Дорожная одежда

Вопросы / ответыДорожная одежда
0 +1 -1
antfiksa Админ. спросил 1 месяц назад
1 ответ
0 +1 -1
antfiksa Админ. ответил 1 месяц назад

Дорожная одежда-это совокупность конструктивных слоёв дорожного покрытия, выполненных из различных материалов. Дорожная одежда укладывают на подготовленное земляное полотно, обычно на ширину проезжей части.
Основное назначение дорожной одежды — воспринимать нагрузку от проходящих автомобилей и передавать ее на земляное полотно в рассредоточенном виде и в размере, не превосходящем той допустимой величины, которую может оказывать грунт земляного полотна, подвергаясь давлению.Нагрузки, приходящиеся на каждое колесо автомобиля, обычно настолько велики, а сопротивление грунта настолько незначительно, что площадь восприятия земляным полотном нагрузки от колеса автомобиля нормально должна была бы выражаться в сотнях квадратных сантиметров. Фактически след колеса автомобиля на поверхности дороги (в месте соприкосновения пневматической шины с поверхностью проезжей части) составляет всего несколько десятков квадратных сантиметров. Отсюда видно, что задача дорожной одежды состоит в том, чтобы увеличить площадь сопротивления нагрузке во много раз (рис. 30).

Рис. 49. Воздействие автомобильного колеса на одежду дороги: 2 — площадь следа при соприкосновении шины с поверхностью проезжей части дороги с твердым покрытием;
  — площадь распространения давления на грунт земляного полотна
    В противном случае временное сопротивление грунта будет превышено и сделается неизбежным появление повреждений дорожного полотна, образование на поверхности дороги рытвин и колей.
   Дорожная одежда (рис.50), как правило, состоит из покрытия, основания и дополнительных слоев основания. Дорожную одежду считают прочной, если под действием многократно повторяющихся нагрузок от движущегося транспорта она сохраняет в течение заданного срока службы сплошную и достаточно ровную поверхность покрытия.
 
 
Рис. 50 Конструктивные слои дорожных одежд
     Покрытие — верхний слой дорожной одежды, который может состоять из слоя износа, периодически возобновляемого по мере его истирания, и основного слоя, определяющего эксплуатационные свойства покрытия. Оно должно быть наиболее прочным, износо- и термостойким, водонепроницаемым, ровным и шероховатым.
     Для снижения расхода дорожно-строительных материалов применяют покрытия, состоящие из двух слоев. Нижний слой  непосредственно не подвергаемый воздействию колес автомобилей, строят из менее прочных материалов, чем верхний слой.
    Основание — несущая часть дорожной одежды, обеспечивающая совместно с покрытием передачу нагрузок на грунт земляного полотна. Основание, как правило, состоит из двух или более прочных слоев, из которых верхние часто укреплены вяжущим с целью создания достаточно прочного слоя под покрытием. Для нижних слоев можно применять менее прочные и менее морозостойкие материалы, но при этом водоустойчивые и неразмокаемые.
   Дополнительный слой основания — нижний конструктивный слой дорожной одежды, выполняющий наряду с передачей нагрузок на земляное полотно также функции морозозащитные, дренирующие, выравнивающие и защиты от заиливания.
Дорожные одежды классифицируются:
   1.По типам  покрытия
 
а) Капитальные:
— цементобетонные;
— асфальтобетонные из горячих плотных смесей I и II марок;
— асфальтобетонные из холодных смесей I марки;
— дегтебетонные из горячих плотных смесей I марки.
б) Облегченные:
— асфальтобетонные из горячих смесей III марки;
— асфальтобетонные из холодных смесей II марки;
— дегтебетонные из горячих и холодных смесей II марки;
— из каменных материалов, обработанных органическими вяжущими материалами (смешением в установке, на дороге, пропиткой);
— переходные с поверхностной обработкой.
в) Переходные:
— щебеночные;
— гравийные;
— булыжные из колотого камня;
— грунтовые, укрепленные вяжущими материалами,
г) Низшие:
 
— из малопрочных каменных материалов, шлаков;
— грунтовые, улучшенные различными местными материалами.
 
2.По жесткости:
а) Жесткие дорожные одежды — железобетонные и бетонные покрытия и основания. Основным отличием жестких дорожных одежд от нежестких является повышенная прочность и износоустойчивость первых, высокие характеристики сопротивляемости при возникновении нагрузок.
б) Нежесткие дорожные одежды определяют слои, устройство которых может быть реализовано из различного вида асфальтобетона, грунтов, материалов, укрепленных зернистыми материалами (гравий, щебень и др.), цементом, битумом и другими материалами.
 
 
 
Проектирование дорожных одежд. Материалы дорожных одежд
 
    Проектирование конструкций дорожных одежд состоит из двух последовательно выполняемых этапов —  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.

 При конструировании дорожной одежды необходимо руководствоваться следующими принципами:
а) тип дорожной одежды, ее конструкция, вид покрытия должны удовлетворять транспортно-эксплуатационным требованиям, предъявляемым к автомобильной дороге соответствующей категории, и ожидаемым составу и интенсивности движения с учетом их изменения в течение заданных межремонтных сроков и предполагаемых условий ремонта и содержания;
б) конструкция одежды может быть типовой или разрабатываться индивидуально для каждого участка или ряда участков дороги, характеризующихся сходными природными условиями (грунт рабочего слоя земляного полотна, условия его увлажнения, климат, обеспеченность местными материалами и др.) и расчетными нагрузками. При выборе конструкции для данных условий предпочтение следует отдавать проверенной на практике типовой конструкции;
в) в районах, необеспеченных стандартными каменными материалами, допускается применять местные каменные материалы, побочные продукты промышленности и грунты, свойства которых могут быть улучшены обработкой их вяжущими (цемент, битум, известь, активные золы уноса и др.). Одновременно надо стремиться к созданию наименее материалоемкой конструкции;
г) конструкция должна быть технологичной и обеспечивать возможность максимальной механизации и индустриализации дорожно-строительных процессов. Для достижения этой цели число слоев и видов материалов в конструкции должно быть минимальным;
д) необходимо учитывать реальные условия проведения строительных работ (летняя или зимняя технология и др.).
 
     Конструирование дорожной одежды заключается в выборе для нее наиболее подходящих материалов исходя из местных ресурсов и соображений организации работ. Это наиболее творческая часть проектирования, она должна базироваться на учете опыта службы различных типов дорожных одежд в равных климатических условиях с учетом в каждом конкретном случае местных грунтовых и гидрологических условий, влияющих на службу дорожных одежд. Климатические условия влияют на выбор типов дорожной одежды также в связи с ограничением продолжительности строительного сезона для производства работ с дорожно-строительными материалами, приготовленными на различных вяжущих.
    Максимальное использование дешевых местных материалов – одно из основных требований при выборе конструкции дорожной одежды. Уменьшение дальности возки дорожно-строительных материалов дает возможность существенно снизить стоимость всего строительства.
   Расчет дорожной одежды – заключается в обосновании необходимой толщины и устойчивости как всей дорожной одежды в целом, так и отдельных ее слоев. Он сводится к обеспечению равнопрочности всех сравниваемых вариантов одежды в соответствии с заданными условиями движения по ним.
    До расчета толщину конструктивных слоев назначают исходя из имеющегося опыта. При этом при последующих расчетах толщину наиболее прочных и дорогостоящих верхних слоев одежды не меняют, а толщину отдельных слоев основания определяют окончательным расчетом.
    Как правило, в конкретных условиях движения городского транспорта может быть назначено несколько конкурирующих вариантов конструкций дорожных одежд. При этом возникает необходимость оценить технико-экономические преимущества того или иного варианта по сравнению с другими.
 
 
РАСЧЕТ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НА ПРОЧНОСТЬ
       Основные положения
     Под прочностью дорожной одежды понимают способность сопротивляться процессу развития остаточных деформаций и разрушений под воздействием касательных и нормальных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от расчетной нагрузки (кратковременной, многократной или длительно действующей однократной), приложенной к поверхности покрытия.
 Методика оценки прочности конструкции включает как оценку прочности конструкции в целом (с использованием эмпирической зависимости допускаемого упругого прогиба от числа приложений нагрузки), так и оценку прочности с учетом напряжений, возникающих в отдельных конструктивных слоях и устанавливаемых с использованием решений теории упругости.
 Дорожную одежду следует проектировать с требуемым уровнем надежности, под которой понимают вероятность безотказной работы в течение межремонтного периода. Отказ конструкции по прочности физически может характеризоваться образованием продольной и поперечной неровности поверхности дорожной одежды, связанной с прочностью конструкции (поперечные неровности, колея, усталостные трещины), с последующим развитием других видов деформаций и разрушений (частые трещины, сетка трещин, выбоины, просадки, проломы и т.д.). Номенклатура дефектов и методика количественной оценки их определяется специальными нормами, используемыми при эксплуатации дорог.
В качестве количественного показателя отказа дорожной одежды как элемента инженерного сооружения линейного характера используют предельный коэффициент разрушения , представляющий собой отношение суммарной протяженности (или суммарной площади) участков дороги, требующих ремонта из-за недостаточной прочности дорожной одежды, к общей протяженности (или общей площади) дороги между корреспондирующими пунктами. Значения  на последний год службы в зависимости от капитальности дорожной одежды и категории дороги следует принимать в соответствии с табл. 11.
 Прочность конструкции количественно оценивается величиной коэффициента прочности. При оценке прочности конструкции в целом по допускаемому упругому прогибу коэффициент прочности в общем виде определяют по формуле:
.                                               (8)
При оценке прочности конструкции по слоям по допускаемым напряжениям коэффициент прочности определяют по формуле:
,                                                     (9)
где lдоп — допустимый общий прогиб конструкции под расчетной нагрузкой;
l — расчетный общий прогиб конструкции под расчетной нагрузкой;
 — расчетные действующие напряжения (нормальные или касательные) от расчетной нагрузки;
 — допустимые напряжения (нормальные или касательные) от расчетной нагрузки;
 — требуемый общий модуль упругости конструкции, определяемый при расчетной нагрузке;
Еоб — расчетный общий модуль упругости конструкции, определяемый при расчетной нагрузке.
 Коэффициент прочности вновь проектируемой конструкции должен быть таким, чтобы в заданный межремонтный период не наступил отказ по прочности с вероятностью более заданной, т.е. чтобы была обеспечена заданная (требуемая) надежность.
 
Таблица 11
 
Требуемые минимальные коэффициенты прочности при заданных уровнях надежности для расчета дорожных одежд по различным критериям прочности
 

Тип дорожной одежды

Капитальный

Категория дороги

I

II

III

IV

Предельный коэффициент разрушения

0,05

0,10

Заданная надежность Кн

0,98

0,95

0,98

0,95

0,98

0,95

0,90

0,95

0,90

0,85

0,80

Требуемый коэффициент прочности  по критерию:

упругого прогиба

1,50

1,30

1,38

1,20

1,29

1,17

1,10

1,17

1,10

1,06

1,02

 

сдвига и растяжения при изгибе

1,10

1,00

1,10

1,00

1,10

1,00

0,94

1,00

0,94

0,90

0,87

 
 
 
Продолжение табл. 11

Тип дорожной одежды

Облегченный

Категория дороги

III

IV

V

Предельный коэффициент разрушения

0,15

Заданная надежность Кн

0,98

0,95

0,90

0,95

0,90

0,85

0,80

0,95

0,90

0,80

0,70

Требуемый коэффициент прочности  по критерию:

упругого прогиба

1,29

1,17

1,10

1,17

1,10

1,06

1,02

1,13

1,06

0,98

0,90

 

сдвига и растяжения при изгибе

1,10

1,00

0,94

1,00

0,94

0,90

0,87

1,00

0,94

0,87

0,80

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Продолжение табл. 11
 

Тип дорожной одежды

Переходный

Категория дороги

IV

V

Предельный коэффициент разрушения

0,40

Заданная надежность Кн

0,95

0,90

0,85

0,80

0,95

0,90

0,80

0,70

Требуемый коэффициент прочности  по критерию:

упругого прогиба

1,17

1,10

1,06

1,02

1,13

1,06

0,98

0,90

 

сдвига и растяжения при изгибе*

1,00

0,94

0,90

0,87

1,00

0,94

0,87

0,80

__________
* Дорожные одежды переходного типа для дорог V категории по критерию растяжения при изгибе не рассчитывают.
 
 Для обеспечения заданной надежности (обеспеченности по прочности) коэффициент прочности проектируемой конструкции по каждому из расчетных критериев не должен быть ниже минимального требуемого значения, определяемого по табл. 11.
 В задачу расчета входит определение толщин слоев одежды в вариантах, намеченных при конструировании, или выбор материалов с соответствующими деформационными и прочностными характеристиками при заданных толщинах слоев.
 Отказ дорожной одежды, связанный с недостаточной ее прочностью может возникнуть в результате:
— накопления до истечения заданного срока службы конструкции под воздействием касательных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от транспортной нагрузки, недопустимых остаточных деформаций с потерей ровности поверхности покрытия и соответствующим снижением скорости движения;
— усталостных разрушений монолитных слоев конструкции под воздействием растягивающих напряжений от многократного приложения транспортной нагрузки с последующей интенсивной потерей дорожной одеждой транспортно-эксплуатационных свойств до истечения заданного срока службы.
В соответствии с этим расчет на прочность в слоях выполняют по допускаемым напряжениям на сдвиг в слоях с пониженной сопротивляемостью сдвигу и на растяжение при изгибе в монолитных слоях.
Расчет прочности конструкции в целом, без рассмотрения механизма нарушения прочности, ведут по допустимому упругому прогибу (или требуемому общему модулю упругости.