Особенности реконструкции дорожных одежд с цементобетонными покрытиями
Кафедра Аэродромов и дорог
УТВЕРЖДАЮ
Начальник кафедры № 4
Полковник
В.Савицкий
«___»_____________ 200__г.
ЛЕКЦИЯ №10
по дисциплине: «Реконструкция автомобильных дорог»
для специальности 291000:«Автомобильные дороги и аэродромы»
ТЕМА: «ОСОБЕННОСТИ РЕКОНСТРУКЦИИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД С ЦЕМЕНТНО-БЕТОННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ И ПОКРЫТИЯМИ ПЕРЕХОДНОГО ТИПА».
АВТОР: старший преподаватель п/п-к ХИМИЧ А.Н.
Время: 2 часа.
Обсуждено на заседании
ПМК №1
«__»____________200_г.
Протокол №___
г.Балашиха – 2008 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Учебные вопросы:
1. Особенностиреконструкции дорожных одежд с цементно-бетонными покрытиями.
2. Особенностиреконструкции дорожных одежд с покрытиями переходного типа.
Заключение
ЛИТЕРАТУРА:
1. А.П.Васильев и др. «Реконструкция автомобильных дорог. Технология и организация работ» Уч. пособ. М: МАДИ, 1998г.
2. В.Ф.Бабков и др. «Реконструкция автомобильных дорог», учебник, М., Транспорт, 1978 г.
3. Н.В.Горелышев и др. «Технология и организация строительства автомобильных дорог», учебник, М , Транспорт, 1992 г.
4. В.В.Савицкий, А.Н.Химич «Реконструкция автомобильных дорог». Курс лекций. Балашиха, ВТУ, 2005г.
Наглядные пособия и ТСО:
Лектор 2000, плакаты и слайды по теме лекции.
Задание на самоподготовку:
Изучить рекомендованную литературу и дополнить конспект.
Введение
Покрытия из цементобетона устраивают на дорогах I, II и IIIкатегорий при большой интенсивности движения (более 3000 автомобилей в сутки). Преимуществами цементобетонных покрытий являются высокая прочность, ровность и в то же время достаточная шероховатость, обеспечивающая хорошее сцепление автомобильных шин с поверхностью дороги.
Цементобетонные покрытия находят все большее применение ввиду своей экономичности и простоты эксплуатации. Производство работ по устройству цементобетонных покрытий почти полностью механизировано.
Цементобетонное покрытие представляет собой плиту из бетона, уложенную на прочное и устойчивое основание. В качестве оснований под бетонные покрытия применяют слои грунта, укрепленные вяжущими, крупнозернистый или среднезернистый песок, щебень, гравий или гравийно-песчаную смесь. Цементобетонное покрытие на песчаном основании разрешается укладывать только на дорогах IIIкатегории и при пониженной интенсивности на дорогах II категории. Основания устраивают на 0,5м шире проезжей части с каждой стороны.
Бетон, используемый для изготовления плит, представляет собой рационально подобранную смесь из щебня, песка, цемента и воды. Прочность такой смеси характеризуется пределом прочности при сжатии после 28 суток твердения. Марка бетона определяется именно этой характеристикой и для дорожных покрытий должна быть не ниже 300.
Толщину бетонной плиты назначают по расчету с учетом размера и характера движения. Обычно плита имеет толщину 18-24см в пределах всей ширины проезжей части и поперечный уклон для стока воды 10-15‰.
Толщина бетонной плиты может быть уменьшена путем применения напряженной арматуры для предварительного напряжения укладываемого бетона.
Для предохранения плиты от образования трещин при температурных изменениях устраивают температурные швы. Швы расширения (поперечные), обеспечивающие удлинение плиты, имеют зазор 2,5-3см и устраиваются через 20-80м.
Возможно устройство цементобетонных покрытий из готовых железобетонных плит, которые транспортируют к месту работ автомобилями и укладывают на заранее подготовленное основание автомобильными кранами. Сложность монтажа и транспортирования плит больших размеров не позволяет применять этот способ в широких масштабах.
Особенности реконструкции дорожных одежд с цементобетонными покрытиями
При реконструкции дорожных одежд с цементобетонными покрытиями обычно выполняют работы по усилению (повышению прочности) и уширению дорожной одежды.
В настоящее время можно применять следующие три способа усиления дорожных одежд с цементобетонными покрытиями:
· устройство слоев усиления из асфальтобетонных смесей поверх старого цементобетонного покрытия без нарушения его сплошности;
· то же с предварительным дроблением старого цементобетонного покрытия на мелкие блоки и тщательным уплотнением полученного таким образом материала основания;
· устройство слоя усиления из непрерывно армированного бетона поверх старого цементобетонного покрытия.
При этом, если материалы старого покрытия и слоя усиления имеют различные модули упругости, то сначала определяют расчетом прочности на растяжение при изгибе эквивалентную толщину плиты из разномодульных материалов, приведенную к толщине материала с наибольшим модулем упругости, а затем определяют требуемую толщину усиления:
где: hэкв. - толщина однородной плиты, см;
Ест.п. - модуль упругости материала старого покрытия, эквивалентный по жесткости на изгиб старому покрытию и слою усиления;
hст.п. - толщина старого покрытия;
Еус - модуль упругости материала, используемого для усиления, Мпа;
h ус. - толщина усиления.
Для усиления дорожных одежд с цементобетонным покрытием рекомендуется применять полимерасфальтобетон в соответствии с техническими условиями ТУ 35-1669-88 «Вяжущие полимерно-битумные на основе дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТ) и полимерасфальтобетон», утвержденными Минтрансстроем СССР в 1988г.
Полимерасфальтобетон обладает повышенной прочностью, эластичностью и теплостойкостью в широком диапазоне эксплуатационных температур. Применение полимерасфальтобетона повышает трещиностойкость слоя усиления над поперечными швами старого цементобетонного покрытия.
Для приготовления полимерасфальтобетонных смесей следует использовать полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) на основе дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТ) соответствующих марок.
В зависимости от вязкости полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) делятся на следующие марки ПБВ 40/60, ПБВ 60/90, ПБВ 90/130, ПБВ 130/200, ПБВ 200/300.
Полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) получают введением в битум 2-4% дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТ) от массы. В вязкие битумы дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТ) следует вводить в виде раствора в битумном сырье (гудроне) или жидком битуме. В качестве пластификаторов при приготовлении полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) используются индустриальные масла.
Введение 2,3 и 4% дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТ) дает возможность получить полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) с температурой перехода в хрупкое состояние - 25, - 35 и - 50°С соответственно. Для получения ПБВ с температурой перехода в хрупкое состояние - 60°С в битум необходимо вводить до 6% дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТ). Применение полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) с температурой перехода вяжущего в хрупкое состояние, соответствующей минимальной зимней температуре эксплуатации слоя усиления, обеспечивает трещиностойкость этого слоя, в особенности над поперечными швами усиливаемого покрытия.
Зерновой состав полимерасфальтобетонных смесей должен удовлетворять требованиям ГОСТ 9128-84 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон».
Полимерасфальтобетонные смеси должны удовлетворять требованиям ГОСТ 9128-84 для асфальтобетонных смесей соответствуютщих марок.
Контрольные испытания качества полимерасфальтобетона в покрытии следует производить по водонасыщению, набуханию, пористости минерального остова и остаточной пористости, а также по коэффициенту уплотнения.
Качество полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) устанавливают стандартными методами, принятыми для оценки свойств дорожных битумов. Кроме того, определяют однородность и показатель эластичности, характеризующий способность полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) к обратимым деформациям, в соответствии с ТУ 35-1669-88.
Слои усиления из непрерывно армированного бетона устраивают в соответствии с ВСН 4-75 «Временными техническими указаниями по проектированию и строительству непрерывно армированных цементобетонных дорожных покрытий и оснований в г.Москве», утвержденными Главмосинжстроем в 1974 г.
Слои усиления из непрерывно армированного бетона устраивают неограниченной длины и прерывают их только перед искусственными сооружениями (мостами, путепроводами и т.д.). Концевые участки слоев усиления из непрерывно армированного бетона должны быть закреплены неподвижными упорами траншейного или свайного типа
Слои усиления должны обеспечивать прочность и ровность дорожной одежды в течение заданного срока службы под воздействием автомобильных нагрузок и климатических факторов.
Толщина слоя усиления из непрерывно армированного бетона определяется расчетом.
При усилении дорожной одежды с цементобетонным покрытием толщина слоя усиления из непрерывно армированного бетона может составлять 10-12см. Слой усиления из непрерывно армированного бетона следует укладывать непосредственно на старое цементобетонное покрытие без устройства изолирующих и выравнивающих прослоек.
Для армирования покрытий должна применяться арматура периодического профиля. Диаметр арматуры следует подбирать с учетом минимального раскрытия трещин и принятой технологии строительства. Армирование покрытий можно осуществлять плоскими сварными или вязаными сетками, сварными каркасами, отдельными арматурными стержнями. Непрерывную арматуру следует располагать на расстоянии 1/3...1/2 hyc (hyc - толщина слоя усиления) от поверхности слоя усиления (рис.10.1.). Арматурные каркасы ставятся симметрично относительно нейтральной оси слоя усиления.
Рис.10.1. Принципиальные схемы дорожных одежд с непрерывно армированными покрытиями:
1 - непрерывно армированное бетонное покрытие; 2 - песчано-цементная смесь; 3 - черный щебень; 4 - тощий бетон; 5 - песок; 6 - теплоизолятор (стиропорбетон, пенопласт и др.)
Поперечные швы (сжатия и расширения) на слое усиления не устраивают. Продольные швы в зависимости от количества поперечной арматуры устраивают через 3,75м по типу ложных или через 7,5м по типу шпунта (рис.10.2).
Рис. 10.2. Конструкции продольных швов:
а - шов по типу ложного; б - шов по типу шпунта; 1 - бетонная плита покрытия; 2 - арматурная сетка; 3 - битумная мастика
Непрерывность армирования обеспечивается нахлесткой стержней в продольном и поперечном направлениях.
Длина нахлестки должна быть не менее:
· в продольном направлении - 30 - 35d;
· в поперечном направлении - 25d (где d - диаметр стержней), и во всех случаях не менее 250мм. Поперечные стыки смежных сеток должны располагаться вразбежку с шагом не менее 50см.
Для армирования слоя усиления следует применять следующие виды арматурных сталей:
· стержневая горячекатанная периодического профиля класса А - II диаметром от 10 до 20мм, класса А - III диаметром от 6 до 20мм;
· стержневая, упрочненная вытяжкой периодического профиля класса А - IIв диаметром от 10 до 20мм, класса А-IIIв диаметром от 6 до 20мм.
Расчет на прочность слоя усиления из непрерывно армированного бетона производят в соответствии с ВСН 4-75 «Временные технические указания» и с ВСН 29-76 «Технические указания по оценке и повышению технико-эксплуатационных качеств дорожных одежд и земляного полотна автомобильных дорог», утвержденными МинавтодоромРСФСРв 1976 г.
Концевые упоры траншейного типа (рис. 10.3.) устраивают следующим образом:
· в старом покрытии перфораторами с компрессором устраивают поперечные прорези на ширину бетонных шпор, вблизи поперечных швов отрывают поперечные траншеи экскаватором;
· устанавливают в траншеях арматурные каркасы;
· укладывают и уплотняют бетонную смесь;
· отделывают верхнюю поверхность бетонных шпор.
Арматурные каркасы должны иметь выпуски, свариваемые в последующем с непрерывной арматурой покрытия.
Рис.10.3. Схема сопряжения анкеров с непрерывно армированным покрытием:
а - анкер траншейного типа; б - анкер свайного типа; 1 - покрытие; 2 - непрерывная арматура; 3 - выпуск арматуры из анкеров; 4 - бетонная шпора; 5 - соединение по типу шпунта; 6 - арматурный каркас; 7 - железобетонная свая; 8 - дополнительная арматурная сетка.
Перед бетонированием слоя усиления арматуру в виде плоских сеток или каркасов устанавливают на подкладках, уложенных на основание. Подкладки могут быть изготовлены из арматуры любого класса или из бетона того же состава, который применяется для устройства слоя усиления.
Работы по устройству слоя усиления должны производиться непрерывно. Рабочие поперечные швы устраивают следующим образом:
· по окончании смены устанавливают упорную доску с прорезями для пропуска продольной арматуры;
· перед возобновлением укладки бетона доску удаляют и торец плиты смачивают водой.
Слои усиления из непрерывно армированного бетона могут применяться и при реконструкции дорожных одежд нежесткого типа.
Из трех способов усиления дорожных одежд с цементобетонным покрытием предпочтительнее устройство слоя усиления из непрерывно армированного бетона. В этом случае слой усиления имеет свойства, близкие к свойствам материала существующего покрытия (цементобетона); кроме того, объемы и стоимость работ по ремонту дорожной одежды после ее усиления будут минимальными.
На практике усиления цементобетонных покрытий производят путем укладки слоев асфальтобетона, причем конструкция, тип и марка асфальтобетона и технология производства работ определяются в зависимости от технической категории дороги и дорожно-климатической зоны.
Для автомобильных дорог высших категорий, а также дорог, расположенных и в I - III дорожно-климатической зонах, применяют асфальтобетонные смеси типов А или Б первой марки.
Подготовительные работы при этом направлены в основном на устранение дефектов цементобетонного покрытия:
· полностью разрушенные плиты удаляются и заменяются на новые монолитные, изготовленные на месте или на заводах ЖБИ;
· пустоты над плитами и нарушение уклонов исправляются путем профилирования основания (при этом плиты снимаются) или нагнетания под плиты песка или цементного раствора;
· сколы кромок и углов плит устраняют путем укладки асфальтобетонных (мелкозернистых или песчаных) смесей при толщине слоя до 6см и цементобетонных более 6см,
· искажения продольного и поперечного профилей устраняют путем укладки выравнивающего слоя из песчаного или мелкозернистого асфальтобетона асфальтоукладчиками, оснащенными системами автоматики;
· восстанавливают швы существующего покрытия и заливают их герметизирующей мастикой.
Перед укладкой выравнивающего слоя или покрытия производят розлив горячего битума (0,3-0,5л/м2) или битумной эмульсии (0,6-0,8л/м2).
Технология производства работ при усилении дорожных одежд с учетом повышения трещиностойкости слоя может выполняться следующими способами:
· путем укладки толстыми слоями за один проход (толщина слоя 10-18см в России, 14-26см за рубежом);
· использованием асфальтобетонных смесей на основе полимерно-битумных вяжущих материалов (ПБВ);
· армированием асфальтобетона в зонах швов цементобетонного покрытия геоматериалами;
• армированием асфальтобетонных смесей металлическими или полимерными волокнами;
· путем устройства в асфальтобетоне деформационных швов над швами существующего цементобетонного покрытия.
Наибольший эффект достигается при комплексном использовании нескольких способов одновременно.
В технологии укладки асфальтобетона толстыми слоями за один проход наибольшую сложность вызывает уплотнение, так как необходимо применять тяжелые катки массой 15-25т и увеличивать число проходов катка по одному следу. Температура воздуха при укладке не должна быть ниже 5°С, а температура смеси - не ниже 140°С.
Для повышения эффективности уплотнения фирмы «Фегеле» и «АБГ» (Германия) разработали конструкции брусьев высокого уплотнения для асфальтоукладчиков (рис.10.4.).
Рис.10.4. Схема расположения уплотняющего оборудования для асфальтоукладчиков фирмы «АБГ» (Германия):
1 - шнек, 2,3 - трамбующий брус, 4 – виброплита
Рабочие органы представляют собой комбинацию трамбующих брусьев (прессующих планок) и виброплит. Амплитуда колебаний трамбующих брусьев последовательно составляет 0,12мм и 3...8мм, а виброплит 1,5..2,5 и 0,5 1,2мм.
В конструкции рабочих органов фирмы «АБГ» предусмотрена возможность статического пригруза задней кромки виброплиты, а в конструкции фирмы «Фегеле» предусмотрено две секции уплотнения с чередованием трамбующих брусьев и виброплиты.
По зарубежным данным, достигалась степень уплотнения асфальтобетона до 1,02-1,03 после прохода асфальтоукладчика. При испытаниях в нашей стране асфальтоукладчиков этих фирм была достигнута степень уплотнения 0,96-0,99. Окончательное уплотнение проводилось пневмошинными и комбинированными катками массой 16-24т.
Широкое использование асфальтобетонных смесей с полимерно-битумныхми вяжущими материалами (ПБВ) при реконструкции МКАД показало, что необходимо обеспечивать высокую точность дозирования полимера (применялся отечественный дивинилстирольный термоэластопласт (ДСТ)), так как даже небольшая передозировка его вызывала невозможность уплотнения смеси из-за повышенной деформативности.
Армирование геоматериалами выполняется как непосредственно на контакте асфальтобетона с цементобетоном (в выравнивающем слое), так и в верхних слоях покрытия. Ширина укладываемого материала составляет 1,2-2,0м над швами цементобетонного покрытия, причем для крепления геоматериалов применяют способы: приклейки (вязким битумом или битумной эмульсией) или крепления скобами или специальными гвоздями.
При использовании геополотен производится их пропитка битумом (норма 0,8-1,0л/м).
Армирование асфальтобетонных смесей волокнами различной природы связано с усложнением приготовления смесей и ухудшением их дозирования. Металлические волокна представляют собой отрезки длиной 20-40мм, диаметром 0,3-0,6мм. Их содержание изменяется в пределах 0,5-2,0% При содержании 2,0% прочность на изгиб слоя толщиной 5см составила 8,0-12,5МПа в зависимости от типа acфальтобетона. Однако, чтобы устранить возможные проколы шин, эти смеси следует укладывать в основание или выравнивающий слой.
Полимерные волокна применяют как в виде отдельных отрезков (длина 5-40мм), так и непрерывными нитями. Во втором случае обработка производится непосредственно на полотне дороги, когда волокна набрасываются воздухом на грунтовку (дозировка 80-120г/м2).
По поверхности может быть проведен розлив битума и рассыпан щебень (технология типа поверхностной обработки) или черный щебень. Затем укладывается слой асфальтобетона. При использовании обрезков волокон можно приготавливать смеси на АБЗ или производить работы на месте.
Устройство деформационных швов позволяет исключить бессистемное трещинообразование в асфальтобетоне покрытия. Поперечные швы в асфальтобетоне устраиваются над швами расширения, а при их отсутствии через 10-30м в зависимости от средней температуры холодного месяца. Перед укладкой асфальтобетона над швами в цементобетоне укладывают рубероид или пергамин в два слоя на ширину не менее 7 толщин слоя асфальтобетона. Ширина шва 1,2-1,7см, глубина не менее 1/3 толщины асфальтобетона, но не более толщины верхнего слоя при многослойном покрытии.
Устройство швов производится нарезчиками в полностью уплотненном и остывшем асфальтобетоне. Заполнение швов мастикой производится до наступления холодного периода времени и открытия движения транспорта.