Разновидности покрытий аэродромов

Жесткие покрытия аэродромов. В Советском Союзе жесткие покрытия на аэродромах начали устраивать с 1930 годов. Это были покрытия из бетонных шестигранных плит толщиной 10-14 см с размером стороны 1,25 м. Плиты укладывали вручную. Покрытия такого типа строили до 1941 г. и в первые послевоенные годы, и они надежно обеспечивали эксплуатацию самолетов того периода. Однако такие покрытия непригодны для эксплуатации скоростных тяжелых самолетов, так как их прочность оказалась недостаточной. Кроме этого, и размеры старых бетонных взлетно-посадочных полос были малы для новых самолетов, длина разбега и пробега которых значительно увеличилась по сравнению с самолетами старого типа.

Позднее начали применять более мощные бетонные покрытия. Первоначально увеличение их прочности обеспечивалось лишь увеличением толщины бетонных плит с 10-14 до 14-22 см и сторон шестигранных плит до 1,5 м. Такие покрытия также устраивали вручную с применением средств малой механизации. В последующие годы на строительстве аэродромов появились бетоноукладочные машины, которые позволили полностью механизировать устройство бетонных покрытий. При этом пришлось отказаться от шестигранных плит и перейти на плиты прямоугольной формы, применение средств механизации для укладки которых значительно проще. Однако бетонные покрытия обладают рядом существенных недостатков. Поэтому дальнейшее совершенствование жестких аэродромных покрытий происходило за счет изменения их конструкции.

Армобетонные покрытия – первый этап совершенствования бетонных покрытий. Они нашли широкое применение для аэродромов, рассчитанных на средние и тяжелые нагрузки. Еще более совершенны предварительно напряженные бетонные и железобетонные покрытия.

Большую перспективу имеют жесткие покрытия, собираемые из предварительно напряженных железобетонных плит, изготовляемых на заводах железобетонных изделий. Заводское изготовление плит обеспечивает их высокое качество. На месте осуществляется только монтаж плит, в результате чего резко сокращаются сроки реконструкции или возведения ВПП. В настоящее время они практически полностью вытеснили другие виды жестких покрытий.

Тип и конструкцию покрытий назначают на основе технико-экономического сопоставления вариантов с учетом класса аэродрома, его назначения и величины нормативной нагрузки (табл. 39.6), климатических, гидрогеологических и грунтовых условий района строительства, предполагаемой интенсивности эксплуатации, концентрации и направленности движения и особенностей воздействия на покрытия предполагаемых к эксплуатации самолетов, наличия местных строительных материалов.

Таблица 39.6. Категории нормативной нагрузки на жесткие дорожные одежды ИВВП

Примечания. 1. Расстояния между пневматическими шинами условной четырехколесной опоры приняты равными 70 и 130 см. 2. Заданием на проектирование нормативные нагрузки III и IV категорий могут устанавливаться одноколесными, равными соответственно 170 и 120 кН, а давление в пневматических шинах для V и VI категорий нагрузки равным 0,8 МПа.

Рекомендуемые конструкции покрытий в зависимости от категории нормативной нагрузки приведены в табл. 39.7.

Таблица 39.7. Рекомендуемые конструкции жестких покрытий

Примечания. 1. Знак «+» означает целесообразность применения конструкций, знак «–» – нецелесообразность. 2. Для I и II категорий нормативных нагрузок разрешается применять обычные железобетонные покрытия. На пучинистых и просадочных грунтах обычные железобетонные покрытия могут применяться и для более низких категорий нормативных нагрузок. 3. Применение монолитных предварительно напряженных покрытий наиболее целесообразно на прямолинейных участках длиной не менее 500 м. 4. При расчетной интенсивности эксплуатации покрытия, не превышающего 1000 рулений расчетного самолета в год, бетонные покрытия могут применяться и для IV категории нормативных нагрузок.

Жесткие типы покрытий можно устраивать во всех дорожно-климатических районах на участках с гидрогеологическими условиями I и II типов по классификации аналогичной с дорожным строительством (СНиП 2.05.02-85). Жесткие покрытия в гидрогеологических условиях III типа не применяются.

При строительстве жестких покрытий на участках с III типом гидрогеологических условий предусматриваются соответствующие инженерные мероприятия (осушение, понижение уровня грунтовых вод, возведение насыпей) с целью приведения имеющихся условий к II типу.

Между плитами и основанием в монолитных жестких покрытиях предусматривают разделяющие прослойки из битуминизированной бумаги, пергамина, пластмассовой пленки или песчано-битумной смеси. При неровностях основания, превышающих 20 мм, кроме того, должна устраиваться выравнивающая прослойка из пескоцемента или песчаного асфальта.

При устройстве покрытий из сборных предварительно напряженных железобетонных плит, укладываемых на все типы искусственных оснований, кроме песчаных, предусматривается выравнивающая прослойка из пескоцементной смеси толщиной 2-4 см. Разделяющая прослойка в этом случае не требуется.

При изменении температуры и влажности в монолитных жестких покрытиях возникают растягивающие, сжимающие и изгибающие усилия, вызывающие растрескивание плит. Для снижения этих условий и предотвращения растрескивания бетонные армобетонные и железобетонные покрытия разбивают на отдельные плиты продольными и поперечными швами. Как правило, продольные и поперечные швы покрытия в плите пересекаются под прямым углом. При разбивке швов вразбежку или смещении их в плане наблюдается образование трещин по направлению примыкающих поперечных швов в виде отколов углов. Такие разрушения появляются вследствие температурных деформаций и больших сил трения в швах.

Продольные и поперечные швы, образующие стандартные прямоугольные плиты, устраивают по типу швов сжатия или по типу швов расширения (рис. 39.39).

Рис. 39.39. Схема швов: а – шов сжатия; б – шов расширения; в – ложный шов; 1 – положение будущего рабочего шва; 2 – конструктивные швы

Швы сжатия дают возможность плитам сокращать свои размеры, т.е. сжиматься при усадке бетона в процессе его твердения и при понижении температуры. Швы расширения представляют собой зазоры между соседними плитами, ширина которых обеспечивает свободу перемещения плит при расширении, при повышении температуры или при увеличении влажности бетона. Швы сжатия могут выполняться в виде ложных швов (см. рис. 39.39). Ложные швы создаются надрезом плит сверху виброножом на глубину 1/3 толщины плиты, в результате чего создается ослабленное сечение. Образовавшиеся трещины в этом сечении имеют правильную прямоугольную форму и обеспечивают работу шва по типу шва сжатия.

В местах перерыва работ при строительстве покрытий устраивают рабочие швы, выполняемые по типу швов расширения (см. рис. 39.39). При устройстве нестандартных плит в местах присоединения РД к ВПП, РД и МС и перронам устраивают конструктивные швы. Для предотвращения попадания через швы под покрытие воды швы заполняют водонепроницаемым и теплоустойчивым материалом. Заполняющий материал швов должен хорошо сцепляться с бетоном, быть морозостойким, упругим, вязким, не выдавливаться из шва и восстанавливаться после подвижки плит при температурных деформациях.

Расстояния между поперечными швами сжатия бетонных покрытий толщиной до 30 см принимают равным 25- кратной толщине, более 30 см – 7,5 м. Для армобетонных и обычных железобетонных покрытий расстояния между поперечными швами сжатия l и поперечными швами расширения l₁ принимают в зависимости от толщины плиты h:

h, см 16-22 24-26 28-30;

l, м 20 25 30;

l₁, м 40 50 60.

В монолитных предварительно напряженных покрытиях швы сжатия не устраивают, а продольные швы расширения не устраивают в монолитных покрытиях.

Продольные швы сжатия всех типов покрытий, кроме бетонных, совмещают с технологическими. В бетонных покрытиях расстояние между продольными швами сжатия составляет около 3,5-5,0 м.

В сборных покрытиях устраивают температурные швы. Расстояние между температурными швами в продольном и поперечном направлениях принимаются равными 12-30 м при годовой амплитуде среднемесячных температур 20-40°С. Для промежуточных значений амплитуд расстояния между швами устанавливают интерполяцией.

Все швы ослабляют покрытие. При нагружении покрытий краевые и угловые участки не соединенных друг с другом плит оказываются более слабыми, чем центральные участки плит (рис. 39.40).

Рис. 39.40. Схема работы плит под нагрузкой: а – при передаче нагрузки на одну плиту; б – при передаче нагрузки на две смежные плиты

Из рис. 39.40 видно, что при передаче нагрузки одновременно на две смежные плиты каждая из них будет нести лишь половину всей нагрузки. Стыковые соединения как раз и предназначены для связи соседних плит с целью передачи нагрузки от колеса самолета с одной плиты на другую. Таким образом, стыковые соединения усиливают краевые и угловые участки плит.

К стыковым соединениям предъявляются два требования: они должны допускать горизонтальное перемещение плит при температурных деформациях плит (сжатие зимой, расширение летом); не должны допускать взаимные вертикальные поперечные смещения смежных плит при воздействии колес самолета, т.е. обеспечивать передачу части нагрузки с одной плиты на другую.

Во всех швах, как правило, предусматриваются стыковые соединения: штыревые, шпунтовые и т.п. В отдельных случаях вместо устройства стыковых соединений производится усилие краевых участков плит армированием или утолщение этих участков. В поперечных швах расширения рекомендуется устройство подшовных плит. Устройство швов без стыковых соединений или без усилений краевых участков допускается только для продольных швов монолитных предварительно напряженных покрытий с двухосным обжатием.

Схемы конструкций швов монолитных жестких покрытий приведены на рис. 39.41.

Толщина однослойных жестких покрытий, как правило, не должна превышать 30 см. Когда по расчету требуется большая толщина, необходимы более эффективные по несущей способности конструкции покрытий, прочные основания или двухслойные покрытия. Двухслойные покрытия устраивают методом наращивания по разделительной прослойке.

В качестве разделительной прослойки используется пергамин и другие рулонные материалы, уложенные в два слоя, или слой пескобитума толщиной 1,0 см. Нижний слой двухслойного покрытия целесообразно делать из бетона, керамзита, песко- и шлакобетона.

В верхнем слое может применяться предварительно напряженный железобетон и армобетон. Взаимное расположение плит верхнего и нижнего слоя должно быть таким, чтобы по возможности избежать совпадения швов.

Рис. 39.41. Схемы конструкций швов (размеры в сантиметрах): 1 – плита покрытия; 2 – штырь; 3 – подшовная плита; 4 – дощатая прокладка; 5 – герметизирующий материал; 6 – деревянная пробка диаметром 10-15 мм; 7 – колпачок с упругой набивкой; 8 – рабочая арматура; 9 – нижняя прокладка

Участки обочин, непосредственно примыкающие к искусственным покрытиям ВПП, РД, МС и перронов и подвергающиеся воздействию газовых и воздушных струй от двигателей самолетов, а также возможным воздействиям аэродромных транспортных и эксплуатационных средств, укрепляются.

Требуемые толщины конструктивных слоев аэродромных покрытий определяются расчетом. Минимально допустимые толщины слоев покрытия составляют:

– для предварительно напряженного железобетона – 14 см;

– армобетона, бетона и обычного железобетона – 16 см.

Для устройства жестких покрытий следует применять тяжелый бетон, отвечающий требованиям ГОСТ 26633-85 «Бетон дорожный» и СНБ 5.03.01-02. Минимальные проектные марки бетона по прочности на сжатие исходят из нагрузок 40-25 МПа (С³⁵/₄₀ – С²⁰/₂₅) на растяжение при изгибе – 5,0-3,5 МПа соответственно для однослойных (верхних слоев двухслойных) покрытий и нижних слоев двухслойных покрытий.

Для армирования жестких аэродромных покрытий используют стержневую, проволочную и прядевую арматуру. Вид и класс арматуры устанавливают в зависимости от типа покрытия и назначения арматуры в покрытии. Обычно применяют арматуру классов S300-S400.

Далее кратко рассмотрим разновидности жестких покрытий аэродромов.

1. Бетонные покрытия имели наибольшее распространение в аэропортах бывшего СССР в прошлом веке. Простота конструкции и технологии устройства обеспечивали им широкое применение, несмотря на ряд существенных недостатков.

Поскольку плиты бетонных покрытий под воздействием эксплуатационных нагрузок и природных факторов работают на изгиб, растяжение и сжатие, то определяющими характеристиками аэродромного бетона являются предел прочности при изгибе и растяжении.

Это обстоятельство приводит к тому, что высокая прочность бетона при сжатии в конструкции покрытия не используется, а используется способность бетона воспринимать изгибающие и растягивающие усилия, которая в 8-12 раз ниже способности бетона воспринимать сжимающие усилия.

Бетонные покрытия устраивают, как правило, из прямоугольных плит при соотношении размеров сторон в пределах 1:1-1:1,5. Наибольший размер стороны плиты не должен превышать 5 м. Таким образом, бетонное покрытие разделяется на отдельные плиты продольными и поперечными швами.

Конструкция шва имеет большое значение для несущей способности и долговечности покрытия. Опыт строительства и эксплуатации жестких покрытий показывает, что при неудачной конструкции швов именно они являются источником прогрессирующих разрушений всего покрытия в целом. Для заполнения швов в бетонных покрытиях применяются мастика «Изол» и резинобитумное вяжущее.

Толщина бетонных покрытий обычно изменяется в пределах 16-28 см (рассчитанных на V и VI категорию нормативных нагрузок).

2. Железобетонные покрытия. Основной особенностью жестких покрытий является их работа на изгиб, т.е. способность сопротивляться растягивающим напряжениям. Предел прочности бетона на растяжение значительно меньше, чем на сжатие, в результате чего бетонные покрытия имеют значительную толщину и небольшие размеры в плане. Для устранения этого недостатка в железобетонных покрытиях в бетон вводят стальную арматуру, которая воспринимает растягивающие напряжения.

Арматура располагается в зоне растяжения и принимает растягивающие усилия на себя. Арматуру в железобетонных покрытиях располагают в тех участках плиты, где возникают наибольшие растягивающие напряжения. Степень насыщения бетона арматурой характеризуется процентом армирования  , где F_а – площадь поперечного сечения арматуры, м²; bh_o – площадь сечения плиты при высоте h_o и ширине b, м².

Оптимальное значение m для железобетонных покрытий составляет 0,25-0,40. При таком проценте армирования работа бетона в сжатых зонах плит и стальной арматуры в растянутых зонах наиболее эффективна.

Железобетонные покрытия так же, как и бетонные, разбиваются в плане продольными и поперечными швами на прямоугольные плиты. Ширина плит соответствует захвату бетоноукладочной машины, т.е. 7 м. Длину плит, т. е. расстояние между поперечными швами сжатия, принимают равной 20-30 м.

Увеличение размеров железобетонных плит в плане по сравнению с бетонными возможно благодаря тому, что растягивающие усилия воспринимает отдельная арматура, хорошо сопротивляющаяся изгибным напряжениям.

Арматуру рассчитывают на воспринятое усилий, возникающих в плитах от воздействия самолетных нагрузок и природных факторов. Для одной и той же нагрузки толщина железобетонной плиты меньше на 15-25%, чем для бетонной, но расход стали значительно возрастает. Расход стали в железобетонных покрытиях составляет 12-22 кг/м². В отличие от бетонных покрытий качество бетона для железобетонных покрытий контролируют прочностью не на растяжение, а на сжатие.

Для армирования железобетонных покрытий используют стальную арматуру периодического профиля класса S300 диаметром 12-16 мм в виде сеток и каркасов, свариваемых контактным способом. Арматуру размещают в продольном и поперечном направлениях в верхней и нижней зонах сечения плиты в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Максимальное количество арматуры располагается вверху и внизу вдоль краевых участков плит и в нижней зоне центральной части плит. Минимальное количество арматуры укладывают в верхней плоскости в центре плиты и поперек краевых участков плит.

Продольные и поперечные швы железобетонных покрытий устраивают так же, как и бетонные со стыковыми соединениями. Продольные швы сжатия, как правило, устраивают со шпунтом, а поперечные швы сжатия и растяжения – штыревые, сквозные (швы растяжения), ложные (швы сжатия). Усиление краевых участков сквозных и ложных швов осуществляется более частым расположением стрежней арматуры.

3. Армобетонные покрытия. К армобетонным относятся такие покрытия, в которых процент армирования меньше минимального, предусматриваемого для железобетонных плит. В армобетонных сечениях при расчетных нагрузках растягивающие напряжения воспринимаются как арматурой, так и бетоном. Армирование бетонных покрытий существенно повышает долговечность и устойчивость их работы при воздействии многократно повторяющихся подвижных нагрузок за счет уменьшения количества швов, а также упрочнения верхнего слоя арматурной сталью. Наличие арматуры предотвращает раскрытие трещин, вызванных подвижными нагрузками и колебаниями температуры, вследствие чего обеспечиваются высокие эксплуатационные качества покрытий.

Армобетонные покрытия армируют сетками из стержневой арматуры класса S-300, диаметром 16-14 мм. Сетки располагают в верхней зоне сечения покрытий на расстоянии от поверхности, равном 1/3 толщины плиты.

Процент продольного армирования плит составляет 0,15-0,25, шаг продольных стержней – в пределах 15-30 см. Поперечное армирование является конструктивным. Расстояние между поперечными стержнями принимают следующим: 40 см при толщине плиты до 22 см; 30 см при большей толщине.

Поперечные и продольные стержни сетки рекомендуются одного диаметра. Расход стали для армобетонных покрытий составляет 5-8 кг/м².

Армирование армобетонных покрытий выполняют сварными сетками. Отдельные сетки между собой стыкуют внахлестку без сварки или с частичной сваркой и связыванием сетки. Длина перепуска сеток из стержней периодического профиля в поперечном направлении плиты должна быть не менее 15 диаметров стержней, а в продольном направлении плиты равной 30 диаметрам. По длине плиты поперечные стыки сеток следует располагать вразбивку на расстоянии не менее 1 м друг от друга.

Армобетонные покрытия разделяются на отдельные прямоугольные плиты продольными швами сжатия и поперечными швами сжатия и растяжения. Размеры армобетонных плит в плане точно такие же, как и железобетонные от 7х20 до 7х30 м.

Продольные швы сжатия обычно выполняют со шпунтовым соединением, а поперечные – со штыревыми, сквозными и ложными.

Большим достоинством армобетонных покрытий является не только увеличение прочности плит, но и повышение их трещиностойкости от воздействия самолетных нагрузок и природных факторов при относительно малом расходе стали.

4. Монолитные предварительно напряженные покрытия. К монолитным предварительно напряженным относятся такие покрытия, у которых при строительстве осуществляется предварительное обжатие бетона. Сжимающие напряжения предупреждают возникновение растягивающих напряжений от эксплуатации нагрузок. Это позволяет передать на конструкцию значительно большие, чем на бетонные покрытия, растягивающие напряжения.

Покрытия из монолитного предварительно напряженного железобетона обладают высокой трещиностойкостью благодаря хорошей сопротивляемости растягивающим и изгибающим усилиям, не боятся небольшого раскрытия трещин в бетоне растянутой зоны, так как под влиянием предварительных напряжений сжатия они после снятия нагрузки закрываются. Толщина этих покрытий уменьшается в 1,5-2,0 раза по сравнению с бетонными, а расход арматурной стали в 2-3 раза по сравнению с обычными железобетонными покрытиями за счет использования высокопрочной арматурной стали и бетонов высоких марок. Их можно устраивать из плит больших размеров, что резко снижает количество швов и тем самым улучшает эксплуатационные качества покрытия. Некоторые разновидности предварительно напряженных покрытий могут совсем не иметь швов расширения. Преимущества монолитных предварительно напряженных покрытий наиболее явно проявляются при эксплуатации тяжелых самолетов.

Тип преднапряженного покрытия должен выбираться с учетом климатических и гидрогеологических условий расположения аэропорта, размеров и конфигурации сооружаемого участка покрытия, наличия местных строительных материалов.

Участки покрытий протяженностью менее 500 м целесообразно устраивать с натяжением арматуры на затвердевший бетон. При протяженности участка 500 м и более могут устраиваться струно-бетонные и безарматурно обжатые предварительно напряженные покрытия.

5. Предварительно напряженные покрытия с натяжением арматуры на затвердевший бетон. Для армирования покрытий этого типа применяют пучки или пряди из высокопрочной холоднотянутой проволоки либо стержни из высокопрочных низколегированных горячекатаных сталей.

Арматуру устанавливают до бетонирования. Сцепление ее с бетоном предотвращается, как правило, благодаря применению металлических гофрированных трубок, в которых пропущена арматура. При армировании покрытия в поперечном направлении в процессе бетонирования при помощи металлических стержней, шлангов и других подобных предметов в плитах устраивают каналы, через которые после затвердения бетона протаскивают арматурные пучки или стержни.

Предварительное напряжение в покрытиях создается после набора бетоном проектной прочности путем вытяжки арматуры гидравлическими домкратами, упирающимися в вертикальные боковые грани плит, с последующей анкеровкой этой арматуры в напряженном состоянии.

Способ натяжения арматуры на бетон позволяет осуществлять ступенчатое приложение предварительного напряжения, что целесообразно делать при устройстве покрытий, чтобы снять с плит, имеющих недостаточную прочность, усадочные и температурные напряжения и восстановить потери предварительных напряжений, происходящих из-за усадки и ползучести бетона.

Технологическим недостатком покрытий этого типа является трудность механизации строительства и большое количество ручных операций при монтаже и изоляции арматуры и ее ступенчатом натяжении и анкеровке. Кроме этого, при натяжении арматуры в каналах затвердевшего бетона, если прямолинейность этих каналов даже незначительно нарушена, происходят большие потери предварительных напряжений на трение между арматурой и стенками каналов, которые достигают иногда 20-40%, что равносильно потере соответствующего количества арматурной стали.

При двухосном армировании с натяжением арматуры на бетон толщина покрытия должна быть не менее 18 см, а при армировании только в одном направлении – не менее 16 см. Максимальная длина каналов ограничивается 50-70 м, так как при большей длине потери предварительных напряжений на трение сильно возрастают. Поэтому через указанные промежутки в покрытии необходимо предусматривать технологические разрывы и, следовательно, швы расширения. Размеры технологических разрывов должны обеспечить размещение в них домкратов для натяжения арматуры и анкерных устройств.

Заделываемые после окончания работ обычным бетоном технологические разрывы нарушают ровность покрытия, что также является одним из недостатков покрытия этого типа. Высокопрочная проволока для изготовления пучков арматуры или прядей без специальной защиты интенсивно коррозируется. Поэтому обязательной технологической операцией является инъек-цирование каналов цементным раствором, для чего в конструкции предусматриваются приспособления для подсоединения к каналам растворонасосов, обеспечивающие выход из них воздуха при заполнении раствором. При армировании покрытий горячекатаной арматурой диаметром 14 мм и более инъекцирование каналов не обязательно. В этом случае арматурные стержни перед укладкой в каналы покрывают антикоррозийным веществом.

Предварительно напряженные покрытия с натяжением арматуры на затвердевший бетон достаточно универсальны и могут быть устроены на различных площадках. Способ натяжения арматуры на бетон в настоящее время целесообразен при обжатии монолитных покрытий преимущественно малого размера и обжатия всех разновидностей покрытий в поперечном направлении.

6. Предварительно напряженные покрытия с натяжением арматуры до бетонирования. В 1956 г. в Советском Союзе была разработана конструкция напряженных монолитных струнобетонных покрытий и способ их армирования. Покрытие этого типа прошло производственную проверку и широко применялось для строительства покрытий аэродромов в 1960-1980 годах.

В продольном направлении покрытие армируют высокопрочной проволокой (или прядями), раскладываемой механизированным способом на участке длиной 500-1000 м. Натяжение арматуры производится до бетонирования одновременно на всю длину захватки. Это обеспечивает малую удельную трудоемкость при раскладке и натяжении арматуры и исключает потери натяжения на трение.

Помимо проволочной или прядевой арматуры, покрытия рассматриваемого типа можно армировать стержневой горячекатаной низколегированной высокопрочной арматурой класса S500 периодического профиля. При помощи двигающейся по рельс-формам самоходной сварочной машины отдельные арматурные прутки на месте сращиваются в плети длиной, равной расстоянию между анкерными плитами. Сращивают прутки в плети нужной длины и резьбовыми втулками, однако концы отдельных стержней должны иметь накатную резьбу, так как при резьбе, нарезаемой обычными способами, уменьшается эффективное поперечное сечение стержней.

Для удержания напряженной арматуры в натянутом состоянии на период бетонирования покрытия и набора бетоном необходимой прочности устанавливают анкеры в начале и конце каждого участка через 500-1000 м.

Для улучшения условий передачи на бетон предварительных напряжений и снижения его потерь, возникающих от трения подошвы плиты по основанию, покрытие после набора бетоном необходимой прочности разрезают поперечными швами на плиты длиной 50-100 м. Прочность угловых и краевых участков плит увеличивается за счет плит-подкладок под поперечными швами.

К недостаткам рассматриваемого способа натяжения арматуры относится невозможность восстановления потерь предварительного напряжения, происходящих от ползучести бетона и релаксации напряжений в арматуре.

При устройстве покрытий с напрягаемой до бетонирования самоанкерующейся арматурой особое внимание необходимо уделять воздействию температурно-усадочных напряжений, которые развиваются в длинных плитах, и в период твердения бетона до передачи на него предварительных напряжений могут вызвать поперечные трещины. Основным средством снижения указанных напряжений является хороший уход за твердеющим бетоном, обеспечивающий стабильность температурно-влажностного режима покрытий.

На поверхности свежеуложенного бетона должна быть создана паро-, водонепроницаемая пленка, а после окончания схватывания бетона плиты нужно укрывать теплоизолирующим слоем песка толщиной 10-15 см, в котором постоянно должна поддерживаться влажность выше оптимальной. Уход должен осуществляться до передачи предварительных напряжений на бетон.

Толщина струнобетонных покрытий, запроектированных под нормативные нагрузки I-III категорий, соответствует 18-25 см. При этом расход арматуры составляет 9-16 кг/м², в том числе напрягаемой проволочной 3,5-6,0 кг/м².

7. Покрытия из предварительно напряженных железобетонных плит заводского изготовления. Аэродромные покрытия из сборных предварительно напряженных железобетонных плит создают возможность массового производства плит индустриальными методами на заводах железобетонных изделий и превращение строительной площадки в монтажную. При этом отпадает необходимость в подсобных предприятиях для хранения и переработки исходных строительных материалов, приготовления бетона и его транспортирования к месту укладки.

Целесообразно применять сборные покрытия при необходимости устройства их в сжатые сроки или в зимних условиях.

Оптимальной конструкцией для сборного аэродромного покрытия в настоящее время является железобетонная плита, армированная двухосной двухрядной предварительно напряженной арматурой. Такая плита обеспечивает требуемую для покрытия прочность и трещиностойкость при незначительном расходе арматурной стали. Плиты из обычного железобетона нерациональны, так как даже при увеличении расхода арматуры в 2-3 раза они не обладают необходимой трещиностойкостью и долговечностью.

Размеры плит должны быть максимально допустимыми по технологическим возможностям оборудования, применяемого для транспортирования плит и монтажа покрытия.

Для массового изготовления на таких заводах разработаны плиты ПАГ-14, ПАГ-18 и ПАГ-20 (ПАГ – плита аэродромная гладкая) размерами в плане 2x6 м, которые армированы в продольном направлении двухрядной предварительно напряженной арматурой из прутковой стали периодического профиля класса S500, а в поперечном направлении – обычной ненапряженной арматурой. Такие плиты имеют различную жесткость сечений в продольном и поперечном направлении.

Сборные покрытия из типовых плит ПАГ-14 следует применять для нагрузок на колесо не более 100 кН для многоколесной опоры и не более 170 кН для одноколесной опоры, ПАГ-18 – не более 140 кН для многоколесной опоры и не более 200 кН для одноколесной опоры, ПАГ-20 – не более 180 кН и 250 кН соответственно. Плиты должны удовлетворять требованиям ГОСТ 25912.0-91 «Плиты железобетонные предварительно напряженные ПАГ для аэродромных покрытий».

Продольная прутковая арматура напрягается электротермическим методом на жесткие поддоны-вагонетки до бетонирования.

Основная толщина одноосно обжатых плит 14 см, но при незначительном переоборудовании бортовой оснастки на заводах-изготовителях можно готовить плиты толщиной от 12 до 16 см.

Для плит, армированных стержневой арматурой периодического профиля, применяют бетон марки C²⁵/₃₀. Передача предварительного напряжения на бетон допускается при прочности его не менее 21 МПа.

Технико-экономические показатели сборных покрытий из плит ПАГ-14 таковы: расход арматуры 11 кг/м², в том числе напрягаемой – 5,8 кг/м². Расход арматуры в плитах ПАГ-18 составляет 13,7 кг/см², в том числе напрягаемой – 7,0 кг/м².

Покрытия из сборных предварительно напряженных железобетонных плит проектируют на основе тех же технических условий, которые предъявляются к жестким монолитным покрытиям. Для наиболее рациональной организации массового производства необходимо, чтобы плиты, выпускаемые промышленностью, имели, как правило, одинаковую толщину и размеры в плане.

Для обеспечения необходимой несущей способности данного покрытия применяются искусственные основания, жесткость и толщину которых назначают расчетом с учетом заданной расчетной нагрузки, гидрогеологических и климатических условий, в которых расположен аэропорт.

Покрытия аэродромов нежесткого типа. Покрытия нежесткого типа должны обладать достаточной несущей способностью и обеспечивать безопасность эксплуатации самолетов. Толщина и конструкция нежестких покрытий зависит от величины расчетных нагрузок самолета и схемы опорных точек, интенсивности эксплуатации аэродрома и качества естественных грунтовых оснований. Покрытия нежесткого типа устраивают в виде многослойной конструкции из каменных материалов и местных грунтов, обработанных, как правило, вяжущими материалами.

Конструкция нежесткого покрытия состоит из верхнего слоя, несущего слоя и искусственного основания (рис. 39.42).

Рис. 39.42. Схема покрытия нежесткого типа: 1 – верхний слой (покрытие); 2 – несущий слой; 3 – искусственное основание; 4 – естественное грунтовое основание

Верхний слой должен отвечать следующим требованиям:

– не допускать проникания поверхностных вод в несущий слой покрытия;

– защищать несущий слой от разрушения многократно повторяющимися самолетными нагрузками;

– выдерживать сдвигающие усилия от колес самолета, возникающие при ударах, движении и торможении;

– иметь ровную поверхность, не допускающую скольжения колес самолета и чрезмерный износ шин;

– не подвергаться разрушению воздушными струями самолетов с поршневыми двигателями и потоком газов реактивных двигателей.

Несущий слой – основной конструктивный элемент нежесткого покрытия. Основная задача этого слоя состоит в передаче давления от колес самолета естественному грунтовому основанию.

В ряде случаев несущий слой выполняет те же функции, что и верхний слои покрытия. Несущий слой должен:

– выдерживать усилия, возникающие в самом слое от вертикальных нагрузок самолета;

– не допускать разрушения естественного грунтового основания;

– противостоять изменению объема и потере несущей способности при изменении влажности.

Устойчивость несущего слоя достигается применением прочных каменных материалов и мелких заполнителей, подобранных таким образом, чтобы получилась однородная смесь, которая при уплотнении обеспечивала бы плотную, хорошо заклиненную массу. Для улучшения свойств в несущий слой могут быть добавлены вяжущие материалы.

Искусственное основание совместно с несущим слоем передает давление от колес самолета естественному грунтовому основанию. Искусственные основания устраивают из прочных каменных материалов и местных грунтов, обработанных вяжущими. В состав искусственных оснований может входить также слой песка. Песчаные основания устраивают на грунтах, сильно переувлажняющихся в весеннюю и осеннюю распутицы, при искусственных основаниях из каменных материалов. Они уменьшают деформацию покрытий, вызываемую пучением, и предотвращают перемешивание щебня с переувлажненным подстилающим грунтом.

Тип покрытия выбирают на основании заданных расчетных нагрузок (класса аэродрома), наличия местных строительных материалов и технико-экономических сравнений вариантов).

Нежесткие покрытия аэродромов имеют несколько разновидностей.

1. Асфальтобетонные покрытия – один из основных типов нежестких покрытий. Применяются на аэродромах с категорией нормативных нагрузок III, IV, V, VI. Они имеют ровную поверхность, допускают устройство экономичных конструкций с различной толщиной на разных участках, создают полную механизацию работ и обеспечивают быстрые сроки строительства. Применяются асфальтобетонные покрытия главным образом на тех элементах аэродромов, которые менее подвержены действию газов от реактивных двигателей, топлива и смазочных материалов – на рулежных дорожках, на средней части длины взлетно-посадочной полосы, так как они недостаточно теплоустойчивы и стойки против воздействия авиационных топлив.

Асфальтобетоном называют искусственный материал, полученный в результате уплотнения рационально подобранной смеси из щебня, песка, минерального порошка и битума. Асфальтобетон приготовляется в асфальтобетонных смесителях путем перемешивания указанных выше составляющих в нагретом состоянии.

В зависимости от температуры укладки и вязкости битума, используемого при приготовлении смеси, асфальтобетонные смеси подразделяются на:

– горячие, которые приготавливают из вязких битумов марки БНД-90/130, БНД-60/90 и БНД-40/60. Температура горячей смеси, укладываемой в покрытие, должна быть 120-160°С;

– теплые, которые приготавливают из вязких битумов марки БНД-200/300,
БНД-130/200 или на жидком битуме марки БГ-70/130, СГ-130/200. Температура укладываемой тепловой смеси должна быть 80-130°С;

– холодные, которые приготавливают на жидких битумах марок СГ-70/130 или
МГ-70/130. Температура укладки холодной смеси в покрытие 5-40°С.

Асфальтобетонные смеси, как правило, укладывают в горячем состоянии, так как асфальтобетон, полученный из таких смесей, обладает наибольшей прочностью. Асфальтобетонные смеси можно укладывать и в холодном состоянии, что обеспечивает определенные преимущества, так как холодные смеси можно длительное время хранить на складах, перевозить на большие расстояния. Однако асфальтобетон из холодных смесей менее прочен и в первое время после укладки связность его мала, что и ограничивает применение холодных смесей при устройстве аэродромных покрытий. Чаще асфальтобетон из холодных смесей применяется для ремонта покрытий.

Асфальтобетонные покрытия устраивают на прочных искусственных основаниях из щебня, обработанного или не обработанного вяжущими материалами, подобранных гравийных смесей (как правило, с добавками дробленых материалов), не обработанных или обработанных органическими вяжущими материалами, а также из грунто- и пескоцемента. В нижних слоях основания, кроме того, допускается применять слабые местные материалы и грунты, обработанные вяжущими. В верхних слоях основания допускается использование бетона и материалов, применяемых для нижнего слоя двухслойных жестких покрытий.

Асфальтобетонное покрытие может быть однослойным, двухслойным и трехслойным (рис. 39.43). На участках, где развиваются большие тормозные усилия при движении самолетов, вызывающие большие касательные напряжения, асфальтобетон следует укладывать в два и три слоя. К таким участкам относятся концевые участки ИВПП и магистральные РД. На остальных участках покрытие можно устраивать в один или два слоя.

Рис. 39.43. Конструкция асфальтобетонных покрытий аэродромов: 1 – двухслойный асфальтобетон; 2 – щебень; 3 – песок; 4 – однослойный асфальтобетон; 5 – цементобетон; 6 – грунт, обработанный цементом или битумом; 7 – черный щебень; 8 – грунтогравийная смесь; 9 – черный гравий или грунтогравийная смесь, обработанная битумом

Однослойные асфальтобетонные покрытия устраивают толщиной 6-8 см, двухслойные – 12-16 см, трехслойные – 18-24 см. Опыт эксплуатации асфальтобетонных покрытий показал, что при интенсивном движении самолетов и фактической толщине слоев, меньше предусмотренной, появлялись трещины, сдвиги, выбоины и другие дефекты. При толщине асфальтобетонного покрытия 12-16 см и нижнего слоя 6-8 см сдвигающие напряжения уменьшаются, достигают допустимой величины и указанных выше дефектов не наблюдается.

Для обеспечения надлежащего уплотнения размер крупных частиц щебня, входящих в асфальтобетонные смеси, не должен превышать в верхнем слое 0,6 толщины этого слоя и в нижнем 0,7. Если асфальтобетонные покрытия устраивают в один слой, то наибольший размер щебня не должен превышать 2/3 его толщины.

Для лучшего сцепления асфальтобетона с каменным основанием в нижний слой укладывают крупнозернистые смеси с меньшим количеством минерального порошка и песка. В верхних слоях применяют мелкозернистые смеси, обеспечивающие повышенную прочность и ровность покрытия.

В местах систематического запуска и опробывания двигателей асфальтобетонные покрытия рекомендуется армировать сварной сеткой из проволоки диаметром 2,5-3,5 мм с размером ячеек 100x100 мм. Стыкуют сетки внахлестку, длина нахлестки в обои направлениях 100 мм.

На концевых участках ИВПП армируют полосу шириной 15 м вдоль линии старта. На групповых МС армирование асфальтобетона следует предусматривать на всей длине МС при ширине армированной полосы, равной 15 м.

В местах заправки и ремонта самолетов для предохранения покрытий от разрушающего действия пролитых топлив и масел рекомендуется укладывать на неуплотненную асфальтобетонную смесь цементный раствор состава 1:1 (расход раствора 4 л/м² покрытия) с последующим уплотнением смеси катками. Раствор приготовляют из быстротвердеющего цемента при соотношении вода/цемент равным 0,8. В качестве заполнителя используют мелкий песок. Дополнительно в раствор необходимо вводить пластифицирующие и воздухововлекающие добавки.

Опыт эксплуатации тяжелых современных реактивных и турбореактивных самолетов показал, что асфальтобетонные покрытия находятся в хорошем состоянии лишь тогда, когда приготовление и укладка асфальтобетонных смесей происходят в строгом соответствии с техническими правилами и ГОСТами.

Эффективность применения асфальтобетонных покрытий обеспечивается лишь только при хорошем качестве работ, поэтому их следует производить в сухую и теплую погоду. Особое внимание необходимо обращать на правильное приготовление асфальтобетонной смеси и стыкование ранее уложенного слоя с вновь укладываемым.

2. Покрытия из прочных щебеночных материалов подобранного состава, обработанные органическими вяжущими материалами, устраиваемые способом пропитки. Щебеночные покрытия (рис. 39.44), устраиваемые способом пропитки, имеют высокую прочность, водоустойчивость, беспыльность. Они обеспечивают круглогодичную эксплуатацию самолетов с нормативной нагрузкой на опору от 50 до 300 кН.

Рис. 39.44. Конструкция черных щебеночных покрытий: 1 – поверхностная обработка, 2 – черный щебень; 3 – щебень; 4 – грунтогравийная смесь; 5 – черный гравий или грунтогравийная смесь, обработанная битумом

Черные щебеночные покрытия устраивают слоями по принципу расклинцовки из чистого сухого и однородного по прочности щебня, подобранного по фракциям. При каждой последующей россыпи щебня одновременно производится уплотнение и розлив вяжущих. Вяжущее проникает в толщу и совместно с щебнем создает слой устойчивого и долговечного покрытия. В зависимости от назначения покрытия пропитка может быть глубокой (6,5-8,0 см) или облегченной (4-6 см). При глубокой пропитке применяется щебень трех-четырех фракций с максимальным размером частиц до 65-70 мм, при облегченной – щебень двух-трех фракций с максимальным размером частиц до 30-40 мм.

Для пропитки применяют нефтяные вязкие битумы БНД-130/200, БНД-90/130, вязкие сланцевые битумы БС-1 и каменноугольные дегти Д-6.

Черные щебеночные покрытия обычно устраивают на искусственных основаниях из щебня, грунтощебеночной или грунтогравийной смеси, а также из стабилизированных грунтов. Грунтощебеночные и грунтогравийные основания могут быть обработаны черными вяжущими методом смешения на месте. При устройстве черных щебеночных покрытий вначале рассыпают и слабо прикатывают одномерный слой щебня. Далее разливают битум, который просачивается в поры между щебенками.

При дальнейшем уплотнении тяжелыми катками достигается окончательное уплотнение битума в щебеночном слое. Последующие слои (второй, третий, четвертый) обрабатывают в таком же порядке.

Для предварительного уплотнения применяют легкие катки массой 5-6 т, а для последующего – тяжелые массой 8-10 т. Катки движутся со скоростью 1,5-2,5 км/ч. Легкие катки по одному следу проходят от 2 до 5 раз. Уплотнение тяжелыми катками производится до тех пор, пока щебень не примет устойчивое положение. Обычно количество проходов тяжелого катка по одному следу составляет четыре-пять.

Заключительным этапом работы является поверхностная обработка, при которой на покрытие разливается битум или деготь, затем рассыпается каменная мелочь и производится уплотнение несколькими проходами. В результате создается коврик толщиной 0,5-1,5 см, который повышает водонепроницаемость покрытий, уменьшает сопротивление движению транспортных средств и сохраняет покрытие от износа.

Черные покрытия следует строить в теплое время года и заканчивать с таким расчетом, чтобы формирование покрытия в течение 20-30 сут происходило при температуре воздуха не ниже +10°С и до наступления дождливого периода. В этом случае достигается равномерное распределение битума, однородность и прочность черных покрытий.

3. Упрощенные покрытия устраивают путем укрепления местных грунтов. Укрепление придает грунтам водоустойчивость, плотность, беспыльность и обеспечивает эксплуатацию самолетов с нормативной нагрузкой на опору от 50 до 80 кН.

В практике аэродромного строительства наиболее распространено укрепление добавками другого грунта, гравия, щебня, изменяющими гранулометрический состав местного грунта до образования оптимальных смесей, а также укрепление вяжущими битумами, дегтем, цементом, известью, повышающими связность и водоустойчивость местных грунтов

К укреплению добавками другого грунта прибегают в тех случаях, когда гранулометрический состав местных грунтов характеризуется недостатком или избытком основных фракций – песка, пыли и глины. При недостатке пыли и глины уменьшается связность грунтов в сухом состоянии, а если они в избытке, то при увлажнении в грунте интенсивно развиваются пластические деформации. В обоих случаях сопротивление грунта внешним нагрузкам уменьшается и условия эксплуатации летного поля становятся недопустимыми.

Грунтовые смеси оптимального гранулометрического состава при переменных условиях увлажнения обладают постоянным сопротивлением самолетным нагрузкам. Для создания оптимальных смесей к тяжелым суглинистым, пылеватым и глинистым местным грунтам добавляют песчаные и гравелистые материалы, к пылеватым и песчаным местным грунтам – суглинистые. Песчаные и гравийные частицы добавляют также к местным грунтам в районах избыточного увлажнения для придания скелету грунта устойчивости.

Для повышения прочности и устойчивости покрытия на отдельных интенсивно эксплуатирующихся участках аэродрома рекомендуется добавление цемента или негашеной извести в количестве 3-4% от массы минеральной части.

При обработке грунта цементом образуется прочный цементо-грунтовый каркас, который формирует достаточно прочное и водоустойчивое покрытие. Грунт, обработанный цементом, имеет значительно большую прочность, чем тот же грунт, но обработанный битумом. Модуль деформации цементогрунта может достигать 160 МПа, а модуль деформации грунта, обработанного битумом, не более 80 МПа.

Для укрепления цементом непригодны торфяные и заболоченные грунты, а также грунты, содержащие более 10% по массе гумусированных веществ и более 4% растворимых в воде солей, а также кислоты. Цементогрунтовые покрытия (рис. 39.45) устраивают однослойные и двухслойные. Слой цементогрунта в однослойных покрытиях устанавливают расчетом. Он должен быть не меньше 8 см и не более 20 см; толщина двухслойных покрытий обычно равна 25-35 см.

Рис. 39.45. Конструкции цементогрунтового покрытия: 1 – поверхностная обработка; 2 – цементогрунт; 3 – уплотненный грунт; 4 – цементогрунт с повышенным содержанием цемента;
5 – асфальтобетон

Наряду с цементом для устройства покрытий может применяться известь. Прочность грунта, обработанного известью, меньше, чем прочность цементогрунта. При укреплении известью к грунтам предъявляются те же требования, что и при обработке цементом. Известь вредно действует на слизистые оболочки дыхательных путей, поэтому при производстве работ необходимо соблюдать правила техники безопасности.

Упрощенные аэродромные покрытия требуют высокого качества производства работ. Поэтому должен осуществляться постоянный контроль качества грунтов и оптимальных смесей, их количественного соотношения, равномерности перемешивания, влажности.

Сборно-разборные покрытия аэродромов. Сборно-разборные покрытия применяются на временных аэродромах для обеспечения кратковременной работы авиации, преимущественно в периоды весенней и осенней распутиц, когда из-за переувлажнения грунтов и потери несущей способности полеты с грунтовых аэродромов становятся невозможными.

В настоящее время для эксплуатации современных самолетов используются сборно-разборные покрытия аэродромов из стальных штампованных плит.

Такие штампованные стальные плиты допускают сборку и разборку в короткие сроки, исчисляемые несколькими днями, при любой погоде и любом состоянии грунтового основания – водонасыщенном, мерзлом и сухом.

Основными требованиями, предъявляемыми к сборно-разборным покрытиям, являются:

– прочность и надежность в период распутиц, т.е. при наименьшей несущей способности грунта;

– ровность и достаточная шероховатость при любом увлажнении поверхности, обеспечивающая торможение самолета при пробеге после приземления;

– хорошее сцепление с грунтом;

– минимальный вес;

– минимальное количество отдельных элементов;

– возможность многократного применения каждого элемента;

– возможность применения индустриальных методов при устройстве покрытий;

– возможность транспортирования плит грузовыми автомобилями;

– осуществление монтажа и демонтажа при помощи средств малой механизации;

– возможность увеличения несущей способности покрытий при укладке металлических на укрепленные грунтовые основания.

Штампованные стальные перфорированные плиты изготавливают из стального листа толщиной 3,5 мм размерами в плане 3041х411 мм. Вес плиты 33 кг, а вес 1 м² покрытия из таких плит – 27 кг. Три ряда отверстий диаметром 66 мм уменьшают вес плиты и облегчают просыхание грунта под покрытием.

Для повышения сцепления плиты с грунтом и увеличения ее жесткости края отверстий развальцовывают, а лист имеет фасонный профиль с двумя продольными желобами высотой 21 мм (рис. 39.46).

Рис. 39.46. Покрытия из стальных перфорированных плит

Для соединения плит по продольным краям устроены крюки и пазы. При сборке покрытия крюки одной плиты вводят в пазы смежной плиты, далее смещают плиты вдоль замков до тех пор, пока крюки не зайдут за края пазов, после чего в освободившееся место пазов забивают по две-три пружинных металлических чеки (рис. 39.47). Чеки не дают плите сместиться назад и выйти крюками из зацепления.

Рис. 39.47. Соединение перфорированных плит: 1 – плита покрытия; 2 – пружинная чека

Покрытия собирают таким образом, чтобы плиты длинной стороной располагались перпендикулярно продольной оси летной полосы. Для обеспечения равнопрочности покрытия стыки плит сдвигают на середину каждой плиты. Для выравнивания покрытия по краям в продольном направлении через ряд с каждой стороны укладывают полуплиты.

Края плит прикрепляют к грунту при помощи проволочных скруток и деревянных кольев (рис. 39.48а). На концевых участках ВПП крайние четыре ряда плит заглубляют в грунт под углом 35-45°. При этом последний ряд закрепляется кольями, после чего производят засыпку грунтом (рис. 39.48б).

Рис. 39.48. Закрепление краев плит: а – у продольной кромки; б – на конце взлетно-посадочной полосы

Крепление плит у продольной кромки и на концах ВПП необходимо для предотвращения подъема плит при проходе колес самолета. Для извлечения из покрытия плит, требующих ремонта или смены, необходимо вынуть чеки, сдвинуть плиту и вывести крюки из зацепления с пазами смежных плит.

Опыт эксплуатации показал, что сборно-разборные покрытия из металлических перфорированных плит имеют ряд недостатков и обеспечивают эксплуатацию в распутицу самолетов со взлетным весом только до 150 кН. При эксплуатации таких покрытий средними самолетами наблюдались разрушения замковых соединений, глубокие колеи, недопустимые отгибы краев плит. Отверстия в плитах усложняли эксплуатацию самолетов, так как переувлажненный грунт выжимался из отверстий, попадая в двигатели, а вокруг отверстий образовывались местные просадки, приводящие к недопустимым деформациям плит.

С целью устранения указанных недостатков стальные плиты постоянно совершенствовали, и в настоящее время, помимо перфорированных плит, имеется ряд других типов. Но все равно их применение ограничено сельскохозяйственными аэродромами и аэродромами низших классов (Д, Е).