ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 197
Скачиваний: 7
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1. Работа дорожных одежд автомобильных дорог
25
Выбоины на цементобетонном покрытии имеют глубину до
50–70 мм и произвольные очертания в плане. Их площадь составляет
0,25–2,0 м
2
. Раковины отличаются от выбоин меньшей площадью раз- рушения (до 0,25 м
2
). Выбоины и раковины, как правило, – результат применения отдельных замесов бетонной смеси низкого качества или попадания загрязненного и неморозостойкого заполнителя, плохого уплотнения отдельных участков покрытия.
Трещины – самый распространенный вид разрушения. Они раз- нообразны по происхождению, характеру распространения, ширине раскрытия и глубине. Трещины образуются из-за появления в плитах напряжений, превышающих предел прочности бетона на растяжение.
Такие напряжения могут возникнуть в результате интенсивной усадки бетона при твердении, проездов автомобилей с нагрузкой выше рас- четной, снижения прочности основания, значительной неоднородно- сти бетона по прочности и т. д.
Усадочные трещины – мелкая густоразвитая сетка трещин на отдельных участках плит со стороной ячейки 20–40 мм, шириной рас- крытия до 0,1 мм и глубиной до 5 мм. Возможно их раскрытие до
1,5 мм (при глубине до 30 мм). Усадочные трещины появляются в начальный период твердения бетона (первая группа) или спустя не- сколько лет (вторая группа). В начальный период трещины образуют- ся из-за расслоения бетонной смеси, применения загрязненных запол- нителей, нарушения режима ухода за бетоном, укладки смеси в сухую жаркую погоду без специальных мер защиты. В процессе эксплуата- ции покрытия сетка трещин образуется вследствие капиллярной усад- ки, вызванной попеременным увлажнением и высушиванием верхнего слоя и карбонизации бетона [23].
Первая группа трещин может быть устранена технологическими приемами (применение нерасслаивающихся смесей, улучшение усло- вий твердения бетона и т. д.). Для предупреждения трещин второй группы необходимо использование бетона повышенной плотности и прочности на всю толщину плиты или для верхнего слоя плит. Уса- дочные трещины ведут к появлению шелушения и разрушению верх- него слоя бетона.
Поперечные и продольные одиночные сквозные трещины со значительной шириной раскрытия (до 5 мм) по происхождению мож-
25 / 44
Конструирование и расчет дорожных одежд
26 но разделить на технологические, силовые и трещины коробления.
Технологические трещины появляются через 1–3 сут после бетониро- вания покрытия в результате температурных напряжений, превыша- ющих прочность бетона на растяжение к этому сроку. Предотвратить такие трещины можно своевременной нарезкой пазов швов в сочета- нии с мерами по уменьшению температурного перепада по толщине плиты за счет укрытия твердеющего бетона термоизоляционным сло- ем. Расстояние между технологическими трещинами – 5–25 м (в зави- симости от толщины плиты, свойств бетона, величины температурно- го перепада, процента армирования плиты).
К технологическим относят трещины, образующиеся вдоль швов расширения из-за смещения деревянной прокладки или нарезки паза в стороне от нее, нарезки пазов на недостаточную глубину.
Силовые сквозные трещины формируются при недостаточной прочности бетона, основания и подстилающих грунтов, а также при эксплуатации автомобилей, нагрузка от которых превосходит несу- щую способность дорожной одежды. Трещины могут появиться в ре- зультате многократного воздействия нагрузок, не превышающих до- пустимые.
Трещины коробления образуются на расстоянии 1–2 м от швов.
Они характерны для районов со значительным колебанием суточных температур воздуха. Коробление плиты (см. рис. 1.3) может привести к отрыву ее концов от основания. При приложении в этот момент внешней нагрузки появляются трещины. Аналогичные трещины могут возникать при разуплотнении или частичном вымывании основания под швом, а также при значительном накоплении остаточных дефор- маций в основании. В этом случае нарушается контакт плиты с осно- ванием и несущая способность покрытия резко снижается.
Трещины от просадки основания (сквозные поперечные и про- дольные) делят плиту на отдельные части. Эти трещины раскрывают- ся на 5–6 мм, иногда наблюдается поднятие отдельных частей плит.
Для устранения этого дефекта необходимо вскрывать покрытие и вос- станавливать несущую способность основания.
При усилении покрытий в новом слое могут появиться дефекты нижнего слоя. Эти трещины называют отраженными. Трещины за- щемления являются продолжением поперечного шва на смежной пли-
26 / 44
1. Работа дорожных одежд автомобильных дорог
27 те соседнего ряда, если не совпадают швы по ширине покрытия, или продолжением трещины с одного ряда плит на другой. Они возника- ют, если отсутствует свободное взаимное перемещение смежных плит в продольном направлении из-за неудовлетворительного состояния продольного шва (шов засорен, искривлен и т. д.).
Сквозные трещины существенно снижают несущую способ- ность и долговечность покрытия, нарушают его ровность, способ- ствуют переувлажнению основания и подстилающих грунтов (см. п. 1.3). Засорение трещин приводит к сколу их кромок.
Разрушение кромок плит происходит в результате засорения пазов швов и больших трещин твердыми посторонними частицами, кусочками бетона, щебня, песка. При повышении температуры пазы швов закрываются и находящиеся в них твердые частицы скалывают кромки бетона. Причиной разрушения кромок могут быть и механиче- ские нагрузки при недостаточной прочности плит вдоль швов, и нали- чие уступов между смежными плитами. Своевременные очистка [24] и заливка пазов, заделка трещин предотвращают разрушение кромок цементобетонных плит.
Отколы краев плит происходят вдоль поперечных швов расши- рения и сжатия, продольных швов при наличии шпунтового соедине- ния. В зоне швов расширения отколы проявляются в первый сезон экс- плуатации покрытий и, как правило, являются результатом нарушения технологии устройства швов: доски в швах установлены с отклонением от горизонтальной и вертикальной плоскостей, пазы не совпадают с фактическим положением досок; швы нарезаны в стороне от доски; доски установлены с перерывами по ширине плит и т. д.
Отколы краев плит вдоль швов расширения и сжатия возникают также вследствие установки штырей со смещением в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При температурных деформациях плит и приложении внешней нагрузки штыри, расположенные с перекосом, создают дополнительные скалывающие напряжения, которые приво- дят к образованию трещин вдоль штырей и отколам бетона.
Отколы углов плит достигают 40–120 см по гипотенузе и фор- мируются в результате снижения несущей способности основания или отрыва углов плит от основания при значительном суточном перепаде температур. Предупреждение отколов достигается оптимизацией раз-
27 / 44
Конструирование и расчет дорожных одежд
28 меров плит (в соответствии с климатическими условиями), устрой- ством швов коробления, исключением размывания основания.
Вертикальные смещения плит в стыках достигают 15–20 мм и более. Основными причинами являются: неравномерная осадка ос- нования при недостаточном уплотнении слоѐв грунта земляного по- лотна и дорожной одежды или неодинаковой их толщине на неболь- ших по протяжению участках; разуплотнение основания вследствие попадания воды через открытые швы; пучение грунтов земляного по- лотна; накопление необратимых деформаций в основании.
Вертикальные смещения смежных плит снижают долговечность покрытия из-за дополнительных напряжений, возникающих в бетоне покрытия и в основании дорожной конструкции от динамических нагрузок, сокращают срок службы автомобильных шин.
Местные неровности покрытия – поперечные волны, располага- ющиеся на расстоянии около 2 м друг от друга по длине плиты, замкну- тые «блюдца» глубиной до 15 мм и выпуклости высотой до 10–20 мм.
Образование волн является следствием применения деформиро- ванных рельс-форм при строительстве покрытия, перемещения глад- кого колеса бетоноотделочной машины по плохо очищенному гото- вому покрытию; использования излишне жесткой бетонной смеси.
Впадины и выпуклости появляются при неравномерном распределе- нии бетонной смеси перед бетоноотделочной машиной.
В 1972–1974 гг. обширные исследования состояния цементобе- тонных дорожных покрытий на дорогах Сибири были предприняты
Омским филиалом СоюздорНИИ [25]. Было выявлено, что прочность бетона в основном соответствует проектной. Длина плит монолитных покрытий изменяется от 4 до 9 м, наиболее часто применяют плиты длиной 6 м. На покрытиях с дискретным основанием возникает значи- тельно больше деформаций, чем на покрытиях с укрепленным осно- ванием. Количество деформаций возрастает с увеличением длины плит. Наиболее характерны поперечные и продольные трещины. По- перечные трещины и околы углов, как правило, расположены на рас- стоянии 20–40 см от швов. Этот тип разрушения наиболее типичен для покрытий, построенных на дискретных основаниях.
Количество поперечных трещин в средней части плиты, незави- симо от типа основания, возрастает с увеличением ее длины. Величина
28 / 44
1. Работа дорожных одежд автомобильных дорог
29 максимального раскрытия трещин в весенне-летний период – 2–3 мм.
Величина уступов между смежными плитами на покрытиях с песчаным основанием составляет 3–12 мм, а при цементогрунтовом основании не превышает 5 мм.
Шелушение поверхности не является характерным видом де- формации покрытий из монолитного бетона. Ровность монолитных покрытий удовлетворительная.
Практика эксплуатации дорог выявила ряд существенных недо- статков цементобетонных покрытий: быстрое разрушение защитного слоя бетона и обнажение арматуры (в результате выходят из строя шины автомобилей); выколы бетона практически не поддаются лече- нию из-за плохого сцепления между старым и новым слоями бетона.
Следует отметить низкую ремонтопригодность жестких дорожных одежд в целом.
Цементобетонные покрытия, построенные в условиях Сибири по типовым проектам без учета особенностей воздействий природно- климатических факторов (в первую очередь температурных воздей- ствий), привели к их чрезмерным деформациям и разрушениям. Так, срок службы монолитных армированных покрытий на карьерах Яку- тии не превышал 3 лет. Причинами разрушения были низкое качество цементобетона, неравномерные осадки грунтов основания, значитель- ные температурные деформации плит [26].
Сквозные трещины служат очагом разрушения всей дорожной одежды, этот дефект наиболее характерен для покрытий на террито- рии Сибири.
Анализ опыта применения цементобетонных покрытий на авто- мобильных дорогах показывает, что их повреждения и дефекты во многом зависят от недостаточного учета особенностей эксплуатации.
В свете этого необходимым условием обеспечения долговечности жестких дорожных одежд является тщательное проектирование, по- скольку допущенные на данной стадии ошибки практически невоз- можно исправить в дальнейшем.
Для нежестких дорожных одежд наиболее характерны износ по- верхности, волны, выбоины, колеи, сквозные проломы, просадки.
В табл. 1.1 приведена классификация дефектов нежестких дорожных одежд по ОДН 218.1.052–2002 [27]. Каталог дефектов, возникающих
29 / 44
1 2 3 4 5
Конструирование и расчет дорожных одежд
30 при содержании конструктивных элементов автомобильных дорог, приведѐн в работе [28].
Таблица 1.1
Дефекты, характерные для нежестких дорожных одежд
Вид дефекта
Характерные особенности дефекта
А. Дефекты прочностного характера
Трещины: одиночные
Поперечные и косые трещины, расположенные на расстоянии более 15–20 м друг от друга отдельные
Поперечные и косые трещины, расположенные при- мерно на одинаковом расстоянии друг от друга. Рас- стояние между соседними трещинами – 10–15 м редкие
Поперечные и косые трещины (нередко с ответвле- ниями), не связанные между собой. Среднее расстоя- ние между соседними трещинами – 4–10 м частые
Поперечные и косые трещины с ответвлениями, ино- гда связанные между собой, но, как правило, не об- разующие замкнутых фигур. Среднее расстояние между соседними трещинами – 1–4 м
Сетка трещин
Поперечные и продольные трещины, развитые в зоне полос наката и образующие замкнутые, преимуще- ственно четырехугольные фигуры с расстоянием между сторонами менее 1 м. Нередко сопровожда- ются просадками, колейностью и волнообразованием
Колейность
Плавное искажение поперечного профиля дорожного покрытия, локализованное вдоль полос наката. На покрытиях, устроенных с применением вяжущих, обычно сопровождается продольными трещинами и сеткой трещин
Просадки
Резкое искажение профиля покрытия, имеющее вид впадины с округлыми краями. На покрытиях, устроен- ных с применением вяжущих, просадки сопровожда- ются сеткой трещин, нередко охватывающей также и зоны покрытия, непосредственно к ним прилегающие
Волны
Закономерное чередование (через 0,5–2,0 м) на покры- тии впадин и гребней в поперечном направлении по от- ношению к продольной оси дороги. Как правило, имеют место на дорогах с переходными типами покрытий
30 / 44
1. Работа дорожных одежд автомобильных дорог
31
Окончание табл. 1.1
Вид дефекта
Характерные особенности дефекта
Б. Дефекты, обусловленные влиянием нарушений в технологии производства работ
Проломы
Полное разрушение дорожной одежды на всю ее толщину с резким искажением профиля покрытия
Выкрашивание и шелушение
Поверхностные разрушения покрытия за счет потери отдельных зерен минерального материала и отслаи- вания вяжущего
Выбоины
Местные разрушения дорожного покрытия, имею- щие вид углублений с резко выраженными краями
Сдвиги
Смещение покрытия, наблюдающееся обычно на крутых спусках, в местах остановок и торможения автомобилей. Иногда в местах сдвига наблюдаются разрывы покрытия
1.5. Влияние состояния дорожной одежды
на показатели работы автомобильного транспорта
Скорость движения автомобилей, их пробег до капитального ремонта, расход топлива, износ шин, а в конечном итоге и себестои- мость перевозок находятся в прямой зависимости от прочности и ровности дорожной одежды, коэффициента сцепления колеса с по- крытием.
В процессе эксплуатации дороги под влиянием движения авто- мобилей и природно-климатических условий происходит постепенное снижение ровности покрытия, которое обычно связано с появлением различных необратимых деформаций дорожной одежды. Такие де- формации большей частью возникают вследствие недостаточной прочности одежды в тех или иных местах.
Многолетние исследования, проведенные в Харьковском авто- мобильно-дорожном институте (ХАДИ) под руководством профессора
А.К. Бирули и других, позволили выявить взаимосвязь между прочно- стью дорожной одежды, ровностью покрытия и скоростью движения потока автомобилей (табл. 1.2) [10, 11].
31 / 44
Конструирование и расчет дорожных одежд
32
Таблица 1.2
Взаимосвязь прочности дорожной одежды с равностью покрытия
и скоростью движения автомобильного потока
Показатель
Общее состояние дороги
Хо ро шее и уд овл ет во- ри тел ьн ое
Час тые тр ещ ин ы и се тк а тр е- щи н
С
етк а тр ещи н и от де льн ые раз ру шени я
Час тые раз ру шени я
Пр акт ич ес ки сп ло ш
но е ра зр ушени е
Степень разрушения, % по площади
0–15 15–35 35–50 50–70
> 70
Коэффициент прочно- сти, K
пр
1 1–0,85 0,85–0,8
< 0,48
–
Ровность покрытия по показателям толчко- мера на легковом авто- мобиле, см/км
< 300 300–1000
> 1000
–
–
Ровность покрытия по показателям толчко- мера на грузовом авто- мобиле, см/км
< 100 100–700 700–1200 > 1200
–
Средняя скорость по- тока, км/ч
80–55 55–35 35–25 25–20
< 20
Надежность дорожной одежды по прочности
1–0,85 0,85–0,65 0,65–0,5 0,5–03 0,3
В табл. 1.2 коэффициент прочности вычислен как отношение среднего фактического модуля упругости дорожной одежды в период ее наибольшего ослабления к требуемому модулю упругости.
Наличие достаточно устойчивой связи между скоростью потока, ровностью и прочностью дорожной одежды позволяет принимать в качестве одного из основных критериев расчета модуль упругости дорожной одежды. С другой стороны, обеспечение требуемой прочно- сти дорожной одежды гарантирует достаточную ровность и заданную скорость движения.
32 / 44
1. Работа дорожных одежд автомобильных дорог
33
На эффективность работы автомобильного транспорта значи- тельное влияние оказывает также тип дорожной одежды. В табл. 1.3 приведены обобщенные данные А.К. Бирули и С.И. Миховича [10], иллюстрирующие эту зависимость.
Таблица 1.3
Зависимость эффективности работы автомобильного транспорта
от типа дорожной одежды [10]
Тип покрытия
По каз ател ь ро вн ост и пр и удо вл ет во ри тел ьн ом со сто ян ии о
деж ды,
см
/к м
К
оэ фф иц иен т со пр от ивл ен ия дв иж ен ию
Относительные значения
Т
ех ни чес кая с ко ро сть
Ра сх од т оп ли ва
Из но с ши н
Ме ж
рем он тн ы
й пр обег
С
ум м
ар ные эк сп лу ат ац ио нн ые р
ас хо ды
Асфальтобетонное 50–150 0,015 1
1 1
1 1
Цементобетонное
75–150 0,02 1
1,02 1,3 1
0,9
Битумощебеноч- ная смесь с поверхностной обработкой
100–200 0,03 0,95 1,05 1,25 0,95 1,3
Необработанное гравийное
300–400 0,03–0,05 0,75 1,1–1,2 1,4 0,8 1,6
Сухая грунтовая профилированная дорога
100–300 0,03–0,06 0,7–0,8 1,2 1,0 0,7–0,8 1,8–2,0
Булыжная мостовая
300–500 0,05–0,07 0,6 13 1,4 0,6 1,8
Несмотря на наличие устойчивой связи между ровностью по- крытия и прочностью нежесткой дорожной одежды (см. табл. 1.2), не следует считать, что ровность не может быть самостоятельным
33 / 44