Расчет жестких дорожных одежд. Требования к материалам для цементобетонных покрытий и оснований

1.

Лекция 27, 28
Тема №16
{
Расчет жестких дорожных одежд

2.

План лекции:
16.1 Общие положения
16.2 Расчет монолитных цементобетонных покрытий
16.3 Расчет  асфальтобетонного покрытия на 
цементобетонном основании
16.4 Расчет основания
16.5 Расчет дренирующих слоев основания
16.6 Расчет морозостойкости дорожной одежды и 
земляного полотна
16.7 Требования к материалам для цементобетонных 
покрытий и оснований
{

3.

16.1 Общие положения
К жестким дорожным одеждам относятся дорожные 
одежды, которые имеют покрытия или основания, 
способные работать на растяжение.
Жесткость и прочность их практически не зависят  от 
изменения температуры, влажности, 
продолжительности воздействия нагрузок и которые 
сберегают целостность на протяжении всего срока 
эксплуатации.  
{
Жесткие дорожные одежды имеют покрытия из 
цементобетона на разных видах оснований или  из 
асфальтобетона на цементобетонном основании.

4.

16.1 Общие положения
{

5.

16.1 Общие положения
Проектирование жестких дорожных 
одежд и строительство их должно 
осуществляться в соответствии с 
ВБН В.2.3­218­008­97 
«Проектування і будівництво жорстких та 
з жорсткими прошарками дорожніх 
одягів».
{

6.

16.1 Общие положения
{

7.

16.1 Общие положения
В покрытии устраивают продольные и поперечные швы (сжатия и 
расширения), делящие покрытие на плиты определенной длины и 
ширины. В конце рабочей смены или при длительных перерывах в 
бетонировании (более 2 — 4 ч) устраивают рабочие швы по типу 
швов сжатия и при необходимости швы расширения. 
{
В швах предусматривают штыревые соединения. Пазы швов 
заполняют герметизирующим материалом.
Длину плит lсж (расстояние между поперечными швами сжатия) на 
укрепленном основании и на устойчивом земляном полотне 
принимают по расчету, но не более 25 h, на земляном полотне с 
ожидаемыми неравномерными осадками (включая насыпи высотой 
более 3 м) — 22 h, а в местах перехода из выемок в высокие насыпи, 
в местах примыкания к искусственным сооружениям и в покрытиях 
шириной 6 м и менее — 20 h.

8.

16.1 Общие положения
{

9.

16.1 Общие положения
{

10.

16.1 Общие положения
{

11.

16.1 Общие положения
{

12.

16.1 Общие положения
{

13.

16.1 Общие положения
{

14.

16.1 Общие положения
{

15.

16.1 Общие положения
{
Рис. 3. Расположение штырей в швах покрытий на цементогрунтовом (а), щебеночном и 
песчаном (б) основаниях:
1 — шов сжатия; 2 — шов расширения; 3 — продольный шов; 4 — установочные шпильки 
( 5, l = 13 16 см), приваренные к штырям; 5 — изоляция места сварки с помощью 
специальных колпачков или полиэтиленовой пленки; 6 — заполнитель (при приварке к 
штырям продольного шва шпилек диаметром 8 — 18 мм (в торец) длина штырей может 
быть уменьшена до 50 см)

16.

16.1 Общие положения
Дорожную одежду рассчитывают на перспективную 
интенсивность на весь срок  службы 25 лет с учетом 
состава транспортного потока, грунтовых и природно­
климатических условий.
{
Расчет выполняют в следующих случаях:
­при проектировании дорожной одежды;
­ при определении возможности пропуска тяжелых 
нагрузок по существующему покрытию;
­при определении целесообразности новых 
конструктивных или технологичных решений.

17.

16.1 Общие положения
Расчет выполняют по предельному состоянию, которое означает 
утрату работоспособности того или иного элемента конструкции, на 
основе расчетных схем, использующих нормативные расчетные 
параметры.
Расчет ведется путем проверки заранее назначенной конструкции 
дорожной одежды:
{
­ на прочность верхних слоев дорожной одежды;
­ на прочность и устойчивость земляного полотна и слоев основания 
на сдвиг и образование уступов в поперечных швах бетонных 
покрытий;
­ на устойчивость в продольном направлении бетонного покрытия в 
теплое время года, на прочность стыковых и монтажных 
соединений;
­ на устойчивость дорожной одежды на зимнее пучинообразование;
­ на способность дренирующего слоя отводить воду в весенний 
период.

18.

16.1 Общие положения
Исходные данные для расчета дорожной одежды 
включают:
- параметры транспортных нагрузок (расчетная 
интенсивность движения, расчетные нагрузки);
{
- параметры дороги (категория, ширина проезжей 
части, срок службы дорожной одежды до 
капитального  ремонта);
- параметры земляного полотна и условия его работы 
(тип местности , вид грунтов, уровень грунтовой воды);
­ дорожно – климатический район.

19.

16.1 Общие положения
{

20.

16.1 Общие положения
Нормати
вная 
Группа 
статичес
расчетной 
кая 
нагрузки
нагрузка 
на ось,кН
{
А1
А2
Б
115
100
60
Расчетные 
параметры 
нагрузки
Нормативная нагрузка на 
поверхность покрытия от 
колеса расчетного 
автомобиля, кН
Среднерас
четное 
удельное 
давление 
колеса на 
покрытие 
Статическая,  Динамическая,  р, МПа
Qр
Qpg
57,5
50
30
74,76
65,00
39,00
0,7
0,6
0,5
Dн , см
Dд , см
32,3 36,8
32,6 37,1
27,8 32,0

21.

16.1 Общие положения
{

22.

16.2 Расчет монолитных цементобетонных покрытий
Расчет проводят путем проверки прочности покрытия по 
формуле: 
Кмц ≤ Ri розр /σрt ,
где Кмц  ­ коэффициент прочности ,назначается в зависимости от 
категории дороги по  таблице 3.1 ВБН; 
Ri розр – расчетная прочность бетона растяжению при изгибе, 
определяется  по Приложению А, ВБН; 
σрt  ­ напряжение растяжению при изгибе, возникающие в 
бетонном покрытии от действия нагрузки, с учетом перепада 
температуры по толщине плиты.
{
Расчетное место  приложения нагрузки на дорожное покрытие  ­ 
 продольный внешний край в центре по длине плиты.

23.

16.2 Расчет монолитных цементобетонных покрытий
Напряжение σрt  (МПа) определяется по следующей зависимости:
σрt = Qp Kм 60 Кумв Кшт [0,0592­0,09284 ln(R/lу)]/h2 Kt ,
где Qp – расчетная нагрузка, кН; 
Kм ­ коэффициент, учитывающий влияние места расположения 
нагрузки: для неармированных покрытий Kм = 1,5; для покрытий  с 
краевым армированием ­ Kм = 1,0 для продольного направления и 
Kм = 1,5 для поперечного;
Кумв  ­ коэффициент условия работ;
Кшт – коэффициент, учитывающий влияние штыревых соединений 
на условия контакта плит с основанием: при наличии в поперечных 
швах штырей Кшт = 1, при отсутствии штырей Кшт =1,05;
h – толщина плиты;
Kt  ­ коэффициент, учитывающий температурную деформацию 
плит и определятся по таблице 3.3 ВБН 
R – радиус следа колеса, см; R = √Qp /0,1πqш ,
{

24.

16.2 Расчет монолитных цементобетонных покрытий
Дорожно­
климатиче
ский район
А­1;А­3;
А­6;
А­2; А­4;
А­5; А­7
16
{
17
Значения Кt, при толщине плиты, см
18
19
20
21
22
23
24
25
26
0,95 0,93
0,9
0,87
0,85
0,83
0,8
0,77
0,73
0,7
0,67
0,95 0,93
0,94 0,92
0,9
0,89
0,87
0,86
0,84
0,84
0,82
0,82
0,79
0,78
0,76
0,75
0,72
0,71
0,69
0,68
0,68
0,65

25.

16.2 Расчет монолитных цементобетонных покрытий
{

26.

16.2 Расчет монолитных цементобетонных покрытий
{

27.

16.2 Расчет монолитных цементобетонных покрытий
{

28.

16.2 Расчет монолитных цементобетонных покрытий
{

29.

16.3 Расчет  асфальтобетонного покрытия на цементобетонном 
основании
{

30.

16.4 Расчет основания
При расчете по критерию недопустимых уступов между плитами
(высотой не более 0,3 см) устойчивость считается обеспеченной при
условии
qрасч ≤ qдоп .
{
Расчетное давление qрозр (МПа) на основание при нагружении обоих
углов плит около поперечного шва вычисляется по формуле
qрозр =27,4 Р mст /(LТ)2 , Р в кН; LТ в см,
где mст коэффициент, учитывающий влияние стыкового соединения;
если стык работает, mст = 0,7, если не работает, mст = 1,0.
3 _________________
LТ = 2,5h√E(1-µ 2)/6Е э (1-µ2)

31.

16.4 Расчет основания
{

32.

16.4 Расчет основания
{

33.

16.4 Расчет основания
{

34.

16.4 Расчет основания
{

35.

16.5 Расчет дренирующих слоев основания
{

36.

16.6 Расчет морозостойкости дорожной одежды и земляного 
полотна
{

37.

16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и оснований
Цементобетон
Требования к цементобетону дорожных покрытий и оснований 
устанавливаются проектом в соответствии с ДСТУ Б В. 2.7­43 и 
сводятся к назначению марок бетона по прочности на растяжение 
при изгибе Вtb , по прочности на сжатие В и по морозостойкости F.
 
В соответствии с ДСТУ Б В. 2.7­43 применяются следующие марки 
бетона:
- по прочности на растяжение при изгибе ­  Вtb 3,5; Вtb 4,0; Вtb 4,5; Вtb 
5,0; Вtb 5,5;
{
-
по прочности на сжатие – В20, В25, В30, В35, В40;
-
по морозостойкости ­ F100, F150, F200 для однослойных и 
верхнего слоя двухслойных покрытий в районах Украины со 
среднемесячной температурой наиболее холодного месяца 
соответственно от 0°С до минус 5°С. от минус 5°С до минус 15°С, 
от минус 15°С  и ниже.

38.

16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и 
оснований
Цементобетон
Для бетонных оснований дорожной одежды капитального типа 
применяют следующие марки бетона:
-
по прочности на растяжение при изгибе ­  Вtb 1,5; Вtb 2,0; Вtb 2,5; Вtb 
3,0; Вtb 3,5;
-
по прочности на сжатие – В5, В7,5, В10, В15, В20;
-
по морозостойкости ­ F25, F50 для районов Украины со 
среднемесячной температурой наиболее холодного месяца 
соответственно от 0°С до минус 5°С, от минус 5°С   и ниже.
{

39.

16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и оснований
Цементобетонная смесь
Бетонная смесь должна иметь  подобранный зерновой состав, 
достаточную подвижность, которая обеспечивает получение ровной 
 и ненарушенной поверхности. Она должна быть достаточно вязкой, 
не расслаиваться во время транспортирования  и распределения по 
основанию. 
Бетонные смеси, которые укладываются в конструкцию дорожной 
одежды с использованием виброуплотнения, должны иметь 
подвижность на месте укладки (ОК) в границах (1­5)см и жёсткость в 
границах (3­10)с.
Удобоукладываемость должна выбираться в зависимости от 
назначения бетонной смеси, способа ее уплотнения  и скорости 
движения бетоноукладчика
{
Скорость движения 
бетоноукладчика,
м/мин
2
2­2,5
2,5­3
Подвижность (осадка 
конуса), см
Жесткость, с
1­3
2­4
3­5
8­10
5­8
3­5

40.

16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и оснований
Цементобетонная смесь
Для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий 
водоцементное отношение в бетонной смеси не должно превышать 
0,5, а для нижнего слоя двухслойных  – 0,6. 
Для  покрытия пористость бетонной смеси должна соответствовать 
данным, приведенным в таблице
{
Конструктивный слой покрытия
Объём пор, %, для бетона
тяжелого
мелкозернистого
Однослойные и верхний слой  двухслойных 
покрытий
5­7
2­7
Нижний слой двухслойных покрытий
3­5
1­12

41.

3. Цемент
16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и оснований
Цемент
Для бетона дорожных покрытий и оснований необходимо 
применять портландцемент по ДСТУ Б.В.2.7­46­96. 
Виды и назначение цемента приведены в таблице 
Конструктивный слой
дорожной одежды
{
Одно­или 
двухслойное 
покрытие
Вид цемента
Марка
цемента
Условное обозначение 
цемента
Портландцемент 
бездобавочный
500
400
Ц 500­ДО­Н
Ц 400­ДО­Н
500
400
ПЦ 500­Д20­Н
ПЦ 400­Д20­Н
300
ШПЦ­300
400
300
ПЦ 400­Д­20
ПЦ 300­Д­20
Портландцемент  с 
добавкой  не более 15% 
гранулированного 
шлака
Шлакопортландцемент 
Портландцемент  с 
минеральными 
добавками

42.

16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и 
оснований
4. Крупный заполнитель
Крупный заполнитель
Для бетона дорожных покрытий  и оснований необходимо 
применять щебень из природного камня, гравия, щебень из 
металлургических шлаков, которые соответствуют требованиям 
ДСТУ Б В.2.7­43.
Наибольший размер щебня для бетона однослойных покрытий 
должен быть не более 40 мм; для верхнего слоя двухслойных 
покрытий 20 мм; для оснований  ­ 70 мм.
{
По зерновому составу крупный заполнитель должен иметь 
беспрерывную гранулометрию.
По форме зерен щебень для бетона  покрытий должен иметь 
кубовидную форму. Количество зерен слабых пород 
ограничивается ДСТУ Б В.2.7­43.

43.

4. Крупный заполнитель
16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и оснований
Крупный заполнитель
Прочность крупного заполнителя для бетона должна 
соответствовать требованиям таблицы 
Назначение бетона
{
Однослойные и верхний слой 
двухслойных покрытий
Нижний слой двухслойных 
покрытий
Основание
Минимальная марка крупного заполнителя по 
прочности и износу
щебня
гравия и щебня из 
из изверженных и 
из осадочных 
гравия
метаморфических 
пород
пород
Др  8 / И ­ ІІ
1200 / И ­ 1
800 / 
800 / И ­ ІІІ
600 / И ­ ІІІ
Др  12 / И ­ ІІІ
800 / И ­ ІІІ
 
Др  16 / И ­ ІV
Количество пылеватых и глинистых частиц в щебне не должно 
превышать  требований, регламентированных в таблице 
Вид щебня и его марка по прочности
Щебень из изверженных и метаморфических пород
Щебень из осадочных пород марок:
от 600 до 1200
от 200до400
Количество пылеватых и глинистых 
частиц, % к массе, не более
1
 
2
3

44.

4. Крупный заполнитель
16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и оснований
Крупный заполнитель
Количество в крупном заполнителе зерен пластинчатой (лещадка) и 
игольчатой формы для бетона однослойных и верхнего слоя 
двухслойных покрытий не должно превышать 25 % по массе.
Морозостойкость щебня и гравия должна соответствовать 
требованиям,  приведенным в таблице
{
Назначение бетона
Однослойные покрытия и 
верхний слой двухслойных 
покрытий дорог
Нижний слой двухслойных 
покрытий
Основания 
Марка морозостойкости щебня и гравия для 
бетона, который эксплуатируется в районах со 
среднемесячной температурой наиболее 
холодного месяца
от  0°С до ­
от ­5°С до ­15°С
ниже ­15°С
F50
F100
F150
F25
F50
F100
F15
F25
F25

45.

5. Мелкий заполнитель
16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и оснований
Мелкий заполнитель
Для дорожных покрытий и оснований могут применяться все виды 
природных песков, а также пески, полученные в результате 
дробления (высевки), в том числе и обогащенные. 
Одной из основных характеристик , по которой определяется 
пригодность песков, является зерновой  состав, который 
характеризуется модулем крупности и полным остатком на сите 
0,63 мм.
Песок, полученный в результате дробления, применяемый для 
бетона, должен выбираться по прочности исходной горной породы 
или гравия в соответствии  с требованиями, приведенными в 
таблице 
{
Назначение бетона
Однослойные покрытия и верхний слой 
двухслойных покрытий дорог
Нижний слой двухслойных покрытий и 
оснований
Марка по прочности исходной горной породы 
(гравия)
из осадочных 
из изверженных
из гравия
метаморфических 
 пород
пород
Др 8
800
800
800
400
Др 16

46.

6. Вода
16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и оснований
Вода
Для приготовления бетонной смеси, а также для промывки заполнителей и 
уходом за свежеуложенным цементобетонным покрытием должна 
применяться вода, которая не содержит вредных примесей или содержит  
ограниченное их количество с точки зрения возможной коррозии 
цементного камня или арматуры.
Вода, которая отвечает требованиям ГОСТ 23732, пригодна для 
приготовления бетонной смеси. Максимальное количество вредных 
примесей в воде приведено в таблице 
{
Назначение воды
Пригтовление бетонной смеси для предварительно 
напряженных железобетонных покрытий 
То же самое,  с ненапрягаемой арматурой 
То же самое, при строительстве бетонных неармированных 
оснований
Вода для промывания заполнителей и для ухода за 
свежеуложенным бетоном покрытий
Для  ухода за бетоном оснований
Содержание примесей в воде, 
мг/л
раствори
ионов 
ионов 
мых 
­2
SO4
CL­1
солей
2000
600
380
5000
2700
1200
10000
2700
3800
5000
2700
1200
35000
2700
20000

47.

16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и 
оснований
7. Ускорители твердения
Ускорители твердения
Для ускорения твердения цемента необходимо применять: хлорид кальция 
CaCl2  гранулированный  или жидкий; хлорид натрия NaCl в виде пищевой  
или технической соли.
Оптимальное количество хлорида кальция или хлорида натрия необходимо 
 устанавливать экспериментальным путем при подборе состав бетона. 
Количество указанных добавок для бетона, который твердеет при 
среднесуточной температуре воздуха больше 5°С и минимальной суточной 
температуре более 0°С, не должно превышать:
­для неармированных бетонных покрытий ­ 3%  массы цемента;
­для железобетонных и армобетонных покрытий с ненапрягаемой 
арматурой диаметром более 5 мм – 2 % массы цемента.
Добавки хлорида кальция и хлорида натрия в неармированные бетонные 
покрытия в количестве, которые превышают указанные нормы, 
применяют в соответствии с указаниями по строительству автомобильных 
дорог в зимних условиях.
Указанные добавки запрещается применять для бетонов, предназначенных 
для устройства предварительно напряженных покрытий.
{

48.

16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и 
оснований
8. Арматурная сталь
Арматурная сталь
Штыри необходимо изготовлять из стержневой горячекатаной 
арматуры  класса А­1.
Для армирования покрытий необходимо применять сварные 
плоские сетки с продольной рабочей арматурой из стержневой 
горячекатаной стали периодического профиля класса А­ІІ.
{

49.

16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и 
9. Материалы для прокладок температурных швов
оснований
Материалы для прокладок температурных швов
Прокладки, которые устанавливаются в швах расширения, 
необходимо изготовлять из чистообрезных досок І и ІІ сортов из 
мягких пород древесины (ель, сосна).
Прокладки из других материалов должны быть упругими и 
достаточно жесткими для  установки и закрепления их в проектное 
положение.
{
Прокладки из листового материала для швов сжатия, которые 
укладываются  в свежеуложенный бетон, должны быть 
морозостойкими, бензо­ и маслостойкими. Для таких прокладок 
разрешается применять изол.

50.

16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и 
10. Материалы для ухода за цементобетоном
оснований
Материалы для ухода за цементобетоном
Пленкообразующие материалы для уходом за свежеуложенным 
бетоном должны удовлетворять следующим требованиям:
­ хорошо распределяться по поверхности бетона и создавать 
достаточно сплошную пленку, которая имеет достаточную 
влагоудерживающую способность и сцепление с бетоном на 
протяжении не меньше 28 суток;
­ не должны иметь вредного воздействия на здоровье работающих 
при условии соблюдения правил охраны труда;
­ не должны ухудшать процессы твердения и долговечности бетона;
­ в момент нанесения жидкости, ее вязкость не должна превышать 
20 с по вискозиметру ВЗ­4;
­ период формирования пленки при температуре воздуха 20°С 
должен быть не более 5 часов;
­ пленка не должна уменьшать сцепление колес автомобиля с 
бетонным покрытием;
­ пленка желательно должна иметь светлый цвет.
{

51.

16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и 
10. Материалы для ухода за цементобетоном
оснований
Материалы для ухода за цементобетоном
Для ухода за бетоном применяются следующие пленкообразующие 
материалы:
-
анионные быстрораспадающиеся битумные эмульсии класса БА­2;
-
допускаются быстрораспадающиеся битумные эмульсии классу 
БА­1 и среднераспадающиеся эмульсии класса СА;
-
светлые пленкообразующие материалы ПМ­86 (помароль), ПМ 
100А, ПМ 100АМ6, кремнийорганические жидкости 136­41, 134­342, 
лак – этиноль.
{

52.

16.7 Требования к материалам для цементобетонных покрытий и 
11. Материалы для герметизации температурных швов
оснований
Материалы для герметизации температурных швов
Материалы для герметизации температурных швов должны 
обеспечивать их водонепроницаемость и оберегать от загрязнения 
песком, щебнем и другими твердыми материалами.
Для заполнения швов в бетонных покрытиях разрешается применять 
такие герметизирующие материалы: мастики, пасты (вводятся в швы 
под давлением), готовые эластичные прокладки.
Материалы – заполнители швов могут быть холодными, которые 
применяются без предварительного подогрева, а также горячие, 
которые подогреваются перед применением.
Заполнители, которые укладываются в холодном состоянии, должны 
затвердевать при температуре окружающей среды не ниже плюс 5°С и 
не позднее 10 суток.
Заполнители должны иметь следующую температуростойкость для 
разных дорожно ­ климатических зон:
І зона                          от минус 40 до плюс 50°С;
ІІ зона                         от минус 30 до плюс 60°С;
ІІІ ­ ІV зона                от минус 20 до плюс 80°С;
{