Рассмотрены особенности работы жестких дорожных одежд, правила их конструирования, дан обзор методов расчета. Изложены практические методы расчета дорожных одежд с монолитными цементобетонными покрытиями, асфальтобетонных покрытий с цементобетонным основанием, сборных и сборно-монолитных покрытий. Дан пример расчета. Для специалистов проектных организаций, может быть полезным для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 291000 — «Автомобильные дороги и аэродромы».

Введение

1. Работа жестких дорожных одежд автомобильных дорог
1.1. Понятие о надежности, долговечности и сроках службы дорожных одежд
1.2. Эксплуатационные воздействия на дорожную одежду
1.3. Природные воздействия
1.4. Характерные повреждения и дефекты жестких дорожных одежд

2. Конструирование жестких дорожных одежд
2.1. Общие положения
2.2. Конструкция монолитных цементобетонных покрытий
2.3. Конструкция асфальтобетонных покрытий с цементобетонным основанием
2.4. Дорожные одежды со сборными покрытиями
2.5. Сборно-монолитные покрытия

3. Обзор методов расчета жестких дорожных одежд
3.1. Развитие методов расчета
3.2. Нормативный метод
3.3. Расчет и прогнозирование долговечности дорожных одежд на основе современных методов
3.4. Усталостная прочность бетона
3.5. Основы расчета цементобетонных покрытий с использованием кинетической концепции прочности

4. Практическая методика расчета жестких дорожных одежд с монолитными цементобетонными покрытиями
4.1. Общие положения расчета жестких дорожных одежд
4.2. Расчет толщины монолитного покрытия
4.3. Расчетные нагрузки
4.4. Расчетные характеристики материалов
4.5. Расчет основания
4.6. Расчет морозозащитных и дренирующих слоев основания
4.7. Пример расчета

5. Особые случаи расчета жестких дорожных одежд
5.1. Расчет асфальтобетонных покрытий с цементобетонным основанием
5.2. Расчет сборных покрытий
5.3. Расчет сборно-монолитных покрытий
5.4. Определение толщины цементобетонного покрытия на стадии технико-экономических обоснований

Библиографический список
Приложение 1. Характеристики цементобетона
Приложение 2. Характеристики грунтов и материалов дорожных одежд
Приложение 3. Расчетная амплитуда колебаний температуры на поверхности покрытия
Приложение 4. Характеристики транспортных средств
Приложение 5. Плотность материалов слоев дорожных одежд

Введение

Одна из главных проблем России в настоящее время — низкая эффективность экономики. Многочисленные исследования и мировой опыт свидетельствуют, что она во многом определяется плотностью и качеством сети автомобильных дорог на территории государства. К сожалению, Россия имеет существенно более низкие значения этих показателей, чем развитые страны.

Единственный путь решения дорожной проблемы в условиях ограниченных ресурсов - повышение надежности и долговечности дорог. Дорожные одежды жесткого типа в этом отношении имеют неоспоримые преимущества. Средний срок службы до капитального ремонта асфальтобетонных покрытий в США составляет 16 лет, цементобетонных — 26 лет, в Германии соответственно 18 и 26 лет. По данным профессора М.С. Коганзона и других авторов, дорожные одежды с монолитными неармированными цементобетонными слоями имеют в сравнении с «классическими» одеждами (неармированное асфальтобетонное покрытие и щебеночное основание) более высокий срок службы: при наличии только жесткого основания в среднем на 60 %, при наличии жесткого покрытия — в 3,2 раза. А внедрение непрерывно армированных цементобетонных оснований и покрытий увеличит срок службы дорожных одежд примерно в 5-6 раз. Цементобетонные покрытия способны служить, не требуя ремонта, до 50 лет.

Во многих странах жесткие дорожные одежды применяются довольно широко. В материалах XXI Всемирного дорожного конгресса приведены следующие данные: в Германии протяженность сети дорог с цементобетонными покрытиями составляет 31 %, США — 35 %, Бельгии — 41 %. В Австрии 46 % магистральных дорог имеют бетонное покрытие, в США - 60 %. Наметилась тенденция ремонта дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями устройством нового покрытия из цементобетона. 

К жестким дорожным одеждам следует относить одежды, имеющие:

• цементобетонные монолитные покрытия;
• асфальтобетонные покрытия на основаниях из цементобетона;
• сборные покрытия из железобетонных и армобетонных плит.

Основной особенностью жестких дорожных одежд является их способность в течение всего срока службы обеспечивать работу дорожной конструкции практически в упругой стадии (величина напряжений от транспортной нагрузки, передаваемых рабочему слою земляного полотна, минимальна, грунт работает в упругой стадии, что обеспечивает увеличение срока службы дорожной одежды).

Свойства цементобетона, в отличие от асфальтобетона, практически не меняются при изменении температуры, а прочность на сжатие и растяжение при изгибе возрастают в течение всего срока службы (при благоприятных условиях эксплуатации), что увеличивает межремонтный период.

В условиях России асфальтобетонные покрытия имеют весьма низкий фактический срок службы, большая часть средств тратится не на строительство новых дорог, а на поддержание в работоспособном состоянии построенных дорог с данным покрытием. При этом для обеспечения нормативного 15-летнего срока службы асфальтобетонных покрытий необходимо через 6 и Шлет дополнительно их усиливать слоем асфальтобетона толщиной 5 см. Поэтому более эффективно вкладывать средства в строительство дорог с цементобетонным покрытием.

Установлено, что уровень дорожно-транспортных происшествий на цементобетонном покрытии почти на 50 % ниже, чем на асфальтобетонном. Цементобетонные покрытия обладают в 3-6 раз большим сопротивлением износу от шин с шипами. Издержки на содержание цементобетонного покрытия в среднем в 2,5 раза меньше. Поскольку цементобетонные покрытия не требуют частого проведения мероприятий по ремонту и содержанию, они доставляют значительно меньше неудобств пользователям.

Исследования, выполненные в США, показали, что грузовые автомобили используют существенно больше топлива на асфальтобетонном покрытии по сравнению с цементобетонным. Стоимость сэкономленного топлива на дороге с интенсивностью движения 25 тыс. авт/сут окупит бетонное покрытие за 7 лет эксплуатации. В Швейцарии установлено, что для освещения цементобетонного покрытия расходуется электрической энергии на 20 % меньше благодаря светлому цвету поверхности.

Существенным обстоятельством, определяющим перспективу развития строительства цементобетонных покрытий, являются ограниченные запасы нефти как основного источника сырья для производства битумов. В отличие от битума, запасы сырья для производства цемента практически не ограничены. В связи с этим в странах, где асфальтобетонные покрытия имеют экономические преимущества перед цементобетонными, с целью совершенствования и развития конкурирующей технологии за счет государственных субсидий поддерживается строительство цементобетонных покрытий на уровне 10-20 % общего объема строительства автомобильных дорог с капитальными типами покрытий.

Следует иметь в виду, что жесткие дорожные одежды имеют и ряд существенных недостатков: высокие затраты на строительство; низкую ремонтопригодность; наличие большого количества швов в покрытии и др. Например, в условиях высоких темпов инфляции они практически не конкурентоспособны.

В последние годы учеными и практиками-дорожниками разработаны и внедрены в производство эффективные материалы и технологии, позволяющие строить долговечные жесткие дорожные одежды, качественно их ремонтировать.

Отечественные и зарубежные достижения указывают на высокую эффективность жестких дорожных одежд, не случайно в решении представительного международного семинара «Перспективы и эффективность применения цементобетона в дорожном строительстве» (Москва, 2002 г.) рекомендовано проектным организациям при сравнении вариантов дорожных одежд, особенно для дорог I—II категорий, обязательное рассмотрение вариантов современных конструкций цементобетонных покрытий с учетом сроков их службы. С другой стороны, для эффективного применения жестких дорожных одежд необходимо обеспечить их качество. В соответствии с современными представлениями об управлении качеством продукции очень важной при этом является стадия проектирования.

К сожалению, в процессе проектирования автомобильных дорог жестким дорожным одеждам уделяется весьма мало внимания, специальная литература и нормативные документы обновляются редко и во многом устарели. В предлагаемой читателям книге сделана попытка хотя бы частично восполнить этот пробел. В ней приведены основы теории расчета жестких дорожных одежд, содержатся сведения, необходимые для проектирования.

Автор выражает признательность рецензентам д-ру техн. наук, проф. В.А. Шаламанову и канд. техн. наук, доц. А.И. Красильникову за ценные замечания, высказанные при рецензировании книги, а также сотруднику Кузбасского центра дорожных исследований A.C. Лихову за подготовку рукописи к изданию.