Строительство автомобильных дорог - Строительство дорожных покрытий

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-напряженных 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 счет стыковых устройств.

В неподвижной системе предварительное напряжение создается приложением к бетону сжимающих усилий специальными устройствами, располагаемыми в швах, а само покрытие жестко 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.

системы напряженно армированных покрытий

Рис. 1. Системы напряженно 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 создается 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 напряженных 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-напряженного 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 напряженной 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 напряженных 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.

принципиальная схема струнобетонного покрытия

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 трех 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 напряженного 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. Жесткие покрытия городских улиц. -- М.: Стройиздат, 1979. -- 471 с).

Обжатие плиты обычно выполняют в три приема. Первоначально бетон обжимают из условия исключения трещин при понижении температуры еще в период набора прочности бетона. Затем осуществляют рабочее обжатие с созданием расчетных напряжений. Окончательное обжатие производят после проявления ползучести бетона для восстановления в бетоне расчетных напряжений. В 1964 г. впервые на участке дороги Полтава-Кишинев было построено дорожное покрытие с внешним обжатием. Покрытие представляло собой ряд плит длиной по 100 м, расположенных между двумя неподвижными упорами и разделенных 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, объединенных поверху плитой (толщиной 30 см), армированной сеткой.

I

II

III

IV

VI

600

600

600

600

600

Рытье траншей, установка арматурных каркасов, бетонирование упора и под шовных плит с обработкой поверхности бетона пленкообразующим материалом.

Планировка и отделка основания около упора, установка сборных ж. б. плит, входящих в его конструкцию.

Подвозка материала выравнивающего слоя (черный щебень, битумоминеральная смесь), его планировка и уплотнение.

Подвозка бетонной смеси, ее распределение, уплотнение и отделка, разлив пленкообразующих материалов.

Обжатие бетона усилием гидравлических домкратов; установка закладных деталей, фиксирующих обжатие. Повторное обжатие бетона и заделка окон после снятия домкратов Производим ванная моечная

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 напряженные цементобетонные покрытия не нашли широкого применения в дорожном строительстве в связи со значительной трудоемкостью работ по их устройству и потерей созданного предварительного напряжения в период эксплуатации покрытий.

Похожие статьи




Строительство автомобильных дорог - Строительство дорожных покрытий

Предыдущая | Следующая