Конструкции нежестких и жестких дорожных одежд

Дорожная одежда – слоистая система, предназначенная для восприятия и перераспределения транспортной нагрузки до уровня допустимой из условия прочности грунта земляного полотна. Дорожная одежда – основной конструктивный элемент дороги и ее стоимость может составлять до 70% всей стоимости строительства.

Дорожная одежда состоит из верхнего слоя – дорожного покрытия, нижнего – дорожного основания и дополнительных слоев (рис. 15.2).

Основные требования к дорожной одежде:

1) необходимая прочность, ровность, шероховатость поверхности, беспыльность;

2) обеспечение безопасного движения;

3) экономичность, определяемая затратами на строительство, ремонт и содержание;

4) надежность, определяемая вероятностью безотказной работы.

покрытие — верхний, наиболее прочный, обычно водонепроницаемый, относительно тонкий слой одежды,хорошо сопротивляющийся истирающим, ударным и сдвигающим нагрузкам от колес а также воздействию природных факторов. Поскольку покрытие устраивают из наиболее дорогостоящих материалов, ему придают минимальную допустимую толщину. Покрытие обеспечивает необходимые эксплуатационные качества дороги (ровность поверхности, высокий коэффициент сцепления с шиной). В конструкции покрытия, помимо основного слоя, обеспечивающего необходимые качества, предусматривается запасной слой (слой износа), не входящий в расчетную толщину и подлежащий периодическому восстановлению в процессе эксплуатации дороги.

основание — несущая прочная часть одежды, устраиваемая из каменных материалов или грунта, обработанного вяжущими материалами. Оно предназначено для передачи и распределения давления на расположенные ниже дополнительные слои одежды или на грунт земляного полотна (подстилающий грунт) и потому должны быть монолитным, устойчивым против сдвига и изгиба. Основание не подвергается непосредственному воздействию колес автомобилей, а влияние погодных факторов передается на него в несколько смягченном виде. Поэтому для его устройства можно использовать материалы меньшей прочности, чем в покрытии и в слое износа. Широкое использование для его устройства должны находить местные материалы прочные отходы промышленности, слабые каменные материалы, обработанные вяжущими.

Основание может состоять из одного или нескольких слоев. В последнем случае верхние слои основания устраивают из более прочных материалов. Изолированное при устройстве усовершенствованных покрытий от воздействия поверхностной влаги основание может увлажняться в результате перемещения влаги снизу вверх из земляного полотна в период зимнего промерзания.

дополнительные слои основания из материалов, устойчивых при увлажнении, укладывают между основанием покрытия и подстилающим грунтом земляного полотна на участках с неблагоприятными климатическими и грунтово-гидрологическими условиями. В местах, где земляное полотно сложено из пылеватых, суглинистых и глинистых грунтов, в которых могут развиваться процессы зимнего влагонакопления и пучения, вводят дополнительный слой из пористых материалов (песка, гравия или щебня), который называют дренирующим, противопучинным или морозозащитным. Такой слой предназначен для отвода избыточной воды из верхних слоев земляного полотна, осушения дорожной одежды, предотвращения значительного вспучивания покрытия и повышения прочности грунта земляного полотна;

грунт земляного полотна (подстилающий грунт, «рабочий слой» земляного полотна) тщательно уплотненные и спланированные верхние слон земляного полотна, на которые укладывают слои дорожной одежды. На подстилающий грунт передается все давление от транспортных нагрузок, поэтому он является весьма ответственным элементом конструкции дорожной одежды. Прочность дорожной одежды может быть обеспечена лишь на однородном, хорошо уплотненном, не подверженном пучению земляном полотне при обеспеченном водоотводе. Повышение сопротивления грунта земляного полотна внешним нагрузкам, его осушение и постоянство водного режима являются наиболее надежными способами увеличения прочности дорожной одежды и снижения ее стоимости.

Дорожные одежды по механическим свойствам разделяются на жесткие и нежесткие.

Жесткая дорожная одежда – дорожная одежда, работающая как плита конечных размеров на упругом основании при свободном, шарнирном или ином способе соединения плит. Жесткая дорожная одежда может быть с цементобетонным покрытием, а также с асфальтобетонным покрытием на основании из цементобетона, расчлененного деформационными швами. Покрытия жестких одежд могут быть монолитные и сборные, армированные и неармированные, предварительно напряженные и струнобетонные. Основное отличие жестких одежд заключается в наличии деформационных швов, которые устраивают с целью предотвращения образования хаотических трещин (более подробно см. ниже). В РБ наибольшее распространение получили однослойные, монолитные цементобетонные покрытия.

Жесткие дорожные одежды применены на участках автодорог Брест-Москва, подъезд к Национальному аэропорту, Минск-Витебск, Минск-Гродно и др.

Нежесткая дорожная одежда - дорожная одежда, работающая как слоистая система бесконечных в плане размеров со сплошным покрытием на упругом основании. К нежестким относят дорожные одежды с покрытием из материалов с участием органических вяжущих веществ (асфальтобетоны, дегтебетоны), комплексных органических и гидравлических вяжущих веществ (битумные эмульсии и цемент), а также с покрытием из зернистых материалов (щебень, гравий, шлаки). Отличие между нежесткими и жесткими одеждами заключается в методах расчета и в параметрах допустимых деформаций (прогибов) под колесом расчетного автомобиля. Поскольку соотношение между прочностью и модулем упругости материалов покрытия нежестких одежд значительно выше, чем жестких, толщина слоя покрытия нежесткой одежды существенно ниже (в среднем толщина асфальтобетонного покрытия составляет 10-15 см, цементобетонного- 20-26 см). Данный факт, а также лучшая ремонтоспособность покрытий нежестких дорожных одежд привели к их значительно более широкому распространению (в РБ более 90%).

Конструирование нежестких дорожных одежд состоит в назначении типа дорожной одежды, вида материала покрытия, срока службы д/о, вида и материала конструктивных слоев.

1. Покрытие может быть устроено из 1,2,3 - слоев:

Верхний слой покрытия принимают в зависимости от срока службы и уровня надежности.

Нижние слои обычно применяют из пористых, многощебенистых смесей.

Выравнивающий – из мелкозернистых или песчаных смесей.

2. Основание – 1,2-х слойное.

Верхний слой из укрепленных материалов: щебеночно-гравийных материалов, обработанных битумом, эмульсией, комплексными вяжущими, щебнем с пропиткой битумной эмульсией.

Нижний слой – из подобранных щебеночных смесей, ПГС, щебня с расклинцовкой а/б гранулятом), щебня с пропиткой цементо-песчаной смесью.

3. Подстилающий слой устраивают из ПГС или песков. Если грунт земполотна удовлетворяет требованиям, то подстилающий слой не применяется.

Выбор материалов слоев принимается путем сравнения стоимости, рассчитанной по всем критериям прочности д/о.

Конструирование жестких дорожных одежд включает следующие слои:

1. Покрытие из ц/б или др. (16-24 см).

2. Основание – из укрепленных цементом матер. (цементо-грунт, цементо-гравий, тощий бетон)

3. Технологический слой – из ПГС, ЩГС.

Песчаный подстилающий слой (дренирующий и морозозащитный)

8. Проектирование плана трассы а/д.

Положение оси а/д на местности называется трассой

Проектирование плана трассы включает: 1) выяснение препятствий трассированию и контрольных точек; 2) проложение вариантов плана трассы; 3) подбор радиусов и длин переходных кривых закруглений; 4) пикетаж и составление ведомости углов поворота, прямых и кривых; 5) составление чертежа "План трассы".

Перед проложением трассы выясняют препятствия трассированию и контрольные точки. Препятствиями являются озера, населенные пункты, запретные зоны. Контрольными точками могут быть места пересечения с железными и автомобильными дорогами, реками.

Автомобильные дороги I-III категорий пересекаются с железными дорогами в разных уровнях всегда, а дороги IV категории - в отдельных случаях в одном уровне. При этом острый угол пересекающихся дорог должен быть не менее 60°.

Автомобильные дороги 1а категории пересекаются в разных уровнях с дорогами I-V категорий, дороги 1б, II категории – с дорогами I, II, III категорий, дороги III категории - с дорогами III при интенсивности движения в узле более 8000 приведенных автомобилей в сутки. Пересечение дорог в одном уровне выполняется под прямым или близким к прямому углом.

Варианты плана трассы рекомендуется проектировать методом упругой линии с помощью гибкой линейки с учетом контрольных точек и препятствий

Полученное криволинейное очертание плана трассы представляет примерное положение трассы (предварительный вариант). Для обеспечения возможности выно­ски этой трассы на местность кривую заменяют ломаной прямой (рис.1).

После этого измеряют углы поворота трассы (α₁, α₂, α₃) в местах изменения направления прямых, расстояние между вершинами углов (П₂, П₃), расстояние от начала (точка А) и конца (точка В) участка трассы до ближайших ВУ, а также биссектрисы закруглений Б₁, Б₂, Б₃.

Рис.1. Схема замены криволинейного плана трассы ломаным очертанием

Вписывают в углы поворота закругления таким образом, чтобы новое положение трассы примерно соответствовало положению предварительного варианта трассы выдерживались нормативы плана трассы (радиусы и длины переходных кривых и прямых вставок), не было накладки соседних закруглений.Радиус кривых назначают, как правило, не менее рекомендуемого. Если его невозможно вписать, то целесообразно изменить положение вершины угла с целью снятия ограничения, вынудившего уменьшать радиус.Ориентировочные радиусы закруглений определяют по величине биссектрисы Б_i и угла поворота α_i

,(1)

Если хотя бы один из полученных по (1) радиусов меньше минимального, то следует изменить план трассы с целью уменьшения α_i, увеличения Б_i, и повторно вычислить R_Бi по (1). Вычисляют ориентиро­вочные тангенсы круговых кривых, принимая сдвижку p = 0,

Принимают смещение начала закругления равным t_i = 0,5 L_i.

Проверяют достаточность длин прямых П₁, П₂, П₃, П₄ (см. рис.1) для размещения общих тангенсов . Так, крайние прямые П₁, П₄ должны быть не меньше общего тангенса крайних закруглений, а промежуточные П₂, П₃ - суммы общих тангенсов соседних закруглений.Если,например,П₃ < , то необходимо уменьшить радиус второго или третьего закругления так, чтобы он был не меньше минимального, определить новые значения общих тангенсов и проверить условие

П₃ ≥ .Пикетаж включает нанесение пикетов и плюсовых точек на трассе с помощью измерителя и установление пикетного положения вершин углов поворота. Пикетное положение (рис.1):первой вершины - ВУ1 = НХ + П₁; второй вершины - ВУ2 = ВУ1 + П₂ – Д₁ конец хода - КХ =∑Пi - ∑Дi В формулах длины участков ломаной трассы измеряются по карте, а домер Д, вычисляется по формуле.На каждом закруглении при известных значениях a, R, L вычисляют остальные элементы закругления с точностью до 0,01 м, пикетные положения основных точек закругления. По трассе определяют длины оставшихся прямых участков трассы и их румбы. Румб (магнитный или истинный) – острый угол между ближайшим концом меридиана (магнитного или истинного) и направлением прямой. Дирекционный угол – угол между вертикальной линией 1 километровой сетки карты и направлением прямой (рис.2). Так, для прямой ВУ1-ВУ2 дирекционный угол равен ДУ2 (рис.2).

Рис. 2. Схема к вычислению дирекционного угла и азимута

1 – вертикальная линия километровой сетки на карте; 2 - нижний край карты; 3 – направление магнитного меридиана; 4 – направление истинного меридиана.

Далее в вычисляют магнитный азимут

где - угол между вертикальной линией сетки карты и магнитным меридианом (рис. 2) указан внизу карты местности. По полученной величине азимута А₁, вычисляют значение магнитных азимутов и румбов остальных линий. Так, азимут линии будет .В формуле знак «+» принимают, если трасса поворачивает вправо на угол , и знак «-», если она поворачивает влево на угол . По величине азимутов вычисляют румбы линии по условию:

0 ≤ А ≤ 90 - румб СВ:А

90 < А ≤ 180 - румб ЮВ:(А-90)

- румб ЮЗ:(А-180)

- румб СЗ:(А-270)

Далее составляется ведомость углов поворота, прямых и кривых.

Правильность составления ведомости прямых и кривых проверяют:

по длине трассы

На основе чертежа местности, полученного путем ксерокопирования карты местности, вычерчивается ситуация в полосе не менее 100 м в каждую сторону от трассы автомобильной дороги по вариантам. На ватмане формата А4хn наносится ломаная трасса по вариантам, вписываются закругления на основе ведомости углов поворота, прямых и кривых. На каждом закруглении приводятся основные его параметры.