Расчет толщины жестких ДО. Конструкция их. Соединение плит между собой. Расчетные схемы приложения нагрузки. Температурные напряжения в жестких покрытиях

Жесткими называют ДО с покрытиями или основаниями из бетона.

Прочность и несущая способность жестких покрытий и трещиностойкость их обеспечивается за счет устройства в них поперечных и продольных деформационных ( температурных ) швов, а также за счет изменения толщины покрытия, либо основания. При этом расчетной схемой жесткой ДО является плита ( конечных размеров ) на упругом основании.

Жесткая ДО также как и нежесткая состоит из нескольких слоев :

1. Покрытие

2. Выравнивающий слой

3. Основание

4. Дополнительные основания.

Конструирование жесткой ДО заключается в выборе материалов для устройства покрытия и основания, в определении количества слоев, их толщине.

Монолитные цементобетонные покрытия устраивают на дорогах 1,2,3 категории с интенсивным и тяжелым движением, а также на дорогах промышленных предприятий, при наличии в составе движения тяжелых машин. Дорожная одежда с цементобетонным покрытием имеет следующие слои : покрытие, выравнивающий слой, основание, дополнительный слой основания.

Бетонное покрытие - устраивают одинаковой толщины по всей ширине проезжей части с односкатным поперечным профилем при проезжей части с разделительной полосой и двускатным поперечным профилем при проезжей части без разделительной полосы.

Армированные бетонные покрытия устраивают на дорогах 1,2,3 категории при насыпях из скальных грунтов высотой более 3 метров, насыпях проходящих через болота, насыпях на подходах к путепроводам и железным дорогам, и на других участках где может ожидаться неравномерная осадка земляного полотна.

Бетонные покрытия могут быть одно и двухслойные. Двухслойные покрытия применяют с целью использовать в нижнем слое менее прочных и морозостойких материалов. Толщина верхнего слоя принимается не менее 6 см. Толщину бетонного покрытия - по расчету.

В покрытии нарезают продольные и поперечные деформационные швы, образующие плиты покрытия. Поперечные швы устраивают : расширения, сжатия, коробления. Продольный шов предусматривают при ширине до 4.5 метра. для устранения продольных трещин от неравномерного воздействия движения по ширине покрытия, морозного пучения, осадок земляного полотна.

Швы расширения устраивают для повышения продольной устойчивости покрытия при нагреве бетона и обязательно при примыкании к мостам, путепроводам, при пересечениях в одном уровне. Швы сжатия предназначены для устранения трещин в покрытии при понижении температуры бетона и его усадке. Швы коробления устраивают для повышения трещиностойкости через один шов сжатия при длине плит менее 6 метров. Рабочие швы - в конце смены, устраивают как швы коробления.

Расстояние между швами сжатия - назначают в зависимости от толщины покрытия, климата, надежности. Расстояние между швами расширения в зависимости от климата, толщины покрытия, армирования, температуры воздуха, ширину швов и глубину паза - в зависимости от длины плиты.

Чтобы исключить образование ступенек в швах из-за вертикальных деформаций земляного полотна или основания, швы сжатия, расширения, коробления, и продольный армируют стальными штырями круглого профиля. При устройстве покрытия толщиной 22-24 см в скользящих формах на основаниях из каменных материалов и грунтов укрепленных вяжущим допускается не применять штыревые соединения в швах сжатия. При этом штыревые соединения устраивают только в контрольных швах, нарезаемых в первую очередь.

Пазы поперечных и продольных швов заполняют битуморезиновыми, битумополимерными и полимерными мастиками.

Выравнивающий слой - под бетонным покрытием служит для устранения неровностей основания, черный песок, щебеночно-песчаную смесь обработанную битумом толщиной более 3-5 см, необработанный песок и щебень фракции 0-5 мм толщиной 4-5 см.

Основания - на дорогах 1-2 категории - обычно из каменных материалов и грунтов укрепленных неорганическими вяжущими, при устройстве покрытия в скользящих формах - основание должно быть из укрепленных материалов. Основание из неукрепленных материалов - как исключение с обязательным устройством прослойки из черного песка. Ширина должны быть не менее 8.5 метров для рельс-форм и не менее 9.6 метра для бетоноукладочных безрельсовых машин. Минимальная толщина основания около 15-17 см.

Конструкция температурных швов :

Поперечные швы расширения :

1. Штыри из горячекатанной арматурной гладкой стали класса А1 Æ18-20 ММ

2. Каркас корзинка

3. Деревянная доска прокладка

4. Битумная обмазка ( длина 30 см ) толщина 0.2-0.3 мм

5. Колпачок из резины или полиэтилена

6. Мастика резинобитумная

Поперечные швы сжатия :

1 - штыри

2 - обмазка

3 - мастика

4- искусственная трещина

Сборные плиты - два типа ПДН,( напряженная ), ПДН ( обычная )

Размеры их : 600 Х 200 Х 14 см.

Расчет жестких дорожных одежд

Нагрузка группы А. Расчетные характеристики бетона по ВСН 197-97

Схема приложения нагрузок :

1. В центре плиты

2. На углу плиты

3. На краю плиты ( самая неблагоприятная )

Нагрузка в центре плиты :

1. Определяют изгибающие моменты :

— равнодействующая равномерно-распределенного давления

— удельное давление колеса расчетного автомобиля на покрытие.

— радиус равновеликого отпечатку колеса расчетного автомобиля

— коэффициент зависящий от произведения

— параметр жесткости плиты

— толщина плиты

— модуль упругости основания

— модуль упругости бетона

— коэффициент Пуассона

— напряжение возникающее в плите от нагрузки.

Определяем температурные напряжения

Для края плиты :

Для середины плиты :

— модуль упругости бетона

— коэффициент Пуассона для бетона

— коэффициент линейного расширения бетона

— температура нижней и верхней поверхности плиты

Условие трещиностойкости плиты :

— предельное количество приложений расчетных суммарных напряжений от температуры и нагрузки вызывающие растрескивание покрытия

— фактическое количество приложений суммарных напряжений ДО, за нормативный межремонтный срок службы одежды.

Вопрос № 41 Проверка расчетом морозозащитных свойств дорожных одежд. Расчет пористых слоев на влагонакопление. Способы отвода воды из дорожных одежд.

Обеспечение морозоустойчивости ДО

Проводится в районах сезонного промерзания грунтов на участках находящихся в неблагоприятных грунтово-гидрологических условия .

Не требуется такого расчета :

1. В районах с глубиной промерзания менее 0.6 метра

2. При ЗП сложенном на всю глубину промерзания из непучинистых или слабопучинистых грунтов

3. Когда общая толщина конструкции ДО превышает 2/3 глубины промерзания

Конструкция считается морозоустойчивой если выполняется условие :

--- пучение расчетное ( ожидаемое пучение грунта ЗП )

— расчетное пучение морозозащитного слоя, если этот слой устраивается из материала не удовлетворяющего требованиям морозоустойчивости, а также пучение верхней части ЗП, устроенное из слабопучинистых грунтов ( в том числе укрепленных вяжущим )

— допускаемое зимнее вспучивание покрытия

Материал и грунты 2 группы по степени пучинистости с,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, и после проверки на морозоустойчивость также могут быть использованы для устройства таких слоев, при этом в расчет вводят :

= 3 см - для цементобетонных монолитных покрытий

= 4 см - для цементобетонных сборных покрытий

= 4 см - для асфальтобетонных покрытий ( горячий и теплый а/б 1 и 2 марок )

= 6 см - для асфальтобетонных покрытий ( 3 марки а/б)

= 10 см - для переходных типов покрытия.

В восточных районах 2 и 3 ДКЗ ..... увеличивают на 20-40 %

— толщина ДО из стабильных материалов

— глубина промерзания расчетная

— глубина залегания УГВ

— климатический показатель

— комплексная характеристика грунтов, постепенной пучинистости.

Расчет притока воды в дренирующий слой выполняют используя нормативные, теоретические значения избытка воды, которые приводятся в ВСН 46-83 , то есть по таблице принимают значения среднесуточного суммарного притока воды в основание, по которому определяется расчетное значение притока воды в основание :

— коэффициент учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерности оттаивания и выпадения неравномерных осадков.

— коэффициент гидравлического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации.

Дренажная конструкция необходима на участках с ЗП из слабофильтрующих грунтов ( глина, пылеватые пески, пылеватые и тяжелые супеси ) , в 1-2 ДКЗ при всех типах местности по условиям увлажнения. В 3 ДКЗ только при 2-3 типах местности, в 4-5 ДКЗ только при 3 типе местности.

Дренирующие слои ДО в общем случает могут работать либо по принципу осушения либо по принципу поглощения. В начале периода оттаивания дрениующие слои работают по способу поглощения, после оттаивания поперечных выпусков, по способу осушения, который заключается в удалении из дренирующего слоя поступающей воды.

1. Способ поглощения

1 покрытие основания

2 дренирующий слой

3 фильтрующий поток свободной воды

4 капиллярная зона

— толщина слоя насыщенного водой

2. Метод осушения :

Метод поглощения - (его - ) получается слой значительной толщины, затрудняется движения построчного транспорта. ( его + ) можно использовать местные материалы с меньшим значением коэффициента фильтрации.

Метод осушения ( его - ) более дорогие материалы и общая стоимость дренирующего слоя.

Последовательность проектирования

Последовательность проектирования дренирующих слоев :

1. Дорогу делят на типичные участки

2. Определяют количество воды поступающей в основание за сутки и за весь расчетный период

3. Намечают варианты дренирующих конструкций

4. Обеспечивают расчетом толщину дренирующего слоя, необходимую в данных условиях или определяют коэффициент фильтрации.

При назначении конструкции учитывают :

1. При удельном объеме притока воды в сутки до 0.007 м³/сутки и более, а также на участках с нулевыми отметками, в выемках и невысоких насыпях устраивают продольные дрены у края проезжей части. Для уменьшения притока воды в основание проезжей части и грунтов земляного полотна предусматривают одно или несколько мероприятий :

1. Укрепление обочин

2. Устройство бордюров на кромке проезжей части

3. Правильные размеры берм и крутизны откосов

4. Правильное размещение боковых канав

5. Устройство монолитных слоев основания на всю ширину ЗП.

2. При коэффициенте фильтрации материала дренирующего слоя 1-2 м/сутки его целесообразно применять на участках дороги, где одновременно с дренированным основанием требуется морозозащитный слой, значительной толщины, устраивают на всю ширину ЗП и также на участках 1 типа местности.

3. При устройстве дренирующего слоя в насыпи только на ширину проезжей части, а также в выемках при 3 типе местности следует использовать материалы с коэффициентом фильтрации более 3 м/сутки.

— толщина дренирующего слоя принимается не менее 20 см

— толщина слоя полностью насыщенного водой

— принимается равным для крупных песков 10-12 см, средней крупности 14-15, для мелких - 18-20.

При коэффициенте фильтрации материала менее 4 м/сутки дренирующий слой, полную толщину которого определяют из условия своевременного отвода воды, обеспечивает и временное её размещение до тех пор, пока не начнут работать водоотводящие устройства.

При коэффициент фильтрации более 7 м/сутки дренирующий слой рассчитанный на временное размещение воды, обеспечивает хороший отвод воды после оттаивания водоотводящих устройств.