Грунты земляного полотна | Жд транспорт торфа

Страница 5 из 59

Для сооружения насыпей применяются почти все виды грунтов, имеющих на месте постройки пути, за исключением жирных глин, илистых и солончаковых грунтов. Дренирующие грунты — камень, галька, гравий, крупно- и среднезернистые пески являются наилучшими грунтами, обладающими водопроницаемостью и несжимаемостью, чем обеспечивается устойчивость земляного полотна. Чем больше содержится в грунте глинистых частиц, тем грунт хуже как материал для земляного полотна.

Глина водонепроницаема, сильно размягчается водой, разбухает и увеличивается в объеме. Эти свойства являются отрицательными для насыпей.

Растительная земля, чернозем и торф в раздробленном виде также используются для сооружения насыпей. Дерн при насыпях до 1 м не применяется.

Земляное полотно, устраиваемое на торфяной залежи, должно сооружаться главным образом из дренирующих грунтов. Эти грунты имеют следующие основные положительные свойства: обладают водопроницаемостью; равномерно распределяют давление на основание торфяной залежи; благодаря значительному внутреннему трению сохраняется крутизна откосов при увлажнении.

Сооружение земляного полотна на торфозалежи из других грунтов возможно, но оно будет менее устойчиво и содержание его будет дорогим.

Наиболее распространенными грунтами на торфопредприятиях являются песчаный и супесчаный.

Поперечные профили, имеющие размеры, установленные техническими условиями проектирования и применяемые в нормальных геологических и гидрогеологических условиях, называются нормальными.

Поперечные профили насыпей показаны на рис. 2-3. Насыпь имеет: верх земляного полотна, откосы, бермы и канавы, или резервы.

Верх земляного полотна под один путь имеет как в насыпи, так и выемке очертание трапеции с высотой 0,06 м, а под два пути — равнобедренного треугольника с высотой 0,15 м. Это делается для того, чтобы обеспечить отвод поверхностных вод и избежать впадин при усадке полотна. 

В грунтах скальных, щебенистых, гравийных, крупно- и среднепесчаных верх полотна делается горизонтальным. Ширина В земляного полотна принимается для постоянных путей в зависимости от рода грунта и категории путей. Нормальная ширина поверху однопутного земляного полотна на прямых участках принимается по табл. 2-1.

Земляное полотно на кривых участках пути при радиусах 300 м и менее уширяется с наружной стороны кривой на 0,15 м.

Крутизна откосов зависит от вида грунта, из которого сооружаются земляное полотно и высоты насыпи.

Рис. 2-3. Поперечные профили насыпей на минеральном основании.

а — насыпи без резервов высотой до 1 м; б — насыпи с резервами при высоте до 6 м и грунтах, допускающих полуторные откосы; в — насыпи высотой до 12 м с резервами.

Н — общая высота насыпи: Н0 — высота насыпи с крутизной откосов 1:1.5; Н1— высота насыпи с крутизной откосов 1:1,75; Н2 —  ширина земляного полотна.

Крутизна откосов устраивается полуторная для насыпей из гравия, гальки, щебня и крупно- и среднезернистого песка при высоте до 10 м, а при прочих грунтах до 6 м. При большей высоте насыпей в нижней ее части откосы устраиваются крутизной 1:1,75.

Резервы, грунт из которых идет в тело насыпи, устраиваются в виде широких канав с обеих сторон полотна или с одной.

Резервы, кроме того, служат и водоотводными устройствами.

В поперечном направлении дно резерва при ширине до 10 и должно иметь уклон от полотна 0,02, а при ширине более 10 м уклон делается к середине резерва.

В продольном направлении резерву придается уклон не менее 0,002. В пределах станционных путей и искусственных сооружений закладка резервов не производится.

Между подошвой насыпи и бровкой резерва или водоотводных канав оставляется площадка, называемая бермой. Берма предохраняет основание от выпучивания, а также от возможного размыва водой. Ширина бермы делается не менее 2 м, а для насыпей высотой до 2 м, отсыпаемых из резервов, допускается уменьшение бермы до 1 м.

На рис. 2-3а показан поперечный профиль насыпи высотой до 1 м в равнинной местности при отсутствии ясно выраженного поперечного уклона с водоотводными канавами с каждой стороны пути.

На рис. 2-36 показан поперечный профиль насыпи с резервами при высоте до 6   и грунтах, допускающих полуторные откосы, и на рис. 2-3в—при высоте насыпи до 12 м.

Устройство насыпей на местности, имеющей поперечный уклон более 1/5, производится с предварительной обделкой поверхности земли уступами. Делается это во избежание поперечного перемещения насыпи.

Для предохранения земляного полотна от снежных заносов насыпи должны устраиваться высотой не менее высоты снежного слоя, но не менее 0,6 м.

Поперечные профили выемок показаны на рис. 2-4.

Выемка имеет: верх земляного полотна, откосы, кюветы, а в отдельных случаях обрезы, кавальеры, банкеты и банкетные канавы.

Крутизна откосов в выемках зависит от рода грунта.

В благоприятных геологических и гидрогеологических условиях крутизна откосов выемок глубиной до 12 м в глинистых, суглинистых и супесчаных грунтах однородного напластования принимается 1:1,5.

Кюветы (канавы) устраиваются с обеих сторон от оси полотна для отвода воды из выемки.  

Рис. 2-4. Поперечные профили выемок.

а — выемки без кавальеров; б — имечки с кавальерами; в — выемки в мелком песке и жирных глинах, Н — глубина выемки; В — ширина земляного полотна.

Кюветы имеют форму трапеции с шириной понизу и высотой 0,50 м. Крутизна откосов у кюветов со стороны полотна 1:1, а с полевой стороны 1 : 1,5.

В продольном направлении кюветам придается уклон не менее 0,002. Кавальеры образуются в результате разработки выемок и располагаются по одну или по обеим сторонам выемки. Подошва кавальера должна отстоять от бровки выемки на расстоянии не менее 5 м в зависимости от устойчивости грунта, в котором сооружается   выемка. Крутизна откосов кавальера принимается такой же, как и для насыпей. В местах, подверженных снежным заносам, при выемках глубиной менее 2 м кавальеры не отсыпаются.

Банкеты — продольные валики треугольной формы— устраиваются из грунта на обрезах между кавальерами и верхними ребрами откосов выемки для предохранения выемки от попадания в нес воды с обрезов с нагорной стороны.

Между банкетом и кавальером делается банкетная канава для отвода воды с последних.

Вместо банкетов с банкетными канавами разрешается производить планировку поверхности земли от кавальера к бровке откоса выемки с уклоном от 0,02 до 0,04 с обсевом травами спланированной поверхности. В лесных местностях, на косогорах круче 1:5 и в скальных выемках банкеты и банкетные канавы, как правило, не устраиваются.

На рис. 2-4а показан поперечный профиль выемки в равнинной местности без кавальеров, а на рис. 2-46 — с кавальерами и устройством банкета и банкетной канавы

На местности, имеющей поперечный уклон, устраивается нагорная канава.

В выемках, устраиваемых в мелкозернистом песке, лёссе, легко выветривающейся скале и в жирных глинах у подошвы откоса за кюветом, в уровне бровки полотна делается полка шириной 1—2 м. Поперечный профиль такой выемки показан на рис. 2-4в.

• << Назад

• Вперёд >>

укрепление земляного полотна железных дорог бетонным полотном Concrete Canvas

Технология укладки бетонного полотна Concrete Canvas обладает целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными решениями по усилению земляного полотна.

Под воздействием различных природных факторов, а также вызванных прохождением поездов ударно-динамических нагрузок земляное полотно железной дороги начинает разрушаться. Если не принимать никакие меры, то со временем это может привести к деформациям полотна. В свою очередь это повлияет на скорость проходящих по аварийным участкам поездов. К основным способам усиления земляного полотна относятся:

• искусственный дерновой покров
• каменные наброски
• габионные конструкции
• теплоизолирующие устройства и покрытия
• бетонные и железобетонные укрепления
• контрбанкеты простые и армированные
• контрфорсы
• подпорные стены
• армогрунтовые стены

Все эти решения подробно описаны в публикациях на профильных ресурсах, поэтому в этой статье мы коснемся лишь их недостатков в сравнении с инновационной технологией Concrete Canvas или технологией укладки бетонного полотна. То есть в ней мы ответим на вопрос: почему Concrete Canvas является наиболее эффективной альтернативой тому или иному решению?

Бетонное полотно представляет собой два слоя ткани с «начинкой» из сухой цементной смеси. Слои соединены между собой текстильными волокнами. Один из слоев имеет полностью влагонепроницаемую ПВХ-подкладку. После смачивания водой цементная смесь в течение 1–2 часов застывает, а спустя 24 часа полотно превращается в прочный, армированный текстильными волокнами слой бетона.

Технология Concrete Canvas позволяет создавать прочное покрытие из армированного бетона толщиной от 5 до 13 мм (зависит от вида полотна). Соединенные вместе отрезки полотна представляют собой конструкцию с практически нулевой подвижностью.

Укладка полотна не подразумевает каких-либо земельных и подготовительных работ. То есть оно может быть уложено на поверхность с любым рельефом. При этом все работы по монтажу производятся ручным инструментом и крепежом. Хотя в том случае, когда существуют повышенные требования к прочности конструкции, не исключено комбинированное использование полотна с анкерными системами, металлической сеткой.

Благодаря ПВХ-подкладке полотно не пропускает воду. Поэтому оно надежно защищает насыпь от поверхностных вод. Кстати, в сфере железнодорожного транспорта технология Concrete Canvas часто применяется именно для футеровки дренажных канав и водоотводов насыпей.

Бетонное полотно отличается высокой прочностью. По сути, это армированный бетон. Армируют его текстильные волокна. Поэтому он хорошо противостоит как природным воздействиям, так и ударно-динамическим нагрузкам. Срок службы полотна – не менее 50 лет.

Итак, какие преимущества имеет эта технология перед вышеописанными решениями? Пойдем по порядку.

Искусственный дерновой покров

Посев трав на земляном полотне возможен далеко не во всех случаях. Ограничением могут послужить климатические условия, свойства грунта, технические условия. Если откосы состоят из переувлажненных пылеватых грунтов, а также глинистых и суглинистых грунтов, то возникает риск поверхностных сплывов. В этом случае потребуется проводить дополнительные работы по предотвращению сплывов и удержанию семян – например, устанавливать железобетонные обрешетки.

Применение технологии Concrete Canvas для укрепления земляного полотна возможно в любых климатических условиях и на любых грунтах. Более того, оно возможно в практически любых погодных условиях. Бетонное полотно прочно «сковывает» поверхность и полностью защищает грунт от проникновения воды. В результате риск сплывов или обвалов сводится к минимуму, если не к нулю. Никакие дополнительные меры по укреплению насыпи не потребуются.

Каменные наброски

Могут потребоваться дополнительные работы и материалы. Так, достаточно часто укладка на земляное полотно железной дороги скальных крупнообломочных грунтов сопровождается обустройством подушки из геотекстиля и гравийно-галечной смеси. Это необходимо, чтобы предотвратить образование западин в результате проседания мелких частиц грунта откоса в поры наброски. Проседание (механическая суффозия) происходит, по большей части, в результате высоких ударно-динамических нагрузок. Кроме того, при создании каменной наброски необходимо произвести правильный расчет размера горной массы.

Бетонное полотно может быть уложено на любую поверхность. Для его укладки не требуется никаких подготовительных работ, и тем более, не требуется обустраивать какое-либо основание.

Габионные конструкции

Недостатки габионов нами уже подробно разбирались. Если вкратце, то основной их недостаток – сложность конструкции (имеется в виду не один габион, а именно конструкция из нескольких), создание которой требует точных расчетов и соблюдения технологий. В результате ошибок на проектном или монтажном этапе конструкция может потерять устойчивость и разрушиться. Также установка габионов сопровождается земельными работами и расходом дополнительных материалов для создания надежного основания.

Применение технологии Concrete Canvas не подразумевает проведения земельных работ и использования дополнительных материалов. После застывания бетонного полотна его соединенные винтами отрезки превращаются в монолитную конструкцию с практически нулевой подвижностью.

Теплоизолирующие устройства и покрытия

Этот способ имеет ограниченное применение – теплоизолирующие устройства и покрытия применяются, как правило, там, где имеет место морозное пучение при сезонных изменениях температуры или необходимо предотвратить оттаивание вечной мерзлоты.

По этой причине создание теплоизоляции железнодорожного полотна может оказаться безальтернативным решением. То есть его использование не предполагает выбора более эффективных, простых или экономичных решений, в том числе, технологии Concrete Canvas.

Бетонные и железобетонные укрепления

Как правило, это – железобетонные разрезные плиты и монолитные железобетонные покрытия, а также дополнительные элементы – лотки, канавы, дренажи, быстротоки и перепады, водоотводные валики. Железобетон, безусловно, является одним из самых надежных строительных материалов. Однако создание железобетонных конструкций – это процесс трудоемкий и, соответственно, дорогостоящий. В смету придется включить не только сам железобетон, но и использование тяжелой строительной техники, возможно, бетонных миксеров, а также проведение земельных работ и дополнительные материалы для насыпки основания. Поэтому укрепление земляного полотна бетонными и железобетонными конструкциями на протяженных участках железной дороги является экономически нецелесообразным. Кроме того, если участок находится в удаленной местности, то доставка на него материалов и техники может быть значительно затруднена.

Бетонное полотно укладывается вручную. Из строительной техники может потребоваться только экскаватор или бульдозер для закрепления на ковше траверсы с рулоном полотна. Можно обойтись и без них – полотно выпускается также в компактных рулонах, которые можно переносить и разворачивать вручную. Все это значительно облегчает выполнение работ на удаленных участках. Дополнительные материалы не потребуются. Скорость укладки бетонного полотна более чем высока – в течение дня бригада из 6 рабочих может уложить около 800 м 2 материала. Поэтому проект будет завершен в сжатые сроки. Кроме того, работы можно вести в любых погодных условиях – вплоть до проливного дождя и легких заморозков.

Контрбанкеты простые и армированные

Отличаются надежностью и высоким сроком службы, но требуют проведения масштабных земельных работ. Если речь идет об армированных контрбанкетах, то необходимы будут дополнительные материалы – сваи, геотекстиль, стальные сетки и другие. Соответственно, потребуется провести укладку этих материалов. В общем и целом, основной недостаток здесь, как и в случае с железобетонными конструкциями, экономический.

Как уже отмечалось, технология Concrete Canvas не подразумевает проведения земельных работ, использования строительной техники и дополнительных материалов.

Контрфорсы

Способ укрепления земляного полотна довольно надежный, но опять же требующий масштабных работ по выемке грунта и по созданию основания для установки контрфорсов. Также потребуется доставить материалы, что может быть затруднено на удаленных участках железной дороги.

При использовании бетонного полотна выемка грунта не требуется. Необходимости в использовании дополнительных материалов также нет.

Подпорные стены

Потребуется сооружение фундамента на свайном или естественном основании. Этот способ может оказаться безальтернативным, поскольку обычно используется при устройстве железнодорожных насыпей на крутых косогорах, а также для поддержания трещиноватых крутых откосов скальных выемок, полувыемок и в других аналогичных случаях. То есть применение подпорных стенок может быть обусловлено рельефом местности и свойствами грунта на конкретном участке.

Если данное решение все-таки может иметь альтернативу в виде технологии Concrete Canvas, то сооружение фундамента не потребуется. Для укрепления трещиноватых крутых откосов бетонное полотно может быть использовано в комплексе с анкерными системами и металлической сеткой. Это повысит прочность защитной конструкции.

Армогрунтовая стена

Достаточно сложная конструкция из массива дренирующего грунта, который снаружи армирован облицовочной стеной из железобетонных блоков, а внутри – металлической сеткой, геотекстилем или геосеткой. Для создания армогрунтовой стены потребуется фундамент – либо монолитный, либо составленный из железобетонных блоков. Также необходимо будет создать дренажную систему для отвода дождевой и талой воды. Если армогрунтовая стенка используется на оползневом откосе, то потребуется дополнительное укрепление сваями и шпонами, либо стягивающими элементами, анкерными системами. Армогрунтовая стена – это сложное инженерное решение. Соответственно, оно потребует значительных затрат на реализацию.

Если это решение является безальтернативным, то технология Concrete Canvas все же может быть применена. Например, бетонное полотно может быть использовано в качестве облицовки и для создания дренажной системы.

Противообвальные защитные сооружения

Как и предыдущий, этот способ усиления земляного полотна является сложным инженерным решением и может оказаться безальтернативным. Его применение обусловлено ситуацией на том или ином конкретном участке железной дороги.

Варианты применения технологии Concrete Canvas для инженерной защиты оползневых склонов рассмотрен здесь.

В качестве заключения

Если обобщить все вышесказанное, то мы видим, что технология Concrete Canvas может стать полной или частичной альтернативой большинству решений по усилению земляного полотна железной дороги. В ряде случаев она может применяться в комплексе с основным решением.

Основной эффект от применения бетонного полотна, конечно же, экономический. Если говорить о таких сравнительно недорогих решениях, как создание дернового покрова и каменная насыпка, то экономический эффект является долгосрочным. Недорогие решения являются самыми ненадежными. Это значит, что они требуют постоянных эксплуатационных расходов на ремонт и обновление, в то время как бетонное полотно никаких эксплуатационных расходов не требует, а срок его службы – не менее 50 лет.

Что касается более сложных и дорогих решений, то в каждом конкретном случае расчет отдельный. Но основной принцип таков: укладка бетонного полотна обходится значительно дешевле, чем возведение бетонных, железобетонных, каменных или иных сложных конструкций. Подсчитано, что расход материалов может быть сокращен на 90%. И, опять же, бетонное полотно не требует эксплуатационных расходов, что создает еще одну статью экономии, на этот раз в долгосрочной перспективе.

Все эти выводы уже доказаны на практике. Технология Concrete Canvas активно используется для решения различных задач на железных дорогах Великобритании, Франции, Испании, Бразилии. В начале 2017 года она была опробована и на российских железных дорогах.

Назначение земляного полотна и требования, предъявляемые к нему

Земляное полотно

Земляное полотно — это инженерное сооружение из грунта, на котором размещается верхнее строение железнодорожного пути. Земляное полотно вос­принимает нагрузки от подвижного состава и верхнего строения пути и пере­дает их на основание. Земляное полотно выравнивает земную поверхность в пределах железнодорожной трассы для придания пути необходимого плана и профиля. От надежности земляного полотна зависят и скорости движения поездов, и масса поездов, и пропускная и провозная способность линий.

Земляное полотно работает в сложных условиях, так как подвергается значительной поездной нагрузке и влиянию природных факторов. От цело­стности и состояния земляного полотна зависит исправность всего желез­нодорожного пути. Чтобы земляное полотно исправно служило, к нему предъявляются следующие основные требования:

— прочность — способность выдерживать нагрузку от подвижного со­става (передаваемую через верхнее строение) без разрушений;

— устойчивость — неизменность своей формы и положения, как от пере­
даваемой нагрузки, так и от влияния природно-климатических воздействий;

— надежность и долговечность.

Для защиты земляного полотна от неблагоприятных природных воздей­ствий предусматривается комплекс различных защитных, водоотводных и укрепительных сооружений.

Земляное полотно должно удовлетворять следующим эксплуатационным требованиям:

— обеспечивать длительную эксплуатацию с минимальными отказами при
пропуске современных (и перспективных) типов подвижного состава при
максимальных скоростях движения поездов и расчетной грузонапряженно­
сти железной дороги;

— быть ремонтопригодным;

— быть равнонадежным независимо от применяемых грунтов.

Кроме того, при проектировании земляного полотна должны учитываться вопросы максимальной сохранности ценных земель и нанесения минималь­ного ущерба природной среде.

Земляное полотно обычно сооружают из местных или привозных грун­тов, обладающих различными физико-техническими характеристиками (плотностью, пористостью, влажностью и др.), от которых зависят стабиль­ность и долговечность сооружений земляного полотна.

Грунты для земляного полотна.Для отсыпки насыпей наиболее жела­тельны скальные, крупнообломочные грунты (щебенистые, галечниковые, гравийные) и песчаные, которые обладают высокой несущей способностью, хорошо пропускают воду, не изменяют своих свойств при увлажнении. Грун­ты основания земляного полотна чаще представлены глиной, песком, супе­сью и суглинками. И земляное полотно в основном сооружается именно из таких грунтов и в таких грунтах.

При возведении насыпей используются грунты: скальные, песчаные, гра­вийные, глинистые.

К скальным грунтам относят грунты, получаемые посредством разруше­ния скальных пород — изверженных, метаморфических и осадочных с же­сткими связями между зернами, залегающие в естественных условиях в виде сплошного или трещиноватого массива. Перед разработкой и укладкой в насыпь такие грунты предварительно разрыхляются.

Песчаные грунты представляют собой продукт выветривания горных пород. Они обладают хорошей способностью пропускать воду и являются хорошим материалом для сооружения земляного полотна и как основание земляного полотна.

Глинистые грунты имеют в большом количестве очень малые размеры частиц чешуйчатой формы. Толщина частиц в десятки раз меньше их дру­гих размеров, поэтому они обладают большой суммарной поверхностью в единице объема, достигающей нескольких квадратных метров на 1 сч³ грун­та. Этим определяется большая влагоемкость грунта. В сухом состоянии такие грунты обладают высокой несущей способностью, но при увлажне­нии сцепление частиц постепенно утрачивается и грунт становится плас­тичным, деформирующимся при незначительном силов^ м воздействии. Грунт плохо пропускает воду, а при замерзании подвергается неравномер­ному пучению.

Для возведения насыпей разрешается использовать все грунты, кроме глинистых избыточно увлажненных или избыточно засоленных, сильно на­бухающих, заторфованных, а также жирных глин, торфов, ила, гипса, мела.

Грунты, которые пропускают через себя воду, не разрушаясь и не теряя при этом своей прочности, называются дренирующими. Грунты, не пропус­кающие или поглощающие воду, — недренирующими. К дренирующим грун­там относятся крупнообломочные, гравийные, крупно- и среднезернистые пески; к слабодренирущим — мелкозернистые пески; к недренирующим — глинистые грунты.

Для обеспечения надежности конструкции земляного полотна производится уплотнение грунтов в насыпях и, в необходимых случаях, в выемках под основ­ной площадкой, на нулевых местах и в основаниях насыпей. Грунты насыпей послойно уплотняются специальными грунтоуплотняющими машинами.

Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 8777; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Элементы земляного полотна и типовые поперечные профили » Ремонт Строительство Интерьер

Земляное полотно представляет собой сооружение, предназначенное для размещения конструктивных слоев дорожной одежды и других элементов дороги (рис. 2.4).

В земляном полотне обычно рассматриваются его верхняя часть (рабочий слой), основания насыпи и выемки, устройства для поверхностного водоотвода, дренирующие сооружения, защитные гидротехнические сооружения. Верхней частью считается слой уплотненного грунта толщиной не менее 1,5 м от поверхности покрытия проезжей части.

Основание насыпи представляет собой массив грунта в условиях естественного залегания, располагающийся ниже насыпного слоя, а при малых насыпях — ниже границы рабочего слоя.

При устройстве дренирующего слоя его возвышение над расчетным уровнем грунтовых и поверхностных вод, над поверхностью земли в откосах насыпи, а также над расчетным уровнем воды в кюветах должно быть не менее 0,2 м.

Бровка земляного полотна — линия пересечения плоскости откоса и поверхности земполотна в месте их сооружения.

Кромка проезжей части — линия, отделяющая проезжую часть от обочины.

Обочина — боковая полоса земляного полотна с каждой его стороны между бровкой и кромкой, необходимая для предохранения краев (кромок) от разрушения, а также для размещения остановочных полос, барьерного и тросового ограждения, средств сигнализации и других устройств, обеспечивающих безопасность движения. Обочины могут быть грунтовые или укрепленные различными материалами. Ширина обочин зависит от категории дороги.

По своему назначению обочины по ширине подразделяются:

• на краевую укрепительную полосу, служащую упором для дорожной одежды проезжей части дороги, устраиваемую, как правило, совместно с проезжей частью при строительстве (реконструкции) дороги или самостоятельно на обочинах и разделительных полосах при ее ремонте;

• остановочную полосу, предназначенную для вынужденной остановки автомобилей. К ней относятся также специально устраиваемые на обочине или выносном участке для этой же цели остановочные площадки;

• прибровочную полосу шириной 0,5 м (0,75 м при наличии оградительных устройств), служащую переходной зоной от обочины к откосу.

Укрепление обочин выполняют для повышения пропускной способности автомобильных дорог, а также для удобства и безопасности движения.

В неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях укреплением обочин защищают земляное полотно от просачивания поверхностных вод, предохраняют проезжую часть дороги от разрушения и загрязнения.

Укреплением обочин обеспечивают более полный перенос снега в зимний период, облегчают содержание дороги, а также организацию движения при проведении на проезжей части ремонтных работ.

Откос представляет собой наклонную поверхность, которая ограничивает искусственное земляное сооружение или склоны естественного рельефа.

Ширина земляного полотна — расстояние между бровками; нормируется в зависимости от категории дороги.

Подошвой насыпи является нижняя поверхность насыпи, опирающаяся на подстилающий грунт.

Заложение откоса — горизонтальная проекция откоса. Наклон его к горизонту, т.е. его крутизна, выражается отношением высоты откоса к его горизонтальному заложению; при этом высота откоса условно принимается за единицу.

Полоса отвода — территория вдоль дороги, представляемая в установленном порядке для размещения соответствующих конструктивных элементов автомобильной дороги и ее сооружений, а также необходимые для содержания и использования указанных элементов здания, сооружения, защитные и декоративные насаждения и устройства.

Придорожные полосы — участки земли, прилегающие с обеих сторон к постоянной полосе отвода, создающие нормальные условия эксплуатации автомобильных дорог и их сохранность, обеспечивающие требования безопасности населения. В границах этих участков устанавливается особый режим использования придорожных полос, включая строительство зданий и сооружений, ограничение хозяйственной деятельности, установку рекламных щитов и плакатов, не имеющих отношения к безопасности движения.

Различают постоянную полосу отвода (рис. 2.5), границы которой располагаются на расстоянии 1 м от нижней части откосов земляного полотна (слева и справа), и временную.

Постоянная полоса отвода предназначена для размещения дороги и ее сооружений и нормируется в зависимости от категории дороги. Временная полоса отвода служит для размещения боковых кювет-резервов, временного складирования дорожно-строительных материалов и конструкций, маневрирования машин и механизмов в процессе строительства, размещения валов почвенно-растительного грунта. В состав земли автомобильных дорог входят полосы отвода, а также земельные участки, относящиеся к землям транспорта, предоставляемые в установленном порядке для размещения на них объектов, необходимых для осуществления дорожной деятельности.

Прочность и устойчивость земляного полотна обеспечиваются:

• соблюдением проектных геометрических параметров;

• отводом поверхностных вод и отводом влаги из-под конструкции дорожной одежды;

• необходимым возвышением бровки земляного полотна над уровнем грунтовых и поверхностных вод;

• возведением земляного полотна из устойчивых грунтов с послойным уплотнением до требуемого значения;

• назначением оптимальной крутизны откосов насыпей и выемок с предохранением их поверхности от оползания, водной и ветровой эрозии.

От устойчивости и прочности земляного полотна в значительной степени зависят эксплуатационные показатели и срок службы дорожной одежды.

В устойчивости земляного полотна большую роль играет регулирование его водно-теплового режима, под которым понимается комплекс инженерных мероприятий: обеспечение поверхностного водоотвода; возвышение низа конструкции дорожной одежды над расчетным уровнем грунтовых вод; использование грунтов, не склонных к льдообразованию или увеличению объема при насыщении водой; надлежащее уплотнение грунтов; устройство дренажей и различных прослоек в теле насыпи.

На косогорах устойчивость земляного полотна связана с правильной врезкой его в склон рельефа, устройством дренажей глубокого заложения, подпорных стен и других инженерных сооружений.

Конструкции земляного полотна могут быть типовыми и индивидуальными (рис. 2.6).

Индивидуальные поперечные профили земляного полотна разрабатываются при неблагоприятных инженерно-геологических и гидрологических условиях:

• насыпи высотой более 12 м;

• выемки глубиной более 12 м;

• болота глубже 4 м;

• слабые грунты;

• многолетнемерзлые грунты;

• оползневые склоны;

• глубокие балки и овраги;

• избыточно засоленные грунты и такыры;

• карстовые проявления;

• селевые потоки;

• снежные лавины;

• каменные осыпи;

• при использовании средств гидромеханизации;

• при использовании буровзрывных методов.

Насыпи высотой до 2 м устраиваются из привозных грунтов с заложением откосов 1:4, что обеспечивает безопасный съезд автомобилей с дороги при экстренных обстоятельствах. При устройстве земляного полотна высотой до 2 м из боковых кювет-резервов откосы принимаются также с уклоном 1:4, а дну резервов придается поперечный уклон 20…30 % в сторону от дороги, так как ограждающие конструкции при этой высоте не предусматриваются.

Геометрическая форма и конструкция земляного полотна должны способствовать незаносимости его снегом и песком. Снегозаносимость обеспечивается назначением пологих откосов насыпей и выемок (от 1:4 до 1:6), возвышением бровки земляного полотна на 0,4…0,6 м над поверхностью снегового покрова (в данной местности при расчетной вероятности превышения 5 %), ограждением дороги зелеными насаждениями и снегозащитными устройствами. В лучших условиях по снегозаносимости находятся участки трассы, проложенные вдоль господствующих в зимнее время ветров.

Земляное полотно должно обеспечивать требуемую безопасность автомобильного движения, сохранять проектные очертания в течение заданного срока службы: предупреждать образование размывов, просадок и морозного пучения свыше расчетных значений (рис. 2.7), обеспечивать достаточную прочность грунтов верхней части земляного полотна в расчетный период года; гармонично сочетаться с окружающим ландшафтом; облегчать применение комплексного механизированного способа возведения и содержания.

На грунты земляного полотна воздействуют нагрузки от проезжающих транспортных средств и дорожной одежды; погодно-климатические факторы, которые вызывают процессы увлажнения-высыхания и замерзания-оттаивания, что изменяет свойства грунтов. Значительные напряжения от проезжающих автомобилей возникают в верхней части насыпей до глубины 0,6…1,0 м от поверхности покрытия.

Из-за хаотичного накопления влаги при процессах замораживания-оттаивания может происходить неравномерное поднятие и опускание поверхности земляного полотна, что приводит к образованию деформаций дорожной одежды.

Прочность земляного полотна во многом зависит от технологических параметров, основным из которых является обеспечение необходимой степени уплотнения грунтов, а также от рационального расположения в его теле различных грунтов. Более прочные грунты целесообразно помещать в верхнюю часть насыпи. Земляное полотно в своем объеме должно быть однородным по физическому состоянию грунтов. Повышение его однородности приводит к повышению надежности в период эксплуатации.

Назначение земляного полотна и требования, предъявляемые к нему — Студопедия

Поделись  

Земляное полотно — это инженерное сооружение из грунта, на котором размещается верхнее строение железнодорожного пути. Земляное полотно вос­принимает нагрузки от подвижного состава и верхнего строения пути и пере­дает их на основание. Земляное полотно выравнивает земную поверхность в пределах железнодорожной трассы для придания пути необходимого плана и профиля. От надежности земляного полотна зависят и скорости движения поездов, и масса поездов, и пропускная и провозная способность линий.

Земляное полотно работает в сложных условиях, так как подвергается значительной поездной нагрузке и влиянию природных факторов. От цело­стности и состояния земляного полотна зависит исправность всего желез­нодорожного пути. Чтобы земляное полотно исправно служило, к нему предъявляются следующие основные требования:

— прочность — способность выдерживать нагрузку от подвижного со­става (передаваемую через верхнее строение) без разрушений;

— устойчивость — неизменность своей формы и положения, как от пере­
даваемой нагрузки, так и от влияния природно-климатических воздействий;

— надежность и долговечность.

Для защиты земляного полотна от неблагоприятных природных воздей­ствий предусматривается комплекс различных защитных, водоотводных и укрепительных сооружений.

Земляное полотно должно удовлетворять следующим эксплуатационным требованиям:

— обеспечивать длительную эксплуатацию с минимальными отказами при
пропуске современных (и перспективных) типов подвижного состава при
максимальных скоростях движения поездов и расчетной грузонапряженно­
сти железной дороги;

— быть ремонтопригодным;

— быть равнонадежным независимо от применяемых грунтов.

Кроме того, при проектировании земляного полотна должны учитываться вопросы максимальной сохранности ценных земель и нанесения минималь­ного ущерба природной среде.

Земляное полотно обычно сооружают из местных или привозных грун­тов, обладающих различными физико-техническими характеристиками (плотностью, пористостью, влажностью и др.), от которых зависят стабиль­ность и долговечность сооружений земляного полотна.

Грунты для земляного полотна.Для отсыпки насыпей наиболее жела­тельны скальные, крупнообломочные грунты (щебенистые, галечниковые, гравийные) и песчаные, которые обладают высокой несущей способностью, хорошо пропускают воду, не изменяют своих свойств при увлажнении. Грун­ты основания земляного полотна чаще представлены глиной, песком, супе­сью и суглинками. И земляное полотно в основном сооружается именно из таких грунтов и в таких грунтах.

При возведении насыпей используются грунты: скальные, песчаные, гра­вийные, глинистые.

К скальным грунтам относят грунты, получаемые посредством разруше­ния скальных пород — изверженных, метаморфических и осадочных с же­сткими связями между зернами, залегающие в естественных условиях в виде сплошного или трещиноватого массива. Перед разработкой и укладкой в насыпь такие грунты предварительно разрыхляются.

Песчаные грунты представляют собой продукт выветривания горных пород. Они обладают хорошей способностью пропускать воду и являются хорошим материалом для сооружения земляного полотна и как основание земляного полотна.

Глинистые грунты имеют в большом количестве очень малые размеры частиц чешуйчатой формы. Толщина частиц в десятки раз меньше их дру­гих размеров, поэтому они обладают большой суммарной поверхностью в единице объема, достигающей нескольких квадратных метров на 1 сч³ грун­та. Этим определяется большая влагоемкость грунта. В сухом состоянии такие грунты обладают высокой несущей способностью, но при увлажне­нии сцепление частиц постепенно утрачивается и грунт становится плас­тичным, деформирующимся при незначительном силов^ м воздействии. Грунт плохо пропускает воду, а при замерзании подвергается неравномер­ному пучению.

Для возведения насыпей разрешается использовать все грунты, кроме глинистых избыточно увлажненных или избыточно засоленных, сильно на­бухающих, заторфованных, а также жирных глин, торфов, ила, гипса, мела.

Грунты, которые пропускают через себя воду, не разрушаясь и не теряя при этом своей прочности, называются дренирующими. Грунты, не пропус­кающие или поглощающие воду, — недренирующими. К дренирующим грун­там относятся крупнообломочные, гравийные, крупно- и среднезернистые пески; к слабодренирущим — мелкозернистые пески; к недренирующим — глинистые грунты.

Для обеспечения надежности конструкции земляного полотна производится уплотнение грунтов в насыпях и, в необходимых случаях, в выемках под основ­ной площадкой, на нулевых местах и в основаниях насыпей. Грунты насыпей послойно уплотняются специальными грунтоуплотняющими машинами.



Основные виды деформаций земляного полотна

Земляное полотно | Washington Asphalt Pavement Association

«Основной слой» — это материал на месте, на который укладывается конструкция дорожного покрытия. Несмотря на то, что существует тенденция рассматривать характеристики дорожного покрытия только с точки зрения структуры дорожного покрытия и состава смеси, грунтовое основание часто может быть решающим фактором в характеристиках дорожного покрытия.

Рисунок 1: Подготовка основания на SR 528

Рисунок 2: Подготовка основания на Юниверсити-авеню в Сиэтле

Характеристики основания

Характеристики грунтового основания обычно зависят от двух взаимосвязанных характеристик:

1. Несущая способность . Земляное полотно должно выдерживать нагрузки, передаваемые от конструкции дорожного покрытия. На эту несущую способность часто влияет степень уплотнения, содержание влаги и тип почвы. Подходящим считается земляное полотно, способное выдерживать большие нагрузки без чрезмерной деформации.
2. Изменения объема . Большинство почв претерпевают некоторое изменение объема при воздействии чрезмерной влаги или замерзания. Некоторые глинистые почвы сжимаются и набухают в зависимости от содержания влаги, в то время как почвы с чрезмерно мелкими частицами могут быть восприимчивы к морозному пучению в районах замерзания (обычно это проблема к востоку от Каскадных гор).

WAPA Примечания по дорожному покрытию на экспансивных грунтах

Экспансивные почвы — это те, которые увеличиваются в объеме под воздействием влаги. Эти набухающие почвы обычно содержат глинистые минералы, которые притягивают и поглощают воду. Когда вода вводится в расширяющиеся глины, молекулы воды втягиваются в зазоры между глиняными пластинами. По мере того как поглощается больше воды, плиты раздвигаются дальше друг от друга, что приводит к увеличению порового давления почвы (Handy 1995). Если это повышенное давление превышает добавочное давление (включая вес дорожного покрытия), грунт расширяется в объеме до точки, в которой эти давления снова уравновешиваются.

Плохого основания следует по возможности избегать, но когда необходимо строить на слабом грунте, существует несколько методов улучшения характеристик основания:

• Снятие и замена (перекапывание) . Плохой грунт земляного полотна можно просто удалить и заменить более качественным наполнителем. Хотя это просто в концепции, это может быть дорого.
• Дополнительные базовые слои . Незначительно бедные грунты земляного полотна можно сделать приемлемыми, используя дополнительные слои основания. Эти слои распределяют нагрузки от дорожного покрытия по большей площади земляного полотна. Этот вариант довольно опасен; при проектировании тротуаров для плохого грунтового основания может возникнуть соблазн просто спроектировать более толстую секцию с большим количеством основного материала, потому что более толстая секция будет удовлетворять большинству расчетных уравнений. Однако эти уравнения, по крайней мере частично, являются эмпирическими и обычно не предназначены для использования в крайних случаях. Короче говоря, толстая конструкция дорожного покрытия на плохом грунтовом основании не может быть хорошим покрытием.
• Стабилизация цементным или асфальтовым вяжущим . Добавление подходящего вяжущего вещества (такого как известь, портландцемент или эмульгированный асфальт) может повысить жесткость грунтового основания и/или снизить склонность к набуханию.

Физические свойства грунтового основания

Материалы грунтового основания обычно характеризуются (1) устойчивостью к деформации под нагрузкой, другими словами, жесткостью или (2) несущей способностью, другими словами, прочностью. Как правило, чем более устойчиво к деформации грунтовое основание, тем большую нагрузку оно может выдержать до достижения критического значения деформации. Хотя при оценке материалов земляного полотна учитываются и другие факторы (например, набухание в случае некоторых глин), наиболее распространенной характеристикой является жесткость. В США обычно используются три основные характеристики жесткости/прочности грунтового основания:

• Коэффициент подшипников Калифорнии (CBR) . Простой тест, который сравнивает несущую способность материала с несущую способность хорошо отсортированного щебня (таким образом, высококачественный щебень должен иметь CBR @ 100%). CBR в основном является мерой силы. Он в первую очередь предназначен, но не ограничивается этим, для оценки прочности когезивных материалов с максимальным размером частиц менее 0,75 дюйма (AASHTO, 2000). Он был разработан Калифорнийским отделом автомобильных дорог около 1930 и впоследствии был принят во многих штатах, округах, федеральных агентствах США и во всем мире. Большинство ведомственных и коммерческих геотехнических лабораторий в США оснащены оборудованием для проведения испытаний CBR.
• Значение сопротивления (R-значение) . Испытание, выражающее сопротивление материала деформации как функцию отношения передаваемого бокового давления к приложенному вертикальному давлению. По сути, это модифицированное испытание на трехосное сжатие. Испытываемым материалам присваивается значение R. Испытательный прибор, используемый в тесте значения R, называется стабилометром и идентичен тому, который используется в конструкции смеси Hveem HMA. R-значение в основном является мерой жесткости.
• Модуль упругости (M _R ) . Испытание, используемое для оценки модуля упругости (соотношения между напряжением и деформацией материала). В испытании на модуль упругости к цилиндрическому испытательному образцу прикладывают повторяющееся осевое циклическое напряжение фиксированной величины, продолжительности нагрузки и продолжительности цикла. В то время как образец подвергается этому динамическому циклическому напряжению, он также подвергается статическому ограничивающему напряжению, обеспечиваемому трехосной камерой давления. По сути, это циклическая версия испытания на трехосное сжатие; Считается, что приложение циклической нагрузки более точно моделирует фактическую нагрузку трафика. Модуль упругости в основном является мерой жесткости.

Таблица 1: Типичные значения CBR и модуля упругости для различных материалов

WAPA Примечание по дорожному покрытию по Испытания грунтового основания на жесткость/прочность

В штате Вашингтон в той или иной степени используются все три типа испытаний грунтового основания на жесткость/прочность. WSDOT по возможности использует модуль упругости, в то время как многие геотехнические фирмы обычно используют CBR. Хотя WSDOT больше не является обычным явлением, все еще существует процедура R-Value (T 611). Можно преобразовать одно значение в другое, но эти преобразования основаны на эмпирически выведенных уравнениях и могут не подходить для конкретных рассматриваемых условий. Используйте приведенные ниже уравнения преобразования с особой осторожностью . Например, в методе испытаний WSDOT 611 «расчетные значения R» определяются при давлении экссудации 400 фунтов на квадратный дюйм, в то время как AASHTO T 190 позволяет использовать давление экссудации 300 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, R-значения WSDOT могут отличаться от R-значений AASHTO.

Широко используемое эмпирическое соотношение, разработанное Heukelom and Klomp (1962) и использованное в Руководстве AASHTO 1993 г., выглядит следующим образом:0002 Это уравнение применимо только к мелкозернистым материалам со значениями CBR после намокания 10 или меньше. Как и все подобные корреляции, его следует использовать с осторожностью.

Аналогичным образом, AASHTO Guide 1993 года предлагает следующее корреляционное уравнение между значением R и модулем упругости для мелкозернистых грунтов со значением R меньше или равным 20.

M _R = 1000 + (555) (значение R)

Взаимосвязь между значением R и модулем упругости, разработанная WSDOT, показана ниже.

M _R = 720,5 (e ^{0,0521(значение R)} -1)

Основания и основания для бетонных плит

Наличие хорошей опоры для вашей бетонной плиты на земле имеет решающее значение для успеха
Билл Палмер, обозреватель Concrete Network

Хорошо уплотненное земляное полотно защищает конструкцию от грязи и обеспечивает равномерную поддержку плиты. Lippincott & Jacobs

То, что находится под вашей бетонной плитой, имеет решающее значение для успешной работы. Это ничем не отличается от фундамента для здания. Плита на земле (или плита на грунте) по определению не должна быть самонесущей. «Система поддержки почвы» под ним предназначена для поддержки плиты.

ЧТО ТАКОЕ ОСНОВАНИЕ/ПЛОЩАДЬ?

Терминология, используемая для систем поддержки грунта, к сожалению, не совсем согласуется, поэтому давайте следовать определениям Американского института бетона, начиная снизу:

• Основание — это родной грунт (или улучшенный грунт), обычно уплотненный
• Основание — это слой гравия поверх основания

.

• Основание (или базовый слой) — это слой материала поверх основания и непосредственно под плитой

Найти подрядчиков по плитам и фундаментам рядом со мной

Уплотненное основание защищает рабочих от грязи. Энергоэффективная сеть зданий

Единственный слой, который абсолютно необходим, — это земляное полотно — у вас должен быть грунт, чтобы поверх него положить плиту на землю. Если природный грунт относительно чистый и уплотняемый, то можно положить плиту прямо поверх него без дополнительных слоев. Проблемы с этим заключаются в том, что почва может плохо дренироваться и может быть грязной во время строительства, если она намокнет, она может плохо уплотняться, и может быть трудно сделать ее плоской и правильной. Как правило, верхняя часть земляного полотна должна иметь уклон в пределах плюс-минус 1,5 дюйма от заданной отметки.

Подстилающее основание и базовый слой, или и то и другое, дают несколько преимуществ. Чем толще основание, тем большую нагрузку может выдержать плита, поэтому, если на плиту будут воздействовать большие нагрузки, например, грузовики или вилочные погрузчики, проектировщик, вероятно, укажет толщину основания. Основание также может выступать в качестве капиллярного разрыва, предотвращая попадание воды с уровня грунтовых вод в плиту. Материал подстилающего слоя обычно представляет собой недорогой гравий без большого количества мелких частиц.

Переработанный бетонный щебень является отличным источником материала для подстилающего слоя. Производитель бетона

Базовый слой поверх подстилающего основания облегчает достижение нужного уклона и выравнивание. Если вы используете что-то вроде колье из более тонкого материала на верхней части основания, оно будет поддерживать ваших людей и оборудование во время укладки бетона. Это также сохранит постоянную толщину плиты, что сэкономит деньги на бетоне — самой дорогой части системы. Плоский базовый слой также позволит плите легко скользить по мере ее усадки, уменьшая ограничение и риск образования трещин, поскольку бетон сжимается после укладки (усадка при высыхании).

Вся подложка и базовая система должны иметь толщину не менее 4 дюймов — толще, если инженер считает, что это необходимо для надлежащей поддержки. Материал базового слоя, согласно ACI 302, «Конструкция бетонных полов и плит», должен быть «уплотненным, легко поддающимся обрезке, гранулированным наполнителем, который будет оставаться стабильным и поддерживать строительное движение». ACI 302 рекомендует материал с содержанием мелких частиц от 10 до 30% (прохождение через сито № 100) без глины, ила или органических материалов. Промышленный заполнитель работает хорошо — дробленый переработанный бетонный заполнитель также может работать хорошо. Допуски на базовом слое составляют +0 дюймов и минус 1 дюйм для полов класса 1–3 (типичные полы с низкими допусками) или +0 дюймов и минус ¾ дюйма для полов с более высокими допусками.

ЧТО О ПОЧВЕ?

Песчаный слой основания легко уплотняется, но может легко искажаться во время строительства. Свободная реформатская церковь Саутерн-Ривер

Вес плиты и всего, что на ней находится, в конце концов будет поддерживаться почвой. Когда раскапывают строительную площадку, обычно грунт перемещается — высокие места вырезаются, а низкие засыпаются. Затем все должно быть уплотнено, прежде чем вы уложите бетон, основание и основание.

Тип почвы определяет, что необходимо сделать перед укладкой плиты. Существует три основных типа почвы, и вот что вам следует знать о каждом:

• Органические почвы , то, что вы могли бы назвать верхними слоями почвы, прекрасно подходят для вашего сада, но ужасны под плитой. Органические почвы не могут быть уплотнены и должны быть удалены и заменены сжимаемым наполнителем.
• Гранулированные грунты — песок или гравий. Вы можете легко увидеть отдельные частицы, и вода довольно легко стекает с них. Так же, как на пляже, когда вы строите замок из песка, если вы возьмете влажную горсть гранулированного грунта и сделаете из него шар, как только он высохнет, он рассыплется. Зернистые грунты обладают наибольшей несущей способностью и легко уплотняются.
• Связные грунты — глины. Если вы возьмете влажную горсть, вы можете скатать ее в нитку, как с пластилином. Он кажется жирным и гладким между пальцами, а отдельные частицы слишком малы, чтобы их можно было увидеть. Связные грунты часто трудно уплотнить и они приобретают твердую консистенцию при высыхании, но они имеют более низкую несущую способность, чем зернистые грунты. Некоторые глины расширяются при намокании и сжимаются при высыхании, что делает их особенно трудными в качестве материалов для земляного полотна. Лучший способ решить эту проблему — сначала хорошо уплотнить, а затем не дать им промокнуть (обеспечив дренаж). Но по мере того, как земля под плитой со временем высыхает, она сжимается, и плита тонет. Это не большая проблема, если плита изолирована от фундаментов и колонн, а также от любых труб, проходящих через плиту, чтобы она могла немного осесть и равномерно оседать. Часто для расширяющихся глин лучшим подходом является структурная плита, которая вообще не опирается на почву, или плита после натяжения, которая плавает поверх почвы, но не опирается на нее в качестве структурной поддержки.

Последующее натяжение часто является лучшим решением для плиты на слабом грунте. J.C. Escamilla’s Concrete

Большинство природных грунтов, конечно же, представляют собой смесь и поэтому характеризуются преобладающим типом материала. Вес, который может выдержать грунт до того, как он разрушится, является его несущей способностью, обычно выражаемой в фунтах на квадратный фут. Однако конструкция основана на допустимом давлении грунта, что добавляет коэффициент безопасности к предельной несущей способности.

Давайте посмотрим, какой вес обычно должен выдерживать грунт земляного полотна. Плита толщиной 6 дюймов весит около 75 фунтов на квадратный фут. Согласно Международному жилищному кодексу, динамическая нагрузка (все, что не является частью самого здания) варьируется от 20 до 60 фунтов на квадратный фут — 50 фунтов на квадратный фут в гараже. Это дает нам 125 фунтов на квадратный фут для поддержки почвы. Чистая песчаная почва может иметь допустимое давление почвы до 2000 фунтов на квадратный фут. Даже бедная почва — ил или мягкая глина — может иметь допустимое давление почвы в 400 фунтов на квадратный фут.

Таким образом, мы видим, что допустимое давление грунта для плиты редко является проблемой. Тем не менее, существует потребность в равномерной поддержке, потому что, если одна часть плиты оседает больше, чем другая, тогда мы получаем изгиб плиты и, возможно, трещины и неравномерную осадку. Очень важно знать, какие области были вырезаны, а какие заполнены — убедитесь, что области насыпи хорошо утрамбованы. Фактически, любая почва, которая была нарушена во время раскопок, должна быть уплотнена.

УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПОДДЕРЖКА

Ключом к системе поддержки почвы является равномерная поддержка, а не сильная поддержка. Конечно, он должен поддерживать плиту, и на большинстве участков это не является большой проблемой, по крайней мере, посередине плиты, поскольку нагрузка распределяется по такой большой площади. Другое дело хорошая прочная опора по краям и в любых стыках — для предотвращения растрескивания и выкрашивания стыков нам необходимо поддерживать плиту в тех местах, где она может вести себя как консоль и прогибаться в основание. Но с хорошей подложкой это тоже не большая проблема.

Что происходит с бетонной плитой, если опора неравномерна?

Бетон очень прочен при сжатии и не так прочен при растяжении. В плите напряжение часто создается за счет изгиба. Когда кусок бетона изгибается, он испытывает сжатие с одной стороны и растяжение с другой стороны. Бетонная плита может изогнуться вогнутой вверх (как улыбка), если земляное полотно имеет мягкое место посередине, вызывающее растяжение нижней части. Он может загибаться (наподобие хмурости) по свободным краям или в местах стыков, напрягая верхнюю часть. Поэтому, если вся ваша бетонная плита не поддерживается снизу «системой поддержки грунта», она будет легче изгибаться и, вероятно, треснет.

Почему земляное полотно и подстилающее основание вообще позволяют бетону двигаться, разве оно не должно быть абсолютно жестким?

Дело в том, что любой слой грунта или гравия будет сжиматься, если нагрузка будет достаточно высокой, если только плита не уложена на твердую скалу. И в некотором смысле это хорошо, потому что плиты скручиваются, и если основание может немного прогибаться, оно может продолжать поддерживать плиту, даже когда она скручивается. Но если он не обеспечивает равномерную поддержку, если плита должна перекрывать слабые места, плита, вероятно, треснет. На плиту даже не нужно возлагать большую нагрузку — обычно достаточно ее собственного веса, поскольку плита на уклоне обычно не предназначена для того, чтобы выдерживать даже статичную нагрузку. И когда он треснет, эта трещина пройдет через всю плиту. Если опора под плитой достаточно плохая, вы можете получить дифференциальную осадку поперек трещины, которая оставляет очень неприятный удар и очень несчастного владельца.

Плотность грунта после уплотнения можно проверить с помощью оборудования для ядерных испытаний. Bechtel

КАК ВЛИЯНИЕ ОСНОВАНИЯ НА КОНСТРУКЦИЮ ПЛИТЫ?

Мы прилагаем все усилия, чтобы получить надлежащую систему поддержки почвы, и в итоге мы получаем единое входное значение для конструкции плиты. Наиболее часто используемым значением является модуль реакции грунтового основания, k . Это значение не имеет прямого отношения к несущей способности, и k не сообщает проектировщику, имеется ли сжимаемый или расширяющийся грунт. Что он делает, так это указывает, насколько жестким является основание/грунт при небольших отклонениях (около 0,05 дюйма).

Теперь давайте посмотрим, зачем нам нужно знать, насколько гибким является земляное полотно. Для начала важно понять, что плита на земле спроектирована как «простой» бетон. Это означает, что мы не рассчитываем, что арматура выдержит какую-либо нагрузку. Но подожди, говоришь, в плите сталь — сетка да арматура. Да, но эта сталь предназначена только для контроля над трещинами — чтобы они плотно скреплялись. Обычно он не проходит через суставы — в суставах мы хотим передавать только силы сдвига, а не изгибающие моменты и, конечно же, не боковое ограничение. Это то, для чего, в первую очередь, существует стык, чтобы допустить боковую усадку плиты.

Если земляное полотно оседает под серединой плиты или по краям, неподдерживаемая часть может привести к трещинам или разрушению плиты.

Итак, если мы не рассчитываем, что сталь выдержит любую нагрузку, тогда бетон должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать изгиб. И поддержка, которую он получает снизу, определяет, насколько он будет изгибаться. Как мы уже говорили, бетон не так прочен при растяжении, а поскольку половина изгиба приходится на растяжение, он не так прочен при изгибе. Что делает его прочнее при изгибе, так это более толстая плита.

Плохо уплотненное земляное полотно или большая нагрузка, чем рассчитана плита, может привести к растрескиванию стыков. Bill Palmer

Чем слабее грунтовое основание или чем тяжелее нагрузка, тем толще должна быть плита. Прочность бетона также играет роль, но большинство бетонных плит имеют давление от 3000 до 4000 фунтов на квадратный дюйм, так что это не главный фактор. Прочность бетона на растяжение обычно составляет от 10 до 15% прочности на сжатие, то есть всего около 400 или 500 фунтов на квадратный дюйм. Сравните это с пределом прочности арматуры класса 60, которая составляет 60 000 фунтов на квадратный дюйм.

Здесь следует помнить, что бетонная плита должна быть жесткой, но мы не ожидаем, что основание будет бесконечно жестким. Плита немного осядет, и это нормально с точки зрения конструкции — опять же, если осадка будет равномерной. Опасность, однако, заключается в краях плиты или в стыках, которые достаточно широки, чтобы позволить плите с обеих сторон оседать независимо друг от друга. На этих свободных краях вес, который может нести плита, зависит от жесткости основания и прочности плиты на изгиб, которая в основном зависит от толщины плиты.

Прочтите Предотвращение трещин в бетоне для получения дополнительной информации.

КАК МЫ МОЖЕМ УЛУЧШИТЬ ПОЛОЖЕНИЕ?

Большинство улучшений земляного полотна осуществляется путем уплотнения грунта. В экстремальных ситуациях, когда грунт особенно плох или нагрузка велика, можно использовать стабилизацию грунта. В этом процессе портландцемент, хлорид кальция или известь смешиваются с почвой, после чего она уплотняется. Грунт земляного полотна также можно выкопать и смешать с гравием, а затем уплотнить.

Для некоторых сложных грунтов основание может быть размещено поверх слоя георешетки.

Уплотнение почвы — это процесс выдавливания как можно большего количества воздуха и влаги, чтобы сжать твердые частицы почвы. Это делает почву более плотной, и, как правило, чем выше плотность почвы, тем выше ее несущая способность. Хорошо уплотненные почвы также не позволяют влаге проникать и выходить так же легко.

Таким образом, уплотнение выполняет следующие функции:

• Уменьшает степень сжатия (оседания) грунта, когда на нем лежит плита
• Увеличивает вес, который мы можем на него положить (несущая способность)
• Предотвращает повреждение от мороза (пучение), если грунт под плитой промерзает
• Уменьшает отек и сужение

Степень уплотнения почвы измеряется инженером-геотехником (или почвоведом), помещая почву в цилиндр и сильно ударяя по ней. Стандартные или модифицированные тесты Проктора (в каждом из которых используются разные веса для сжатия почвы) определяют взаимосвязь между плотностью почвы и влажностью и сообщают нам максимально разумную плотность почвы, которую можно достичь в полевых условиях.

С помощью теста Проктора мы пытаемся определить содержание влаги в почве, которое облегчит ее уплотнение и приведет к наибольшей плотности — помните, что плотность напрямую связана с уплотнением. Слишком мало влаги, и почва сухая и плохо сжимается; слишком много влаги, и вы не можете легко выжать воду. Для достижения наилучшего уплотнения оптимальное содержание влаги обычно находится в диапазоне от 10% до 20%. Поэтому, когда вы слышите, что по спецификации грунт должен быть на 95% от максимальной модифицированной плотности по Проктору, вы будете знать, что вам нужно, чтобы содержание влаги было примерно правильным, чтобы достичь такого уровня уплотнения.

Кривая плотность-влажность почвы определяет оптимальное содержание влаги и максимальную плотность, достижимую в поле.

Если вы не собираетесь проводить тесты Proctor, есть несколько простых полевых тестов для получения приблизительного представления о несущей способности и влажности:

• Для определения влажности используйте ручной тест. Сожмите в руке ком земли. Если оно рассыпчатое и не держит форму, оно слишком сухое; если он скатывается в шар, а при падении разбивается на несколько частей, то все в порядке; если он оставляет влагу на вашей руке и не ломается при падении, он слишком влажный.
• Глина, в которую можно протолкнуть большой палец на несколько дюймов с умеренным усилием, имеет прочность на смятие в диапазоне от 1000 до 2500 фунтов на квадратный фут
• Сыпучий песок, в который едва можно протолкнуть арматурный стержень №4 вручную, имеет несущую способность от 1000 до 3000 фунтов на квадратный фут
• Песок, в который можно забить арматурный стержень № 4 примерно на 1 фут с помощью 5-фунтового молота, имеет несущую способность более 2000 фунтов на квадратный фут

Также помните, что уплотнять нужно не только почву (грунтовое полотно). Любые подстилающие слои или базовые слои, которые, как правило, представляют собой гранулированные материалы, также должны быть хорошо уплотнены до необходимой толщины подъема.

Подробнее о производстве высококачественных плит на грунте.

Виброплита Видео
Время: 02:18
Правильная работа и использование виброплиты для подготовки бетонного основания перед укладкой бетона

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ

Существует два способа уплотнения грунта или основания— статическая сила или вибрационная сила. Статическая сила — это просто вес машины. Вибрационная сила использует какой-то механизм для вибрации почвы, который уменьшает трение между частицами почвы, позволяя им легче сжиматься.

Тип грунта (или материала земляного полотна) определяет тип оборудования, необходимого для уплотнения:

• Связные грунты необходимо срезать для уплотнения, поэтому вам нужна машина с высокой ударной силой. Лучше всего использовать трамбовку, а для больших объемов работ — кулачковый каток (похожий на овчинный каток). Подъемники для уплотнения связных грунтов должны быть не толще 6 дюймов.
• Гранулированные грунты нуждаются только в вибрации частиц, чтобы приблизить их друг к другу. Вибрационные плиты или ролики являются лучшим выбором. Подъемники для гравия могут иметь толщину до 12 дюймов; 10 дюймов для песка.

Для больших объемов работ, таких как автомагистрали или большие плиты, для уплотнения используются большие вибрационные катки с ездовым сиденьем, либо с гладкими катками, либо с овчиными катками. Катки с мотоблоком, либо с мягкими катками, разминающими почву, либо с гладкими вибрационными катками, хороши для работ среднего размера. Для небольших работ наиболее распространенными типами уплотняющего оборудования являются виброплиты (односторонние или реверсивные) и трамбовки.

Статической силы иногда бывает достаточно для уплотнения сыпучих грунтов. Миннесота DOT
Катки с шипами используются для уплотнения связных грунтов.

Вот некоторые сведения о каждом из типов оборудования:

• Трамбовки , иногда называемые домкратами, вес которых варьируется от 130 до 185 фунтов. Эти инструменты отлично подходят для уплотнения грунта в траншеях для фундамента или для связных глин на небольших участках, поскольку они обеспечивают высокую силу удара (большая амплитуда, низкая частота). Они не подходят для уплотнения сыпучих материалов, таких как базовые слои.
• Виброплиты идеально подходят для уплотнения зернистых грунтов и оснований. Доступны веса от 100 до 250 фунтов с размером пластины от 1 до 1,5 футов на 2 фута. Вибрация имеет меньшую амплитуду, но более высокую частоту, чем у трамбовки, и сбалансирована, чтобы заставить машину двигаться вперед.
• Реверсивные виброплиты хорошо работают на зернистых грунтах или зернисто-связных смесях. С двумя эксцентриковыми грузами вибрация может быть реверсирована для перемещения машины вперед или назад или для остановки для сжатия одного мягкого места. За свои деньги это хорошие машины из-за их универсальности.

Трамбовки отлично подходят для уплотнения связных грунтов и в условиях ограниченного пространства.
Ваккер Нойсон
Виброплиты хорошо подходят для уплотнения сыпучих грунтов.
Ваккер Нойсон

Подробнее о требованиях к уплотнению бетоноукладчиков.

УКЛАДКА БЕТОНА

Итак, мы наконец-то уплотнили земляное полотно, а основание и базовый слой уложили и уплотнили. Но что произойдет, если в этот момент произойдет задержка перед укладкой бетона? Если подложка попадает под дождь или замерзает до укладки бетона, она может стать слишком мягкой.

Для большинства внутренних плит пароизоляция должна быть размещена поверх основания перед заливкой бетона.

Лучший способ узнать, правильно ли уплотнено основание и готово ли оно к укладке плиты, — это контрольная прокатка, при которой тяжелонагруженный грузовик (например, полностью загруженный бетоновоз) перемещается по основанию непосредственно перед укладкой бетона, чтобы увидеть если какие-либо области тонут больше, чем другие. Это должно быть сделано на какой-то сетке, и шины не должны погружаться в поверхность более чем на ½ дюйма. Если есть какая-либо колея или откачка воды в какой-либо части основания или земляного полотна, то эта область нуждается в большем уплотнении или добавлении гранулированных материалов или просто в том, чтобы дать высохнуть. В худшем случае можно вырыть траншеи или отстойники и откачать воду.

Непосредственно перед укладкой бетона вы также можете разместить гидроизоляцию. Для внутренних полов наилучшее место, как правило, между базовым слоем и бетоном. Подробнее об этом читайте в разделе Пароизоляционные материалы для бетонных плит.

Узнайте больше о правильной подготовке основания для промышленных полов и проездов.

Последнее обновление: 31 июля 2018 г.

Рекомендуемые продукты

Brickform Ultra-M1x
Добавьте цвет и волокна с помощью одного продукта

Переработанное бетонное волокно
Переработанный полипропилен, соответствующий стандарту LEED

Ультраволокно 500®
Не скатывается и не пушится, принимает цвет

Воздействие земляного полотна на характеристики дорожного покрытия

Стив Шмидт, P.E.

Геотехнические разрушения часто возникают в результате нераспознания или неадекватной оценки условий до строительства системы дорожного покрытия. Доминирующим(и) геотехническим(и) фактором(ами) для многих повреждений дорожного покрытия является/являются жесткость и/или прочность несвязанных материалов земляного полотна. Показатели прочности, такие как Калифорнийский коэффициент подшипника (CBR), обычно измерялись в прошлом как общий показатель качества материала с точки зрения жесткости и сопротивления остаточной деформации. Более поздние тенденции заключаются в том, чтобы заменить эти показатели качества прямыми испытаниями на жесткость с помощью модуля упругости (MR). Прочность и жесткость обычно тесно связаны.

Рисунок 1. Преждевременное разрушение частично вызвано плохим грунтовым покрытием.

Почти все показатели эксплуатационных характеристик существующего дорожного покрытия основаны на наблюдениях за поверхностью дорожного покрытия, таких как колеи на поверхности, деформация, растрескивание, замерзание/оттаивание и разрушение. Все это влияет на удобство обслуживания и ходовые качества. В некоторых случаях эти повреждения поверхности возникают непосредственно из-за недостатков асфальтового или бетонного поверхностного слоя; но во многих других случаях эти бедствия вызваны, по крайней мере частично, недостатками нижележащего земляного полотна. Поскольку проектирование дорожного покрытия, в конечном счете, является попыткой свести к минимуму будущие повреждения дорожного покрытия и тем самым максимизировать его эксплуатационные характеристики, важно понимать, как геотехнические факторы влияют на эти нарушения.

Рисунок 2 – Примеры типов неорганических почв – гравий (вверху слева), песок (вверху справа), ил (внизу слева) и глина (внизу справа).

Разрушение дорожного покрытия может произойти из-за проникновения грунта земляного полотна в зернистое основание, что приводит к недостаточному дренажу и снижению устойчивости. Бедствие также может произойти из-за чрезмерных нагрузок, которые вызывают разрушение при сдвиге грунтового основания, базового слоя или поверхности. Другими причинами отказов являются поверхностная усталость и чрезмерная осадка, особенно перепад грунтового основания. Изменение объема грунта земляного полотна из-за увлажнения и высыхания, замерзания и оттаивания или неправильного дренажа также может привести к повреждению дорожного покрытия. Недостаточный отвод воды из основания и земляного полотна является основной причиной проблем с дорожным покрытием, что приводит к проблемам с эксплуатацией в будущем. Если грунтовое основание пропитано водой, под транспортными нагрузками возникнет избыточное поровое давление, что приведет к последующему размягчению грунтового основания. При динамической нагрузке мелкие частицы могут быть буквально закачаны в подстилающее основание и/или основание.

Основное воздействие влаги/дренажа, замерзания/оттаивания и загрязнения (перемешивание материалов одного слоя с другим) заключается в снижении жесткости и прочности затронутых несвязанных материалов. Влажность и дренаж здесь сочетаются, потому что чрезмерная влажность в системе дорожного покрытия часто является результатом неадекватных или неисправных дренажных систем. Замерзание/оттаивание и вздутие могут вызвать вздутие поверхности дорожного покрытия. Эрозия может привести к образованию пустот под поверхностными слоями, что приведет к полной потере опоры фундамента.

Неоднородные геотехнические условия вдоль дорожного покрытия могут способствовать локальным постоянным деформациям дорожного покрытия. Неравномерность жесткости/прочности геоматериалов может быть основной причиной шероховатости поверхности. Неравномерное вздутие грунтов земляного полотна может способствовать возникновению неровностей дорожного покрытия в некоторых районах страны.

При проектировании участка дорожного покрытия необходимо учитывать ряд факторов, которые могут привести к преждевременному разрушению задолго до периода эксплуатации, большинство из которых связано с геотехническими проблемами. В частности, геотехнические разрушения, как правило, связаны с чрезмерной колейностью грунтового основания, загрязнением или дегенерацией заполнителей, выкачиванием грунтового основания, плохим дренажем, воздействием мороза и набуханием почвы. Существуют и другие вспомогательные геотехнические проблемы, которые также влияют на характеристики дорожного покрытия. Методы проектирования для оценки этих конкретных проблем, а также процедуры для смягчения потенциальных проблем должны быть включены в геотехническое исследование и отчет о результатах.

Обзор типов почв
Наиболее часто используемой системой для определения типов почв является Единая система классификации почв (USCS), как указано в типовой таблице классификации USCS выше.

Таблица классификации
Почвы классифицируются по двухбуквенной системе. Первая буква обозначает тип почвы, а вторая буква обозначения указывает на характеристику типа почвы.

Первая буква/Основные типы почвы:

(G) ГВАВЕЛ

(S) Песок

(M) ил

(c) Глина

(O) Органический

Второй буквы/характеристик для почвы типичный квалификатор:

. P) Плохосортный (однородный размер частиц)

(W) Хорошо гранулированный (неоднородный размер частиц)

(H) Высокая пластичность

(L) Низкая пластичность

Гравий и песок считаются крупнозернистыми или гранулированными грунтами , с частицами крупнее 0,075 мм (0,00295 дюймов). Илы и глины представляют собой мелкозернистые почвы. Отдельные частицы крупнозернистых почв обычно видны невооруженным глазом, тогда как отдельные частицы мелкозернистых почв не могут быть различимы без увеличения. Глинистые грунты и некоторые типы ила также известны как связные грунты, если они слипаются (проявляют связность).

Основные классификации почв обычно применяются к неорганическим почвам (G, S, M и C). Мелкозернистые почвы с высоким содержанием органических веществ могут быть представлены как органический ил/глина (O) или торф (PT).

Классификация с использованием USCS основана на лабораторных испытаниях. Крупнозернистые почвы классифицируют по гранулометрическому составу. Мелкозернистые почвы классифицируются на основе содержания влаги, при котором они проявляют пластическое и жидкое поведение, определяемое с помощью теста предела Аттерберга.

Почва считается хорошо сортированной, если присутствует широкий диапазон размеров частиц, и плохой сортировкой, если размеры частиц почвы охватывают небольшой диапазон размеров или имеется разрыв в диапазоне присутствующих размеров частиц. Песок с частицами примерно одинакового размера, например, будет считаться плохосортным песком с классификацией SP. Крупнозернистые почвы с умеренным содержанием мелких частиц (частицы размером менее 0,075 мм (0,00295 дюймов) может иметь двойное обозначение, т. е. плохо отсортированный песок с илом по классификации USCS SP-SM.

Классификация мелкозернистых почв зависит от содержания влаги, при котором происходит определенное поведение. Эти свойства индекса вместе известны как пределы Аттерберга. Предел пластичности (PL) — это самое низкое содержание влаги, при котором происходит пластическое поведение. Предел жидкости (LL) представляет собой наименьшее содержание влаги, при котором наблюдается жидкое поведение, которое совпадает с самым высоким содержанием влаги, при котором происходит пластическое поведение, выраженное в процентах от веса сухой почвы. Этот диапазон содержания влаги известен как индекс пластичности (PI) и представляет собой разницу между LL и PL (LL минус PL).

Модификаторы, предназначенные для мелкозернистых грунтов, имеют низкую пластичность (L) для грунтов с пределом текучести менее 50 процентов и высокую пластичность (H) для грунтов с пределом текучести более 50 процентов. Классификация почв определяется на основе нанесения значений PI в зависимости от LL на диаграмме пластичности. Почвы с низкой и высокой пластичностью также можно назвать тощими и жирными соответственно.

В дополнение к грунту, обнаруженному во время геотехнических исследований, коренная порода может быть обнаружена на глубине разведки.

Свойства грунта и грунтового основания
Грунты классифицируются для строительства дорожных покрытий, чтобы прогнозировать характеристики грунтового основания. Основными свойствами, требуемыми для грунтов под тротуарами, являются прочность и надлежащий дренаж. Изменения прочности или объема, связанные с влажностью, устойчивостью к морозу и характеристиками уплотнения, важно понимать и учитывать по мере необходимости, чтобы обеспечить хорошее строительство и будущую долговечность дорожного покрытия.

Надлежащее проектирование дорожного покрытия требует более детальной оценки свойств грунта, чем это возможно только при использовании общей классификации грунта. В пределах определенной группы почв прочность почвы зависит от плотности, пористости и содержания влаги. Мелкозернистые почвы легче подвержены влиянию различий в свойствах, таких как влажность, чем крупнозернистые почвы.

Поскольку расчет толщины дорожного покрытия и нижнего слоя зависит от прочности готового земляного полотна, для получения этой информации следует провести испытания грунта. Тесты почвы позволяют определить несущую способность, связанную с влажностью и плотностью почвы. Чем ниже несущая способность грунта, тем меньше у него прочности, чтобы поддерживать конструкцию дорожного покрытия; следовательно, потребуется более толстое поперечное сечение дорожного покрытия.

Закрытие
Все системы дорожного покрытия построены на земле, и практически все компоненты построены из грунтовых материалов. Когда эти материалы связываются с асфальтом или цементом для формирования поверхностных слоев, они приобретают искусственный структурный компонент, который относительно хорошо понимают проектировщики дорожных покрытий. Однако в несвязанном состоянии свойства этих «геотехнических» материалов могут быть весьма изменчивы. Часто земля обеспечивает худшие материалы для фундамента в их естественном состоянии, но замена часто непрактична и неэкономична. В результате инженер-проектировщик часто сталкивается с проблемой использования фундамента и строительных материалов, имеющихся на строительной площадке или рядом с ней. Следовательно, проектирование и строительство систем дорожного покрытия требует глубокого понимания свойств доступных грунтов и горных пород, которые будут составлять основу и другие компоненты системы дорожного покрытия.

Ссылки:

Части разделов «Влияние грунтового основания на характеристики дорожного покрытия», разделы «Улучшение и поправки грунтового основания» и «Обзор типа грунта» содержат ссылки и информацию из:

1) Министерство транспорта США — Федеральное управление автомобильных дорог / NHI-05-037 / Geotechnical Справочное руководство по аспектам дорожных покрытий, обновлено: 24 июня 2015 г.

2) FHWA NHI-05-037: Геотехнические аспекты дорожных покрытий

Назад в Ресурсный центр

Глава 3 — NHI-05-037 — Геотехнологии — Мосты и конструкции

<< Предыдущая

Содержание

Следующая >>

Глава 3.

0 Геотехнические вопросы проектирования и эксплуатации дорожного покрытия

3.1 Введение

системы дорожного покрытия. К ним относятся:

1. Изнашиваемая поверхность, обеспечивающая достаточную гладкость, сопротивление трению и герметизацию или отвод поверхностных вод ( т.е. , чтобы свести к минимуму аквапланирование).
2. Связанные конструкционные слои ( т.е. , асфальтобетон или портландцементный бетон), обеспечивающие достаточную несущую способность, а также препятствующие проникновению воды в нижележащие несвязанные материалы.
3. Несвязанные слои основания и подстилающего слоя, обеспечивающие дополнительную прочность, особенно для нежестких систем дорожных покрытий, и устойчивые к износу, вызванному влагой (включая набухание и замерзание/оттаивание) и другим видам разрушения ( напр. , эродируемость, попадание мелких частиц).
4. Основание, обеспечивающее однородное и достаточно жесткое, прочное и стабильное основание для вышележащих слоев.
5. Дренажные системы, которые быстро удаляют воду из системы дорожного покрытия до того, как вода ухудшит свойства несвязанных слоев и грунтового основания.
6. Меры по исправлению положения, в некоторых случаях, такие как улучшение/стабилизация грунта или применение геосинтетических материалов для повышения прочности, жесткости и/или дренажных характеристик различных слоев или для обеспечения разделения между слоями ( напр. , чтобы предотвратить попадание мелких частиц).

Традиционно эти вопросы проектирования распределяются между многими группами внутри агентства. Геотехническая группа обычно отвечает за определение характеристик фундамента земляного полотна. Группа по материалам может нести ответственность за разработку подходящей асфальтобетонной или портландцементной бетонной смеси и смеси несвязанных заполнителей для использования в качестве базового слоя. Группа дорожного покрытия может отвечать за расчет конструкции («толщины»). Строительная группа может нести ответственность за обеспечение того, чтобы конструкция дорожного покрытия была построена в соответствии с проектом. Тем не менее, общий успех конструкции — , т. е. , удовлетворительные характеристики дорожного покрытия в течение его расчетного срока службы являются целостным следствием правильного проектирования всех этих ключевых компонентов.

Принимая во внимание этот целостный взгляд, эта глава основывается на введении из главы 1 и расширяет основные геотехнические соображения при проектировании дорожной одежды ( т.е. , факторы, влияющие на пункты 3-6 выше). Акцент делается на «общей картине», на выявлении ключевых геотехнических проблем и описании их потенциального влияния на конструкцию дорожного покрытия и его характеристики. Большинство вопросов, представленных здесь, подробно рассматриваются в последующих главах, и ссылки на эти более поздние разделы даются по мере необходимости. Краткая история методов проектирования дорожного покрытия AASHTO также включена, чтобы проиллюстрировать, как геотехнические соображения проектирования становились все более важными и известными с течением времени.

3.2 Основные понятия

Тротуары представляют собой слоистые системы, разработанные для достижения следующих целей:

• обеспечение прочной конструкции, способной выдерживать приложенные транспортные нагрузки (несущая способность конструкции).
• , чтобы обеспечить гладкую поверхность износа (качество езды).
• , чтобы обеспечить нескользящую износостойкую поверхность (безопасность).

Кроме того, система должна обладать достаточной долговечностью, чтобы она не вышла из строя преждевременно из-за воздействия окружающей среды (вода, окисление, температурные воздействия).

Несвязанные слои грунта в дорожном покрытии составляют значительную часть общей несущей способности системы, особенно для нежестких дорожных покрытий (часто более 50 процентов). Как показано на Рисунке 3-1, напряжения, создаваемые транспортными нагрузками в системе дорожного покрытия, являются самыми высокими в верхних слоях и уменьшаются с глубиной. Следовательно, более качественные и, как правило, более дорогие материалы используются в более нагруженных верхних слоях всех систем дорожной одежды, а менее качественные и менее дорогие материалы используются для более глубоких слоев дорожной одежды (Рисунок 3-2). Такая оптимизация использования материалов сводит к минимуму затраты на строительство и максимизирует возможность использования местных материалов. Однако этот подход также требует большего внимания к слоям более низкого качества в дизайне (9).0025, т. е. , земляное полотно) для снижения затрат на дорожное покрытие в течение жизненного цикла. Хорошие долгосрочные характеристики нижних слоев означают, что верхние слои можно сохранить (восстановить), избегая при этом более дорогостоящей полной реконструкции, обычно связанной с разрушением фундамента.

Рис. 3-1. Затухание напряжений, вызванных нагрузкой, с глубиной.

Рис. 3-2. Изменение качества материала в зависимости от глубины в дорожной системе с идеальными характеристиками дренажа.

Как и в случае со всеми геотехническими конструкциями, на тротуары сильно влияет влажность и другие факторы окружающей среды. Вода мигрирует в структуру дорожного покрытия посредством сочетаний поверхностной инфильтрации (, например, , через трещины в поверхностном слое), краевых притоков (, например, , из недостаточно дренированных боковых канав или неадекватных обочин) и из нижележащего уровня грунтовых вод (, например, , через капиллярный потенциал в мелкозернистых грунтах основания). В холодных условиях влага может подвергаться сезонным циклам замерзания/оттаивания. Влага в системе дорожного покрытия почти всегда оказывает пагубное воздействие на эксплуатационные характеристики дорожного покрытия. Он снижает прочность и жесткость несвязанных материалов дорожного покрытия, способствует загрязнению крупнозернистого материала из-за миграции мелких частиц и может вызвать набухание ( 9).0025 напр. , морозное пучение и/или расширение почвы) и последующее уплотнение. Влага также может привнести существенную пространственную изменчивость свойств и характеристик дорожного покрытия, что может проявляться либо в виде локальных повреждений, таких как выбоины, либо в более глобальном масштабе в виде чрезмерной шероховатости. Следовательно, при проектировании геотехнических аспектов дорожных покрытий основное внимание должно быть сосредоточено на выборе нечувствительных к влаге свободно дренируемых материалов основания и подстилающего слоя, стабилизации чувствительных к влаге грунтов подстилающего слоя и надлежащем дренаже любой воды, которая проникает в систему дорожного покрытия. Выбор материала и его характеристики более подробно описаны далее в Главе 5, а проектирование водоотвода дорожного покрытия — в Главе 7.

3.3 Ключевые геотехнические вопросы

Геотехнические вопросы при проектировании дорожных покрытий можно разделить на две категории: (1) общие вопросы, которые задают тон проекту — , например. , новый и реабилитационный дизайн; и (2) конкретные технические вопросы — например. , определение жесткости и прочности грунтового основания. Геотехнические аспекты каждой из этих категорий кратко представлены в следующих подразделах. Опять же, цель здесь состоит в том, чтобы предоставить обзор широкого круга геотехнических вопросов при проектировании дорожных покрытий. Более подробное рассмотрение каждого из этих вопросов будет дано в последующих главах.

3.3.1 Общие вопросы

Новое строительство, реабилитация и реконструкция

Первая проблема, с которой приходится сталкиваться при проектировании любого дорожного покрытия, заключается в том, включает ли проект новое строительство, реабилитацию или реконструкцию. Как определено в Главе 1, новое строительство — это строительство системы дорожного покрытия на новой трассе, которая ранее не была построена. Реабилитация определяется как ремонт и модернизация существующего покрытия, находящегося в эксплуатации. Как правило, это включает в себя ремонт/удаление и устройство дополнительных связанных слоев дорожной одежды ( напр. , покрытие из асфальтобетона) и может включать частичную или полную переработку или рекультивацию. Реконструкция определяется как полное удаление существующей системы дорожного покрытия, как правило, вплоть до верхних частей грунта основания включительно, и замена новой конструкции дорожного покрытия. Новое строительство традиционно было в центре внимания большинства процедур проектирования дорожных покрытий, хотя в последние годы этот акцент сместился на восстановление и реконструкцию, поскольку дорожные агентства перешли от расширения системы к обслуживанию и сохранению системы.

Сравнение нового строительства, восстановления и реконструкции оказывает значительное влияние на несколько ключевых геотехнических аспектов проектирования дорожного покрытия. Как более подробно описано в Главе 4, новое строительство обычно требует существенной «традиционной» работы по определению характеристик площадки — например, , изучение геологических и почвенных карт, программы бурения, лабораторные испытания скважинных образцов, геофизические исследования недр и т. д. Мало что будет известно заранее о профилях и свойствах почвы вдоль новой трассы, поэтому сравнительно всестороннее исследование недр и характеристика материала программа обязательна. Разведка также обычно включает оценку условий выемки и насыпи вдоль трассы. Доступ часто ограничен из-за неблагоприятных условий местности.

Для проектов реабилитации, с другой стороны, оригинальная проектная документация и исполнительные строительные записи часто доступны для предоставления существенной исходной информации о состоянии недр вдоль трассы проекта. Свойства материала (, например, , жесткость подстилающего слоя), определенные во время первоначального проектирования, могут больше не иметь значения (, например, , из-за загрязнения грунтовой мелочью), поэтому могут потребоваться новые испытания, либо лабораторные испытания образцов, извлеченных из скважин. через существующее дорожное покрытие или с помощью испытаний на месте, таких как динамический конусный пенетрометр (DCP — см. главу 4), опять же через скважины через существующую конструкцию дорожного покрытия. Неразрушающая оценка с помощью дефлектометров падающего груза (FWD — см. главу 4) очень часто используется для определения свойств материалов на месте для проектирования реконструкции. Судебно-медицинская оценка повреждений существующего дорожного покрытия также может помочь выявить дефекты в нижележащих несвязанных слоях. Однако, поскольку нижележащие несвязанные слои не обнажаются и не удаляются в типичных проектах восстановления, любые недостатки в этих слоях должны быть компенсированы за счет увеличения структурной емкости и т. д. в добавленных поверхностных слоях.

Первоначальная проектная документация и исполнительная документация также часто доступны для проектов реконструкции. Информация об исходном профиле недр, как правило, остается актуальной для проекта реконструкции. Тем не менее, детальная характеристика материала из исходной проектной документации, как правило, бесполезна, поскольку исходные материалы дорожного покрытия вплоть до верхней части фундамента и часто включая его полностью удаляются и заменяются во время реконструкции. Несмотря на то, что в проектах реконструкции теоретически возможно прямое тестирование вновь обнаженного грунта фундамента, это произойдет только после начала строительства и, таким образом, будет слишком поздно для целей проектирования. Следовательно, свойства грунта фундамента для проектов реконструкции обычно должны определяться на основе первоначальных проектных документов, отбора проб и испытаний скважины, а также испытаний FWD, аналогично проектированию восстановления. Характеристика нового или переработанного несвязанного подстилающего слоя и базовых материалов в проектах реконструкции обычно выполняется с помощью лабораторных испытаний, аналогичных новым строительным проектам.

Влияние нового строительства, реабилитации и реконструкции на характеристику площадки и разведку недр подробно описано в Главе 4. Различные методы определения характеристик геотехнических материалов в этих различных типах проектов подробно описаны в Главе 5.

Природные Земляное полотно, выемка или насыпь

Устройство дорожного покрытия на естественном грунтовом основании является классическим «учебником» по проектированию дорожного покрытия. Профиль недр (включая глубину до коренной породы и уровень грунтовых вод) определяется непосредственно из программы разведки недр, а свойства грунтового основания, необходимые для проектирования, могут быть взяты из испытаний на естественном грунте основания в его состоянии на месте и в его уплотненном состоянии, если верхний слой фундамента подлежит обработке и повторному уплотнению или удалению и замене во время строительства. Этот вопрос более подробно обсуждается в главе 4.

Однако трасса для большинства проектов дорог не всегда соответствует топографии участка, и, следовательно, потребуются различные вырезы и насыпи. Геотехнический проект дорожного покрытия потребует дополнительных специальных соображений в областях выемки и насыпи. Следует также обратить внимание на переходные зоны — например. , между выемкой и участком на уровне земли — из-за возможности неравномерной поддержки дорожного покрытия и подпочвенного стока воды.

Главной дополнительной проблемой для секций выемки является дренаж, так как окружающий участок будет иметь уклон в сторону конструкции дорожного покрытия, а уровень грунтовых вод, как правило, будет ближе к нижней части секции дорожной одежды в выемках. Также может потребоваться стабилизация чувствительных к влаге естественных грунтов основания. Стабильность откосов, примыкающих к дорожному покрытию, также будет важным вопросом проектирования, но обычно рассматривается отдельно от самого проекта дорожного покрытия.

Насыпи для участков насыпи сооружаются из хорошо уплотненного материала, и во многих случаях это приводит к более высокому качеству земляного полотна, чем естественный грунт основания. Проблемы дренажа и грунтовых вод, как правило, будут менее критичными для тротуаров на насыпях, хотя эрозия боковых откосов из-за стока с тротуаров может быть проблемой, наряду с длительной инфильтрацией воды. Основными дополнительными опасениями для дорожных одежд на участках насыпи будут устойчивость откосов насыпи и осадки либо из-за сжатия самой насыпи, либо из-за консолидации мягких грунтов основания под насыпью (опять же, обычно оценивается инженерно-геологической службой как часть проекта насыпи проезжей части).

Информацию об уклоне грунта и конструкции насыпи можно найти в справочном руководстве по FHWA NHI 132033 (FHWA NHI-01-028). Конструкция усиленного откоса (часто альтернатива там, где требуются крутые откосы насыпи) рассматривается в справочном руководстве для FHWA NHI 132042 (FHWA NHI-00-043). Расчет скального откоса описан в справочном руководстве FHWA NHI 132035 (FHWA NHI-99-007).

Воздействие на окружающую среду

Условия окружающей среды оказывают значительное влияние на характеристики как нежестких, так и жестких покрытий. В частности, влажность и температура являются двумя переменными, зависящими от окружающей среды, которые могут существенно повлиять на свойства дорожного покрытия и грунтового основания и, таким образом, на эксплуатационные характеристики дорожного покрытия. Некоторые из воздействий окружающей среды на материалы дорожного покрытия включают следующее:

• Асфальтовые материалы имеют различные значения модуля в зависимости от температуры. Значения модуля могут варьироваться от 2 до 3 миллионов фунтов на квадратный дюйм (от 14 000 до 20 000 МПа) или более в холодные зимние месяцы до примерно 100 000 фунтов на квадратный дюйм (700 МПа) или меньше в жаркие летние месяцы.
• Хотя на свойства вяжущего материала, такие как прочность на изгиб и модуль упругости, нормальные изменения температуры не оказывают существенного влияния, градиенты температуры и влажности могут вызывать значительные напряжения и прогибы, а, следовательно, повреждения и деформации дорожного покрытия, в жестких плитах дорожного покрытия.
• При отрицательных температурах вода в почве замерзает, и модуль упругости несвязанных материалов дорожного покрытия может возрасти до значений, в 20-120 раз превышающих значения до замерзания.
• Процесс промерзания может сопровождаться образованием и последующим оттаиванием ледяных линз. Это создает зоны значительно сниженной прочности в конструкции дорожного покрытия.
• Весеннее таяние сверху вниз задерживает воду над еще мерзлой зоной; это может значительно снизить прочность геоматериалов.
• При прочих равных условиях жесткость несвязанных материалов уменьшается по мере увеличения содержания влаги. Влага имеет два отдельных эффекта:
  • Во-первых, это может повлиять на напряженное состояние из-за всасывания или порового давления воды. Крупнозернистые и мелкозернистые материалы могут демонстрировать более чем пятикратное увеличение модуля при высыхании. На модули связных грунтов влияют сложные взаимодействия глина-вода-электролит.
  • Во-вторых, это может повлиять на структуру почвы за счет разрушения цементации между частицами почвы.
• Связанные материалы не подвержены непосредственному влиянию влаги. Однако чрезмерная влажность может привести к расслаиванию асфальтобетонных смесей или может иметь долгосрочные последствия для структурной целостности цементных материалов.
• Цементно-связанные материалы также могут быть повреждены во время циклов замораживания-оттаивания и влажно-сухого, что вызывает снижение модуля упругости и увеличение деформации.

На все повреждения дорожного покрытия в той или иной степени влияют факторы окружающей среды. Однако зачастую очень трудно учесть эти эффекты в процедурах проектирования дорожной одежды.

3.3.2 Особые вопросы

Типы и свойства материалов

Основные типы материалов, используемых в системах дорожных покрытий, перечислены в Таблице 3-1. К геотехническим материалам, рассматриваемым в данном руководстве, относятся нестабилизированные гранулированные материалы основания/подстилающего слоя (включая переработанные материалы), нестабилизированные грунты земляного полотна, механически и химически стабилизированные грунты земляного полотна и группы коренных пород.

Свойства материалов, представляющие интерес для проектирования дорожных покрытий, можно разделить на следующие категории:

• Физические свойства ( например, , классификация почвы, плотность, содержание воды)
• Жесткость и/или прочность ( например, , модуль упругости, модуль реакции грунтового основания, CBR)
• Теплогидравлические свойства ( например, , коэффициенты дренажа, водопроницаемость, коэффициент теплового расширения)
• Свойства, связанные с рабочими характеристиками ( например, , характеристики остаточной деформации при повторяющихся нагрузках)

Подробная информация о процедурах определения геотехнических свойств, необходимых для проектирования дорожной одежды, приведена в главе 5. Обратите внимание, что не все свойства материалов одинаково важны с точки зрения их влияния на конструкцию и эксплуатационные характеристики дорожной одежды, и не все свойства требуются во всех случаях. порядок проектирования дорожного покрытия. Жесткость, обычно определяемая количественно с точки зрения модуля упругости (см. главу 5), является наиболее важным геотехническим свойством при проектировании дорожной одежды и явно включена в большинство современных процедур проектирования дорожной одежды (9).0025 напр. , Руководство по проектированию дорожного покрытия AASHTO 1993 г.). Более новые механистически-эмпирические процедуры проектирования, такие как разработанные в недавно завершенном проекте NCHRP 1-37A, требуют дополнительной информации о свойствах материалов, особенно в отношении теплогидравлических характеристик и характеристик.

Коренная порода заслуживает краткого специального упоминания здесь, поскольку ее присутствие на небольшой глубине под конструкцией дорожного покрытия может оказать существенное влияние на конструкцию дорожного покрытия (глава 8), дизайн (главы 5 и 6) и эксплуатационные характеристики (глава 6). Хотя точное измерение свойств коренных пород, таких как жесткость, редко, если вообще когда-либо, оправдано, необходимо учитывать влияние неглубоких (менее 3 м (10 футов)) коренных пород на анализ дорожного покрытия. Это особенно верно для процедур обратного расчета FWD, используемых для оценки жесткости материалов на месте при проектировании реконструкции (см. главу 4).

Дренаж

Еще в 1820 году Джон МакАдам заметил, что, независимо от толщины конструкции, многие дороги в Великобритании быстро приходят в негодность, когда земляное полотно пропитывается водой:

«Дороги никогда не смогут быть полностью безопасными до тех пор, пока не будут полностью поняты, приняты и приняты следующие принципы: а именно, что именно естественная почва действительно выдерживает вес движения: пока она сохраняется в сухом состоянии, он будет нести любой вес, не тонет, и что он действительно несет дорогу и повозки, что эту родную почву нужно предварительно сделать совершенно сухой, а затем покрыть ее непроницаемым для дождя покрытием, чтобы сохранить ее в целости и сохранности. это сухое состояние, что толщина дороги должна регулироваться только количеством материала, необходимого для образования такого непроницаемого покрытия, и ни в коем случае не ссылкой на ее собственную несущую способность.0003

Ошибочное мнение, которого так долго придерживались и которого так упорно придерживались, что, укладывая большое количество камня под дороги, можно найти средство от погружения во влажную глину или другую мягкую почву, или, другими словами, что дорога может быть сделана искусственно достаточно прочной, чтобы перевозить тяжелые экипажи, даже если грунт находится во влажном состоянии, и таким образом предотвратить неудобства, связанные с тем, что естественная почва получает воду от дождя или по другим причинам, что вызвало большинство дефектов дороги. дорогах Великобритании» (МакАдам, 1820 г.)

Сегодня общепризнано, что избыток влаги в слоях дорожного покрытия в сочетании с интенсивным движением и влагочувствительными материалами может сократить срок службы. Замерзание этой влаги часто приводит к дополнительному ухудшению характеристик.

Влага в земляном полотне и конструкции дорожного покрытия может поступать из разных источников (Рисунок 3-3). Вода может просачиваться вверх с высокого уровня грунтовых вод или может течь сбоку от краев тротуара и обочинных канав. Однако наиболее значительным источником избыточной воды в дорожном покрытии обычно является просачивание через поверхность. Стыки, трещины, выступающие кромки и различные другие дефекты поверхности обеспечивают легкий доступ воды.

Рис. 3-3. Источники влаги в системах дорожного покрытия (NHI 13126).

Основной целью проектирования дорожного покрытия является предотвращение насыщения основания, подстилающего слоя, земляного полотна и других подверженных воздействию материалов дорожного покрытия или даже воздействия на них постоянного высокого уровня влажности, чтобы свести к минимуму проблемы, связанные с влажностью. Ниже приведены три основных подхода к контролю или уменьшению проблем с влажностью:

• Предотвращение попадания влаги в систему дорожного покрытия. Методы предотвращения проникновения влаги в дорожное покрытие включают обеспечение соответствующих поперечных и продольных уклонов для быстрого стока поверхностных вод и герметизацию всех трещин, стыков и других неровностей для сведения к минимуму инфильтрации поверхностных вод.
• Используйте материалы и конструктивные особенности, нечувствительные к влаге. Материалы, относительно нечувствительные к влаге, включают гранулированные материалы с небольшим количеством мелких частиц, стабилизированные цементом и тощие бетонные основы, а также стабилизированные асфальтом базовые материалы ¹ . Соответствующие конструктивные особенности для жестких дорожных одежд включают в себя штифтовые стержни и расширенные плиты для уменьшения образования разломов и включение подстилающего слоя между основанием и земляным полотном для уменьшения эрозии и улучшения донного дренажа. Конструктивные особенности нежестких дорожных одежд включают мощение по всей ширине для устранения продольных швов, стабилизированные асфальтом базовые слои и использование подстилающего слоя для уменьшения эрозии и улучшения дренажа.
• Быстро удаляйте влагу, попадающую в систему дорожного покрытия. Доступны различные дренажные устройства для удаления избыточной влаги. Такие элементы, как подземные дренажи и канавы, предназначены для постоянного снижения уровня грунтовых вод под тротуаром, тогда как другие элементы, такие как проницаемые основания и краевые дренажи, предназначены для удаления просачивающейся воды с поверхности.

Проект дренажа дорожного покрытия более подробно описан в Главе 7. Дополнительную информацию можно найти в работе Christopher and McGuffey (1997) и в справочном руководстве для курса FHWA NHI 131026 Проектирование подповерхностного дренажа дорожного покрытия .

Особые условия

Особые проблемные грунты включают морозное пучение, вспучивающиеся или расширяющиеся грунты, а также просадочные грунты.

Замораживание/оттаивание: Основным эффектом является ослабление, которое происходит в период весеннего оттаивания. Морозное пучение зимой также может привести к серьезному снижению эксплуатационных качеств дорожного покрытия (повышенная шероховатость). Требования к условиям замерзания/оттаивания: (а) морозоустойчивая почва; (б) температуры замерзания; и c) наличие воды.

Вспучивающийся или расширяющийся грунт: Вспучивание относится к локальным изменениям объема расширяющегося грунта дорожного полотна по мере того, как он поглощает влагу. Подсчитано, что ущерб, наносимый тротуарам из-за обширных почв, составляет более 1 миллиарда долларов в год.

Просадочные грунты: Просадочные грунты имеют метастабильные структуры, которые демонстрируют значительное уменьшение объема при насыщении. Илистые лёссовые отложения являются наиболее распространенным типом просадочных грунтов. Натуральное земляное полотно из просадочных грунтов перед началом строительства необходимо пропитать водой и укатать тяжелой уплотняющей техникой. Если насыпи автомобильных дорог должны быть сооружены на просадочных грунтах, могут потребоваться специальные меры по исправлению положения для предотвращения крупномасштабного растрескивания и неравномерной осадки.

Выявление потенциально проблемных грунтов является основной задачей геотехнического проектирования покрытия. Подходы к проектированию и меры по смягчению этих особых условий подробно описаны в Главе 7.

Улучшение грунта

Естественный грунт на проектной площадке часто непригоден для использования в конструкции дорожного покрытия. Они могут иметь несоответствующую градацию, недостаточную прочность и/или жесткость или недостаточную устойчивость к набуханию. Некоторые из этих недостатков можно устранить, смешав два или более грунта и/или обеспечив адекватную механическую стабилизацию (уплотнение). Другие недостатки, особенно для земляного полотна, могут потребовать смешивания стабилизирующих добавок, таких как битумные вяжущие или известь, портландцемент или другие пуццолановые материалы, с естественным грунтом. Хотя основной целью этих добавок обычно является повышение прочности и жесткости почвы, их также можно использовать для улучшения обрабатываемости, уменьшения набухания и обеспечения подходящей строительной платформы. Геосинтетические продукты также могут использоваться в качестве армирующих грунтов, а также в качестве фильтрующих и дренажных слоев.

В условиях экстремально мягкого грунта могут потребоваться специальные методы улучшения грунта, такие как фитильные дренажи, насыпи свай, насыпи, легкая засыпка ( например, , геопена) и т. д. Эти методы обычно оцениваются геотехническим отделом как часть конструкция проезжей части. Методы кратко обсуждаются в Главе 7.

Краткое изложение методов стабилизации, наиболее часто используемых в дорожном покрытии, типов грунтов, для которых они наиболее подходят, и предполагаемого воздействия на свойства грунта представлены в Таблице 3-2. Исходные данные для проектирования улучшенных грунтов будут рассмотрены в Главе 5, а детали выбора и применения методов обработки для конкретных проблем будут рассмотрены в Главе 7. Уплотнение, одна из ключевых геотехнических проблем при проектировании и строительстве дорожных одежд, рассматривается в Главе 5 ( определение исходных данных для проектирования) и главу 8 (вопросы строительства).

Таблица 3-2. Методы стабилизации дорожных покрытий (от Rollings and Rollings, 1996).

Method	Soil	Effect	Remarks
Blending	Moderately plastic	None	Too difficult to mix
	Others	Improve gradation
		Reduce plasticity
		Уменьшение поломки
Lime	Plastic	Drying	Rapid
		Immediate strength gain	Rapid
		Reduce plasticity	Rapid
		Coarsen texture	Rapid
		Long- Срок пуццоланового цементирования	Медленное
	Крупное с мелкими частицами	То же, что и с пластичными грунтами	В зависимости от количества пластичных мелочей
	Nonplastic	None
Cement	Plastic	Similar to lime	Less pronounced
		Cementing of grains	Hydration of cement
	Coarse	Cementing of grains	Гидратация цемента
Битумный	Крупнозернистый	Укрепляющий/связывающий, водостойкий	Асфальтовый цемент или жидкий асфальт
	Some fines	Same as coarse	Liquid asphalt
	Fine	None	Can’t mix
Pozzolanic and slags	Silts and coarse	Acts as a filler	Denser и прочнее
		Склеивание зерен	Медленнее цемента
Разное. методы	Переменная	Разная	Зависит от механизма

3.4 Чувствительность конструкции дорожного покрытия к геотехническим факторам

В то время как наиболее важным слоем для характеристик дорожного покрытия является поверхностный слой, геотехнические слои тесно переплетаются в конструкции дорожного покрытия. Например, жесткость или прочность грунта земляного полотна напрямую влияет на большинство процедур проектирования дорожного покрытия, и поэтому ее влияние на конструкцию конструкции можно оценить количественно. На Рисунке 3-4 показано влияние Калифорнийского коэффициента несущей способности грунтового основания (CBR — см. Главу 5) на требуемую толщину и долю несущей способности несвязанного зернистого базового слоя в нежестком дорожном покрытии, спроектированном в соответствии с 1993 Процедуры AASHTO (см. Раздел 3.5.2). Вклад зернистого основания в общую структурную несущую способность варьируется от 50 % при низком значении CBR грунтового основания, равном 2, до практически нуля при высоком значении CBR, равном 50. Влияние качества базового слоя на конструкцию дорожной одежды аналогично показано на рисунке. 3-5. Дополнительные примеры чувствительности конструкции покрытия к различным геотехническим факторам приведены в главе 5.

Рисунок 3-4. Влияние прочности грунтового основания на конструкцию дорожной одежды (AASHTO 93 Руководство по проектированию: W ₁₈ = 10M, надежность 85 %, S _o = 0,4, ΔPSI = 1,7, a ₁ = 0,44, a ₂ = 0,14, m ₂ = 1).

Рис. 3-5. Влияние прочности основания на конструкцию дорожной одежды (Руководство по проектированию AASHTO 93: W ₁₈ = 10 м, надежность 85 %, S _o = 0,4, ΔPSI = 1,7, a ₁ = 0,44, m ₂ = 1, CBR земляного полотна = 4).

Хороший показатель общей чувствительности конструкции дорожного покрытия к геотехническим данным. – влияние опор земляного полотна на стоимость дорожного покрытия, как показано на рис. 3-6. Например, при транспортной нагрузке 10 млн ESAL и CBR грунтового основания 8 стоимость 1000 квадратных ярдов (850 м ² ) площади поверхности составляет приблизительно 9 800 долларов США за слой асфальта и 3 000 долларов США за подстилающее основание и гранулированный заем, при общей стоимости дорожного покрытия 12 800 долларов США за 1000 квадратных ярдов площади поверхности. Если бы значение CBR земляного полотна равнялось только 4, та же площадь участка дорожного покрытия стоила бы 15 600 долларов США, или более чем на 20 % больше.

Рис. 3-6. Приблизительная стоимость дорожного покрытия для различных условий крепления земляного полотна (Б.Вандре, личное сообщение).
Щелкните здесь для просмотра текстовой версии изображения

Примечания:

• Предполагаемые удельные затраты: асфальт — 1,25 доллара за дюйм толщины; необработанное основание — 0,30 долл. США за дюйм толщины; гранулированный заем — 0,20 долл. США за дюйм толщины.
• Толщины, используемые при оценке стоимости, основаны на 90% надежности.
• Минимальная толщина зернистого грунта или основания составляет 6 дюймов.
• Толщина/стоимость асфальта варьируется только в зависимости от ESAL, поскольку значение базовой поддержки является постоянным.
• Единицы: 1 дюйм = 25 мм; 1 ярд ² = 0,85 м ² .

Также важно с самого начала признать, что, хотя многие геотехнические факторы, влияющие на характеристики дорожного покрытия, могут быть учтены в процессе проектирования, другие важные соображения не могут быть учтены. Например, возможность обрушения откоса под дорожным покрытием, уложенным на боковом выеме холма, обычно не рассматривается как часть «конструкции дорожного покрытия», даже несмотря на то, что такое разрушение может быть гораздо более разрушительным для дорожного покрытия, чем недостаточная жесткость грунтового основания (см. 3-7).

Рис. 3-7. Обрушение склона под дорожным покрытием (http://www.geoengineer.com/).

---

Примечания

1. Вызванное влагой удаление материалов, стабилизированных асфальтом, может быть проблемой для некоторых заполнителей и некоторых асфальтовых вяжущих. Вернуться к тексту

<< Предыдущая

Содержание

Следующая >>

Основание и основание для бетонных плит

🕑 Время чтения: 1 минута

Основание и основание являются основой бетонной плиты и играют решающую роль в ее работе. Согласно Кодексу ACI, земляное полотно представляет собой уплотненный и улучшенный естественный грунт или засыпку, тогда как основание представляет собой слой гравия, уложенный поверх земляного полотна.
И земляное полотно, и основание должны быть построены в соответствии с проектными требованиями, чтобы обеспечить ожидаемые характеристики. Они должны быть хорошо дренированными, сухими во время укладки бетона и обеспечивать равномерную поддержку веса плиты и всего, что помещается на плиту.
Если плита перекрытия сооружается на неустойчивом земляном полотне или подстилающем основании, то уложенный бетон может быть потрачен впустую во время строительства, а бетонная плита, скорее всего, пострадает от осадки после строительства. Поэтому при укладке земляного полотна и подстилающего слоя необходимо соблюдать существенные меры предосторожности.

Содержание:

• Субграда и суббаза для бетонных плит
  • 1. Субграда для бетонной плиты
  • 2. Подшипник подборина
  • 3. Стратегии субстрата
  • 4. Subbase для бетонной плиты
  • 5. 5. Материал

  4. Subbase for Concrete Slab

  • 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. 5. Строительство земляного полотна и основания 
  • 6. Насыщенное или промерзшее основание и основание
  • 7. Последовательность строительства основания и основания
  • 8. Оборудование для уплотнения
  • 9. Влияние плохой подготовки основания и основания
• Тест по основанию и основанию бетонной плиты

Основание и основание для бетонных плит

1. Основание для бетонной плиты
Основание имеет большое значение для бетонной плиты, поскольку нагрузка на бетонную плиту и приложенные нагрузки воспринимаются земляным полотном. При необходимости бетонную плиту можно укладывать поверх естественного грунта без необходимости в дополнительных слоях, при условии, что она чистая и поддается уплотнению. В этом случае единственной проблемой станет неправильный дренаж почвы.
Если почва влажная из-за дождя или по какой-либо другой причине, ее нельзя должным образом уплотнить и выровнять, и невозможно будет получить подходящий сорт.
На проектной площадке выкапывают холмы и засыпают ямы, а затем уплотняют всю территорию, чтобы подготовить земляное полотно к нагрузкам от основания и бетонного пола. Объем работ, необходимых для подготовки земляного полотна, зависит от различных типов грунтов, а именно: органических, гранулированных и связных грунтов.

Рис. 1: Основание для бетонной плиты

Органическая почва наименее желательна, потому что она не может быть уплотнена и, следовательно, должна быть удалена с участка. Гранулированный грунт обладает максимальной несущей способностью и легко уплотняется.
Связный грунт не обеспечивает такой несущей способности, как гранулированный грунт. кроме того, он может страдать от усадки и оседания и почти не уплотняется во влажном состоянии. Наконец, связный грунт требует больших усилий, чтобы сделать его пригодным для основания бетонного пола.

2. Несущая способность грунтового основания

Как правило, вес бетонной плиты толщиной 15 см составляет около 3,6 кН/м2, а временная нагрузка на бетон в соответствии с Международными жилищными нормами колеблется от 0,96 кН/м2 до 2,9 кН/м2. Следовательно, общая нагрузка на земляное полотно составляет около 6 кН/м2.
Сообщается, что допустимое давление почвы для чистой песчаной почвы составляет около 95 кН/м2, а для более слабой почвы, такой как ил или мягкая глина, составляет примерно 20 кН/м2. Таким образом, можно сделать вывод, что допустимое давление грунта на бетонную плиту не вызовет никаких проблем.
Тем не менее, земляное полотно должно быть однородным, чтобы избежать образования трещин в плите из-за изгиба. Это может быть достигнуто за счет распознавания участков выемки и насыпи и надлежащего уплотнения грунтового основания.

3. Стратегии улучшения грунтового основания

Как правило, все типы грунта, будь то природный грунт или засыпка, используемая для основания бетонной плиты, нуждаются в определенной степени улучшения, и для достижения этой цели можно использовать следующие методы:

1. Уплотнение почвы.
2. Стабилизация грунта; Портландцемент, хлорид кальция или известь смешивают с почвой, после чего ее уплотняют.
3. Выкопанное земляное полотно, смешать его с гравием, затем приложить усилия по уплотнению.

4. Основание для бетонной плиты

Основание представляет собой слой гравия, который является довольно дешевым материалом, укладываемым поверх земляного полотна. Размещение подстилающего слоя является необязательным и служит рабочей платформой для строительства плиты и обеспечивает более равномерную поддержку плиты.
По мере увеличения толщины подстилающего слоя увеличивается предельная несущая способность плиты. Следовательно, проектировщик должен выбрать толстое основание, если приложенная нагрузка велика.
Помимо несущей нагрузки на плиту, подстилающее основание прерывает капилляр и предотвращает движение воды из подземных вод в плиту.

Рис. 2: Укладка бетонного основания

5. Материалы для основания и строительства основания 

Существует несколько типов грунта, которые можно использовать для строительства земляного полотна и подстилающего слоя. Однако некоторые типы обеспечивают наиболее желаемый результат. Различные типы грунта для земляного полотна и подстилающего слоя включают:

1. Для земляного полотна природный грунт на строительной площадке или засыпка доставляется на строительную площадку.
2. Для основания используется гранулированный материал.

   Рис. 3: Материалы основания

6. Насыщенное или замороженное основание и основание

Возможно, что основание и земляное полотно пропитаются водой из-за дождей или заморозков до начала бетонирования. В этом случае основание превратится в мягкий слой, который может не подходить для поддержки бетона.
Пригодность подстилающего слоя для несущего бетона проверяется контрольной прокаткой. Он предполагает проезд по основанию непосредственно перед началом бетонирования. Если шины проседают более чем на 12,7 мм, основание нуждается в улучшении и повторном уплотнении.
Супервайзер должен искать колеи или накачки во время контрольной прокатки. В соответствии с ACI 302.1 первое происходит, когда поверхность подстилающего слоя влажная, содержание влаги более чем на три процентных пункта выше оптимального, тогда как перекачивание происходит, когда поверхность подстилающего слоя сухая, а нижележащий грунт влажный.

7. Последовательность строительства основания и подстилающего слоя

1. Удаление поверхностной растительности и верхнего слоя почвы
2. Выемка возвышенностей марки
3. Подготовка и уплотнение основания
4. Привезенные материалы, если естественная несущая способность почвы недостаточна.
5. Компактная засыпка земляного полотна
6. Платформа Place и Compact

8. Оборудование для уплотнения

1. Гравий и песок лучше всего уплотнять барабанным катком или виброплитой.
2. Связный грунт лучше всего уплотнять с помощью вибрирующего катка или трамбовки.
3. Для небольших проектов или вокруг краев, труб или колонн виброплита обеспечивает хорошее уплотнение песка или гравия.

Рис. 4: Уплотнение подстилающего слоя

9. Влияние некачественного основания и подготовки основания

1. Осадка.
2. Различная толщина бетонной плиты.
3. Плохой дренаж.
4. Растрескивание.

Опрос по основанию и основанию бетонной плиты

[wp_quiz_pro]

Обработанное основание и слои основания

Указание: #i1013771

Указание: #i1048902

4.1 Общие положения

Часто местные материалы основания и основания не соответствуют требованиям
материал и инженерные свойства, необходимые для хорошего дорожного покрытия
производительность фундамента. Большая часть дорожного строительства
выполняемая сегодня, состоит из реабилитации существующих дорог, которая
часто содержат утилизированный грунт, основание и материал покрытия
уровни, которые не соответствуют текущим или будущим требованиям по загрузке трафика.
Для достижения необходимых технических свойств основание
или земляное полотно часто требует обработки. В реабилитационных проектах,
обработка, как правило, дорожно-транспортная смесь на месте в соответствии с
Стандарт
Технические условия на строительство и содержание автомобильных дорог, улиц
и Мосты, позиции 260, 265 или 275 (смешанные дороги) для ускорения
строительство и экономия затрат, но достигается лучшая однородность материала
растительным смешением. Для новых и капитальных работ по реконструкции проектировщик
может выбирать растительные смешанные материалы в соответствии со Стандартными спецификациями,
Пункты 263, 276, 292, 340, 341 или 344.

Если обработка необходима для удовлетворения технических требований,
большинство материалов можно сделать подходящими, включив в них химические добавки,
таких как асфальт, цемент, летучая зола или известь. Каждая из этих добавок
эффективен, когда материал разработан и применен должным образом.
Надлежащий дизайн и применение материалов с добавками сведет к минимуму
преждевременное разрушение материала и конструкции дорожного покрытия. База
и материалы земляного полотна обрабатываются химическими добавками для достижения
одна или несколько целей, когда имеющиеся материалы не соответствуют конкретным проектам
требования. Основания для лечения включают следующее:

Анкер: #AGONABQQ
• увеличивает прочность для обеспечения долговременной
  поддержка дорожной конструкции,

Анкер: #NYGQVTWU

• уменьшить требуемую толщину дорожного покрытия,

Анкер: #TTAQVXSO

• снижает восприимчивость к влаге и миграцию,

Анкер: #SHSUPLOQ

• позволяет использовать местные материалы,
  а также

Якорь: #UVDQKETE

• связывает утилизированные материалы различного состава.
  для проектов по восстановлению дорожного покрытия.

Кроме того, цели обработки земляного полотна включают следующее:
почвы или существующие материалы, и

Ведущий: #PTMMHEDU

«Методические рекомендации
для модификации и стабилизации грунтов и основания дорожного покрытия
Структуры» — это документ, в котором излагается надлежащая методология
выбора, проектирования и оценки обработанных почв и базовых слоев
для дорожных конструкций. Этот документ также содержит некоторые основные
знание различных методов лечения, целей лечения,
и механизмы, которые использует каждый метод лечения.

Если грунты и основания содержат растворимые сульфаты, используйте
«Методические рекомендации
для обработки богатых сульфатами грунтов и оснований в конструкциях дорожных одежд» на
определить целесообразность лечения и соображений по строительству
для введения химических добавок.

Как правило, желательна постоянная обработка основания и земляного полотна
материалы, особенно в течение предполагаемого срока службы покрытия
конструкция, в которой значения модуля предполагаются постоянными в проекте
процесс. Структурный кредит выше внутренней способности
сырьевое основание и материал земляного полотна не должны назначаться для обработки
процесс, который не имеет доказанной длительной эффективности. Это действующий
на группу разработчиков для оценки репрезентативных образцов предлагаемых
материалы основания и грунтового основания по методам испытаний, подходящим для
учитываются добавки. Следуйте рекомендациям в
«Методические рекомендации
для модификации и стабилизации грунтов и основания дорожного покрытия
Структуры» или применимую спецификацию. Более того,
следует проводить испытания на прочность в сухих и влажных условиях.
обеспечить надежность требуемых свойств в различных условиях окружающей среды
условия.

Анкер: #i1050050

4.2 Обработка цементом, известью и летучей золой

Эти материалы имеют долгую историю использования в различных деталях.
государства и, как правило, являются наиболее экономичным методом
обработка материалов основания и основания. Строительные проблемы, когда
использование этих добавок включает увеличенное время, необходимое до
к открытию проезжей части для движения транспорта. Дополнительные проблемы включают непоследовательность
распределение добавок или смешивание добавок на неправильную глубину, когда
с использованием «дорожных смешанных» процедур. Слишком много добавок, особенно цемента,
может привести к обширным усадочным трещинам, которые могут отражаться через
поверхности нежестких покрытий. Процедура смягчения для уменьшения
усадочное растрескивание в обработанном цементом основании заключается в появлении микротрещин в обработанном
слой виброкатком через 24-48 часов после завершения уплотнения
и отделка.

Особые требования к расчетной прочности при использовании
цемент. Для обеспечения долговременной прочности и стабильности
слоев основания, обработанного цементом (ЦТБ), необходимо выполнить расчет смеси
чтобы в смесь было добавлено достаточное количество цемента
для достижения целевой силы. Пункт 276, Обработка цемента (растительная смесь),
в настоящее время обозначает три класса гибкого основания, обработанного цементом,
на основе 7-дневной неограниченной прочности на сжатие. Класс М предназначен
для использования с нежесткими покрытиями, класс L предназначен для использования с
твердые покрытия, и класс N может использоваться, если район имеет успешную долгосрочную
опыт работы с другими значениями силы. При указании пункта 275,
Обработка цемента (дорожная смесь), лабораторная целевая прочность должна
быть сопоставимым с требованиями пункта 276 при выборе соответствующего
содержание цемента.

Анкер: #i1050259

4.3 Основания для обработки асфальта (растительные смеси)

Основание, обработанное асфальтом (ATB), также известное как стабилизированное асфальтом
база (ASB), или просто «черная база». Для вариантов HMA нижние слои
разрешено содержать более высокий процент переработанных продуктов и
заполнитель более низкого качества с менее строгими техническими характеристиками материала
требования по сравнению с поверхностными смесями. Стандартный дизайн смеси,
Процедуры производства, размещения и приемки на месте регулируют эти
базовые смеси в соответствии с применимой спецификацией. Эти
материалы готовы к перевозке сразу после завершения уплотнения
и температура ниже 160 ° F, но стоимость высока по сравнению с
другие обработанные базовые варианты.

При длительной влагоустойчивости HMA и обработанного асфальтом
база (ATB) является проблемой, используя примечание к плану для увеличения цели
лабораторная плотность или уменьшение N _{конструкция} (и
таким образом увеличить содержание асфальта) может быть полезным.

Анкер: #i1050320

4.4 Обработка эмульсией и вспененным асфальтом

Артикул 314 и различные одноразовые специальные спецификации позволяют
использование этих добавок. Все эти лечебные процедуры предназначены
для восстановления конструкций дорожного покрытия на месте. Приложение
обычно выполняется с использованием регенератора/ресайклера, соединенного с одним
или более навалочных танкеров, которые доставляют реагенты для обработки жидкости. Переработка
машины становятся все более совершенными и мощными
с годами; до 12 дюймов. существующей глубины дорожного покрытия могут быть обработаны
со значительно улучшенным распределением и однородностью воды и битума
лечебные агенты. Содержание эмульсии обычно ниже 4,0%,
с остатком обычно около 2,5%. Малый процент извести
или цемента (обычно ≤ 1,5%), если это требуется по составу смеси.
обычно распространяется по поверхности существующей проезжей части перед
машина для переработки. Эти добавки поднимают и смешивают вместе с
регенерированные дорожные материалы и жидкие реагенты в бортовой
смесительный барабан за один проход. Добавки извести или цемента служат
следующие функции (
Виртген
Технология холодного ресайклинга, 2012 г. ):

Анкер: #PXBJODLH
• улучшает адгезию битума
  к совокупности,

Анкер: #MJTFLUWO

• улучшает диспергирование битума в
  микс,

Якорь: #RTCHIFHH

• модифицирует пластичность натурального
  материалы (снижает PI),

Ведущий: #JTFNLKUX

• повышает жесткость смеси и
  скорость набора силы и

Анкер: #YHXRVXEK

• ускоряет отверждение уплотненной смеси.

В качестве альтернативы можно вводить известковый или цементный раствор в
в смесительную камеру ресайклера через отдельную насадку-распылитель.
Результатом этих процессов является продукт, который удерживает более мелкие частицы.
инкапсулируя их в битум, заставляя их прилипать к более крупным
частицы без покрытия. В результате остается материал
более гибкий, чем другие химически обработанные материалы, но значительно
снижает чувствительность к влаге. Ограничение для использования этих методов лечения
методов является недостаток знаний и опыта для многих в
разработка смеси и операции по укладке этих материалов. Проектирование
для вспененной асфальтобетонной смеси требуется специализированная лаборатория вспенивания
Ед. изм. Свяжитесь с отделом геотехники, грунтов и заполнителей CST для
помощь.

Важная предосторожность для этих видов лечения
извлекает материал грунтового основания с высоким содержанием PI и смешивает его с
восстановленные тротуарные материалы. Материалы с высоким содержанием PI не будут должным образом диспергироваться.
и не может быть надлежащим образом покрыт битумом; отсюда и материал
будет оставаться восприимчивым к влаге и склонным к необратимой деформации
(рутение). Это чаще происходит с тонкими существующими конструкциями.
и конструкции с сильно изменяющейся толщиной/составом сечения
вдоль проекта. Там, где это состояние ожидаемо и высоко
грунты PI вероятны, процесс проектирования должен включать в себя предварительную
пройти переработку с использованием извести или установить подъемник на гибком основании перед
проход по переработке, чтобы включить этот лучший материал в смесь
и чтобы избежать выемки материала земляного полотна. Лечебная эмульсия
обработанные слои для достижения прочности и стабильности в установленные сроки
может быть проблематичным, если потеря влаги задерживается окружающей средой.