1. Нежесткая дорожная одежда
1.1. Общие понятия
Наибольшее распространение получили нежесткие дорожные одежды. Большая протяженность автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием требует больших объемов асфальтобетонных смесей для строительства и ремонта покрытий. Целесообразнее производить утилизацию материалов старых дорожных одежд и повторного их использования. В последние годы широко при ремонте и реконструкции автомобильных дорог применяются ресайклиры, которые позволяют холодным способом перерабатывать (фрезеровать и укреплять полученные материалы комплексными вяжущими). Такое решение позволяет восстанавливать прочность материалов и повышать однородность материала.
К нежестким дорожным одеждам относят одежды со слоями, устроенными из асфальтобетонов разного вида (дегтебетонов), из материалов и грунтов, укрепленных битумом, цементом, известью, комплексными и другими вяжущими, а также из слабосвязных зернистых материалов (щебня, шлака, гравия и др.).
Различают следующие элементы дорожной одежды:
покрытие - верхняя часть дорожной одежды, состоящая из одного или нескольких единообразных по материалу слоев, воспринимающая усилия от колес транспортных средств и подвергающаяся непосредственному воздействию атмосферных факторов. По поверхности покрытия могут быть устроены слои поверхностных обработок различного назначения (для повышения шероховатости, защитные слои и т.п.);
основание - часть конструкции дорожной одежды, расположенная под покрытием и обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение напряжений в конструкции и снижение их величины в грунте рабочего слоя земляного полотна (подстилающем грунте), а также морозоустойчивость и осушение конструкции. Следует различать несущую часть основания (несущее основание) и его дополнительные слои.
Несущая часть основания должна обеспечивать прочность дорожной одежды и быть морозоустойчивой.
Дополнительные слои основания - это слои между несущим основанием и подстилающим грунтом, предусматриваемые при неблагоприятных погодно-климатических и грунтово-гидрологических условиях. Эти слои совместно с покрытием и основанием должны обеспечивать необходимые морозоустойчивость и дренирование конструкции и позволять снижать толщину вышележащих слоев из дорогостоящих материалов. В зависимости от функции дополнительный слой называют морозозащитным, теплоизолирующим, дренирующим. К ним относят также гидро- и пароизолирующие, капилляропрерывающие, противозаиливающие и др. Дополнительные слои устраивают из песка и других местных материалов в естественном состоянии или укрепленных органическими, минеральными или комплексными вяжущими; из местных грунтов, обработанных вяжущими; из укрепленных смесей с добавками пористых заполнителей и т.д., а также из специальных материалов (геотекстильный материал, пенопласт, полимерная пленка и т.п.).
Дорожные одежды капитального и облегченного типов с усовершенствованным покрытием проектируют с таким расчетом, чтобы за межремонтный срок не возникло разрушений и недопустимых (с точки зрения предусмотренных действующими нормами требований к ровности покрытия) остаточных деформаций, а воздействие природных факторов не приводило к недопустимым изменениям в ее элементах.
Проектирование дорожной одежды представляет собой единый процесс конструирования и расчета дорожной конструкции (системы "дорожная одежда - рабочий слой земляного полотна") на прочность, морозоустойчивость и осушение на основе технико-экономического обоснования с целью выбрать наиболее экономичный в данных условиях вариант.
Процесс конструирования включает:
- выбор вида покрытия;
- назначение числа конструктивных слоев и выбор материала для их устройства, размещение слоев в конструкции и назначение их ориентировочной толщины;
- предварительную оценку необходимости дополнительных морозозащитных мероприятий с учетом дорожно-климатической зоны, типа грунта рабочего слоя земляного полотна и схемы его увлажнения на различных участках;
- предварительную оценку необходимости назначения мер по осушению конструкции, повышению ее трещиностойкости;
- оценку целесообразности укрепления или улучшения верхней части рабочего слоя земляного полотна;
- предварительный отбор конкурентоспособных вариантов с учетом местных природных и проектных условий работы.
Вид, марку и тип асфальтобетона для покрытия назначают в соответствии с положениями действующих СНиП «Автомобильные дороги» [1]. и #M12293 0 1200001510 3271140448 1916854329 247265662 4292033678 3918392535 2960271974 3530225994 3120645411ГОСТ 9128-2009 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон» [6].#S
Несущий слой основания дорожных одежд капитального типа следует устраивать из прочных материалов (щебеночно-гравийно-песчаных смесей, обработанных вяжущими; фракционированного щебня, обработанного вязким битумом по способу пропитки или уложенного по принципу расклинки мелким щебнем или гранулированным активным шлаком, укрепленного по методу пропитки цементно-песчаной смесью, и т.п.).
На участках реконструируемых дорог, где устраивают новую дорожную одежду, проектирование дорожной одежды выполняют в соответствии с настоящими Нормами. При сохранении или использовании старой дорожной одежды следует руководствоваться положениями специальных нормативных документов на основе детальных данных о конструкции существующей дорожной одежды, состоянии ее конструктивных слоев и оценки способности этих слоев выполнять свои функции. Для получения исходных данных существующая дорожная одежда и рабочий слой земляного полотна должны быть детально обследованы с выполнением буровых и других работ и испытаний, позволяющих получить необходимую информацию. Количественную оценку прочности и морозостойкости конструкции осуществляют по методам, изложенным в настоящих Нормах.
Прочность конструкции оценивается величиной коэффициента прочности [2]. При оценке прочности конструкции в целом по допускаемому упругому прогибу он определяется по формуле
,
(1.1)
где
и
- соответственно допустимый и расчетный
общий прогибы конструкции под расчетной
нагрузкой;
Еобщ и Еmin - соответственно расчетный и требуемый общие модули упругости конструкции, определяемые при расчетной нагрузке.
При оценке прочности конструкции по допускаемым напряжениям в конструктивных слоях коэффициент прочности определяют по формуле
,
(1.2)
где σрасч и σдоп - соответственно расчетные действующие и допустимые напряжения (нормальные или касательные) от расчетной нагрузки.
Расчетные значения модулей упругости грунтов и материалов допускается принимать в соответствии с указаниями прил. 2 и 3 [2]; при содержании органических вяжущих во всех дорожно-климатических зонах при температуре +10 °С - по табл.2 прил.3 [2].
При расчете дорожных одежд по условию сдвигоустойчивости значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, принимают соответствующими температурам (табл. 1.1).
Таблица 1.1- Расчетные температуры при проверке слоев асфальтобетонов
на сдвигоустойчивость
#G0Дорожно-климатическая зона |
I - II |
III |
IV |
V |
Расчетная температура, °С |
+20 |
+30 |
+40 |
+50 |
В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд с помощью
- использования непучинистых или слабопучинистых грунтов для сооружения верхней части земляного полотна, находящегося в зоне промерзания;
- осушения рабочего слоя земляного полотна, в том числе устройства дренажа для увеличения расстояния от низа дорожной одежды до уровня подземных вод, гидроизолирующих или капилляропрерывающих прослоек для перехода от 2-й или 3-й схемы увлажнения рабочего слоя земляного полотна к 1-й;
- использования для морозозащитного слоя непучинистых минеральных материалов, в том числе укрепленных малыми дозами минеральных или органических вяжущих;
- укладки теплоизолирующих слоев, снижающих глубину промерзания грунта под дорожной одеждой или полностью исключающих его;
- устройство основания дорожной одежды из монолитных материалов (типа тощего бетона или других зернистых материалов, обработанных минеральным или органическим вяжущим).
При проектировании дорожных одежд расчетную нагрузку принимают в зависимости от технической категории дороги [1]. Класс нагрузки К для нормативной нагрузки АК [3] следует принимать равным для:
- автомобильных дорог категорий IA, IБ, IB, II - 11,5;
- автомобильных дорог категорий III и IV - 10;
- автомобильных дорог категории V – 6.
Для автомобильных дорог диаметр круга, равновеликий следу отпечатка колеса в статическом положении, должен быть равен 0,34 м, в движении - 0,39 м.
Используя материалы задания на выполнения проекта по составу и интенсивности движения по электронной таблице «Расчет общего модуля упругости» находим общий модуль упругости проектируемой дорожной одежды.
Программа Robur осуществляет расчет дорожной одежды нежесткого типа по [2], учитывая особенности назначения нагрузок по ГОСТ Р 52748 – 2007, и распространяется, на проектирование дорожных одежд на вновь сооружаемых дорогах и новых участках реконструируемых дорог.
Расчет на прочность, морозоустойчивость и осушение выполняется отдельно для каждого участка дороги, имеющего сходные грунтово-гидрологические условия (один и тот же вид грунта земляного полотна и схему увлажнения рабочего слоя грунта), а также тип земляного полотна: насыпь, нулевые отметки или выемка.
Расчет на прочность выполняется с требуемым уровнем надежности, под которым понимают вероятность безотказной работы в течение межремонтного срока службы дорожной одежды.
Программа позволяет выбрать наиболее рациональный вариант дорожной одежды по критерию минимальной стоимости конструкции.