17.5. Строительство монолитных армобетонных и непрерывно армированных покрытий

Распределение и уплотнение бетонной смеси, а также отделка поверхности бетона при строительстве монолитных армированных покрытий автомобильных дорог выполняют аналогично технологии строительства монолитных бетонных покрытий. Армирование производят сварными сетками заводского изготовления или продольными стержнями. Допускается изготовление сеток в построечных условиях. Сетки размещают равномерно по длине покрытия и не доводят до поперечных швов на 50 см. Между сеткой и штыревым соединением в поперечном шве устанавливают расстояние не менее 25 см. Между осями продольных стержней расстояние должно быть 100-200 мм.

Установку арматуры осуществляют или до начала бетонирования - в процессе подготовительных работ, или в процессе бетонирования с помощью вибропогружателей. Установка арматуры до бетонирования возможна только при использовании распределителей бетонной смеси с боковой загрузки. Исключение составляет краевая продольная арматура бетонных покрытий, устраиваемых на песчаном основании, которая не мешает движению автосамосвалов, подвозящих бетонную смесь. Стержни краевой арматуры укладывают на подставки из арматурной стали диаметром 10-12 мм или на заранее изготовленные бетонные подкладки. Сварные сетки устанавливают на специальные Г-образные подставки, которые заранее приваривают к стержням сетки. Расстояние между низом глубинных вибраторов и верхом арматуры должно составлять 5-7 см.

При строительстве армированных покрытий в рельс-формах арматурные сетки обычно укладывают на предварительно распределённый нижний слой бетонной смеси. Распределение бетонной смеси в этом случае производят двумя распределителями.

Непрерывно армированные бетонные покрытия представляют собой монолитные конструкции, армированные непрерывной ненапрягаемой арматурой по всей длине покрытия. Температурные поперечные швы в таких конструкциях отсутствуют, а их функции частично выполняют трещины, образующиеся в процессе эксплуатации покрытия.

Основные преимущества непрерывно армированных покрытий:

повышенная деформативность и лучшая сопротивляемость изгибающим усилиям от воздействия повторных транспортных нагрузок и изменений температуры внешней среды;

лучшие эксплуатационные качества, достигаемые за счёт отсутствия поперечных швов, что в значительной степени уменьшает динамические напряжения при наезде колёс автомобилей на неровности покрытия;

простота технологии и возможность широкой механизации процессов производства работ.

Первое цементобетонное покрытие с непрерывно армированной продольной арматурой было построено и испытано в 1921 г. в США. Затем в течение 30 лет было построено ещё несколько участков дорог с такими покрытиями в различных штатах США, и уже к 1975 г. их общая протяжённость достигла более 20 тыс. км. Впервые в России непрерывно армированные покрытия дорог были построены по проекту МАДИ на улицах Москвы в 1972-1974 гг. московским трестом Гордорстрой № 2. Этот тип бетонного покрытия находит применение в Бельгии, Германии, Нидерландах, США, Швеции, Швейцарии и других странах.

Расчёт количества потребной арматуры проводят из условия восприятия ею усадочных и температурных деформаций бетона и, следовательно, обеспечения минимального раскрытия трещин по формуле

где (17.12)

Р - количество арматуры, %;

F - коэффициент трения бетона по основанию;

R_б.р. - прочность бетона при растяжении, МПа;

R_а - прочность арматуры при растяжении, МПа;

n = Е_а/Е_б.р. - коэффициент в котором:

Е_б.р. - модуль упругости бетона, МПа;

Е_а - модуль упругости арматуры, МПа;

Толщину бетонной смеси определяют расчётом как для неармированного покрытия согласно [39] и затем уменьшают пропорционально эквивалентной площади арматуры.

Расстояние между трещинами L и их раскрытие ∆L определяют по формулам;

(17.13)

где (17.14)

τ - сцепление бетона с арматурой, МПа;

g = n/Fa;

z - коэффициент усадки;

α - коэффициент линейного температурного расширения;

t - перепад температуры в течении года, °С;

П - периметр поперечного сечения покрытия, м;

Fa - площадь арматуры, м².

В непрерывно армированных покрытиях развивается большое число поперечных трещин с частотой, пропорциональной количеству продольной арматуры.

Большинство поперечных трещин образуется очень рано, и далее их число становится функцией времени. Равновесие наступает к 10 годам эксплуатации. Ширина трещин также зависит от количества арматуры. Чем больше процент армирования, тем уже трещина. Ширина её возрастает со временем. Средние расстояния между трещинами и ширина их раскрытия при толщине плит 18-20 см после 10 лет эксплуатации представлены в табл. 17.15.

Таблица 17.15

Строительство непрерывно армированных покрытий осуществляют по двум схемам:

с вибропогружением сетки в проектное положение после распределения бетонной смеси;

с предварительной установкой арматурных сеток на основании.

Непрерывность армирования достигается за счёт укладки арматурных стержней внахлёстку в продольном и поперечном направлениях на расстоянии, равном соответственно 30-35 и 20 диаметров стержней. Особенности конструкции в каждом конкретном случае определяются технологической схемой производства работ. Например, при укладке бетона в один слой возможно применение арматурных сеток из стержней диаметром 14-20 мм с размерами ячеек, достаточными для прохождения бетона через заранее выложенные на подставках сетки. При укладке бетона в два слоя сетки раскладывают по уложенному нижнему слою бетона. Рабочую арматуру по высоте сечения располагают на расстоянии 1/4-1/2 от верха плиты. Поперечную распределительную арматуру располагают через 25-70 см.

Непрерывно армированные покрытия и основания устраивают неограниченной длины и прерывают их только перед искусственными сооружениями. Концевые участки покрытия могут быть заанкерены неподвижными упорами поперечного траншейного и свайного типов.

Поперечные траншейные анкеры устраивают шириной 0,3-0,6 м, глубиной 0,3-1,2 м, располагая их по 3-15 шт. через 3,4-6,1 м.

Анкеры траншейного типа устраивают в такой последовательности: отрытие траншей экскаватором; установка в траншеях арматурных каркасов или сеток; укладка и уплотнение бетонной смеси с отделкой верхней поверхности бетонных шпор. Арматурные каркасы, размещённые в траншеи, имеют выпуски, которые сваривают в последующем с непрерывной арматурой покрытия. Верхнюю поверхность бетонных шпор устраивают по типу шпунта (рис. 17.8).

Рис. 17.8. Деталь сопряжения анкера с плитой покрытия:

1 - бесшовная плита покрытия; 2 - непрерывная арматура; 3 - дополнительные арматурные отгибы; 4 - бетонная шпора; 5 - продольный паз в шпоре; 6 - арматурный каркас

Бетонирование анкеров траншейного типа производят без устройства опалубки. Опалубку применяют только при наличии сыпучих грунтов.

Свайные анкеры закладывают в пробуренных скважинах диаметром 0,46-0,62 м и глубиной 1,53-2,44 м (рис. 17.9). Эти анкеры располагают в 3-10 рядов при расстоянии между ними 12,2 и 15,3 м и при 1-3 сваях в ряду.

Рис. 17.9. Свайный анкерный упор: а - план; б - разрез; 1 - непрерывно армированная плита; 2 - утолщённая часть плиты; 3 - обычное бетонное покрытие; 4 - шов расширения со штырями; 5 - сваи со спиральной арматурой в головной части и у подошвы сваи; 6 - спираль; 7 - свайные анкеры

В некоторых случаях для сопряжения непрерывно армированных плит и смежного с ним бетонного покрытия обычного типа укладывают серию коротких армированных плит с обычными швами расширения. Другим решением проблемы обеспечения подвижности является устройство на стыке непрерывно армированной плиты и покрытия обычного типа специального шва, способного воспринимать расчётную подвижную нагрузку конца плиты.