СПОСОБ БЕЗЗАЗОРНОЙ КОМПЕНСАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ЦЕМЕНТОБЕТОННЫХ ОСНОВАНИЙ АВТОДОРОГ
METHOD OF GAPLESS COMPENSATION OF TEMPERATURE DEFORMATIONS OF CEMENT-CONCRETE BASES OF HIGHWAYS

Изобретение относится к способам компенсации температурных деформаций цементобетонных оснований автодорог, может быть использовано для компенсации линейных температурных деформаций цементобетонных протяженных конструкций типа оснований автодорог, ВПП и рулежных дорожек аэропортов, транспортных стоянок, защитных слоев мостов и т.д.
Существующие способы компенсации температурных деформаций оснований автодорог основаны на полном или частичном разделении цементобетонных покрытий температурными швами, перпендикулярными направлениям деформаций. Традиционный температурный шов имеет, как правило, зазор, определяемый расчетом, для компенсации температурных деформаций; устраивается через каждые 4-6 метров; заполняется подобранной мастикой, обладающей упругими свойствами. Это позволяет компенсировать изменение длины цементобетонного основания под воздействием температуры без разрушения и не пропускать в полость шва воду и мусор, что является дополнительным фактором разрушения околошовных поверхностей.
Основными недостатками этой конструкции являются следующие: разделенные таким швом плиты основания работают полностью или частично без связи друг с другом, как отдельные элементы и воздействие транспортных нагрузок на них вызывает проседание их концов в подстилающие слои с разрушением мастики, заполняющей шов - а это попадание воды и посторонних частиц внутрь шва с последующим разрушением при замерзании-оттаивании; конструкция предполагает зазор, что гарантирует ударное воздействие по краям шва колесами движущегося транспорта, возрастающее, к тому же, от проседания концов плит в подстилающие слои - это приводит к интенсивному разрушению околошовных поверхностей; наличие зазора провоцирует выход на асфальтобетонное покрытие автодороги отраженной трещины; швы нарезаются через каждые 4-6 метров - это трудоемкая операция с большими материальными затратами, т.к. нарезка производится алмазными, как правило, кругами, с большим расходом их при работе. Все вышеуказанное приводит к снижению долговечности дорожного полотна, дискомфорту при движении транспорта, высоким эксплуатационным затратам на поддержание дорожного покрытия в нормальном состоянии.
Примерами устранения некоторых из вышеуказанных недостатков являются: полезная модель по свидетельству РФ №35348, кл. Е01D 19/06, 2003 под названием «Формируемый температурный шов». Такая конструкция повышает комфортность проезда, несколько увеличивает долговечность дорожного покрытия снижает возможность выхода на асфальтобетонную поверхность отраженных трещин. Но нарезка швов через каждые 4-6 метров, необеспечение совместной работы соседних разделенных сквозным поперечным швом плит основания остаются существенными недостатками данной конструкции. Существует изобретение по авторскому свидетельству РФ №2052009, кл. Е01С 5/00, Е01С 5/08, Е01С 11/14, 1992 «Шов сжатия цементобетонного покрытия». Это изобретение решает вопрос совместной работы разделенных швом плит основания, но оставляет необходимость устройства швов через 4-6 метров, не исключает выхода отраженной трещины на поверхность асфальтобетонного покрытия, не исключает ударных нагрузок от колес транспорта по краям шва - эти недостатки остаются неустраненными. Если учесть сравнительную сложность реализации, то станет ясно, почему широкого применения данная конструкция не имеет. Наиболее надежно, с точки зрения совместной работы разделенных плит, работает конструкция, представленная изобретением №1046380 А от 05.05.1982, ЕС 11/04. Совместная работа плит обеспечивается соединением соседних плит заанкеренным в бетоне металлическим выступом и соответствующей ему по профилю впадиной, оформленной так же заанкеренной в бетоне плиты металлической пластиной. Но необходимость оформления швов через каждые 4-6 метров остается, как и обязательность наличия зазора между плитами. Т.е. кроме гарантии совместной работы плиты остальных недостатков избежать не удается.
Предлагаемый способ основан на компенсации тепловых деформаций:
- с исключением зазора в швах, разделяющих конструкцию основания;
- с гарантией совместной работы разделенных плит цементобетонного основания;
- с увеличением расстояния между компенсирующими разделительными швами как минимум до 50 метров, максимум определяется исходя из величин сил трения при штатном проскальзывании нижней поверхности цементобетонного основания по опорной поверхности подстилающего слоя автодороги и сил трения боковых поверхностей треугольных плит компенсатора и частей разделенного основания при их взаимном проскальзывании;
- с полным исключением нарезки швов при строительстве цементобетонного основания автодороги.
На фиг.1 изображена принципиальная схема варианта конструкции устройства для реализации способа беззазорной компенсации температурных деформаций цементобетонных оснований автодорог;
на фиг 2 изображены вид, сечение, разрез к фиг.1.
Конструкция представляет собой плитную схему: разделенные между собой концы основания 1 своими равнобедренными боковыми поверхностями, выполненными под определенным расчетным углом к оси дороги, упираются в выполненные с тем же углом наклона к оси дороги боковые поверхности треугольных плит компенсатора 2. Сам компенсатор 2 состоит из 2-х треугольных плит, обрезанными вершинами направленных друг к другу и стянутых тягой 6. Максимальное расстояние между срезанными вершинами треугольных плит компенсатора 2 равно компенсируемой тепловой деформации плюс расстояние, позволяющее производить монтаж этих плит; минимальное равно только расстоянию для монтажа. Расстояние между обрезанными вершинами разделенных концов основания должно быть больше чем величина температурно-деформационного удлинения его. Пространство, образованное обрезанными вершинами, заполняется мастикой, которая исключает попадание воды и посторонних предметов внутрь его при взаимных перемещениях треугольных плит компенсатора и плит разделенного основания. Каждая из сопряженных боковых поверхностей оформлена металлической пластиной, с сечением по типу «шпунта» и заанкеренной в бетон «своей» плиты, (см. сечение А-А на фиг.2). Это гарантирует совместную работу плит при обеспечении расчетного прижатия их друг к другу. Усилие прижатия обеспечивается следующим образом: тяга 6 треугольных плит компенсатора проходит сквозь них и оканчивается у оснований резьбовыми концами, на которые одеваются упругие элементы 4 (фиг.1, 2), стягивающие треугольные плиты на нужное усилие регулировочными гайками 3 (фиг.1, 2). Таким образом, при температурно-деформационном увеличении длины частей разделенного основания оно, своими боковыми поверхностями, воздействует на боковые поверхности треугольных плит компенсатора и выдавливает их в стороны перпендикулярно направлению деформации (стрелки 5 на фиг.1). При этом обеспечивается неразрушающее температурно-деформационное изменение длины разделенного основания 1 за счет перпендикулярного ему перемещения треугольных плит компенсатора 2. Между металлическими пластинами закладывается антифрикционная прокладка либо смазка, облегчающая проскальзывание.
Представленная на Фиг.1 конструкция беззазорной компенсации температурных деформаций работает следующим образом.
Боковые поверхности разделенного основания 1 усилием, возникающим при тепловой деформации, воздействуют на сопряженные с ними по типу «шпунта» (фиг.2, сечение А-А) боковые поверхности треугольных плит компенсатора 2, которые направлены под углом α к направлению тепловой деформации. Плиты компенсатора 2 начинают выдвигаться в стороны перпендикулярно усилию тепловой деформации (перпендикулярно направлению оси основания автодороги), компенсируя изменение линейных размеров разделенного основания 1. При этом упругие элементы тяг 4 обеспечивают постоянный прижим боковых поверхностей треугольных плит компенсатора 2 к боковым поверхностям разделенных плит основания 1 друг к другу.
При такой работе конструкции: 1) отсутствие зазора между сопряженными трущимися поверхностями в основании исключает наличие отраженных трещин на верхнем (асфальтобетонном) покрытии, следовательно разрушений в околошовной зоне не будет;
2) сопряжение боковых поверхностей разделенного основания 1 и треугольных плит компенсаторов 2 по способу «шпунта», регулируемое сжатие их посредством гаек 3 на концах тяг 6 боковыми поверхностями друг к другу с усилием, исключающим появление зазоров между ними от транспортных нагрузок, гарантирует сплошность поверхности основания и обеспечивает совместную работу плит разделенного основания и треугольных плит компенсаторов как единого целого.
В целом, при такой конструкции отпадает вопрос по устройству традиционных температурных швов вместе с проблемами, их сопровождающими (необходимость их нарезки, околошовные разрушения и т.д.). Реализация данной конструкции может быть осуществлена 2-мя вариантами (см. фиг.3):
Вариант 1: плиты изготавливаются на заводах ЖБИ 3-х видов:
а) основные прямоугольные длиной 6 м, шириной, обеспечивающей их транспортировку на место монтажа (1,75; 2; 2,5; 3 м) со «шпунтом» на всех боковых поверхностях, без оформления металлическими пластинами - это плиты 2 - из них выкладывается основание дороги между треугольными плитами компенсатора 6;
в) такие же по длине, но с одной короткой стороны боковая грань скошена под угол плиты компенсатора (угол α), это предкомпенсаторные плиты 3. Скошенные боковые поверхности оформлены стальными пластинами 4 с профилем типа «шпунт»;
с) непосредственно треугольные плиты компенсатора 6 с каналами для монтажа стягивающих тяг и 2-мя боковыми поверхностями 4, примыкающими к обрезанной вершине и оформленными стальными пластинами (профиль типа «шпунт) с силиконовыми прокладками, для снижения трения между боковыми поверхностями плит.
На предварительно укатанный подстилающий слой укладывается сплошным ковром пленка, предохраняющая плиты от влаги снизу.
Вдоль длинной стороны (боковые поверхности смазываются подобранным клеем) основные плиты попарно стягиваются между собой посредством жестких тяг 7, с обеспечением преднапряжения, гарантирующего совместную работу плит под транспортными нагрузками.
Таким же образом попарно стянутые предкомпенсаторные плиты монтируются с попарно стянутыми между собой основными плитами встык нескошенными торцами с предварительно промазанными клеевым составом поверхностями, оформленными так же по типу «шпунта», но без металлических пластин и с преднапряжением жестко связываются между собой тягами. Такая конструкция гарантирует совместную работу их между собой под воздействием транспортных нагрузок.
Треугольные плиты компенсатора монтируются встык к скошенным торцам предкомпенсаторных плит (боковые поверхности 4 в стыке оформлены металлическими пластинами с профилем «шпунт» и антифрикционной прослойкой между ними с минимальным (см. выше) расстоянием между обрезанными вершинами; монтируются тяги 5 с упругими элементами и гайками; гайки накручиваются на резьбовые концы тяг 5 таким образом, чтобы при работе конструкции обеспечить беззазорный прижим боковых поверхностей предкомпенсаторных плит 3 и плит компенсатора 2 и их совместную работу под транспортными нагрузками. Таким образом, все плиты основания стянуты между собой тягами, склеены друг с другом, работают как одно целое. Боковые поверхности треугольных плит компенсаторов и предкомпенсаторных плит 4, разделенные между собой металлическими пластинами с антифрикционной прокладкой между ними, прижатые друг к другу за счет тяг с упругими элементами, имеют возможность проскальзывать друг относительно друга под воздействием усилий при удлинении основания автодороги от температурных изменений, компенсируя ее при этом.
Вариант 2 заключается в следующем: при формовании дороги в скользящих формах, после прохода бетоноукладчика, в свежеотформованном основании 8 делаются соответствующие надрезы для вставки заранее собранного каркаса из элементов компенсатора: собранных в «пару», с приваренными к каждой из них анкерами, металлических пластин (с профилем «шпунт») с антифрикционной прокладкой между ними, каналов для тяг 5 с упругими элементами на концах и приспособлений для вырезки профилей вершин треугольных плит компенсатора и вершин концов разделенного основания. Каркас выставляется над надрезами и с помощью вибраторов утапливается до полного прорезания основания с последующим добетонированием и доуплотнением образовавшихся при монтаже пустот и неровностей. После окончания твердения, срезаются все лишние, потребные для фиксации взаимного положения утапливаемого в свежеотформованное основание каркаса при монтаже скрепы и прихватки, убираются вырезанные вершины плит с приспособлением для их вырезки, производится регулировка гайками усилия прижима, после чего конструкция готова к работе. Данный способ более практичен и экономически более выгоден, чем по первому варианту.
Получаемая, в результате реализации предлагаемого способа, сплошность основания, работа всех элементов основания как единого целого резко повышают эксплуатационную долговечность дороги, ее нагрузочную способность, качество и комфортность при движении транспортных средств. Стоимость основания автодороги с предлагаемым компенсатором, в сравнении с автодорогой с традиционным цементобетонным основанием, выполняемым бетонированием в скользящих формах, при строительстве будет ниже, т.к. нет необходимости устройства температурных швов через каждые 4-6 метров; если же основание устраивается из дорожных шпунтованных плит, то за счет заводского изготовления самих плит, компенсаторов к ним и сравнительно недорогого монтажа стоимость может увеличиться.
Серьезно увеличится эксплуатационная надежность и долговечность дорожных покрытий. Предпочтительно пользоваться при изготовлении плит основания и компенсаторов сталефибробетонными технологиями, получая снижение затрат не только за счет исключения армирующих сеток, но и снижая толщину основания, как минимум, на 15-30% (определять расчетом в зависимости от категории автодороги), повышая надежность шпунтового соединения, получая при этом более высокие физико-механические характеристики основания, дополнительно увеличивающие эксплуатационную долговечность и нагрузочную способность автодороги.
Предлагаемое изобретение, обеспечивая совместную работу разделенных плит основания и треугольных плит компенсатора, позволяет длину соединенных по способу «шпунта» и с жесткой стяжкой между собой основных плит между компенсаторами (в случае формирования основания автодороги из шпунтованных плит) начинать от 48 метров, т.к. деформация для такой длины «плети» при перепаде температур 100 градусов составит всего 45 мм, что не вызовет никаких сложностей в работе компенсаторов. Более того, длина таким образом соединенных плит может быть увеличена вдвое, втрое и более.