным катком. Существует также и асфальтобетонное покрытие, которое готовится аналогично асфальтовому из щебня разных размеров, каменной муки, песка и асфальта. Шит - асфальт и асфальтобетонное покрытие укладываются на своеобразную подушку из макадама, рассчитанного на соответствующие нагрузки.

Кроме того, виды проезжих дорог распределяются по их назначению. Так существуют:

1. Городские дороги

2. Поселковые дороги

3. Улицы

4. Прибрежные дороги, набережные, дороги вдоль водоемов, дороги на дамбах

5. Аэродромы

6. Дороги, используемые в других целях, не указанных выше.

2. Строительство автомобильных дорог

При строительстве автомобильных дорог применяют разнообразные строительные материалы, которые по происхождению и особенностям переработки могут быть разделены на две основные группы: природные и искусственные.

Природные строительные материалы подразделяются на грунты. гравий и гравийные смеси, песок. камень булыжный, различные местные материалы (дресва, ракушка, конкреции и др.). К искусственным относят щебень, каменные порошки, колотый камень, брусчатку, каменное литье, изделия в виде плит для покрытия дорог и тротуаров. бортовых камней и деталей для дорожных ограждений и знаков. Для приготовления бетонов и стабилизации грунтов используются органические и неорганические вяжущие материалы.

Грунты - основной дорожно-строительный материал, продукт длительного процесса разрушения горных каменных пород под воздействием воды, теплоты, холода и ветра. Из них возводят земляное полотно, служащее основанием для дорожной одежды. От свойств грунта зависит прочность земляного полотна и дорожной одежды, а также сооружений на дороге. Свойства грунтов во многом определяются крупностью частиц, которые могут быть глинистыми (менее 0,005 мм), пылеватыми (0,005-0,050) и песчаными (0,06-2мм). Встречающиеся в природе грунты обычно представляют собой смесь песчаных, пылеватых и глинистых частиц. Свойства грунта зависят также от содержания в них органических веществ, количества и химического состава растворенных солей влажности и плотности.

Чем больше содержание песчаных частиц и чем они крупнее, тем меньше изменяются свойства грунтов от воздействия влаги и мороза. Песчаные грунты в сухом состоянии пылят, обладают малым сцеплением и труднопроезжаемы. На влажных песчаных грунтах проходимость машин улучшается. Для улучшения свойств к этим грунтам требуется добавление глинистых и суглинистых грунтов.

Лучшими для дорожного строительства являются супесчаные грунты. При удовлетворительном содержании в сухое время года они образуют ровную поверхность, дорожное полотно легко накатывается автомобилями. В дождливую погоду быстро просыхают, малолипки.

Пылеватые грунты при увлажнении переходят в плывунное состояние; малосвязны; способны к пучинообразованию; хорошо удерживают влагу и поднимают воду по капиллярам на большую высоту. В сухом состоянии легко истираются и пылят. Могут быть улучшены песком, гравием, желательно с введением вяжущего.

Суглинистые грунты - связные, плохо пропускают воду и медленно просыхают. В сухое время года при правильном содержании дороги хорошо проезжаемы, а после дождя их поверхность становится скользкой. При перенасыщении влагой почти непроезжаемы из-за образования глубоких колей. Добавление песчаных грунтов значительно улучшает проезжаемость. При надлежащем водоотводе из суглинистых грунтов из суглинистых грунтов можно возводить хорошее дорожное полотно.

Глинистые грунты при оптимальной влажности образуют хороший накат, но в пересохшем состоянии трескаются, пылят, а от переувлажнения набухают, полностью теряют несущую способность; очень липки и крайне медленно просыхают; при замерзании увеличиваются в объеме; для возведения земляного полотна не пригодны, могут применяться только во внутренней части насыпи.

Свойства песчаных и глинистых грунтов используются для образования грунтовых одежд из так называемых оптимальных смесей, которые, создаются из взятых в определенных, оптимальных для данных условий соотношениях песчаных и глинистых грунтов.

Внутрихозяйственные дороги (в основном полевые) можно трассировать непосредственно по поверхности земли. В этом случае большое значение имеют свойства почвенного покрова.

Каменные материалы, используемые в дорожном строительстве получают из природных горных пород. Физико-механические свойства этих материалов должны отвечать определенным техническим требованиям. Чаще всего качество каменных материалов определяется такими основными физико-механическими показателями как прочность, морозостойкость и водопоглощение.

Главные дорожно-строительные каменные материалы это песок, гравий, щебень, бутовый камень, булыжный камень, колотый камень, брусчатка.

Песок - мелкообломочная несцементированная смесь каменных частиц размером 0,05 - 2,0 мм, а по некоторым классификациям 5,0 мм. Различают песок мелкозернистый крупностью 0,05 - 0,25 мм, среднезернистый - 0,25 - 0,50 мм, крупнозернистый - 0,50 - 1,00 мм и грубозернистый - 1 - 2 (5) мм. Лучшими по качеству для дорожных работ являются крупно- и грубозернистые (гравелистые) пески. Песок применяется для улучшения свойств суглинистых грунтов, для приготовления строительных растворов, асфальтобетона, цементобетона, в качестве основания дорожных одежд и сооружений.

В дорожном строительстве, особенно дорог низких категорий рекомендуется применение местных строительных материалов: дресва, жерства, конкреции, ракушки, мергель, песчаники, мел, шлаки.

Для образования бетонов и укрепления грунтов применяют вяжущие материалы органического и минерального происхождения (битум, дегти, цементы, гипс, известь). Для устройства дорожных одежд в пределах населенных пунктов запрещается использование каменноугольных дегтей и смол, так как они при нагревании способны выделять вредные для здоровья человека газы.

Существует несколько способов создания предварительно-напряжённых конструкций, которые можно свести к двум системам (рис. 10): неподвижная, состоящая из плит, деформации которых в продольном направлении невозможны; подвижная, то есть допускающая перемещения плит за счёт стыковых устройств.

В неподвижной системе предварительное напряжение создаётся приложением к бетону сжимающих усилий специальными устройствами, располагаемыми в швах, а само покрытие жёстко закреплено между неподвижными анкерными упорами. Первоначально устраивают упоры, затем укладывают плиту, делая в одном или в нескольких сечениях зазоры (швы), в которые устанавливают домкраты для создания предварительного напряжения.

Рис. 1. Системы напряжённо армированных покрытий: 1 -- концевой упор; 2 -- участок плиты без швов; 3 -- силовой шов, омоноличиваемый в конце процесса обжатия бетона; 4 -- упругий шов; 5 -- арматура из высокопрочной стали

В этой системе изменение величины предварительного напряжения обусловливается изменениями температуры и упругими свойствами бетона. В подвижной системе плиты могут расширяться или сжиматься под влиянием температурно-влажностных изменений. В связи с этим покрытие разделяют швами, конструкции которых позволяют воспринимать перемещения плит без повреждения заполнения швов. Подвижная система допускает скольжение плит по основанию, в связи с чем появляется сила трения, изменяющая силу предварительного напряжения в бетоне. Перемещение концов плит обеспечивает продольную устойчивость покрытия. По способу обжатия подвижные системы могут быть двух видов: с внешним и с внутренним обжатием.

При внешнем обжатии предварительное напряжение осуществляется домкратами или какими-либо другими упругими устройствами, установленными в месте стыка плит. Швы называют упругими. При внутреннем обжатии предварительное напряжение создаётся напряжением арматуры, расположенной в сечении плиты. Швы между плитами в этом случае называют свободными.

Подвижная система с внутренним обжатием по способу напряжения может быть с натяжением арматуры до бетонирования на упоры и с натяжением арматуры на затвердевший бетон. Плиты могут иметь напрягаемую арматуру только в продольном направлении, в продольном и поперечном направлениях, в диагональном направлении и по периметру плит.

Струнобетонные покрытия представляют собой один из видов предварительно напряжённых покрытий подвижной системы, в которых для получения предварительного напряжения в продольном направлении применяют высокопрочную проволоку (струну), напрягаемую до бетонирования и отпускаемую в поперечных швах после достижения бетоном прочности, необходимой для полного сцепления стали с бетоном (рис. ). Толщина плит покрытия при песчаном основании обычно составляет 14 см, на стабилизированном основании -- 12 см при расстоянии между поперечными швами 50 м. Число струн диаметром 4 мм на ширине 7 м при толщине плит 14 см -- 81, а при толщине плит 12 см -- 99. Расход высокопрочной проволоки соответственно 1,16 и 1,45 кг/м². Под поперечными швами обычно укладывают бетонные подшовные плиты сечением 15Ч80 см на всю ширину покрытия. Для закрепления натянутых струн по концам захватки устраивают анкерные упоры.

Первый в мире опытный участок предварительно-напряжённого покрытия был построен в 1946 г. во Франции при строительстве аэропорта Орли. Была уложена одна плита длиной 14 м и шириной 12,5 м. Напряжение 8 МПа создавалось в двух взаимно перпендикулярных направлениях пучками из 12 проволок диаметром 5 мм.

В 1958 г. на ул. Кравченко в Москве было построено струнобетонное покрытие с размещением рабочей предварительно напряжённой арматуры посередине высоты плиты, с интервалом между проволоками 12 и 23 см. Помимо продольного обжатия плита на одном участке была обжата также и в поперечном направлении пучками из 16 проволок диаметром 4 мм, натянутых с усилием 21 т. Поперечные пучки (13 шт.) были уложены через 8 м по длине плиты.

Метод натяжения арматуры на затвердевший бетон покрытия не требует дорогих концевых упоров и применяется в подвижных системах. Данный метод строительства предварительно напряжённых покрытий отличается тем, что принимаются специальные конструктивные или технологические меры по предупреждению сцепления арматуры с бетоном. Для этого арматурные пучки либо помещают в образованные различными способами каналы, либо покрывают специальной изоляцией, предохраняющей от сцепления с бетоном.

Рис. 2. Принципиальная схема струнобетонного покрытия

Для устройства каналов в бетон закладывают резиновые шланги или прочные цельнотянутые металлические трубки, которые после схватывания бетона вытаскивают из плит. Затем в каналы вставляют арматурные пучки и после достижения бетоном требуемой прочности их натягивают и закрепляют, а каналы заполняют цементным раствором.

В 1954 г. в Чехословакии был построен участок, состоящий из трёх плит длиной по 80 м с различной силой обжатия. Для предварительного напряжения применяли пучки из высокопрочной проволоки диаметром 4,5 мм с пределом прочности 16,5 МПа. В первой плите пучки были расположены под углом 14° к продольной оси, а в двух других плитах -- в продольном и поперечном направлениях. Ширина покрытия составляла 7 м, а толщина 15 см. Предварительное напряжение равнялось в первой плите 2,0 МПа, во второй 2,9 МПа и в третьей 1,45 МПа в продольном направлении, а в поперечном соответственно 0,5; 0,2 и 0,1 МПа.

Предварительное напряжение безарматурно обжатых покрытий, устраиваемых из ненапрягающего бетона, создают домкратами, располагаемыми в активных швах. Воспринимается сила обжатия специальными анкерными устройствами, располагаемыми по концам покрытия.

Для того чтобы при передаче давления бетон не разрушался от местного сжатия, устанавливают закладные детали: швеллеры, металлические плоские прокладки или производят местное армирование бетона. Давление, развиваемое домкратами, установленными в активном шве, контролируют манометром насосной станции.

На рис. 2 представлена технологическая схема строительства предварительно напряжённого покрытия с внешним обжатием.

Много оригинальных и остроумных инженерных решений предложено по конструкциям силовых швов внешне обжатых подвижных покрытий (Дубровин Е.Н., Старостин Ю.В. Жёсткие покрытия городских улиц. -- М.: Стройиздат, 1979. -- 471 с).

Обжатие плиты обычно выполняют в три приёма. Первоначально бетон обжимают из условия исключения трещин при понижении температуры ещё в период набора прочности бетона. Затем осуществляют рабочее обжатие с созданием расчётных напряжений. Окончательное обжатие производят после проявления ползучести бетона для восстановления в бетоне расчётных напряжений. В 1964 г. впервые на участке дороги Полтава-Кишинёв было построено дорожное покрытие с внешним обжатием. Покрытие представляло собой ряд плит длиной по 100 м, расположенных между двумя неподвижными упорами и разделённых узкими швами. Концы плит опирались на подшовные плиты. Толщина плит покрытия составляла 15 см. Упоры устраивали на расстоянии 3 км один от другого. В конструктивном отношении упоры представляли собой шесть шпор шириной 0,8 и глубиной 2,2 м, объединённых поверху плитой (толщиной 30 см), армированной сеткой.

Подшовные плиты шпунтового типа, уложенные через каждые 100 м, обеспечивали возможность смещения плит покрытия в продольном направлении и не допускали поднятия концов плит. Ширина таких плит 7 м, длина 1,4 м, толщина 18 см. В подшовную плиту укладывали продольную и поперечную арматуру и промежуточный каркас из скоб для связи подшовной плиты с плитами покрытия. В плите были оставлены окна для домкратов и клиновидные пазы для перемещения скоб при обжатии покрытия. Для поддержания заданного напряжения в шов вставляли железобетонные закладные детали толщиной от 30 до 8 см, высотой 15 см и длиной 57 см. Предварительно напряжённые цементобетонные покрытия не нашли широкого применения в дорожном строительстве в связи со значительной трудоёмкостью работ по их устройству и потерей созданного предварительного напряжения в период эксплуатации покрытий.

Размещено на Allbest.ru