Глава 10. Покриття жорсткого типу

10.1 Бетонні покриття

Бетонні покриття влаштовують одношаровими і двошаровими. Максимальну товщину одношарових покриттів призначають виходячи з технічної можливості бетоноукладальних комплектів і прийнятої технології будівництва. У тому випадку, коли з розрахунку потрібна товщина покриття більше допустимої при прийнятій технології, влаштовують двошарові покриття (рис. 10.1).

У двошарових покриттях для нижнього шару застосовують бетон з низької марки, пескобетон, грунтоцемент, шлакобетон або керамзитобетон. Шлакобетон і керамзитобетон мають гарну термоізоляційну здатність, і тому їх доцільно застосовувати в здимаючих грунтах для зменшення глибини промерзання.

Рис. 10.1. Типові перерізи покрить: а – бетонних одношарових; б – двохшарових; 1 – цементобетон; 2 – розділяючий прошарок; 3 – бетон (грунтоцемент); 4 – штучна основа; 5 – природна основа.

Рис. 10.2. Схема розміщення плит на бетонному покритті ШЗПС: 1 – поздовжні шви; 2 – вісь лотка; 3 – поперечні фіктивні шви; 4 – поздовжні фіктивні шви; 5 – плити лоткового ряду; 6 – відмостка

Верхній шар двошарових покриттів приймається такий же, як і при одношарових. Між плитами верхнього і нижнього шарів розташовується розділяючий прошарок з полімерних і рулонних матеріалів, що вкладений в два шари, або шару пескобітума товщиною 0,5-1,0 см. Під нижнім шаром влаштовують звичайну штучну основу. Застосування двошарових бетонних покриттів дає суттєвий техніко-економічний ефект при будівництві аеропортів в районах, де є місцеві будівельні матеріали, що дозволяють застосовувати для нижніх шарів менш міцні матеріали –бетон низької марки, грунтоцемент тощо.

Для запобігання розтріскування від внутрішніх температурно-усадочних напружень бетонні одношарові покриття і верхній шар двошарових покриттів проектують з прямокутних плит при співвідношенні сторін у плані 1:1 - 1:1,5. Найбільший розмір сторони плити для одношарових та верхнього шару двошарових покриттів не повинен перевищувати 5 м, для бетонних покриттів товщиною до 0,3 м і 7-7,5 м товщиною понад 0,3 м. Розміри плит нижнього шару двошарових покриттів можуть бути збільшені до 10 м.

При влаштуванні одношарових бетонних покриттів і верхнього шару, двошарових в місцях з’єднань ШЗПС з РД, а також на МС, перонах та інших подібних ділянках застосовуються нестандартні плити. Найменша довжина таких нестандартних плит застосовується 2,5-3,0 м, інакше не забезпечується стійкість плит при багаторазовому дії навантажень.

Стандартні прямокутні бетонні плити утворюються діленням покриття поздовжніми і поперечними швами стискання (рис. 10.2). При плануванні різних ділянок бетонних покриттів на плити (див. рис. 10.2) виникає велика кількість швів. Досвід показує, що деформаційні шви часто містять оригінали руйнування і це є одиним з головних недоліків бетонних покриттів. У бетонних покриттях шви стиснення влаштовують без зазору. Зазор в них утворюється при стисненні плит. Шов стискування може бути наскрізним з тонкою прокладкою з рулонного матеріалу (пергамін, ізол тощо.) Найбільш поширені шви стиснення за типом фіктивних швів, для цього плиту прорізають зверху на 1 / 4 товщини і встановлюють спеціальну прокладку знизу. При появі в плиті небезпечних температурних або усадкових розтягуючих напружень розрив її відбувається з цього ослабленому перерізу і фіктивний шов перетворюється на шов стиснення. Відстань між швами стискання визначається розмірами плит даного бетонного покриття (не більше 5-7,5 м).

Шви розширення влаштовують з зазором. Ширина швів розширення тим більше, чим більше відстань між ними. Шви розширення одночасно виконують і роль швів стиснення, а шви стиснення - роль швів розширення виконувати не можуть. Як шви стиснення, так і шви розширення повинні бути водонепроникні. В процесі експлуатації покриття ширина швів постійно змінюється, тому заповнювати їх треба таким матеріалом, який має достатню пружність і зберігає водонепроникність шва при розрахункових зміни його ширини.

В даний час для заповнення швів у бетонних покриттях, як вказувалося вище, застосовуються полімерні герметики, еластичні прокладки, мастика, ізол і резінобітумні в'яжучі, що найбільшою мірою відповідають вищевказаним вимогам. У бетонних покриттях стикові з'єднання можуть влаштовуватися у вигляді штирів або шпунта.

Штирьове з'єднання, в якому навантаження з однієї плити передається на сусідні за допомогою металевих штирів, отримало найбільшого поширення. Штирьове з'єднання застосовують в поперечних і поздовжніх швах. Штирі виготовляють з гладкої круглої сталі класу AI діаметром 20-40 мм, довжиною 40-50 см (табл. 10.1). Штирі розташовуються в одній горизонтальній площині на відстані 30-50 см один від одного.

Таблиця 10.1

Товщи-на покрит-тя, см	Діаметр штирів, мм		Довжина штирій, см		Відстань між штирями, см
	пря-мих	зігну-тих	пря-мих	зігну-тих	прямими	зігнутми	прямими	зігнутми
					в наскрізних швах		в фіктивних швах
20 и менше 22—30 32—40	20 25 30—40	12 14 16	40 50 60	42 46 50	30 30 30		50 50 50	40 40 40	50 50 50

У швах розширення одну половину штиря закладають наглухо в одній з плит, а іншу покривають шаром бітуму і одягають на кінець штиря гільзу з жерсті, картону, толю для утворення простору, що дозволяє штирям переміщатися при подовженні плит (рис. 10.3, а). Вільний простір в ковпачку заповнюється пружним корком, який стискається при розширенні плит. Між плитами закладаються антисептивні дошки з деревини м'яких порід. Висота дощок приймається на 4 см менше товщини плити. Ця верхня частина шва заповнюється бітумною мастикою. У поперечних швах стиснення, що виконані за типом хибних швів, штирі покривають бітумом на повну довжину і закладають в бетон без муфт і без дошки (рис. 19.3, б). Паз у верхній частині плит глибиною 1 / 4 товщини плити заповнюється бітумною мастикою. Для забезпечення проектного положення штирів застосовують арматурні фігурні каркаси, які зі штирями об'єднують в єдину конструкцію на будмайданчику і в зібраному вигляді доставляють до місця установки.

Шпунтові з'єднання влаштовують переважно в поздовжніх швах, при будівництві покриттів засобами малої механізації або укладанні бетону методом через плиту шпунтові з'єднання застосовуються і в поперечних швах. Шпунтові з'єднання влаштовують за типом швів стиснення й розширення - за допомогою переставних опалубок, які прикріплюють до рейок-формі (рис. 10.4). Розміри елементів шпунтового з'єднання в залежності від товщини плит наведені в табл. 10.2.

Застосовувати шпунтові шви в плитах товщиною менше 0,24 м не рекомендується, що викликано небезпекою відколу зубом краю шпунта. Посилення крайових ділянок плит при наявності наскрізних швів використовується переважно при будівництві покриттів на здимаючих грунтах. Зазвичай посилення проводиться армуванням плит по контуру зварними металевими каркасами з трьох-п'яти стрижнів арматури класу А-П діаметром 12-14 мм. Кожен каркас складається з верхньої і нижньої арматури, пов'язаної між собою монтажною арматурою діаметром 6 мм. Перед бетонуванням плит арматурні каркаси встановлюють на бетонні підкладки товщиною 2-3 см для отримання захисного шару. Армування крайніх ділянок плит у наскрізних швів проводиться у швах розширення, швах стиснення і хибних швах (рис. 10.5 і табл. 10.3).

Для штучних поснов бетонних покриттів (у тому числі і для піщаних основ) застосовуються разнозернисті піски, що задовольняють вимогам, наведеним у табл. 10.4. Товщину піщаної основи приймають не менше 15 см.

При розташуванні аеродромів на місцевості, коли грунтовими основами є глини, суглинки, пилуваті і важкі суглинки або пилуваті суглинки, які характеризуються поганою фільтрацією, при недостатньому поверхневому водовідведенні і низькому рівні грунтових вод бетонні покриття влаштовують на основах з матеріалів, що оброблені неорганічними або органічними в'яжучими, а в конструкціях основ влаштовують дренуючий шар.

Покриття можуть бути без дренуючих основ при наявності сприятливих гідрогеологічних умов і піщаних природних грунтів.

Щебеневі та гравійні суміші застосовуються для влаштування основ тільки при відсутності небезпеки взаємного проникнення гравію і підстилаючого шару грунту. Для влаштування основи гравійна суміш повинна задовольняти вимогам, що наведені у табл. 10.5.

У всіх випадках влаштування основ з гравійно-щебеневих сумішей бажано зміцнювати грунти підстилаючого шару на глибину 10-15 см.

Рис. 10.3. Конструкція штирового зєднання: а – шов розширення; б – шов стиснення; в - влаштування штирів в плані; 1 – обмазка штиря бітумом; 2 – корок з волокна, м’якого дерева або іншого пружнього матеріалу; 3 – гільза з картону, бляхи; 4 – монтажна арматура діаметром 6 мм; 5 – бітумна мастика; 6 – дошка; 7 – металевий штир; 8 – кілки перерізом 4Х4 см, довжиною 80 см, які забиваються через 1 м; 9 – штирі діаметром 6 мм, довжиною 20 см, які забиваються через 1 м; 10 – кріплення в’язальною проволокою; 11 – зварка; 12 – шпунт.

Рис. 10.4. Конструкція шпунтового зєднання: а – шов стиснення; б – шов розширення; 1 – бітумна мастика; 2 – обмазка бітумом (товщина 1-1,5 мм); 3 – прокладки з дошки (товщина 15 мм).

Рис. 10.5. Схеми армування крайнік частин плит біля наскрізних швів: а – шов розширений з прокладкою з дошки; б ­– шов стиснення; в – хибний шов; 1 – робоча арматура (діаметр 12-14 мм); 2 – монтажна арматура (діаметр 6 мм); 3 – цвяхи (діаметр 26 мм); 4 – деревяні бруски 4Х4 см, довжина 4 см, крок 1 м; 5 – докова прокладка товщиною 1,5 см; 6 – монтажна арматура діаметром 7 мм; 7 – бетонні прокладки 10Х10Х3 см; 8 – бітумна обмазка 1-1,5 см; 9 – бітумна мастика.

Таблиця 10.2

Товщина плит, см	Розміри елементів шпунтового з’єднення, см			Товщина плит, см	Розміри елементів шпунтового з’єднення, см
	a	b	c		a	b	c
18 20 22 24	6 7 7,5 8	6 6 7 8	6 7 7,5 8	26 28 30	9 9,5 10	8 9 10	9,0 9,5 10

Таблиця 10.3

Товщина плит, см	Кількість стрижнів арматури класу А-II
	в наскрізних швах		в хибних швах
	Верхня зона	Нижня зона	Верхня зона	Нижня зона
16—22 24—26 28—30 32—40	4 ∅ 12 5 ∅ 12 5 ∅ 14 5 ∅ 16	4 ∅ 12 5 ∅ 12 5 ∅ 14 5 ∅ 16	3 ∅ 12 4 ∅ 12 4 ∅ 14 4 ∅ 16	3 ∅ 12 4 ∅ 12 4 ∅ 14 4 ∅ 16

Таблиця 10.4

Вид піску	Кількість частинок, що затримуються на ситі,%, при розмірі його отворів, мм					Вміст пилувато-глинистих часток (дрібніше 0,05 мм),%, за масою
	2	1	0,5	0,25	0,15		Зона помір-ного зволо-ження	Зона надмір-ного зволо-ження
Крупний Середній Дрібний Дуже дрібний	До 35 До 20 До 10 -	≥50 - - -	- ≥50 - -	≥90 ≥75 ≥50 ≥60	- ≥90 ≥90 ≥90		7 5 4 4	5 4 3 3

Рис. 10.6. Приклади конструкцій бетонних покриттів на різних основах: а – на піску; б – на піску з стабілізованим грунтом; в – на пісчано-гравійній суміші; г – на гравії, щебні і шлаці; д – двохшарова основа – нижній шар грунтоцемент або худого бетону, основа – пісок; 1 – бетон; 2 – розділяючий прошарок; 3 – пісок; 4 – підстилаючий грунт; 5 – стабілізуючий грунт; 6 – піщано-гравійна суміш; 7 – вірівнюючий шар із піску; 8 – гравій; 9 – щебінь; 10 – шлак; 11 – розділяючий прошарок (піщано-бітумний ковбик); 12 – грунтоцемент; 13 – худий бетон.

Грунти можна не зміцнювати, коли механічний склад гравійно-щебеневих сумішей підібраний стосовно складу грунту природньої основи за типом підбору фільтруючого заповнювача для дрен. Зміцнення грунтів основи, як правило, може здійснюватися в III-IV дорожньо-кліматичних зонах. У II дорожньо-кліматичній зоні зміцненню можуть бути віддані легкі суглинки, супіски та інші грубозернисті грунти. Як зміцнювальні матеріали використовують органічні й неорганічні в'яжучі: рідкий бітум, кам'яновугільні і торф'яні дьогті, високосмолисті нафти, портландцемент, гашене і негашене вапно.

Застосування вапна для зміцнення основ під бетонні покриття обмежують IV і V кліматичними зонами через недостатню його морозостійкості. При влаштуванні бетонних покриттів на штучній основі з щебеню, гравію, шлаку, поверх штучної основи влаштовують вирівнюючий шар з піску товщиною 3-5 см. Найбільше поширення в даний час отримали штучні основи з матеріалів, що оброблені органічними в'яжучими. Можливі варіанти конструкцій бетонних покриттів із застосуванням різних штучних основ наведені на рис. 10.6.

Підсилення існуючих бетонних покриттів виконується при реконструкції аеродромів з наступних причин:

необхідністю підвищення несучої здатності покриттів для експлуатації їх новими повітряними судами, вага яких перевищує розрахункову несучу здатність існуючого покриття;

наявністю дефектів покриття (вибоїн, сильного зносу верхнього шару і тощо), що недопустимі для безпечної експлуатації повітряних суден, усунення яких неможливо методами поточного ремонту.

При підсиленні покриттів велику увагу має бути приділено оцінці штучної і природньої основ існуючого покриття. Для виявлення дефектних ділянок основ і оцінки загальної міцності, існуючих покриттів рекомендується проводити контрольну прокатку рухомими випробувальними установками, що імітують розрахункове навантаження від опорної точки повітряного судна. Якщо природна і штучна основи існуючих покриттів не має дефектів, шар підсилення вкладають без яких-небудь додаткових заходів. Якщо ж внаслідок незадовільних фізико-механічних властивостей грунту, здимання, поганого водовідведення, необхідно частково замінити здимаючий грунт піщано-гравійних матеріалом, після чого можна робити підсилення покриття. Якщо основу зруйновано через незадовільну роботу водостічних систем, то їх відновлюють.

Існуючі покриття залежно від ступеня руйнування і співвідношення зруйнованих плит до загальної кількості плит на даній ділянці поділяють на категорії (табл. 10.6). Підсилення здійснюється укладанням на існуючі покриття шару з матеріалу, що чинить опір вигину.

Таблиця 10.5

Розмі-ри фрак-цій, мм	Вміст фракцій для II і III дорожньо-кліматичних зон,%		Розміри фракцій, мм	Вміст фракцій для II і III дорожньо-кліматичних зон,%
	Суха місце-вість	Сира місце-вість		Суха місцевість	Сира місцевість
>25 25—5	52—36 30—40	68 20	5—0,5 <0,5	15—20 3—4	10 2

Таблиця 10.6

Категорія руйну-вань покриття	Лущення (глибоке, більше 1 см),%	Відко-ли кромок швів,%	Наскрізні тріщини поздовжні або поперечні, %	Відколи кутів, павукоподібні наскрізні тріщини,%
I II III IV	10 >10 >30 Не нормуються	- <30 >30 -	- <20 >20 >30	- - <20 >30

Примітки. 1. Наскрізні тріщини враховують, якщо середня відстань між ними менше 5 м і вони не допускаються розрахунковим граничним станом.

2. При розрахунку відсоткового вмісту плит слід приймати: а) для ЗПС - середню смугу шириною, що дорівнює половині ширини ЗПС по всій її довжині, б) для РД - ряди плит, що піддаються впливу навантажень від основних опор літака.

Рис. 10.7. Конструкції підсилення жорстких покриттів: а – нарощування покриття шляхом зрощуванням бетону; б – з влаштуванням роздільного прошарку; в – з влаштуванням шару з асфальтобетону; 1 – підсилюючий бетонний шар; 2 – існуюче бетонне покриття; 3 – піщана основа; 4 – підстилаючий шар; 5 – розділяючий прошарок; 6 – асфальтобетон.

Підсилення існуючих покриттів може проводитися за такими трьома типами. У конструкціях (рис. 10.7, а, б) підсилення передбачається шаром, що чинять опір вигину (бетон, армобетонних, залізобетон, попередньо напружений залізобетон), а в конструкції рис. 10.7, в - шаром, що слабо чинить опір вигину (асфальтобетон).

У випадку конструкції що наведена на рис. 13,7 а підсилення проводиться нарощуванням покриття шаром підсилення із забезпеченням надійного зв'язку між шаром посилення і плитами існуючих покриттів при обов'язковому з’єдненні швів в шарі підсилення зі швами покриття. З’єднення швів є обов'язковим щоб уникнути розтріскування шару підсилення над швами існуючого покриття. У випадку конструкції, що наведена на рис. 10.7, б підсилення існуючого покриття проводиться шаром підсилення з влаштуванням розділового прошарку між шаром підсилення та існуючим покриттям і розміщенням країв плит шару підсилення над центром плит існуючого покриття (рис. 13,8). У практиці аеродромного будівництва цей спосіб отримав найбільше застосування. Він за умовами виробництва робіт є більш простим, тому що не вимагає обов'язкового з’єднення швів у старому покритті з шаром підсилення. Як розділовий прошарок використовують пергамін або інші рулонні матеріали, що укладені в два шари, а також піскобітум товщиною до 1 см. У тому випадку, коли існуючі покриття мають нерівності висотою більше 0,5 см, крім розділового прошарку, влаштовують вирівнюючий шар. При висоті нерівностей до 2 см вирівнюючий шар влаштовують з піскоцементної або піскобітумної сумішей, а при висоті нерівностей, що перевищує 2 см, - з дрібнозернистого або піщаного бетону. Шари підсилення виконуються з прямокутних плит. Конструкція плит така ж, як для звичайних бетонних, армобетонних, залізобетонних і попередньо напружених залізобетонних плит.

При підсиленні збірними покриттями з попередньо напружених залізобетонних плит у всіх випадках влаштовують суцільний вирівнюючий шар з піскоцементної суміші. Товщина шару повинна бути на 1-2 см більше висоти нерівностей існуючого покриття, але не більше 6 см. У тих випадках, коли висота нерівностей існуючого покриття перевищує 5 см, перед укладанням піскоцементної суміші поверхню існуючого покриття попередньо вирівнюють дрібнозернистим або піщаним бетоном.

У разі підсилення бетонних покриттів асфальтобетоном (див. рис. 10. 7, в) вирівнюючий шар влаштовують тільки при висоті нерівностей, що перевищують 3 см. Для забезпечення зчеплення асфальтобетону з існуючим покриттям роблять обробку очищеної поверхні покриття розігрітим або розрідженим бітумом або бітумною емульсією з витратою 0,6-0,8 кг/ м². У тих випадках, коли старе покриття має значну кількість тріщин, відколів тощо. (IV категорія руйнування), рекомендується застосовувати безперервне армування асфальтобетону зварними сітками з дроту діаметром 2-3 мм з перерізом 10x10 см або 7,5 x7, 5 см.

Конструкції цементобетонних (у тому числі і армованих) аеродромних покриттів при їх будівництві комплектом високопродуктивних машин з ковзаючими формами ДС-100 мають ряд особливостей. Поздовжні і поперечні шви влаштовують шляхом їх нарізання в затверділому бетоні шириною 0,6-0,8 см на глибину товщини плити з наступним заповненням швів мастиками і герметиками. Поперечні шви в нижньому і верхньому шарах двошарових покриттів влаштовують у розбіг, при цьому установка штирьових з’єднень у швах верхнього шару не потрібно, оскільки нижній шар покриття в цьому випадку відіграє роль подшовної плити. В одношарових покриттях допускається влаштування штирьових з’єднень.

Бетонна суміш повинна мати високу повітряутримуючу здатність і забезпечувати максимальну міцність країв бічних граней бетонної плити після проходу бетоноукладчика. Для забезпечення мінімальної деформації кромки свіжоукладеного бетону рекомендується проектувати бетонну суміш з середнім значенням занурення конуса не більше 2 см (жорсткість не менше 15 см.). При такій осадці конуса швидкість руху бетоноукладчика повинна бути не більше 2 м / хв.

Рис. 10.8. Схема розміщення прямокутних плит верхнього шару відносно плит що підсилюється: а – нижній шар із шести плит (пунктир); б – нижній шар із прямокутних плит (пунктир).