Проектирование дорожных одежд с покрытием из тротуарных плит
Используемый дорожными проектировщиками Беларуси типовой кодекс проектирования «Благоустройство территорий. Дорожные одежды с покрытием из плит тротуарных» распространяется на проектирование дорожных одежд пешеходных путей и зон со сборным покрытием из тротуарных плит. Он устанавливает основные требования по проектированию и расчету земляного полотна и дорожных одежд, требования к материалам, к конструкциям узлов сопряжений и примыканий с выступающими элементами благоустройства.
Конструирование дорожной одежды и земляного полотна
Дорожную одежду пешеходных зон с покрытием из тротуарных плит следует проектировать совместно с земляным полотном как единое целое, так как прочность и долговечность дорожной одежды в значительной степени зависит от состояния грунтов земляного полотна. При проектировании конструкций дорожной одежды и земляного полотна следует учитывать местные природные и грунтово-гидрологические условия, предусматривать широкое применение местных материалов и максимально использовать опыт эксплуатации пешеходных зон со сборным покрытием в районе строительства.
При проектировании земляного полотна необходимо вывести зону промерзания из зоны капиллярного увлажнения за счет возвышения низа дорожной одежды над расчетным уровнем грунтовых вод. В зависимости от вида грунтов земляного полотна возвышение низа дорожной одежды следует принимать в соответствии с СНБ 3.03.02. Расчетный уровень грунтовых вод по данным разовых измерений его величины в период изыскания следует определять на основе статистического метода в соответствии с Пособием П 3.03.01 к СНиП 2.05.02.
Коэффициент уплотнения грунта земляного полотна должен быть не менее 0,98. При использовании в верхней части земляного полотна сильно пучинистых и чрезмерно пучинистых грунтов необходимо устройство морозозащитного слоя из стабильных грунтов и материалов. Толщину морозозащитного слоя следует принимать в соответствии с Пособием 3.03.01 к СНиП 2.05.02. Для предотвращения переувлажнения земляного полотна, а также для осушения дорожной конструкции следует назначать дренирующий слой из материалов с коэффициентом фильтрации не менее 1 метра в сутки.
Дренирующий слой проектируется в зависимости от места расположения пешеходной зоны на профиле улицы, то есть условий ее увлажнения, грунтов земляного полотна и коэффициента фильтрации материала. Минимальные толщины дренирующего слоя в зависимости от размещения пешеходных зон, коэффициента фильтрации материала дренирующего слоя и вида грунта земляного полотна приведены в таблице 4.1 кодекса и составляют 20-40 сантиметров. Для отвода воды из дренирующего слоя следует предусматривать мероприятия в соответствии с требованиями СНБ 3.03.02.
В качестве материалов дренирующего слоя применяют песок по ГОСТ 8736, песчано-гравийную смесь по ГОСТ 23735, а также щебеночно-песчано-гравийные смеси по ГОСТ 25607. Если по гидрогеологическим условиям или технико-экономическим показателям целесообразно снизить требования по возвышению поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод, то следует предусмотреть специальные мероприятия по снижению уровня грунтовых вод или защите верхней части земляного полотна от избыточного увлажнения, как-то: использование непучинистых и слабопучинистых грунтов для сооружения верхней части земляного полотна, находящегося в зоне промерзания, устройство дренажей, устройство капилляропрерывающих или изолирующих прослоек. Конструкции дорожных одежд следует проектировать в соответствии с требованиями СНБ 3.03.02, установленными для дорожных одежд облегченного типа. Прочность дорожных одежд пешеходных зон шириной 2,25 метра и более должна обеспечивать восприятие нагрузки от проезда тяжелой уборочной и поливочной техники. Типовые конструкции дорожных одежд пешеходных зон, принимаемые в зависимости от материала основания с дополнительным дренирующим слоем из песка, приведены в альбоме серии Б3.020.1-2.99, выпуск 0 «Плиты тротуарные. Материалы для проектирования и указания по применению изделий». Тротуарные плиты для мощения пешеходных зон должны соответствовать требованиям СТБ 1071.
Расчет тротуарных плит и всей конструкции дорожной одежды на прочность приведены в разделе 5 кодекса «Благоустройство территорий». Основание под сборным покрытием должно обеспечивать прочность и устойчивость от действия расчетных нагрузок. Коэффициент уплотнения каждого слоя основания должен быть не менее 0,98. В качестве материалов основания следует применять природные песчано-гравийные смеси, обогащенные до оптимального состава по ГОСТ 25607, готовые смеси оптимального состава в соответствии с требованиями ГОСТ 25607 номеров С1, С2, С6, С7 и С8, готовые щебеночно-песчаные смеси из шлаков по ГОСТ 3344 марок С3 и С4, щебень, обработанный пескоцементной смесью марки М20 по СТБ1521, песок, обработанный цементом в соответствии с требованиями СТБ 1521, бетон класса В15 по ГОСТ 26633, пески крупные, гравелистые и среднезернистые по ГОСТ 8736.
Морозостойкость материала цементобетонного основания должна быть не ниже F75, морозостойкость других видов материалов для основания не ниже F50. Между покрытием и основанием следует предусматривать не уплотняемый до укладки плит выравнивающий слой толщиной 2-4 сантиметра из песка естественной влажности, песка, обработанного цементом марки М10 по ГОСТ 23558, или цементно-песчаной смеси, приготовленной на песке естественной влажности, который обеспечивает выравнивание слоя основания и осадку плит после уплотнения их виброуплотняющей площадкой. Выравнивающий слой в качестве конструктивного слоя не рассматривается и в расчетах не учитывается. Материал основания устанавливается проектом в зависимости от действующей на покрытие транспортной нагрузки.
В кодексе приведены варианты конструкций дорожных одежд с конструктивными слоями из различных материалов, а также варианты деталей сопряжений сборных покрытий пешеходных зон с другими элементами улиц и проезжей частью городских дорог. В качестве материала выравнивающего слоя в конструкциях дорожных одежд с неукрепленными основаниями применяют, как правило, песок средний по ГОСТ 8736, в конструкциях с укрепленными основаниями — песок, обработанный цементом марки М10 по ГОСТ 23558. При примыкании сборного покрытия к цоколю зданий и на откосах круче 1:5 в качестве материала выравнивающего слоя следует применять цементно-песчаную смесь, приготовленную на песке естественной влажности, при соотношении между цементом и песком, аналогичным принимаемому при подборе состава строительного раствора марки по прочности М50, марки по подвижности Пк2 по СТБ 1307.
Расчет дорожной одежды и земляного полотна
Расчет дорожных одежд необходимо выполнять с учетом надежности, то есть вероятности безотказной работы конструкции в течение всего периода между капитальными ремонтами. Количественным показателем служит уровень надежности, представляющий собой отношение протяженности прочных, не требующих капитального ремонта участков дорожных одежд к их общей протяженности. При выполнении расчета дорожных одежд уровень надежности Кн и соответствующий ему коэффициент прочности Кпр следует принимать в зависимости от транспортной нагрузки и материала основания. Расчет дорожной одежды с покрытием из тротуарных плит на прочность производят из условия восприятия нагрузок от проезда уборочной и поливочной техники. Дорожную одежду следует рассчитывать на сопротивление растяжению при изгибе бетонных плит, на сопротивление сдвигу слоев основания и всей конструкции в целом, в обоих случаях под действием расчетной эксплуатационной нагрузки, а также на осушение. Конструкция дорожной одежды считается прочной, если коэффициент прочности на растяжение при изгибе и сопротивление сдвигу слоев основания и всей конструкции в целом больше или равен найденному с учетом требуемого уровня надежности проектируемой одежды, а коэффициент фильтрации материала дренирующего слоя и его толщина обеспечивают своевременный отвод избыточной воды.
Если земляное полотно слагают супеси и тяжелые пылеватые суглинки, необходимо обеспечить нормативную толщину дорожной одежды из стабильных материалов, не подверженных пучению в соответствии с требованиями СНБ 3.03.02. Конструкции следует выбирать на основе экономических сопоставлений нескольких вариантов, удовлетворяющих критериальным условиям.
Расчет прочности покрытия
Прочность покрытия из тротуарных плит определяют исходя из категории плит по жесткости, характеризуемой показателем жесткости. Если он меньше 0,5, плиты относят к категории абсолютно жестких и на прочность не рассчитывают. Если в пределах от 0,5 до 10, плиты относят к категории плит с конечной жесткостью и рассчитывают их на прочность.
Показатель жесткости плиты определяют по формуле, в соответствии с которой эта величина зависит от радиуса круглой плиты, равновеликой по площади квадратной или многоугольной плиты или полудлины прямоугольной плиты, толщины плиты, модуля упругости бетона и эквивалентного модуля упругости основания. Плиты, у которых отношение радиуса к толщине меньше 2,5, относят к категории абсолютно жестких и покрытие из них на прочность не рассчитывают. Толщину плит тротуаров, на которых отсутствует транспортная нагрузка, не рассчитывают и принимают равной 5 сантиметрам.
Условия прочности плит покрытия с конечной жесткостью задаются соотношением, в котором коэффициент прочности, определенный в зависимости от транспортной нагрузки, умноженный на расчетное напряжение растяжения при изгибе, возникающее в плите покрытия от действия нагрузки и изменений температуры по толщине плиты, должен быть меньше расчетной прочности бетона плит на растяжение при изгибе.
Данная же прочность определяется умножением класса бетона на растяжение при изгибе на коэффициент увеличения прочности бетона со временем, равный 1,2. Расчетное напряжение растяжения при изгибе определяется в зависимости от нагрузки на колесо, коэффициента условий работы, равного 0,8, безразмерного единичного момента, определяемого по таблице в зависимости от жесткости плиты, коэффициента, учитывающего конфигурацию плит, для круглых и квадратных плит он равен 1, а также, разумеется, от толщины плиты.
Расчет основания и земляного полотна на прочность
Условие прочности основания и земляного полотна должно удовлетворять требованию, в соответствии с которым коэффициент прочности, умноженный на активное напряжение сдвига, должен быть меньше допустимого напряжения сдвига. Вначале определяют средний модуль упругости слоев дорожной одежды, расположенных над проверяемым на прочность слоем основания или земляного полотна. Далее определяют активное напряжение сдвига от временной нагрузки, после чего находят активное напряжение сдвига от собственного веса дорожной одежды.
Определяют допускаемые напряжения сдвига в грунте земляного полотна или в слоях из слабосвязных материалов умножением сцепления в грунте или слабосвязном материале, определяемого по таблице 5.6 и приложению Б кодекса, на поправочный коэффициент. Далее определяют действующее в грунте или слабосвязном материале напряжение сдвига как сумму активного напряжения сдвига от временной нагрузки, умноженного на нагрузку, действующую на покрытие, и активное напряжение сдвига от собственного веса дорожной одежды. Вычисляют отношение допустимых напряжений сдвига к действующим. Если оно больше коэффициента прочности дорожной одежды, то требование по сдвигу обеспечено. В противном случае необходимо изменить конструкцию дорожной одежды путем увеличения толщины вышележащих слоев или их прочности.
Расчет земляного полотна по условиям осушения или обеспечения необходимой морозоустойчивости производят по Пособию П 3.03.01 к СН и П 2.05.02. В трех приложениях к кодексу приведены варианты деталей сопряжений сборных покрытий пешеходных зон с другими элементами улиц и проезжей частью городских дорог, расчетные характеристики материалов дорожных одежд и грунтов земляного полотна и примеры расчета дорожных одежд с покрытием из тротуарных плит.
Данный материал подготовлен по сообщению, сделанному 10 ноября 2005 года главным научным сотрудником Института дорожных исследований профессором Вячеславом Яромко на семинаре «Новые нормативно-технические правовые акты в области проектирования, устройства и эксплуатации дорожных одежд пешеходных зон с покрытиями из мелкоштучных бетонных плит».
Сергей ЗОЛОТОВ
Конструирование дорожной одежды и земляного полотна
Дорожную одежду пешеходных зон с покрытием из тротуарных плит следует проектировать совместно с земляным полотном как единое целое, так как прочность и долговечность дорожной одежды в значительной степени зависит от состояния грунтов земляного полотна. При проектировании конструкций дорожной одежды и земляного полотна следует учитывать местные природные и грунтово-гидрологические условия, предусматривать широкое применение местных материалов и максимально использовать опыт эксплуатации пешеходных зон со сборным покрытием в районе строительства.
При проектировании земляного полотна необходимо вывести зону промерзания из зоны капиллярного увлажнения за счет возвышения низа дорожной одежды над расчетным уровнем грунтовых вод. В зависимости от вида грунтов земляного полотна возвышение низа дорожной одежды следует принимать в соответствии с СНБ 3.03.02. Расчетный уровень грунтовых вод по данным разовых измерений его величины в период изыскания следует определять на основе статистического метода в соответствии с Пособием П 3.03.01 к СНиП 2.05.02.
Коэффициент уплотнения грунта земляного полотна должен быть не менее 0,98. При использовании в верхней части земляного полотна сильно пучинистых и чрезмерно пучинистых грунтов необходимо устройство морозозащитного слоя из стабильных грунтов и материалов. Толщину морозозащитного слоя следует принимать в соответствии с Пособием 3.03.01 к СНиП 2.05.02. Для предотвращения переувлажнения земляного полотна, а также для осушения дорожной конструкции следует назначать дренирующий слой из материалов с коэффициентом фильтрации не менее 1 метра в сутки.
Дренирующий слой проектируется в зависимости от места расположения пешеходной зоны на профиле улицы, то есть условий ее увлажнения, грунтов земляного полотна и коэффициента фильтрации материала. Минимальные толщины дренирующего слоя в зависимости от размещения пешеходных зон, коэффициента фильтрации материала дренирующего слоя и вида грунта земляного полотна приведены в таблице 4.1 кодекса и составляют 20-40 сантиметров. Для отвода воды из дренирующего слоя следует предусматривать мероприятия в соответствии с требованиями СНБ 3.03.02.
В качестве материалов дренирующего слоя применяют песок по ГОСТ 8736, песчано-гравийную смесь по ГОСТ 23735, а также щебеночно-песчано-гравийные смеси по ГОСТ 25607. Если по гидрогеологическим условиям или технико-экономическим показателям целесообразно снизить требования по возвышению поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод, то следует предусмотреть специальные мероприятия по снижению уровня грунтовых вод или защите верхней части земляного полотна от избыточного увлажнения, как-то: использование непучинистых и слабопучинистых грунтов для сооружения верхней части земляного полотна, находящегося в зоне промерзания, устройство дренажей, устройство капилляропрерывающих или изолирующих прослоек. Конструкции дорожных одежд следует проектировать в соответствии с требованиями СНБ 3.03.02, установленными для дорожных одежд облегченного типа. Прочность дорожных одежд пешеходных зон шириной 2,25 метра и более должна обеспечивать восприятие нагрузки от проезда тяжелой уборочной и поливочной техники. Типовые конструкции дорожных одежд пешеходных зон, принимаемые в зависимости от материала основания с дополнительным дренирующим слоем из песка, приведены в альбоме серии Б3.020.1-2.99, выпуск 0 «Плиты тротуарные. Материалы для проектирования и указания по применению изделий». Тротуарные плиты для мощения пешеходных зон должны соответствовать требованиям СТБ 1071.
Расчет тротуарных плит и всей конструкции дорожной одежды на прочность приведены в разделе 5 кодекса «Благоустройство территорий». Основание под сборным покрытием должно обеспечивать прочность и устойчивость от действия расчетных нагрузок. Коэффициент уплотнения каждого слоя основания должен быть не менее 0,98. В качестве материалов основания следует применять природные песчано-гравийные смеси, обогащенные до оптимального состава по ГОСТ 25607, готовые смеси оптимального состава в соответствии с требованиями ГОСТ 25607 номеров С1, С2, С6, С7 и С8, готовые щебеночно-песчаные смеси из шлаков по ГОСТ 3344 марок С3 и С4, щебень, обработанный пескоцементной смесью марки М20 по СТБ1521, песок, обработанный цементом в соответствии с требованиями СТБ 1521, бетон класса В15 по ГОСТ 26633, пески крупные, гравелистые и среднезернистые по ГОСТ 8736.
Морозостойкость материала цементобетонного основания должна быть не ниже F75, морозостойкость других видов материалов для основания не ниже F50. Между покрытием и основанием следует предусматривать не уплотняемый до укладки плит выравнивающий слой толщиной 2-4 сантиметра из песка естественной влажности, песка, обработанного цементом марки М10 по ГОСТ 23558, или цементно-песчаной смеси, приготовленной на песке естественной влажности, который обеспечивает выравнивание слоя основания и осадку плит после уплотнения их виброуплотняющей площадкой. Выравнивающий слой в качестве конструктивного слоя не рассматривается и в расчетах не учитывается. Материал основания устанавливается проектом в зависимости от действующей на покрытие транспортной нагрузки.
В кодексе приведены варианты конструкций дорожных одежд с конструктивными слоями из различных материалов, а также варианты деталей сопряжений сборных покрытий пешеходных зон с другими элементами улиц и проезжей частью городских дорог. В качестве материала выравнивающего слоя в конструкциях дорожных одежд с неукрепленными основаниями применяют, как правило, песок средний по ГОСТ 8736, в конструкциях с укрепленными основаниями — песок, обработанный цементом марки М10 по ГОСТ 23558. При примыкании сборного покрытия к цоколю зданий и на откосах круче 1:5 в качестве материала выравнивающего слоя следует применять цементно-песчаную смесь, приготовленную на песке естественной влажности, при соотношении между цементом и песком, аналогичным принимаемому при подборе состава строительного раствора марки по прочности М50, марки по подвижности Пк2 по СТБ 1307.
Расчет дорожной одежды и земляного полотна
Расчет дорожных одежд необходимо выполнять с учетом надежности, то есть вероятности безотказной работы конструкции в течение всего периода между капитальными ремонтами. Количественным показателем служит уровень надежности, представляющий собой отношение протяженности прочных, не требующих капитального ремонта участков дорожных одежд к их общей протяженности. При выполнении расчета дорожных одежд уровень надежности Кн и соответствующий ему коэффициент прочности Кпр следует принимать в зависимости от транспортной нагрузки и материала основания. Расчет дорожной одежды с покрытием из тротуарных плит на прочность производят из условия восприятия нагрузок от проезда уборочной и поливочной техники. Дорожную одежду следует рассчитывать на сопротивление растяжению при изгибе бетонных плит, на сопротивление сдвигу слоев основания и всей конструкции в целом, в обоих случаях под действием расчетной эксплуатационной нагрузки, а также на осушение. Конструкция дорожной одежды считается прочной, если коэффициент прочности на растяжение при изгибе и сопротивление сдвигу слоев основания и всей конструкции в целом больше или равен найденному с учетом требуемого уровня надежности проектируемой одежды, а коэффициент фильтрации материала дренирующего слоя и его толщина обеспечивают своевременный отвод избыточной воды.
Если земляное полотно слагают супеси и тяжелые пылеватые суглинки, необходимо обеспечить нормативную толщину дорожной одежды из стабильных материалов, не подверженных пучению в соответствии с требованиями СНБ 3.03.02. Конструкции следует выбирать на основе экономических сопоставлений нескольких вариантов, удовлетворяющих критериальным условиям.
Расчет прочности покрытия
Прочность покрытия из тротуарных плит определяют исходя из категории плит по жесткости, характеризуемой показателем жесткости. Если он меньше 0,5, плиты относят к категории абсолютно жестких и на прочность не рассчитывают. Если в пределах от 0,5 до 10, плиты относят к категории плит с конечной жесткостью и рассчитывают их на прочность.
Показатель жесткости плиты определяют по формуле, в соответствии с которой эта величина зависит от радиуса круглой плиты, равновеликой по площади квадратной или многоугольной плиты или полудлины прямоугольной плиты, толщины плиты, модуля упругости бетона и эквивалентного модуля упругости основания. Плиты, у которых отношение радиуса к толщине меньше 2,5, относят к категории абсолютно жестких и покрытие из них на прочность не рассчитывают. Толщину плит тротуаров, на которых отсутствует транспортная нагрузка, не рассчитывают и принимают равной 5 сантиметрам.
Условия прочности плит покрытия с конечной жесткостью задаются соотношением, в котором коэффициент прочности, определенный в зависимости от транспортной нагрузки, умноженный на расчетное напряжение растяжения при изгибе, возникающее в плите покрытия от действия нагрузки и изменений температуры по толщине плиты, должен быть меньше расчетной прочности бетона плит на растяжение при изгибе.
Данная же прочность определяется умножением класса бетона на растяжение при изгибе на коэффициент увеличения прочности бетона со временем, равный 1,2. Расчетное напряжение растяжения при изгибе определяется в зависимости от нагрузки на колесо, коэффициента условий работы, равного 0,8, безразмерного единичного момента, определяемого по таблице в зависимости от жесткости плиты, коэффициента, учитывающего конфигурацию плит, для круглых и квадратных плит он равен 1, а также, разумеется, от толщины плиты.
Расчет основания и земляного полотна на прочность
Условие прочности основания и земляного полотна должно удовлетворять требованию, в соответствии с которым коэффициент прочности, умноженный на активное напряжение сдвига, должен быть меньше допустимого напряжения сдвига. Вначале определяют средний модуль упругости слоев дорожной одежды, расположенных над проверяемым на прочность слоем основания или земляного полотна. Далее определяют активное напряжение сдвига от временной нагрузки, после чего находят активное напряжение сдвига от собственного веса дорожной одежды.
Определяют допускаемые напряжения сдвига в грунте земляного полотна или в слоях из слабосвязных материалов умножением сцепления в грунте или слабосвязном материале, определяемого по таблице 5.6 и приложению Б кодекса, на поправочный коэффициент. Далее определяют действующее в грунте или слабосвязном материале напряжение сдвига как сумму активного напряжения сдвига от временной нагрузки, умноженного на нагрузку, действующую на покрытие, и активное напряжение сдвига от собственного веса дорожной одежды. Вычисляют отношение допустимых напряжений сдвига к действующим. Если оно больше коэффициента прочности дорожной одежды, то требование по сдвигу обеспечено. В противном случае необходимо изменить конструкцию дорожной одежды путем увеличения толщины вышележащих слоев или их прочности.
Расчет земляного полотна по условиям осушения или обеспечения необходимой морозоустойчивости производят по Пособию П 3.03.01 к СН и П 2.05.02. В трех приложениях к кодексу приведены варианты деталей сопряжений сборных покрытий пешеходных зон с другими элементами улиц и проезжей частью городских дорог, расчетные характеристики материалов дорожных одежд и грунтов земляного полотна и примеры расчета дорожных одежд с покрытием из тротуарных плит.
Данный материал подготовлен по сообщению, сделанному 10 ноября 2005 года главным научным сотрудником Института дорожных исследований профессором Вячеславом Яромко на семинаре «Новые нормативно-технические правовые акты в области проектирования, устройства и эксплуатации дорожных одежд пешеходных зон с покрытиями из мелкоштучных бетонных плит».
Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 01 за 2009 год в рубрике дороги
