16.4. Этапы проектирования конструкций дорожных одежд

Проектирование конструкций дорожных одежд состоит из двух взаимосвязанных, последовательно выполняемых этапов: конструирования и расчета.

Теоретические и экспериментальные исследования распределения напряжений по толщине дорожной одежды позволяют выделить в них три конструктивные зоны.

1. Слой износа, к которому предъявляются требования шероховатости, износостойкости, ровности, сдвигоустойчивости. Этот слой по мере истирания периодически восстанавливается.

2. Основной слой покрытия, толщина которого в зависимости от величины транспортной нагрузки составляет 8...15 см. В данной зоне действуют значительные вертикальные (сжимающие) и горизонтальные (растягивающие и сдвигающие) напряжения, поэтому основной слой должен обладать высокой деформационной устойчивостью и водоустойчивостью.

3. Основание дорожной одежды предназначено для распределения давления на грунт. Величина напряжений от транспортной нагрузки в этой зоне относительно быстро уменьшается. Основание часто состоит из нескольких конструктивных слоев. При неблагоприятных водных грунтовых и климатических условиях устраивают дополнительный слой основания из местных материалов, устойчивых против увлажнения. Он одновременно выполняет функцию морозозащитного, дренирующего и других слоев. Под основанием находится подстилающий грунт, который должен быть тщательно уплотнен и обеспечен водоотводом.

Для конструктивных слоев основания дорожной одежды применяют различные каменные материалы и вяжущие, которые выбирают по двум тенденциям. Согласно первой предусматривается укрепление слоев основания вяжущим с целью повышения несущей способности в неблагоприятных грунтовых и климатических условиях. Вторая предусматривает использование местных природных ка­менных материалов и отходов промышленности, что позволяет значительно уменьшить стоимость автомобильных дорог.

Слои проектируют таким образом, чтобы обеспечивались рациональное рас­пределение материалов по толщине и снижение стоимости слоев с увеличением глубины, т.е.

1. Основание должно представлять собой гибкую бесшовную плиту, работаю­щую только в упругой стадии.

2. Теплофизические и механические свойства основания и асфальтобетонного покрытия не должны резко отличаться. Кроме того, необходимо, чтобы морозостойкость и модуль упругости основания были меньше, чем покрытия, а водостойкость, деформативность и линейное расширение - по возможности равны.

Для повышения устойчивости одежд на дорогах с тяжелым интенсивным движением вместо щебеночного основания применяют пористые асфальтобетонные, которые могут иметь значительную толщину (0,2...0,3 м). Чтобы уменьшить рас­ход органических вяжущих, асфальтобетонные покрытия устраивают на жестких или полужестких основаниях. В последние годы для этих целей используют цементобетоны пониженной прочности, повышающие трещиностойкость конструкций.

При проектировании конструкцию дорожной одежды выбирают с учетом транспортно-эксплуатационных требований, категории дороги, перспективного состава и интенсивности движения, природных условий, а также обеспеченности строительными материалами. В процессе конструирования устанавливают целе­сообразность стадийного повышения эксплуатационных качеств одежды.

На дорогах высших категорий (I, II) и магистралях устраивают капитальные покрытия; на дорогах III, IV категорий и улицах с интенсивностью движения до 1500 автомобилей в сутки применяют преимущественно усовершенствованные облегченные покрытия.

Толщину покрытий, сооружаемых из дорогостоящих материалов, следует на­значать минимальной, но не менее минимально допустимой при данной интен­сивности движения. В верхних слоях покрытий используют наиболее прочные, износоустойчивые материалы, обработанные органическими вяжущими. Марки, типы асфальтобетона (горячего, теплого, холодного) и битума принимают в зави­симости от климатических условий и категории дороги.

Наиболее рациональным основанием под асфальтобетонное покрытие является обработанная битумом (дегтем) подобранная щебеночная или гравийная смесь либо фракционированный щебень. Особое внимание следует обратить на использование для оснований местных материалов (в том числе и малопрочных), обработанных органическими и неорганическими вяжущими. Для повышения трещи-ностойкости покрытия на таком основании необходимо уменьшить их сцепление, поместив между ними слой материала, не работающего на изгиб или обладающе­го повышенной деформативностью при изгибе.

На дорогах с тяжелым и интенсивным движением все чаще взамен щебеноч­ных оснований устраивают асфальтобетонные на всю толщину одежды. Такие конструкции имеют ряд преимуществ: возможность применения более дешевых материалов, снижение общей толщины системы и др.

Для уменьшения расхода органических вяжущих под асфальтобетонные покрытия применяют жесткие или полужесткие (чаще цементобетонные пониженной прочности) основания.

Нижние слои основания, выполняющие роль морозозащитных и дренирующих, устраивают из пористых нетеплопроводных материалов. В этом случае следует иметь в виду, что наличие пористых граничных слоев повышает влагонакопление и снижает несущую способность грунтов земляного полотна. Если крупнопористый материал (щебень, гравий и т.п.) укладывается непосредственно на глинистый, суглинистый или пылеватый грунт, следует предусмотреть изолирую­щую прослойку (не менее 5 см) из песка или других материалов, не переходящих в пластичное состояние в процессе увлажнения.

При неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях на грунт земляного полотна укладывают пароводоизолирующие прослойки из грунта или материалов, обработанных вяжущими. Зачастую эти прослойки одновременно выполняют роль «жестких», регулирующих не только водно-тепловой режим, но и жесткость конструкции.

Чтобы уменьшить общую толщину дорожной одежды, верхнюю часть земляного полотна укрепляют добавками малых доз неорганического вяжущего (цемента, извести, золы уноса и т.п.) или заменяют более прочным привозным грунтом.

Во всех случаях при выборе материалов для слоев дорожных одежд необходимо руководствоваться технико-экономическими соображениями и предусматривать максимальное использование местных материалов и отходов промышленности.