СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА СБОРНЫХ ДОРОЖНЫХ И АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ
METHOD OF BUILDING PREFABRICATED ROAD AND AERODROME PAVEMENTS FROM PRESTRESSED REINFORCED CONCRETE SLABS

Изобретение относится к области строительства аэродромных и дорожных покрытий из сборных предварительно напряженных плит. Изобретение может быть использовано на Крайнем Севере, характеризующего неблагоприятными погодными условиями (заморозки, снег и т.д.)  и коротким строительным сезоном.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПЛИТЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ДОРОЖНЫЕ: Плиты, в которых натяжение напрягаемой арматуры обеспечивает необходимую степень обжатия бетона в процессе их изготовления и эксплуатации, предназначенные для устройства сборных дорожных покрытий (п. 3.1 ГОСТ Р 56600-2015  Национальный стандарт Российской Федерации «ПЛИТЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ДОРОЖНЫЕ». Технические условия).
ПЛИТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ ДЛЯ АЭРОДРОМНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА: Плиты, в которых натяжение напрягаемой арматуры обеспечивает необходимую степень обжатия бетона в процессе их изготовления и эксплуатации. «Предварительно напряженные железобетонные плиты, изготовляемые из тяжелого бетона и предназначенные для устройства быстровозводимых сборных покрытий аэродромов, дорог, площадок для складирования, в том числе рекомендуемых к применению в тяжелых условиях температурно-влажностного режима холодного климата и вечномерзлых грунтов» ( ГОСТ 25912-2015  Межгосударственный стандарт «ПЛИТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ ДЛЯ АЭРОДРОМНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА». Технические условия).
ПОКРЫТИЕ ДОРОЖНОЕ или АЭРОДРОМНОЕ СБОРНОЕ: Покрытие, состоящее из отдельных плит различной формы и размера, изготовленных из бетона, железобетона или другого композиционного материала, укладываемых на подготовленное основание и соединенных между собой каким-либо известным способом. (СП 78.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85 (с изменением № 1), п.3.80, СП 121. 13330-2019 Аэродромы п.7.3.12. Актуализированная версия СНиП 32-03-96).
ПОДВИЖНОСТЬ БЕТОННОЙ СМЕСИ: Свойство бетонных смесей, характеризующее их удобоукладываемость. Оценивается по осадке конуса (П) и расплыву конуса (Р), отформованного из бетонной смеси ГОСТ 7473-2010 СМЕСИ БЕТОННЫЕ. Технические условия. П. 5.1.4.
ЭЛАСТИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ – материалы и изделия, обладающие упругими свойствами, способные восстанавливать первоначальную форму после снятия нагрузки. (Приложениеи1 к ГОСТ 25621-83 «Материалы и изделия полимерные строительные герметизирующие и уплотняющие. Классификация и общие технические требования»).
Известен способ укладки системы плит сборного дорожного покрытия, заключающийся в том, что выполняется основание дороги, исходя из геологии, топографии, розы ветров, количества осадков, глубины залегания грунтовых вод и применяемых материалов. Под плиту выполняется подготовка из песка, который разравнивают и накрывают полиэтиленовой пленкой, чтобы отсечь поступление влаги из грунта. Сначала укладывается соединительная плита. К ней через упругий элемент укладывается основная плита. И таким образом укладывается цепочка из 6-8 основных плит, после чего в конце пакета кладется соединительная плита. Плиты укладываются так, чтобы каналы для прокладки канатов совпали (патент РФ № 112682 на полезную модель СИСТЕМА ПЛИТ СБОРНОГО ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ, МПК E01C 5/10, опубл. 20.01.2012).
Известен способ строительства сборного дорожного покрытия, включающий укладку предварительно напряженных прямоугольных или квадратных железобетонных плит на земляное, песчаное или другое основание, скрепление плит друг с другом в одном или двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью сквозной арматуры в каналах с последующим ее натяжением, заделку швов между плитами герметичным материалом, покрытие бетонного основания асфальтом или литым асфальтобетоном. Скрепление железобетонных плит осуществляют стягиванием в пакеты, содержащие от 5 до 20 плит, стальными канатами с последующим натяжением с усилием от 5 до 30 тс на каждый канат, при этом между торцами плит на канаты надевают упругие элементы, стальные канаты размещают в сквозных каналах, расположенных в средней части плит, а концы канатов после натяжения закрепляют анкерами в крепежных полостях крайних в пакетах плит с омоноличиванием полостей бетоном (патент РФ № 2379406 на изобретение «СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА И КОНСТРУКЦИЯ СБОРНОГО ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ», МПК E01C 5/08, опубл. 20.01.2010).
Известен способ укладки системы плит сборного дорожного покрытия, включающий укладку предварительно напряженных прямоугольных железобетонных плит на земляное, песчаное или другое основание, скрепление плит друг с другом в одном или двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью сквозной арматуры в каналах с последующим ее натяжением, покрытие бетонного основания асфальтом или литым асфальтобетоном, скрепление железобетонных плит осуществляют стягиванием в пакеты, содержащие от 5 до 11 плит, стальными канатами с последующим натяжением, при этом между торцами пакета плит расположены упругие элементы с фигурным углублением, ответным для продольного выступа, стальные канаты размещают в сквозных каналах, расположенных в средней части плит, а концы канатов после натяжения закрепляют анкерами в карманах крайних плит пакета с омоноличиванием карманов бетоном. Каждый пакет состоит из одной соединительной и нескольких основных плит, первой укладывают соединительную плиту, к торцу которой укладывают и удерживают упругий элемент, каждую следующую укладываемую плиту подают таким образом, чтобы конец плиты, который будет пристыковываться, был слегка опущен, относительно противоположного конца, после чего плиту опускают, а после укладки всех плит пакета кладут соединительную плиту следующего пакета, один конец каждого куска стягивающего каната обрабатывают абразивным кругом, скругляя острые кромки, при помощи гидравлического проталкивающего устройства все стягивающие канаты подаются со стороны начала пакета сквозь канал до появления его конца в кармане последней уложенной соединительной плиты, вышедшие из каналов плиты концы канатов зачищают от защитной оболочки и закрепляют на них клиновые анкеры, которые закрепляют натяжением каната при реверсировании хода проталкивающего устройства (патент РФ № 2692735 на изобретение «СИСТЕМА ПЛИТ СБОРНОГО ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ И СПОСОБ ЕЁ УКЛАДКИ», МПК E01C 5/08, опубл. 26.06.2019).
Сборные дорожные и аэродромные покрытия из предварительно напряженных плит характеризуются повышенной несущей способностью, которая на 60 % выше, чем, например, цементобетонная плита, что обусловлено наличием предварительно напряженной арматуры, а также соблюдением необходимых технологических требований  при изготовлении в заводских условиях.     По несущей способности предварительно-напряженная аэродромная плита ПАГ14 толщиной 14 см эквивалентна цементобетонной плите толщиной 22,4 см. Недостатком известных способов строительства сборных покрытий является неполное прилегание основания предварительно напряженных прямоугольных железобетонных плит с земляным, песчаным или другим основанием, что снижает несущую способность сборного покрытия.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому способу является способ строительства сборных покрытий из предварительно-напряженных железобетонных плит, включающий подготовку жесткого основания, устройство выравнивающего слоя; укладку плит, вибропосадку плит,  выравнивание  плит, сварку стыковых соединений плит и заполнение швов. При монтаже плит применяют четырехветвевые стропы со специальными крюками и специальные траверсы. Выравнивающий слой устраивают непосредственно перед укладкой плит Выравнивающая смесь имеет оптимальную влажность (ориентировочно 7-12% массы смеси). Разрыв во времени между приготовлением пескоцементной смеси и укладкой плит не должен превышать 4 ч. В покрытие укладываются плиты с прогрунтованными гранями. Подъем плит осуществляется траверсами, снабженными тросами или цепями с легкосменными стальными крюками, при обязательном захвате одновременно за все четыре монтажных скобы плиты. Монтаж плит осуществляют захватками. Продольная кромка первого ряда плит маячной захватки должна совпадать с продольной осью покрытия при двускатном поперечном профиле и с верхней кромкой - при односкатном профиле. Укладку плит в покрытие осуществляют, как правило, “с колес”. Обеспечения плотного контакта плит с основанием добиваются вибропосадкой. Допускается применять прикатку плит автотранспортом. Вибропосадку (прикатку) плит заканчивают до начала схватывания цемента в выравнивающем слое. Перед сваркой элементы стыковых соединений очищают от наплывов бетона. Сварку стыковых элементов осуществляют по всей длине прямолинейных участков элементов стыка непрерывным швом. Швы между плитами и монтажные выемки сразу после сварки стыковых элементов заполняют материалами в соответствии с проектом. Перед заполнением швы и боковые грани плит  тщательно очищают от частиц грязи, пыли и другого мусора.  Грунтовку граней плит производят распылителем. Контакт плит с основанием (выравнивающим слоем) составляет 90 % площади  (СНиП 3.06.06-88. Аэродромы, СНиП III-46-79 Аэродромы). Известный способ строительства сборных покрытий из предварительно-напряженных железобетонных плит также не  обеспечивает 100% прилегания площади плиты к нижележащему слою основания, что ограничивает несущую способность покрытия, обеспечивая нормативно допустимые нагрузки на покрытия из  плит ПАГ14 на колесо  не более 100 кН для многоколесной оборы и не более 170 кН для одноколесной, ПАГ 18 – не более 140 кН для многоколесной опоры и не более 200 кН для одноколесной, ПАГ20 не более 180 кН и 250кН соответственно. Плиты при этом должны соответствовать ГОСТ 25912 (п.7.3.10. СП121.13330-2019. Аэродромы).
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка высокоэффективного способа строительства сборных  покрытий из предварительно-напряженных железобетонных плит.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение несущей способности сборного аэродромного и дорожного покрытия из предварительно-напряженных железобетонных плит.
Указанный технический результат достигается тем, что способ строительства сборных покрытий из предварительно-напряженных железобетонных плит включает: подготовку жесткого основания; устройство выравнивающего слоя; укладку плит; вибропосадку плит;  выравнивание  плит; сварку стыковых соединений плит и заполнение швов. Основание укладываемой плиты предварительно покрывают слоем антиадгезирующего материала. При этом устройство выравнивающего слоя включает установку по границам монтируемой плиты опалубки из эластичного материала и заполнение ее внутренней полости  подвижным пескоцементным раствором (П5,П6,Р5,Р6  ГОСТ7473-2010 п.5.1.4.).
Предпочтительно, чтобы опалубку из эластичного материала из эластичного материала в плане располагали по границам планового положения монтируемой плиты с совпадением контура боковых выемок плиты под монтажные петли плиты.
Предпочтительно, чтобы  высота опалубки из эластичного материала превышала высоту проектного пескоцементного выравнивающего слоя с учетом проектного уклона покрытия.
Предпочтительно, чтобы  в качестве антиадгезирующего материала для покрытия основания плиты были использованы  полиэтилен, или битумно-полимерный материал, или кровельный наплавляемый материал, включающий слой полимербитума.
Предпочтительно, чтобы в выемки под монтажные петли на подготовленное жесткое основание были уложены металлические подпятники, к монтажным петлям  были приварены гайки М20, а   плиту опускали в проектное положение вращением регулировочных винтов,  обработанных густой смазкой и вкрученных в гайки М20.
Предпочтительно, чтобы контроль ровности укладки плиты осуществляли с помощью  нивелира.
Предпочтительно, чтобы заполнение швов сжатия и монтажных проемов осуществляли пескоцементным раствором на  2/3 глубины шва.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что во всех случаях исполнения, оно отличается от известного, наиболее близкого технического решения:
- покрытием основания укладываемой плиты слоем антиадгезирующего материала;
- установкой по границам монтируемой плиты   опалубки из эластичного материала
- заполнением внутренней полости опалубки из эластичного материала подвижным пескоцементным раствором, влажность которого составляет 12-20%.
В предпочтительных случаях исполнения изобретение отличается от известного, наиболее близкого технического решения:
- использованием  полиэтилена, или битумно-полимерного материала, или кровельного наплавляемого материала, включающего слой полимербитума  для покрытия основания плиты в качестве антиадгезирующего материала;
- устройством  опалубки из эластичного материала с высотой, превышающей проектную высоту пескоцементного выравнивающего слоя, с учетом проектного уклона покрытия;
- укладкой металлических подпятников в выемки под монтажные петли;
-  привариванием гаек М20 к монтажным петлям;
- опусканием плиты в проектное положение вращением регулировочных винтов,  обработанных густой смазкой и вкрученных в гайки М20;
- осуществление контроля ровности укладки плиты с помощью  нивелира;
- заполнением швов сжатия и монтажных проемов пескоцементным раствором на  2/3 глубины шва.
Покрытие основания укладываемой плиты слоем антиадгезирующего материала обеспечивает горизонтальную подвижность плиты относительно выравнивающего слоя пескоцемента. Установка  по границам монтируемой плиты  опалубки из эластичного материала (например бутилкаучука (PIB),   фторэластомера,  эластомера, этилен-пропилена и др.) и заполнение ее внутренней подвижным пескоцементным раствором, (П5,П6,Р5,Р6  ГОСТ7473-2010 п.5.1.4.) обеспечивает 100% прилегание плиты к основанию, что существенно повышает несущую способность сборных покрытий из предварительно-напряженных железобетонных плит.
Использование  полиэтилена, или битумно-полимерного материала, или кровельного наплавляемого материала, включающего слой полимербитума  для покрытия основания плиты в качестве антиадгезирующего материала расширяет функциональные возможности способа. Устройство  опалубки из эластичного материала с высотой, превышающей проектную высоту пескоцементного выравнивающего слоя, с учетом проектного уклона покрытия;  укладка металлических подпятников в выемки под монтажные петли;   приваривание гаек М20 к монтажным петлям; опускание плиты в проектное положение вращением регулировочных винтов,  обработанных густой смазкой и вкрученных в гайки М20,  осуществление контроля ровности укладки плиты с помощью  нивелира, заполнение швов сжатия и монтажных проемов пескоцементным раствором на  2/3 глубины шва позволяет осуществить  строительство сборных покрытий из предварительно-напряженных железобетонных плит с соблюдением всех нормативных  требований и наименьшими трудозатратами.
В предпочтительном случае выполнения способ строительства сборных покрытий из предварительно-напряженных железобетонных плит включает: подготовку жесткого основания, устройство подвижного выравнивающего слоя, укладку плит; вибропосадку плит;  выравнивание  плит; сварку стыковых соединений плит и заполнение швов. Устройство подвижного выравнивающего слоя осуществляют  установкой по границам монтируемой плиты  опалубки из эластичного материала и заполнение ее внутренней полости  подвижным пескоцементным раствором (П5,П6,Р5,Р6  ГОСТ7473-2010 п.5.1.4.).
Высота  опалубки превышает высоту проектного пескоцементного выравнивающего слоя с учетом проектного уклона покрытия. Основание укладываемой плиты предварительно покрывают слоем антиадгезирующего материала,  в качестве которого могут быть использованы:  полиэтилен, битумно-полимерный материал или кровельный наплавляемый материал, включающий слой полимербитума. В выемки под монтажные петли  укладывают металлические подпятники, к монтажным петлям  приваривают гайки М20.  Плиту в проектное положение опускают вращением регулировочных винтов,  обработанных густой смазкой и вкрученных в гайки М20.  Контроль ровности укладки плиты осуществляют с помощью  нивелира. Заполнение швов сжатия и монтажных проемов осуществляют пескоцементным раствором на  2/3 глубины шва.   Опалубку в плане располагают по границам планового положения монтируемой плиты с совпадением контура боковых выемок плиты под монтажные петли плиты.
Способ осуществляют следующим образом.
Устройство жесткого основания производится в соответствии с нормами, установленными СНиП 3.06.06-88.  Выравнивающий пескоцементный слой при устройстве нового покрытия обычно принимают равным 3-5 см (п. 7.3.12 СП 121.13330-2019, Аэродромы), этой высоты хватает чтобы обеспечить контакт плиты с основанием. Опалубку из эластичного материала предпочтительно выполнять высотой 6 см. Опалубка из эластичного материала имеет «Г» образное сечение с вертикальной полкой высотой 6 см и горизонтальной полкой 3 см. Горизонтальная полка обращена при монтаже к центру монтируемой плиты и фиксируется на слое жесткого основания дюбелями. Опалубка из эластичного материала в плане располагается по границам планового положения монтируемой плиты, в том числе совпадая с контуром боковых выемок плиты под монтажные петли плиты и имеет поперечные перемычки, делящие площадь плиты на три равные части с размерами 2х2м    В выемках под монтажные петли на нижнем слое укладываются металлические подпятники. Размер подпятников при марке нижнего жесткого слоя аэродромного покрытия из пескоцемента М40 (минимальная применяемая в аэродромном строительстве марка пескоцемента/грунтоцемента) для плит ПАГ-14 составляет 5х6см, для плит ПАГ- 18 составляет 6х6 см, для плит ПАГ-20 составляет 6х7см. Толщина пластины подпятника составляет 2 мм (изготовленного из   стали СТ20).      Если верхний слой аэродромного покрытия из сборных предварительно напряженных железобетонных плит устраивается в качестве слоя усиления уже существовавшего и эксплуатировавшегося ранее покрытия, имеющего дефекты покрытия, в том числе и отклонения в части ровности, предварительно выполняются работы по исправлению дефектов.  Образовавшаяся между границ опалубки из эластичного материала полость заполняется пескоцементной жидкой смесью с повышенной подвижностью.  Плита с заранее подготовленными и смазанными густой смазкой типа Циатим регулировочными болтами устанавливается краном на подготовленное место над опалубкой из эластичного материала, заполненной подвижным выравнивающим пескоцементным раствором. Причем регулировочные болты приходятся на металлические подпятники.  Плита опускается на проектное положение вращением регулировочных винтов.  Контроль осуществляется нивелиром. При опускании плиты применяется вибропосадка. Излишки раствора (0,20-0,24м3 раствора) выдавливаются весом плиты через верхнюю кромку опалубки из эластичного материала, частично удаляются, частично используются для заполнения деформационных швов сжатия и монтажных проемов в той части, где смежные плиты уже установлены. Высота заполнения швов сжатия и монтажных проемов пескоцементным раствором соответствует проекту, как правило это 2/3 глубины шва. В швах расширения излишки пескоцементной смеси из полости шва удаляются на всю глубину.  После завершения укладки всех плит на сменной захватке строящихся покрытий, потере подвижности и наборе не менее 30% от проектной прочности монтажные регулировочные болты выворачиваются, извлекаются из полости монтажного проема плиты, очищаются от загрязнений пескоцементом и приготавливаются для повторного использования.  Элементы стыковых соединений очищаются от наплывов пескоцемента и провариваются в соответствии с проектом и СНиП 3.06.06.-88 п.9.8.,УА 141-77 п.46-48.   Завершающей операцией является заливка аэродромного герметика в полости швов: в швы расширения на высоту всего шва, в полости швов сжатия на 1/3 высоты (верхняя часть шва). Швы заполняются герметиком в соответствии с общепринятой технологией: обеспыливаются, полость шва обрабатывается праймером при необходимости и заполняется герметиком специализированной серийно выпускаемой установкой.