Рабочий слой земляного полотна (подстилающий грунт) - верхняя часть полотна в пределах от низа дорожной одежды до 2/3 глубины промерзания, но не менее 1,5 м от поверхности покрытия.
1.4. Капитальную и облегченную дорожную одежду с усовершенствованным покрытием проектируют с таким расчетом, чтобы за межремонтный срок не возникло разрушений и недопустимых с точки зрения предусмотренных действующими нормативными документами требований к ровности покрытия остаточных деформаций, а также, чтобы воздействие природных факторов не приводило к недопустимым изменениям в ее элементах.
Облегченную дорожную одежду с усовершенствованным покрытием рассчитывают на менее продолжительный межремонтный срок службы, чем для капитальных одежд. Это позволяет применять менее долговечные и дорогостоящие материалы и облегчить конструкцию.
При проектировании дорожных одежд переходного типа, выравнивание которых не сопряжено со значительными затратами (щебеночные, гравийные и подобные им покрытия), допускают возможность более значительного накопления остаточных деформаций под действием движения.
Во всех случаях для оценки напряженного состояния конструкции используют решения теории упругости.
1.5. В районах с влажным и холодным климатом на участках с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями должны быть предусмотрены меры по осушению и обеспечению морозоустойчивости дорожной одежды и земляного полотна.
1.6. Запроектированная дорожная одежда должна быть не только прочной и надежной в эксплуатации, но экономичной и возможно менее материалоемкой, особенно по расходу дефицитных материалов и энергии, а также должна соответствовать экологическим требованиям. Экономичность конструкции определяют по результатам сопоставления вариантов с оценкой сравнительной экономической эффективности капитальных вложений по действующим нормативным документам. Выбор конструкции дорожной одежды и тип покрытия обосновывают технико-экономическим анализом вариантов.
1.7. При проектировании дорожных одежд для конкретных объектов и разработке типовых (унифицированных) решений по конструкциям дорожной одежды наряду с положениями настоящих ОДН следует учитывать данные регионального научно-практического опыта (в том числе в части применения местных материалов, уточнения расчетных значений характеристик и т.д.), отраженного в действующих региональных технических условиях, нормах, правилах производства работ и других технических документах, утвержденных в установленном порядке.
При разработке региональных типовых конструкций дорожной одежды следует также учитывать специализацию дорожно-строительных организаций, обеспеченность региона дорожно-строительными материалами, предусматривать максимальную механизацию и индустриализацию строительных процессов, стремиться к снижению трудоемкости и затрат ручного труда.
1.8. Расчетный (проектный) срок службы проектируемой дорожной одежды и требуемый уровень проектной надежности необходимо назначать на основе норм, принимаемых административными органами по согласованию с региональными дорожными организациями.
1.9. Настоящие ОДН не распространяются на проектирование дорожных одежд в зоне вечной мерзлоты, где дополнительно должны быть учтены характер вечномерзлых грунтов, их температурный и водный режим, а также влияние толщины деятельного слоя и вечномерзлого грунта (жесткого основания) на прочность дорожной одежды.
Учет указанных факторов осуществляется на основе специальных региональных нормативно-технических документов.
2.1. Проектирование дорожной одежды представляет собой единый процесс конструирования и расчета дорожной конструкции (системы дорожная одежда + рабочий слой земляного полотна) на прочность, морозоустойчивость и осушение с технико-экономическим обоснованием вариантов с целью выбора наиболее экономичного в данных условиях.
2.2. Процедура конструирования дорожной одежды включает:
- выбор вида покрытия;
- назначение числа конструктивных слоев с выбором материалов для устройства слоев, размещение слоев в конструкции и назначение их ориентировочных толщин;
- предварительную оценку необходимости назначения дополнительных морозозащитных мер с учетом дорожно-климатической зоны, типа грунта рабочего слоя земляного полотна и схемы увлажнения рабочего слоя на различных участках;
- предварительную оценку необходимости назначения мер по осушению конструкции, а также по повышению трещиностойкости конструкции;
- оценку целесообразности укрепления или улучшения верхней части рабочего слоя земляного полотна;
- предварительный отбор конкурентоспособных вариантов с учетом местных природных и проектных условий работы.
2.3. При конструировании дорожной одежды необходимо руководствоваться следующими принципами:
а) тип дорожной одежды и вид покрытия, конструкция одежды в целом должны удовлетворять транспортно-эксплуатационным требованиям, предъявляемым к дороге соответствующей категории и ожидаемым в перспективе составу и интенсивности движения с учетом изменения интенсивности движения в течение заданных межремонтных сроков и предполагаемых условий ремонта и содержания;
б) конструкция одежды может быть принята типовой или разработана индивидуально для каждого участка или ряда участков дороги, характеризующихся сходными природными условиями (грунт рабочего слоя земляного полотна, условия его увлажнения, климат, обеспеченность местными дорожно-строительными материалами и др.) с одинаковыми расчетными нагрузками. При выборе конструкции одежды для данных условий предпочтение следует отдавать проверенной на практике в данных условиях типовой конструкции;
в) в районах, недостаточно обеспеченных стандартными каменными материалами, допускается применять местные каменные материалы, побочные продукты промышленности и грунты, свойства которых могут быть улучшены обработкой их вяжущими (цемент, битум, известь, активные золы уноса и др.). Одновременно надо стремиться к созданию конструкции, по возможности наименее материалоемкой;
г) конструкция должна быть технологичной и обеспечивать возможность максимальной механизации и индустриализации дорожно-строительных процессов. Для достижения этой цели число слоев и видов материалов в конструкции должно быть минимальным;
д) при конструировании необходимо учитывать реальные условия проведения строительных работ (летняя или зимняя технология и др.).
2.4. При назначении типов покрытия для разных вариантов конструкций дорожных одежд следует руководствоваться положениями действующих стандартов и норм на дорожно-строительные материалы и изделия и нормами проектирования автомобильных дорог.
2.5. При выборе материалов для устройства слоев дорожной одежды необходимо учитывать следующие положения.
Покрытие и верхние слои основания должны соответствовать проектным воздействующим нагрузкам и быть водо-, морозо- и термоустойчивыми.
Для верхнего слоя асфальтобетонного покрытия выбирают материал в соответствии с действующим ГОСТом "Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия" и СНиП "Автомобильные дороги".
В районах с климатом, близким к морскому, при количестве осадков 500 мм/год следует применять высокоплотный асфальтобетон либо плотный асфальтобетон, имеющий показатель пористости (водонасыщения), соответствующий нижнему допустимому пределу. В районах с сухим климатом (среднегодовое количество осадков менее 400 мм/год) назначают плотный асфальтобетон с показателем пористости (водонасыщения) по верхнему допускаемому пределу.
При перспективной интенсивности движения в физических единицах до 3000 авт/сут и при стадийном строительстве допускается устройство покрытия из пористого асфальтобетона с устройством поверхностной обработки или из высокопористого асфальтобетона с устройством двойной поверхностной обработки.
Конструкция дорожной одежды в местах остановок общественного транспорта, на регулируемых пересечениях и в других местах изменения скорости или движения на пониженных скоростях должна обеспечить повышенную сдвигоустойчивость при высоких летних температурах. Для обеспечения этого требования в покрытии предусматривают применение асфальтобетонных смесей типа А и Б, высокоплотных смесей, а в основании - крупнозернистых асфальтобетонных смесей либо каменных материалов, укрепленных цементом.
Основные задачи при конструировании пакета асфальтобетонных слоев - это оптимизировать толщину верхнего слоя из плотного или высокоплотного асфальтобетона и сократить число слоев.
Асфальтобетонное покрытие должно быть, как правило, однослойным. Минимальную конструктивную толщину покрытия назначают по нормам действующего СНиП, а толщину слоя асфальтобетонного основания определяют расчетами на прочность.
При проектировании дорожных одежд переходного типа предусматривают один из вариантов без устройства асфальтобетонного основания; в этом случае требуемую толщину покрытия назначают по расчету на прочность.
При стадийном строительстве или возможном перспективном повышении капитальности дорожной одежды при специальном технико-экономическом обосновании допускается применение холодного асфальтобетона.
При выборе материала для верхнего слоя основания надо учитывать капитальность (тип) дорожной одежды, вид покрытия, а также деформационные и теплофизические свойства материалов и грунтов, укрепленных органическими и неорганическими вяжущими.
Асфальтобетонную часть несущего основания следует предусматривать, как правило, однослойной. Двухслойное асфальтобетонное основание допустимо применять лишь при необходимости использования в нижнем слое основания асфальтобетона с пониженной сдвигоустойчивостью (высокопористый, песчаный). В этом случае общая толщина асфальтобетонных слоев повышенной сдвигоустойчивости (покрытие с основанием из крупнозернистого асфальтобетона) не должна быть менее 12 см.
При выборе вида материала для устройства основания из минеральных материалов следует ориентироваться на имеющийся в регионе опыт строительства и эксплуатации дорог. Материалы должны удовлетворять требованиям действующих СНиП или местным технологическим условиям, утвержденным в установленном порядке.
В районах, недостаточно обеспеченных стандартными каменными материалами, целесообразно широко применять местные каменные материалы (в том числе малопрочные и некондиционные) и грунты, укрепленные неорганическим вяжущим (цемент, известь, активные золы уноса и др.).
Основание из зернистых материалов должно быть, как правило, двухслойным: несущий слой из жестких и сдвигоустойчивых материалов (щебень, гравий, щебеночно- или гравийно-песчаные смеси, материалы и грунты, укрепленные неорганическим вяжущим) и дополнительный слой, выполняющий морозозащитные и дренирующие функции.
2.6. Если в дополнительном слое основания применяют однородный песок со степенью неоднородности (по ГОСТ 25100) менее 3, поверх него предусматривают укладку защитного (технологического) слоя из щебеночно-(гравийно-)песчаных смесей, отсевов дробления изверженных пород, гравелистых или крупных песков оптимального состава, а также из цементопеска. При степени неоднородности песка от 2 до 3 толщина защитного слоя принимается равной 10 см, при степени неоднородности менее 2 устанавливают защитный слой толщиной 15 - 20 см. В расчетах прочности дорожной одежды толщину защитного слоя включают в толщину дополнительного слоя основания. При устройстве защитного слоя можно применять геотекстиль.
2.7. В случае использования в основании местных малопрочных каменных материалов (щебень с маркой по прочности не ниже 200; гравий и щебень из гравия по дробимости не ниже Др 24; песчано-гравийные смеси; гравелистые пески и другие сдвигоустойчивые материалы с модулем упругости менее 250 МПа) предусматривают несущий слой основания из прочного щебня либо из укрепленных неорганическими вяжущими материалов с минимальной конструктивной толщиной, предусматриваемой СНиП. При этом толщину нижнего слоя основания из малопрочного материала обосновывают расчетом.
2.8. Расположение неукрепленных зернистых материалов между слоями из материалов или грунтов, обработанных вяжущими, как правило, не допускается.
Дополнительные слои основания должны совместно с верхними слоями и покрытием обеспечивать необходимую прочность конструкции, морозоустойчивость, а также дренирующую способность. Нижние слои основания, особенно из зернистых материалов, должны сопротивляться сдвиговым напряжениям.
На магистральных дорогах с тяжелым и скоростным движением основания следует устраивать преимущественно из укрепленных материалов.
2.9. Толщину слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее и укладываемых на верхний слой основания из материалов, укрепленных цементом, для ограничения появления "отраженных" трещин на покрытии нужно принимать, как правило, не менее толщины слоев, укрепленных цементом. При этом минимальная толщина слоев с органическими вяжущими должна соответствовать данным табл. 2.1.
Таблица 2.1
В случае применения материалов, укрепленных комплексными вяжущими, а также медленно твердеющими гидравлическими вяжущими, толщина слоя может быть снижена на 20%, а в условиях жарких и сухих районов IV - V дорожно-климатических зон - на 30%.
Для повышения трещиностойкости покрытия могут быть предусмотрены специальные трещинопрерывающие прослойки, в том числе на основе геосеток и геотекстиля, использование модифицированных вяжущих в материале покрытия и другие специальные решения.
2.10. Толщину отдельного слоя предварительно назначают в диапазоне от минимальной конструктивной толщины, регламентируемой действующими СНиП, до практически принятых значений (например, в типовых проектах) для данного региона.
Общую толщину дорожной одежды и толщины отдельных конструктивных слоев окончательно назначают по расчету на прочность, морозоустойчивость и осушение в соответствии с разделами 3, 4 и 5 настоящей инструкции.
Необходимо предусматривать в конструкции одежды возможно меньшее число слоев из разных материалов (2 - 4 без учета дополнительных слоев).
2.11. Для существенного уменьшения притока поверхностных вод в основание дорожной одежды и снижения расчетной влажности грунта земляного полотна необходимо предусматривать такие мероприятия, как укрепление обочин, обеспечение надлежащего их поперечного уклона и водонепроницаемости, устройство бордюров и лотков, а также обеспечение безопасного расстояния от бровки земляного полотна до уреза длительно застаивающейся поверхностной воды, повышенное уплотнение (до
) верхней части рабочего слоя в III - V дорожно-климатических зонах и др. (см. Приложение 2).2.12. В районах и на участках с неблагоприятными погодно-климатическими и грунтово-гидрологическими условиями для ограничения миграции влаги из нижних слоев земляного полотна в верхние следует предусматривать мероприятия по искусственному регулированию водно-теплового режима, проектируемые в соответствии с действующими СНиП и специальными документами в их развитие.
2.13. Для обеспечения возможности назначения однотипной конструкции дорожной одежды на участках большой длины следует предусматривать укрепление верхней части земляного полотна на различную глубину.
2.14. В целях обеспечения благоприятных условий работы прикромочных частей дорожной одежды основание должно быть на 0,6 м шире проезжей части и укрепительной полосы, а дополнительный нижний слой из песка или другого зернистого материала на 1 м шире основания, или его устраивают на всю ширину земляного полотна. Кроме того, при дорожных одеждах капитального типа может быть предусмотрена установка бортовых камней, плит или устройство монолитного бортика.
Укрепление обочин дорог проектируют в соответствии с указаниями СНиП "Автомобильные дороги. Нормы проектирования" и рекомендациями специальных документов.
капитальных дорожных одежд
2.15. Вид, марку и тип асфальтобетона для покрытия назначают в соответствии с положениями действующих СНиП "Автомобильные дороги" и ГОСТа "Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон".
2.16. Несущий слой основания капитальных дорожных одежд следует устраивать из прочных материалов (из пористого асфальтобетона, дегтебетона, щебеночных смесей, обработанных битумной эмульсией, фракционированного щебня, обработанного вязким битумом по способу пропитки, а также из фракционированного щебня, уложенного по принципу расклинки мелким щебнем или гранулированным активным шлаком, укрепленного по методу пропитки цементно-песчаной смесью, и т.п.). На дорогах, предназначенных для движения автомобилей грузоподъемностью 8 и более тонн, при устройстве покрытий толщиной 3 - 5 см верхняя часть несущего основания должна быть предусмотрена из асфальтобетона.
Для устройства нижней части несущего основания в зависимости от расчетных условий движения могут применяться монолитные (укрепленные грунты и каменные материалы), а также зернистые материалы, отвечающие требованиям действующих СНиП и ГОСТов.
В конструкциях дорожных одежд для дорог с тяжелым и интенсивным движением на контакте слоев из крупнозернистых или гравийных материалов с песчаными слоями основания или с грунтом земляного полотна следует предусматривать устройство разделяющих прослоек из геотекстиля в целях предотвращения взаимопроникновения материалов смежных слоев и снижения в связи с этим долговечности конструкции.
и переходных дорожных одежд
2.17. Дорожные одежды облегченного типа с усовершенствованными покрытиями (асфальтобетонные, дегтебетонные, из черного щебня, из щебня, обработанного вяжущими по способу пропитки, из крупнообломочных материалов, из песчаных или супесчаных грунтов, обработанных в установке битумной эмульсией совместно с цементом) целесообразно применять на дорогах III, IV категорий, а также при стадийном строительстве дорожных одежд на дорогах II категории.
2.18. Предварительно толщину покрытия из асфальтобетона облегченных дорожных одежд следует назначать равной 4 - 6 см, а при использовании других материалов, указанных в п. 2.17, - равной 6 - 8 см. Окончательно толщину покрытия устанавливают расчетом.
2.19. Несущие основания для облегченных дорожных одежд с усовершенствованным покрытием предусматривают из монолитных или зернистых материалов. При этом на дорогах III и IV категорий целесообразно устраивать основание дорожной одежды из гравийного пористого асфальтобетона; гравийно-песчаных смесей, обработанных эмульсией, дегтями и другими органическими вяжущими; различных материалов и грунтов и побочных продуктов промышленности, обработанных неорганическими или комплексными вяжущими, щебеночных и щебеночно-гравийных смесей.
2.20. Дорожные одежды с покрытиями переходного типа (щебеночные и гравийные из прочных пород, из малопрочных каменных материалов и грунтов, укрепленных органическими, неорганическими или комплексными вяжущими, мостовые из булыжного и колотого камня) можно предусматривать на дорогах IV и V категорий, а также при стадийном строительстве дорожной одежды на дорогах III категории.
При проектировании дорожных одежд с покрытием переходного типа надо стремиться, чтобы одежда состояла из одного-двух слоев.
Для покрытий, устраиваемых по способу заклинки, применяют фракционированный щебень естественных горных пород, щебень из горнорудных отходов и щебень из малоактивных металлургических шлаков, отвечающие действующим ГОСТам на "Щебень из естественного камня для строительных работ" и "Щебень шлаковый доменный и сталеплавильный для дорожного строительства".
2.21. При конструировании одежд переходного типа как первоочередной конструкции стадийного строительства для устройства слоев одежды на первой стадии необходимо применять материалы, которые отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для устройства слоев основания под усовершенствованные покрытия. Допускается для сокращения первоначальных затрат при соответствующем технико-экономическом обосновании применять упрощенные конструкции, движение по которым в неблагоприятный период года должно быть ограничено по нагрузке на ось транспортных средств, по скорости и по интенсивности.
2.22. Морозозащитные слои устраивают из стабильных зернистых материалов, таких как песок, песчано-гравийная смесь, гравий, щебень, шлаки и др., а также из грунтов, укрепленных вяжущими, или гидрофобизированных грунтов, или из других непучинистых материалов. Показателем пригодности материала по морозоустойчивости является степень пучинистости материала, определяемая в лабораторных условиях согласно действующему ГОСТу. Допускается принимать значения степени пучинистости по табл. 4.1 и 4.2.
2.23. В случае устройства морозозащитного слоя из зернистых материалов с коэффициентом фильтрации не менее 1 - 2 м/сут он может также выполнять функцию дренирующего слоя, что требуется подтвердить соответствующим расчетом. В этом случае морозозащитный слой нужно устраивать на всю ширину земляного полотна с выходом на откосы насыпи или с укладкой трубчатых дрен или других водоотводящих устройств.
Толщина морозозащитного слоя устанавливается расчетом в соответствии с положениями разделом 4 настоящих ОДН. Ширина морозозащитного слоя должна превышать ширину вышележащего слоя не менее чем на 0,5 м с каждой стороны.
2.24. В местах примыкания разных конструкций дорожной одежды необходимо предусматривать переходную зону, в пределах которой конструкция дорожной одежды должна изменяться таким образом, чтобы на концах этой зоны пучение грунтов было бы равно значениям зимнего поднятия на сопрягаемых участках. Длину переходной зоны устанавливают расчетом в соответствии с разделом 4.
2.25. На пучиноопасных участках, где технически невозможны или экономически нецелесообразны традиционные мероприятия по обеспечению морозоустойчивости конструкции, следует предусматривать теплоизоляционные слои из специальных материалов для частичного или полного предотвращения промерзания земляного полотна. Для устройства теплоизоляционных слоев в особо неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях ("мокрые" выемки, земляное полотно в нулевых отметках, низкие насыпи, где глубина промерзания больше расстояния от поверхности покрытия до уровня грунтовых вод или длительно застаивающихся поверхностных вод) следует рассматривать вариант применения пенопластов. Выбор необходимой марки пенопласта следует производить в соответствии с разделом 4.
В качестве теплоизолятора могут быть использованы также легкие бетоны, теплоизоляционные композиции из укрепленных вяжущими местных материалов (грунтов) или отходов промышленности и пористых заполнителей (керамзит, перлит, аглопорит, гранулы полистирола, измельченные отходы пенопласта) и др.
Расстояние от поверхности покрытия до теплоизолирующего слоя из пенопласта должно быть не менее 0,5 м (для исключения повышенной опасности гололедообразования). Теплоизолирующий слой должен быть шире проезжей части на 0,5 - 1,5 м с каждой стороны в зависимости от глубины промерзания земляного полотна, а при расчете на недопущение промерзания грунтов под дорожной одеждой - на 1,0 - 2,0 м. Первый над плитами пенопласта слой песка должен быть не менее 0,2 м в уплотненном состоянии.
Толщину и расположение теплоизоляционного слоя в конструкции определяют теплотехническим расчетом. Деформационные и прочностные характеристики материала слоя, а также его толщину следует учитывать при расчете дорожной конструкции на прочность.
Указанную выше минимальную глубину расположения теплоизолятора от поверхности покрытия уточняют по данным регионального опыта эксплуатации конструкций с теплоизолирующими слоями.
Оптимальную конструкцию и тип теплоизоляционных материалов нужно выбирать на основании технико-экономического сравнения вариантов, равноценных по морозоустойчивости.
2.26. Дренирующие слои устраивают на участках с земляным полотном из недренирующих грунтов во всех случаях при 3-ей схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна; при 1-ой и 2-ой схемах увлажнения в районах с большим количеством осадков (II - III ДКЗ), а также на участках, в основании проезжей части которых возможно скопление воды, проникающей с поверхности (участки с затяжными продольными уклонами, при сравнительно легко водопроницаемых грунтах обочин, на вогнутых переломах продольного профиля, у прилегающих к проезжей части зеленых насаждений и газонов и др.).
Дренирующие слои следует устраивать из песка, гравийных материалов, отсортированного шлака и других фильтрующих материалов. В конструкциях, где дренирующий слой оказывается выше глубины промерзания, материалы слоя должны быть морозостойкими и достаточно прочными. Требуемый коэффициент фильтрации материала дренирующего слоя определяют расчетом, с учетом геометрических параметров проезжей части и других условий. Независимо от результатов расчета он должен быть не менее 1 м/сут и 2 м/сут соответственно на участках дорог, проходящих в насыпи и в низкой насыпи или выемке.
При выборе материала для дренирующего слоя учитывают прочностные свойства, влияющие на прочность дорожной одежды.
В большинстве случаев, особенно на пучиноопасных участках, рационально устройство верхней части земляного полотна из дренирующего материала без специальных водоотводящих устройств. При количестве подлежащей отводу воды более 0,007 м/сут на 1 м2 проезжей части, а также в выемках и в местах с нулевыми отметками рассматривают вариант устройства продольных трубчатых дрен (из различных материалов, а также плоских геосинтетических дрен и др.) у краев проезжей части с поперечными выпусками, а также применение продольного дренажа из крупнопористого материала.
Дренажную конструкцию следует выбирать на основании технико-экономического сравнения вариантов.
2.27. На участках с затяжными уклонами, где продольный уклон больше поперечного, для перехвата и отвода воды, перемещающейся в дренирующем слое вдоль дороги, предусматривают устройство мелких прорезей в грунтовом основании с укладкой в них перфорированных труб, трубофильтров или щебня с противозаиливающей изоляцией.
2.28. Для уменьшения влагонакопления в верхней части земляного полотна могут быть предусмотрены водонепроницаемые прослойки (из различных материалов) на всю ширину земляного полотна. При ширине земляного полотна более 15 м и водонепроницаемом покрытии допускается устройство замкнутых прослоек ("обойм") на ширину проезжей части. Глубина заложения прослойки от поверхности покрытия зависит от дорожно-климатической зоны и должна быть более 90 см во II дорожно-климатической зоне, 80 см - в III, 70 см - в IV и 65 см - в V зоне.
2.29. Капилляропрерывающие прослойки толщиной 10 - 15 см из крупного песка или гравия предусматривают на всю ширину земляного полотна. Для предохранения прослойки из зернистых материалов от быстрого загрязнения под и над ней необходимо предусматривать прослойки, играющие роль фильтров.
2.30. В южных районах существенное уменьшение объема мигрирующей, преимущественно парообразной влаги, может быть достигнуто устройством слоев пароизоляции из полимерных рулонных материалов, грунта, обработанного органическим вяжущим веществом, или из слоя тщательно уплотненного грунта в "обойме".
2.31. Если крупнообломочный материал (типа щебня, гравия, шлака) укладывается непосредственно на грунт земляного полотна, предусматривают прослойку, препятствующую взаимопрониканию материалов смежных слоев. В качестве материалов прослойки можно применять мелкий щебень, высевки (0 - 10 мм), гравийно-песчаные смеси, крупные и средней крупности пески, непылеватые шлаки, непучинистые золошлаки, синтетические текстильные материалы и др. Защитной прослойкой может служить слой из грунта, укрепленного вяжущими, толщиной 5 - 8 см. Толщину прослойки из зернистого материала нужно принимать от 5 до 20 см в зависимости от степени увлажнения грунта земляного полотна. Прослойку из геотекстильных материалов следует предусматривать также при укладке крупнопористых материалов на песчаный слой на дорогах I - III категорий.
со слоями из малопрочных материалов
и побочных продуктов промышленности
2.32. Возможность применения в дорожных одеждах слабых известняков, опоки, гравийных материалов, дресвы, ракушечника, искусственных каменных материалов и др. без обработки вяжущими определяется соответствием их свойств требованиям действующего ГОСТа. Если свойства не отвечают требованиям стандарта, материалы необходимо обработать. На участках с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями не допускается применять в основании (даже для нижних слоев) необработанные материалы, не отвечающие по зерновому составу требованиям действующего ГОСТа, а также материалы, у которых число пластичности частиц менее 0,16 мм превышает 7.
2.33. Дорожные одежды с покрытием из обработанных вяжущим или необработанных малопрочных материалов на песчаном, гравийном и щебеночном основании или на основании из укрепленного грунта допускается применять в IV и V климатических зонах при интенсивности движения не более 100 авт/сут с нагрузкой на ось не более 70 кН. При большей интенсивности движения всегда следует предусматривать обработку малопрочных материалов органическими и неорганическими вяжущими.
Для устройства оснований под усовершенствованные покрытия или покрытий на дорогах IV - V категорий можно использовать тощий цементобетон на основе слабого известнякового щебня, ракушечника, речных песчаников и др., а также гравийные материалы, укрепленные неорганическим вяжущим.
2.34. Шлаковый щебень из высокоактивных и активных шлаков можно использовать для устройства покрытий на дорогах IV - V категорий и для оснований (из улучшенных и неулучшенных шлаков) дорог II - IV категорий. Щебень неустойчивой структуры из активных шлаков можно использовать только для устройства оснований, а щебень из малоактивных шлаков неустойчивой структуры - после приобретения ими устойчивой структуры.
Для повышения монолитности и прочности слоев из кислых малоактивных шлаков с модулем основности менее 1 следует предусматривать добавку к шлаковому щебню мелких частиц из активных шлаков и 2 - 3% гашеной извести или молотого гранулированного шлака в количестве 20 - 25% от массы щебня. Для устройства слоев дорожных одежд, которые должны обладать улучшенными прочностными и деформационными качествами, следует применять шлаковый щебень, обработанный органическими и минеральными вяжущими.
Кислые металлургические шлаки целесообразно обрабатывать каменноугольными дегтями (с учетом требований ГОСТа на дегти), которые обладают более высокими адгезионными свойствами, чем нефтяные битумы. Их можно обрабатывать также битумной эмульсией с известью, активной золой уноса и т.д.
рабочего слоя земляного полотна
2.35. Для повышения прочности и стабильности рабочего слоя земляного полотна необходимо предусматривать различные мероприятия: устройство его из непучинистых, малопучинистых и слабонабухающих грунтов; защиту грунта от увлажнения поверхностными и подземными водами и т.п.
В III - V дорожно-климатических зонах на участках с 1-ой схемой увлажнения допускается предусматривать уплотнение верхней части рабочего слоя (толщиной 30 - 50 см) до коэффициента уплотнения 1,0 - 1,05. Слой грунта повышенной плотности следует рассматривать как самостоятельный конструктивный слой. Расчетные деформационные и прочностные характеристики грунта в этом слое принимают в соответствии со справочным Приложением 2.
При устройстве слоя повышенной плотности из связного (набухающего) грунта предусматривают меры по защите его от увлажнения.
2.36. При расчетной относительной влажности грунта более 0,7 в числе возможных мероприятий по повышению стабильности рабочего слоя следует рассматривать укрепление его верхней части небольшим количеством вяжущих (например, 3 - 4% цемента, 10 - 15% зол уноса или гранулированными шлаками, известью и т.п.).
2.37. При проектировании дорожных одежд в различных конкретных регионах наряду с учетом общих нормативных положений и настоящих норм следует руководствоваться указаниями специальных региональных нормативно-технических документов, утвержденных в установленном порядке. При отсутствии таких документов следует руководствоваться настоящими нормами.
2.38. Расчетные температуры, деформационные и прочностные характеристики грунтов и дорожно-строительных материалов при отсутствии региональных норм следует назначать в соответствии с рекомендациями справочных Приложений 2 и 3.
2.39. В районах распространения вечномерзлых грунтов дорожную одежду конструируют с учетом принципов регулирования мерзлотного состояния на основе теплотехнических расчетов, выполняемых по специальным нормативно-техническим документам.
При проектировании дорог в районах орошаемых земель необходимо учитывать неблагоприятное влияние на работу дорожной конструкции повышенного уровня подземных вод во время поливов сельскохозяйственных угодий, местного повышения подземных вод вблизи сооружений оросительной сети, затопления резервов и водоотводных кюветов в результате полива земель.
При конструировании дорожных одежд на дорогах в песчаных пустынях следует предусматривать укрепление поверхности песка под дорожной одеждой. Оно может быть в виде слоя из связного грунта толщиной 15 см или из оптимальной смеси песка и суглинка, или же из песка, обработанного битумной эмульсией, с использованием геотекстиля и т.п.
Защитные слои из укрепленных или неукрепленных материалов на земляном полотне из барханных песков следует рассматривать как конструктивные элементы дорожной одежды.
при проектировании, реконструкции существующих дорог
2.40. На участках реконструируемых дорог, где устраивают новую дорожную одежду, проектирование дорожной одежды выполняют в соответствии с настоящими ОДН. На реконструируемых участках, где сохраняют или используют старую дорожную одежду, проектирование ведут в соответствии с положениями специальных нормативных документов на основе детальных данных по конструкции существующей дорожной одежды, состоянию ее конструктивных слоев и оценке способности этих слоев выполнять свои функции. Для получения исходных данных существующая дорожная одежда и рабочий слой земляного полотна должны быть детально обследованы с выполнением буровых и других работ и испытаний, позволяющих получить необходимую информацию. Количественные оценки прочности и морозоустойчивости конструкции осуществляют по методам, изложенным в настоящих ОДН.
При разработке проектного решения должны быть рассмотрены вопросы:
- целесообразности использования существующей дорожной одежды или отдельных ее конструктивных слоев без предварительного разрушения;
- целесообразности использования материалов конструктивных слоев после их переработки;
- необходимости усиления существующей конструкции;
- необходимости повышения морозоустойчивости существующей конструкции;
- необходимости улучшения дренирования существующей конструкции;
- необходимости изменения конструкции укрепления обочин;
- необходимости уширения дорожной одежды и способ уширения.
3.1. Под прочностью дорожной одежды понимают способность сопротивляться процессу развития остаточных деформаций и разрушений под воздействием касательных и нормальных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от расчетной нагрузки (кратковременной, многократной или длительно действующей однократной), приложенной к поверхности покрытия.
3.2. Методика оценки прочности конструкции включает как оценку прочности конструкции в целом (с использованием эмпирической зависимости допускаемого упругого прогиба от числа приложений нагрузки), так и оценку прочности с учетом напряжений, возникающих в отдельных конструктивных слоях и устанавливаемых с использованием решений теории упругости.
3.3. Дорожную одежду следует проектировать с требуемым уровнем надежности, под которой понимают вероятность безотказной работы в течение межремонтного периода. Отказ конструкции по прочности физически может характеризоваться образованием продольной и поперечной неровности поверхности дорожной одежды, связанной с прочностью конструкции (поперечные неровности, колея, усталостные трещины), с последующим развитием других видов деформаций и разрушений (частые трещины, сетка трещин, выбоины, просадки, проломы и т.д.). Номенклатура дефектов и методика количественной оценки их определяется специальными нормами, используемыми при эксплуатации дорог.
В качестве количественного показателя отказа дорожной одежды как элемента инженерного сооружения линейного характера используют предельный коэффициент разрушения
Таблица 3.1
при заданных уровнях надежности для расчета
дорожных одежд по различным критериям прочности
Продолжение таблицы 3.1
Окончание таблицы 3.1
--------------------------------
<*> Дорожные одежды переходного типа для дорог V категории по критерию растяжения при изгибе не рассчитывают.
3.4. Прочность конструкции количественно оценивается величиной коэффициента прочности. При оценке прочности конструкции в целом по допускаемому упругому прогибу коэффициент прочности в общем виде определяют по формуле:
. (3.1-а)При оценке прочности конструкции по слоям по допускаемым напряжениям коэффициент прочности определяют по формуле:
, (3.1-б)где
l - расчетный общий прогиб конструкции под расчетной нагрузкой;
3.5. Коэффициент прочности вновь проектируемой конструкции должен быть таким, чтобы в заданный межремонтный период не наступил отказ по прочности с вероятностью более заданной, т.е. чтобы была обеспечена заданная (требуемая) надежность.
3.6. Для обеспечения заданной надежности (обеспеченности по прочности) коэффициент прочности проектируемой конструкции по каждому из расчетных критериев не должен быть ниже минимального требуемого значения, определяемого по табл. 3.1.
3.7. В задачу расчета входит определение толщин слоев одежды в вариантах, намеченных при конструировании, или выбор материалов с соответствующими деформационными и прочностными характеристиками при заданных толщинах слоев.
3.8. Отказ дорожной одежды (в формах, указанных в п. 3.3), связанный с недостаточной ее прочностью, может возникнуть в результате:
- накопления до истечения заданного срока службы конструкции под воздействием касательных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от транспортной нагрузки, недопустимых остаточных деформаций с потерей ровности поверхности покрытия и соответствующим снижением скорости движения;
- усталостных разрушений монолитных слоев конструкции под воздействием растягивающих напряжений от многократного приложения транспортной нагрузки с последующей интенсивной потерей дорожной одеждой транспортно-эксплуатационных свойств до истечения заданного срока службы.
В соответствии с этим расчет на прочность в слоях выполняют по допускаемым напряжениям на сдвиг в слоях с пониженной сопротивляемостью сдвигу и на растяжение при изгибе в монолитных слоях.
Расчет прочности конструкции в целом, без рассмотрения механизма нарушения прочности, ведут по допустимому упругому прогибу (или требуемому общему модулю упругости).
3.9. Дорожные одежды на перегонах дорог рассчитывают на кратковременное многократное действие подвижных нагрузок. Принимаемые значения параметров прочностных и деформативных характеристик материалов и грунта в этом случае должны соответствовать указанному характеру приложения нагрузки.
Одежды на остановках, перекрестках дорог, на подходах к пересечениям с железнодорожными путями и т.п. должны быть дополнительно проверены на однократное нагружение при продолжительности нагружения не менее 10 мин.
Одежды на стоянках автомобилей и обочинах дорог следует рассчитывать на продолжительное нагружение (более 10 мин). Расчет ведется на единичное нагружение. В этом случае используются статические значения расчетных параметров и коэффициенты на повторность не вводятся. Расчет ведут по критериям сдвига в грунте, слабосвязанных материалах, а также в слоях, обработанных органическим вяжущим.
3.10. При расчете конструкций со слоями из битумоминеральных материалов учитывают влияние на их свойства температуры. При расчете слоев асфальтобетонного покрытия на растяжение при изгибе его характеристики должны соответствовать низким весенним температурам (см. Приложение 3, табл. П.3.1). При расчете слоев из слабосвязных материалов, а также грунта на сопротивление сдвигу модуль упругости асфальтобетонного покрытия должен соответствовать весенним повышенным температурам (см. п. 3.31 и Приложение 3, табл. П.3.2).
3.11. Требуемый уровень проектной надежности в каждом конкретном случае должен быть указан при выдаче задания на проектирование.
Для основных случаев проектирования значения требуемого коэффициента прочности для различных критериев расчета допускается принимать в зависимости от заданного уровня надежности, типа дорожной одежды и категории дороги по табл. 3.1.
3.12. Расчетные значения прочностных характеристик (сдвиговые характеристики и прочность на растяжение при изгибе) конструктивных слоев определяют через нормативные значения этих характеристик, используя зависимость:
, (3.2)где
t - коэффициент нормированного отклонения
В качестве расчетных значений деформационных характеристик (модулей упругости) конструктивных слоев допускается принимать их нормативные значения (Приложение 3).
За расчетные значения прочностных (сдвиговых) и деформационных (модули упругости) характеристик грунта рабочего слоя допускается принимать их нормативные значения (см. Приложение 2), отвечающие расчетному значению относительной влажности грунта, устанавливаемому по методике, изложенной в Приложении 2.
3.13. Последовательность расчета:
3.13.1. Расчет дорожной одежды по критерию упругого прогиба на основе зависимости требуемого общего модуля упругости конструкции от суммарного числа приложений нагрузки.
В результате этого расчета назначаются толщины конструктивных слоев и их модули упругости таким образом, чтобы общий модуль упругости дорожной одежды был не менее требуемого с учетом соответствующего коэффициента прочности (табл. 3.1).
3.13.2. Расчет дорожной одежды, отвечающей критерию упругого прогиба, с учетом механизма нарушения прочности в ее отдельных конструктивных слоях по двум независимым критериям:
- критерию соответствия сдвигоустойчивости материалов конструктивных слоев и грунта возникающим в них касательным напряжениям, отражающему условие ограничения накопления сдвиговых остаточных деформаций (формоизменения) под воздействием многократных кратковременных нагрузок;
- по критерию соответствия сопротивления материалов монолитных конструктивных слоев возникающим в них растягивающим напряжениям от подвижной многократной нагрузки, отражающему сопротивление этих слоев усталостным процессам, обусловливающим развитие микротрещин в монолитных слоях, потерю их сплошности и снижение распределяющей способности.
Коэффициенты прочности по этим критериям должны быть не менее значений, указанных в табл. 3.1.
При недостаточной величине коэффициента прочности по любому критерию конструкцию уточняют.
3.14. Дорожные одежды переходного и низшего типов рассчитывают по упругому прогибу и по сдвигоустойчивости.
Конструкции, предназначенные для движения особо тяжелых транспортных средств (со статической нагрузкой на ось 120 кН и более), по упругому прогибу не рассчитывают.
3.15. Напряжения в конструктивных слоях и в подстилающем грунте от воздействия транспортной нагрузки вычисляют по формулам теории упругости для слоистой среды, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой через гибкий круглый штамп, с учетом условий на контакте слоев.
При этом используют приближенные методы, основанные на упрощенных расчетных схемах и построенных на их основе номограммах.
Упрощенная расчетная схема выбирается в зависимости от рассматриваемого расчетного критерия.
При выполнении расчетов реальные многослойные дорожные конструкции приводят к одно- или двухслойным моделям с помощью методов, изложенных в п.п. 3.27, 3.32 и 3.39.
3.16. Главные напряжения от собственного веса конструкции определяют, исходя из гидростатической схемы, по формуле:
, (3.3)где
3.17. Для использования при оценке характеристик напряженно-деформированного состояния конструкции дорожной одежды номограмм настоящих ОДН многослойные конструкции приводят к одно- и двухслойным расчетным схемам.
3.18. В качестве расчетной схемы нагружения конструкции колесом автомобиля принимается гибкий круговой штамп диаметром D, передающий равномерно распределенную нагрузку величиной p.
Величины расчетного удельного давления колеса покрытия р и расчетного диаметра D приведенного к кругу отпечатка расчетного колеса на поверхности покрытия назначают с учетом параметров расчетных типов автомобилей.
В качестве расчетного типа используют наиболее тяжелый автомобиль из систематически обращающихся по дороге, доля которых составляет не менее 10% (с учетом перспективы изменения состава движения к концу межремонтного срока).
Приведение различных типов автомобилей к расчетному типу и приведение расчетного типа к расчетной схеме нагружения осуществляется в соответствии с указаниями Приложения 1.
Величину p принимают равной давлению воздуха в шинах. Диаметр расчетного отпечатка шины D определяют из зависимости:
, см, (3.4)где
p - давление, МПа.
(Значения D и p для расчетной нагрузки типа А см. Приложение 1).
3.19. Учет характера действующей нагрузки (кратковременное многократное нагружение, статическое нагружение) осуществляется через принятие соответствующих расчетных значений расчетных характеристик конструктивных слоев, а также через введение коэффициента динамичности при назначении величины нагрузки.
3.20. В зависимости от вида расчета конструкции используют различные характеристики, отражающие интенсивность воздействия на нее подвижной нагрузки:
N - перспективную (на конец срока службы) общую среднесуточную интенсивность движения;
3.21. Перспективную общую среднесуточную интенсивность устанавливают по данным анализа закономерностей изменения объема перевозок и интенсивности движения при проведении титульных экономических обследований.
3.22. Величина
где
n - общее число различных марок транспортных средств в составе транспортного потока;
3.23. Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за срок службы определяют по формуле:
или по формуле:
где n - число марок автомобилей;
, (3.8)
где
q - показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам.
Примечания. 1. Порядковый номер полосы считается справа по ходу движения в одном направлении.
2. Для расчета обочин принимают
3. На многополосных дорогах допускается проектировать одежду переменной толщины по ширине проезжей части, рассчитав дорожную одежду в пределах различных полос в соответствии со значениями
4. На перекрестках и подходах к ним (в местах перестройки потока автомобилей для выполнения левых поворотов и др.) при расчете одежды в пределах всех полос движения следует принимать
3.24. Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба при условии:
где
3.25. Величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции вычисляют по эмпирической формуле:
где
c - эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки на ось 100 кН - 3,55; 110 кН - 3,25; 130 кН - 3,05.
Примечания. 1. Формулой следует пользоваться при
.2. Для дорог в V дорожно-климатической зоне требуемые модули, определенные по формуле (3.10), следует уменьшить на 15%.
3.26. Независимо от результата, полученного по формуле (3.10), требуемый модуль упругости должен быть не менее указанного в табл. 3.4.
Таблица 3.4
3.27. Общий расчетный модуль упругости конструкции определяют с помощью номограммы рис. 3.1, построенной по решению теории упругости для модели многослойной среды.
![]() упругости двухслойной системы
Приведение многослойной конструкции к эквивалентной однослойной ведут послойно, начиная с подстилающего грунта.
3.28. Расчетные значения модулей упругости грунтов и материалов допускается принимать в соответствии с указаниями Приложений 2 и 3.
Значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, необходимо принимать во всех климатических зонах при температуре +10 °С по Приложению 3, табл. П.3.2.
3.29. Расчет по допустимому упругому прогибу (по требуемому модулю деформации) ведут в следующей последовательности:
1. Определяют требуемый минимальный общий модуль конструкции по формуле 3.10.
2. Назначают модули и предварительно толщины слоев конструкции (кроме толщины основания).
3. Выполняя расчет конструкции сверху вниз, определяют с помощью номограммы рис. 3.1 требуемые модули на поверхности каждого конструктивного слоя.
4. Выполняя расчет конструкции снизу вверх, определяют толщину основания (при заданном его модуле), обеспечивающую необходимый модуль на поверхности основания, полученный при расчете сверху.
грунта и малосвязных конструктивных слоев
3.30. Дорожную одежду проектируют из расчета, чтобы под действием кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации формоизменения. Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в грунте земляного полотна и в малосвязных (песчаных) слоях обеспечено условие:
где
T - расчетное активное напряжение сдвига (часть сдвигающего напряжения, не погашенная внутренним трением) в расчетной (наиболее опасной) точке конструкции от действующей временной нагрузки (п. 3.34);
3.31. При практических расчетах многослойную дорожную конструкцию приводят к двухслойной расчетной модели.
При расчете дорожной конструкции на прочность по сдвигоустойчивости грунта земляного полотна в качестве нижнего принимают грунт (с его характеристиками), а в качестве верхнего - всю дорожную одежду. Толщину верхнего слоя
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле:
где n - число слоев дорожной одежды;
3.32. При расчете по условию сдвигоустойчивости в песчаном слое основания с помощью номограммы рис. 3.2 нижнему слою двухслойной модели условно присваивают обычные характеристики песчаного слоя (
![]() сдвига от временной нагрузки в нижнем слое
двухслойной системы (при
3.33. При расчете дорожных одежд по условию сдвигоустойчивости значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, принимают соответствующими температурам, указанным в табл. 3.5.
где
p - расчетное давление от колеса на покрытие.
![]() сдвига от временной нагрузки в нижнем слое
двухслойной системы (при
Примечание. При пользовании номограммой для определения
3.35. Предельное активное напряжение сдвига
где
При устройстве нижнего слоя из укрепленных материалов, а также при укладке на границе "основание - песчаный слой" разделяющей геотекстильной прослойки следует принимать значения
- 4,5 - при использовании в песчаном слое крупного песка;
- 4,0 - при использовании в песчаном слое песка средней крупности;
- 3,0 - при использовании в песчаном слое мелкого песка;
- 1,0 - во всех остальных случаях;
3.36. Во всех случаях в качестве расчетных значений угла внутреннего трения грунта и малосвязных слоев используют его значения, отвечающие расчетному суммарному числу воздействия нагрузки за межремонтный срок
Входящую в формулу (3.6) величину расчетных дней в году, соответствующих расчетному состоянию прочности и деформируемости конструкции
3.37. Расчет дорожной одежды по сопротивлению сдвигу в грунте земляного полотна, а также в песчаных материалах промежуточных слоев дорожных одежд ведут в следующей последовательности:
а) по табл. П.3.2 назначают расчетные модули упругости для слоев из асфальтобетона, соответствующие максимально возможным температурам в ранний весенний (расчетный) период (в соответствии с указаниями п. 3.33); назначают по таблицам П.2.6 - П.2.8 Приложения 2 (с учетом расчетной влажности и общего числа воздействия нагрузки) расчетные прочностные характеристики
б) по рис. 3.2 или рис. 3.3 определяют активные напряжения сдвига
в) по формуле 3.13 вычисляют расчетное напряжение сдвига в грунте земляного полотна или в песчаном слое одежды;
г) по формуле 3.14 вычисляют предельное напряжение сдвига;
д) по формуле 3.11 проверяют выполнение условия прочности (с учетом требуемой надежности);
е) при необходимости, изменяя толщины конструктивных слоев, подбирают конструкцию, удовлетворяющую условию п. 3.30.
усталостному разрушению от растяжения при изгибе
3.38. В монолитных слоях дорожной одежды (из асфальтобетона, дегтебетона, материалов и грунтов, укрепленных комплексными и неорганическими вяжущими и др.) возникающие при прогибе одежды напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок не должны в течение заданного срока службы приводить к образованию трещин от усталостного разрушения. Для этого должно быть обеспечено условие:
где
3.39. Наибольшее растягивающее напряжение
![]() напряжения
двухслойной системы
К верхнему слою модели относят все асфальтобетонные слои, включая рассчитываемый. Толщину верхнего слоя модели
Значение модуля упругости верхнего слоя модели устанавливают как средневзвешенное для всего пакета асфальтобетонных слоев по формуле 3.12.
Нижним (полубесконечным) слоем модели служит часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, включая грунт рабочего слоя земляного полотна.
Модуль упругости нижнего слоя модели определяют путем приведения слоистой системы к эквивалентной по жесткости с помощью номограммы рис. 3.1.
3.40. При использовании номограммы рис. 3.4 расчетное растягивающее напряжение определяют по формуле:
где
p - расчетное давление, принимаемое по табл. П.1.1 Приложения 1.
Порядок использования показан на рис. 3.4 стрелками.
3.41. Прочность материала монолитного слоя при многократном растяжении при изгибе определяют по формуле:
где
t - коэффициент нормативного отклонения (Приложение 4).
3.42. Коэффициент
где
m - показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя (Приложение 3, табл. П.3.1);
3.43. Расчеты на усталостную прочность выполняют в следующем порядке:
a) приводят конструкцию к двухслойной модели и определяют отношения
b) по полученным параметрам по номограмме рис. 3.4 находят значение
c) вычисляют предельное растягивающее напряжение по формуле (3.18). В пакете асфальтобетонных слоев за предельное растягивающее напряжение
d) проверяют условие (3.15) и при необходимости корректируют конструкцию.
4.1. В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд.
С этой целью применяют различные специальные мероприятия:
- использование непучинистых или слабопучинистых грунтов (табл. 4.1, 4.2) для сооружения верхней части земляного полотна, находящегося в зоне промерзания;
- осушение рабочего слоя земляного полотна (см. раздел 5), в том числе устройство дренажа для увеличения расстояния от низа дорожной одежды до уровня подземных вод; устройство гидроизолирующих или капилляропрерывающих прослоек для перехода от 2-ой или 3-й схемы увлажнения рабочего слоя земляного полотна к 1-й схеме;
- устройство морозозащитного слоя из непучинистых минеральных материалов, в т.ч. укрепленных малыми дозами минеральных или органических вяжущих;
- устройство теплоизолирующих слоев, снижающих глубину или полностью исключающих промерзание грунта под дорожной одеждой;
- устройство основания дорожной одежды из монолитных материалов (типа тощего бетона или других зернистых материалов, обработанных минеральным или органическим вяжущим).
Таблица 4.1
(СНиП 2.05.02-85, прил. 2, табл. 6)
Таблица 4.2
(СНиП 2.05.02-85, прил. 2, табл. 7)
4.2. Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено условие
, (4.1)где
4.3. Расчет на морозоустойчивость необходимо выполнять для характерных участков или групп характерных участков дороги, сходных по грунтово-гидрологическим условиям, имеющим одну и ту же конструкцию дорожной одежды и схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна.
4.4. При предварительной проверке на морозоустойчивость величину возможного морозного пучения следует определять по формуле:
где
Примечание. В восточных районах II - III дорожно-климатических зон значения
![]() от низа дорожной одежды до расчетного УГВ или УПВ:
1 - супесь тяжелая и тяжелая пылеватая, суглинок;
2 - песок, супесь легкая и легкая крупная
![]() промерзания
1 - супесь тяжелая и пылеватая; суглинок;
2 - песок; супесь легкая, крупная
4.5. Если данные натурных наблюдений отсутствуют, глубину промерзания дорожной конструкции допускается определять по формуле:
где
4.6. При глубине промерзания дорожной конструкции
, (4.4)где
a = 1,0; b = 0,16; c = 2,0 при 2,0 <
a = 1,08; b = 0,08; c = 2,5 при 2,5 <
![]() осредненной величины морозного пучения
Примечания: 1. Кривую (II - V) выбирают в соответствии с табл. 4.2.
2. Кривую IIа выбирают при 2-й и 3-й схеме увлажнения рабочего слоя, кривую IIб - при 1-й схеме увлажнения.
![]() грунтов на территории СНГ:
1 - граница сплошного распространения вечномерзлых грунтов;
2 - то же, островного; 3 - границы стран СНГ
4.7. Если при расчетном сроке службы до 10 лет полученная величина возможного пучения будет превышать требуемую (табл. 4.3), а при сроке службы более 10 лет будет превышать 80% от требуемой, необходимо рассмотреть вариант устройства морозозащитного слоя. В этом случае предварительно определяют ориентировочно требуемую толщину морозоустойчивой конструкции дорожной одежды, используя графики рис. 4.3. Для этого, зная допустимую величину морозного пучения
Затем по графику рис. 4.3 в соответствии с группой грунта по степени пучинистости определяют
4.8. Уточненный расчет толщины морозозащитного слоя (
- географическое местоположение рассматриваемого участка дороги;
- конструкцию дорожной одежды (наименование и толщина слоев), необходимую по условиям прочности и дренирования;
- схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна (1, 2 или 3) и расчетную глубину залегания подземных вод от поверхности покрытия;
- наименование грунтов земляного полотна;
- расчетный срок службы дорожной одежды.
где
При отсутствии фактически замеренных значений в расчет допускается включать табличные значения
![]() значений термического сопротивления дорожной одежды:
I - X - номера изолиний; 1 - граница сплошного
распространения вечномерзлых грунтов;
2 - то же, островного; 3 - Северный полярный круг
где
где
4.12.
(горизонтальная ось номограммы). Значения При назначении величины
соответствовала величина Расстояние
При глубине залегания подземных вод на участке дороги, отличающейся от указанных на номограмме, нужно определить два значения
4.13. После завершения расчета толщины морозозащитного слоя по формуле (4.6) сравнивают полученное значение
![]() термического сопротивления дорожной одежды
I - X - номера изолиний на карте (рис. 4.6);
I - кривая расчета для 1-го и 2-го типов увлажнения
рабочего слоя земляного полотна;
от низа дорожной одежды, включая морозозащитный слой
Примечание. При промежуточных значениях толщины дорожной одежды следует принимать значение
4.14. Расчет толщины теплоизолирующего слоя осуществляется так же, как и морозозащитного. В расчет следует включать толщину дорожной одежды, необходимую по условиям обеспечения прочности и дренирования, а также значения показателя пучинистости грунта
![]() теплоизолирующего слоя из пенопласта
4.15. Пенопласт, используемый для устройства теплоизолирующего слоя, должен удовлетворять следующим требованиям: прочность на сжатие при 10% линейной деформации не менее 0,40 МПа, предел прочности при изгибе - не менее 0,70 МПа, водопоглощение по объему - не более 0,45, теплопроводность - не более 0,032 Вт/(мК) (при методах испытания по действующим ГОСТам). Выбор нужной марки пенопласта следует проводить с учетом результатов опытной проверки на дорогах.
4.16. Если рабочий слой земляного полотна включает два слоя из грунтов с различной пучинистостью (что может быть предусмотрено в целях сокращения объемов привозного менее пучинистого грунта), толщину морозозащитного слоя при верхней части рабочего слоя из менее пучинистого грунта следует рассчитывать по формуле:
, (4.9)где
Расчет толщины теплоизолирующего слоя при замене верхней толщи земляного полотна на менее пучинистый грунт следует проводить так же, как для морозозащитного слоя.
4.17. Для определения величины морозного пучения, требуемой толщины морозозащитного или теплоизолирующего слоя может быть использована также методика, основанная на определении коэффициента влагопроводности грунта
ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД И ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
5.1. Дренажная конструкция (дренирующий слой и водоотводящие устройства) необходима при традиционных конструкциях дорожных одежд со слоями из зернистых материалов на участках с земляным полотном из слабофильтрующих грунтов (пылеватых песков, непылеватых песков с коэффициентом фильтрации менее 0,5 м/сут, глинистых грунтов) во II дорожно-климатической зоне при всех схемах увлажнения рабочего слоя земляного полотна, в III зоне - при 2-й и 3-й схемах, в IV и V зонах - только при 3-й схеме (табл. 5.1).
5.2. Схему увлажнения на участках дороги, где в придорожной полосе застаивается вода, определяют с учетом расстояния
5.3. Дренажная система дорожной одежды включает: плоскостной горизонтальный дренаж, дополняемый, если требуется, прикромочным дренажом, а также поперечным дренажом мелкого заложения.
При устройстве всех слоев дорожной одежды из монолитных материалов в качестве плоскостного горизонтального дренажа при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается применять вместо дренирующего слоя прослойку из геотекстиля толщиной не менее 4 мм с коэффициентом фильтрации не менее 50 м/сут с выпуском полотнищ на откосы насыпи на высоту не менее 0,5 м. Выбор геотекстиля в этом случае производится по специальным указаниям.
(СНиП 2.05.02-85, прил. 2, табл. 13)
(СНиП 2.05.02-85, табл. 21)
Примечание. 1. Над чертой - возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно (более 30 сут) стоящих поверхностных вод, под чертой - то же, над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком или над уровнем кратковременно (менее 30 сут) стоящих поверхностных вод.
5.4. Проектирование мероприятий по дренированию дорожной одежды осуществляют в такой последовательности:
а) дорогу разделяют на типичные участки по виду продольного профиля и природным условиям (характер рельефа местности, наличие водотоков, пересекающих дорогу, и др.) с учетом особенностей конструкции земляного полотна (насыпь высотой, отвечающей СНиП, выемка, насыпь ниже требуемой по СНиП, переходный участок от насыпи к выемке) и дорожной одежды (наличие монолитных слоев основания, а также морозозащитных или теплоизоляционных слоев из укрепленных материалов), обеспеченности материалами для дренирующего слоя, дренажных труб и геотекстиля; осуществления мер по ограничению притока воды в дорожную конструкцию;
б) для типичных участков определяют количество воды, поступающей в основание за сутки и за расчетный период с учетом предусмотренных мер по ограничению притока воды в дорожную конструкцию;
в) намечают варианты дренажных конструкций;
г) обосновывают расчетом толщину дренирующего слоя, необходимую в данных условиях, или определяют, каким значением коэффициента фильтрации должен обладать дренирующий материал в заданной дренажной конструкции.
При проектировании дренирующего слоя необходимо, помимо осушения, учитывать необходимость обеспечения сдвигоустойчивости самого зернистого материала и прочности всей дорожной конструкции.
5.5. Дренажную конструкцию нужно проектировать с учетом объема притока воды, поступающей в основание дорожной одежды в расчетный период, фильтрационной способности материала дренирующего слоя и конструкции земляного полотна.
5.6. Выбор каждого конкретного мероприятия по регулированию притока должен сопровождаться технико-экономическим сравнением вариантов.
Комбинированный плоскостной горизонтальный дренаж является универсальным мероприятием для большинства участков дорог.
Поперечный дренаж мелкого заложения устраивают для поперечного перехвата воды, движущейся в дренирующем слое вдоль дороги, на участках с продольным уклоном свыше
5.7. Дренирующий слой, работающий по принципу осушения, необходимо устраивать из песчаных грунтов или высокопроницаемой скелетной смеси (щебня или гравия) открытого типа (с незаполненными пустотами), отвечающих определенным требованиям по водопроницаемости, и укладывать этот слой под дорожной одеждой на всю ее ширину. При этом необходимо обеспечить выходы дренирующего слоя на откос. Дренирующий слой устраивают также с дренажными трубами для сбора и быстрого отвода воды за пределы земляного полотна. Следует предусматривать противозаиливающую защиту дрен и дренирующих слоев, а также недопущение замерзания воды в выпусках труб.
При устройстве дренирующих слоев, работающих по принципу поглощения, требуется устраивать более мощные слои из песчаного грунта и принимать в расчет на прочность дорожной одежды значения прочностных характеристик песчаного грунта с учетом более продолжительного периода его нахождения в неблагоприятном расчетном состоянии.
5.8. Для устройства дренирующего слоя, работающего по принципу осушения, следует применять материалы с коэффициентом фильтрации не менее 1 м/сут. Материал с коэффициентом фильтрации 1 - 2 м/сут целесообразно применять на участках, где он одновременно выполняет дренирующие и морозозащитные функции.
5.9. Целью расчета дренажной конструкции является определение требуемой толщины дренирующего слоя из дискретных материалов. При проектировании дренирования дорожных одежд в районах сезонного промерзания грунтов учитываются два расчетных этапа работы дренажных конструкций. Первый относится к периоду, когда основание дорожной одежды под серединой проезжей части уже оттаяло, а дренирующий слой у ее краев находится еще в мерзлом состоянии, и водоотводящие устройства не работают.
Второй расчетный этап относится ко времени, когда дренирующий слой полностью оттаял и водоотводящие устройства начали нормально работать.
5.10. В зависимости от конкретных условий дренажная конструкция может быть рассчитана на один из трех вариантов работы:
- работа на осушение;
- работа на осушение с периодом запаздывания отвода воды;
- работа на поглощение.
5.11. Полную толщину дренирующего слоя определяют по формуле:
, (5.1)где
5.12. Для дренирующего слоя, работающего по принципу осушения, величину
где q - осредненное (табличное) значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, отнесенное к 1 м2 проезжей части, м3/м2 (табл. 5.3);
![]() дренирующего слоя из песков мелких и средней крупности,
а также крупнозернистых с коэффициентом фильтрации менее 10 м/сут.
При односкатном поперечном профиле
[м3/м];при двухскатном поперечном профиле
[м3/м];B - ширина проезжей части, м; L - длина пути фильтрации,
равная B при односкатном профиле и 0,5B при двухскатном
![]() из крупных песков с коэффициентом фильтрации более 10 м/сут.
L - длина пути фильтрации в м, равная B
при односкатном профиле и 0,5B при двухскатном;
i - поперечный уклон низа дренирующего слоя;
![]() увеличения объема воды в дренирующем слое
в местах изменения вогнутого профиля:
n - коэффициент пористости дренирующего слоя
Примечания. 1. В числителе дан общий объем воды Q (в литрах на квадратный метр), поступающий в основание за весь расчетный период, в знаменателе - за сутки (q). Для насыпей, возведенных из непылеватых грунтов, высотой более, чем требуется по СНиП (табл. 5.2), во II дорожно-климатической зоне принимают q = 1,5 л/(м2·сут).
2. При наличии разделительной полосы для участков, проходящих в нулевых отметках, насыпей высотой менее, чем требуется по СНиП, во II зоне расчетные значения q повышают на 20%.
Примечания. 1. Для непылеватых грунтов
2. В числителе указаны значения
Таблица 5.5
5.13. Полная толщина дренирующего слоя, работающего по принципу поглощения, определяется по формуле:
где Q - расчетное количество воды в л/м2, накапливающейся в дренирующем слое за весь расчетный период (табл. 5.3);
n - пористость материала, в долях единицы.
5.14. Дренирующий слой в конструкции с прикромочным дренажем, усиливающим процесс движения воды в песке мелком и средней крупности, рассчитывают с помощью номограмм (рис. 5.4).
![]() в конструкции с прикромочным дренажем:
а - мелкий песок; б - песок средней крупности
По номограммам рис. 5.1, 5.2 и 5.4 можно также определять требуемые значения коэффициента фильтрации дренирующего слоя при известных других параметрах дренажной конструкции.
5.15. Полную толщину дренирующего слоя (в метрах), работающего по принципу осушения с периодом запаздывания отвода воды, достаточную для временного размещения в его порах поступающей в конструкцию в начальный период ее оттаивания воды, определяют по формуле:
где
Примечание. В III дорожно-климатической зоне величину
5.16. На участках, где длина пути фильтрации L > 10 м, дренирующий слой должен быть рассчитан на поглощение всего количества воды, поступающей за весь расчетный период.
За длину пути фильтрации принимается половина ширины дренирующего слоя при двускатном поперечном профиле и полная ширина дренирующего слоя при односкатном.
(обязательное)
П.1.1. При проектировании дорожных одежд в качестве расчетных принимают нагрузки, соответствующие предельным нагрузкам на ось расчетного двухосного автомобиля.
Если в задании на проектирование расчетная нагрузка не оговорена специально, за расчетную принимают нагрузку, соответствующую расчетному автомобилю группы А (табл. П.1.1).
Примечание. В числителе - для движущегося колеса, в знаменателе - для неподвижного.
П.1.2. Данные о нагрузках, передаваемых на дорожное покрытие выпускаемыми серийно автотранспортными средствами, следует принимать по специальным справочникам.
П.1.3. Значение суммарного коэффициента приведения определяют по формуле:
где n - число осей у данного транспортного средства, для приведения которого к расчетной нагрузке определяется коэффициент
П.1.4. Коэффициенты приведения нагрузок
где
4,4 - для капитальных дорожных одежд;
3,0 - для облегченных дорожных одежд;
2,0 - для переходных дорожных одежд.
П.1.5. Номинальная динамическая нагрузка
, (П.1.3)где
При определении расчетного значения номинальной статической нагрузки для многоосных автомобилей фактическую номинальную нагрузку на колесо, определяемую по паспортным данным, следует умножать на коэффициент
, (П.1.4)где
a, b, c - параметры, определяемые в зависимости от капитальности дорожной одежды и числа осей тележки по таблице П.1.2.
Таблица П.1.2
Примечание. В числителе - для капитальных и облегченных типов дорожных одежд, в знаменателе - для переходных.
П.1.6. Суммарный коэффициент приведения определяют в следующей последовательности:
- назначают расчетную нагрузку и определяют ее параметры:
- для каждой марки автомобилей в составе перспективного движения по паспортным данным устанавливают величину номинальной статической нагрузки на колесо для всех осей транспортного средства
- умножив полученные значения
- по формуле (П.1.2) вычисляют коэффициент приведения номинальной нагрузки от колеса каждой из осей
- по формуле (П.1.1) вычисляют суммарный коэффициент приведения нагрузки от рассматриваемого типа автомобиля к расчетной нагрузке.
П.1.7. Допускается приближенно принимать суммарный коэффициент приведения
Таблица П.1.3
(справочное)
ГРУНТА РАБОЧЕГО СЛОЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
ПРИ РАСЧЕТЕ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ НА ПРОЧНОСТЬ
А. Определение расчетной влажности грунта рабочего слоя
Расчетную влажность дисперсного грунта
где
t - коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности по табл. П.4.2 Приложения 4.
![]() на влияние суммарной толщины стабильных слоев одежды:
1 - для исходной <*> относительной влажности 0,75
2 - то же, для 0,80
4 - то же, для 0,90
--------------------------------
<*> Исходная влажность определяется первым слагаемым в выражении (П.2.1).
![]() - границы дорожно-климатических зон; - границы дорожно-климатических подзонОпределение расчетной влажности грунта
на основе непосредственных испытаний на влагопроводность
Величина
Примечание. Табличными значениями
Примечание. Поправки
Б. Рекомендуемые нормативные значения механических
характеристик грунтов и песчаных конструктивных слоев
Таблица П.2.4
глинистых грунтов в зависимости от расчетного числа
приложений расчетной нагрузки
Примечание. Значения сдвиговых характеристик при
используются при расчете на статическое действие нагрузки. При расчетные значения Таблица П.2.5
Примечание. Классификация песков дана по ГОСТ 25100-95. Однородные выделяются по указаниям СНиП "Автомобильные дороги".
Таблица П.2.6
песчаных грунтов и песков конструктивных слоев в зависимости
от расчетного числа приложения расчетной нагрузки (
Примечания. 1. Значения характеристик даны для условий полного заполнения пор водой.
2. В числителе - угол внутреннего трения в градусах, в знаменателе - сцепление в МПа.
3. При
расчетные значения В. Дорожно-климатические зоны и подзоны
(справочное)
ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
КОНСТРУКТИВНЫХ СЛОЕВ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ
ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
А. Слои из асфальтобетона
Таблица П.3.1
при изгибе под кратковременными нагрузками
Примечание. * - в числителе - для II дорожно-климатической зоны, в знаменателе - для III - V дорожно-климатических зон. ** - для песчаного асфальтобетона.
Таблица П.3.2
асфальтобетонов различных составов (при расчете конструкции
по допускаемому упругому прогибу и по условию сдвигоустойчивости)
Примечания. 1. Модули упругости пористого и высокопористого асфальтобетона даны применительно к песчаным смесям. При температуре от 30 до 50 °С модули упругости для мелкозернистых смесей следует увеличить на 10%, а для крупнозернистых смесей - на 20%.
2. При расчете на упругий прогиб принимать при t° = +10°.
Таблица П.3.3
Расчетные значения модуля упругости асфальтобетона
при расчете на длительную нагрузку
Примечание. Модуль упругости высокоплотного асфальтобетона принимать как для плотного асфальтобетона типа А.
Б. Конструктивные слои из органоминеральных смесей
и грунтов, укрепленных органическим вяжущим
Таблица П.3.4
Конструктивные слои из щебеночно-гравийно-песчаных смесей
и грунтов, обработанных органическими
и комплексными вяжущими
(органоминеральные смеси - ГОСТ 30491-97)
Таблица П.3.5
Конструктивные слои из черного щебня
Примечание. Большие значения - для покрытий, меньшие - для оснований.
В. Конструктивные слои из щебеночно-гравийно-песчаных смесей и грунтов, обработанных неорганическими вяжущими материалами
Таблица П.3.6
Конструктивные слои из смесей щебеночно-гравийно-песчаных и грунтов, обработанных неорганическими вяжущими материалами,
соответствующих ГОСТ 223558-94
Таблица П.3.7
Конструктивные слои из активных материалов
(шлаки, шламы, фосфогипс и др.)
Примечания. 1. К высокоактивным материалам относятся материалы, имеющие прочность при сжатии от 5 до 10 МПа в возрасте 90 сут.
2. К активным материалам - материалы, имеющие прочность при сжатии от 2,5 до 5 МПа в том же возрасте.
Г. Конструктивные слои из щебеночно-гравийно-песчаных
материалов, не обработанных вяжущими
Таблица П.3.8
соответствующих ГОСТ 25607-94 и ГОСТ 3344-83
Таблица П.3.9
соответствующие ГОСТ 25607-94
Примечание. Для слоя: в числителе - из легкоуплотняемого щебня; в знаменателе - из трудноуплотняемого щебня.
Д. Механические характеристики теплоизоляционных слоев
Таблица П.3.10
(справочное)
Таблица П.4.1
Таблица П.4.2
(справочное)
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНСТРУКТИВНЫХ СЛОЕВ
ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
(справочное)
ПРИЛОЖЕНИЙ НАГРУЗКИ ЗА СРОК СЛУЖБЫ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ
Определение расчетного числа дней в году для вычисления
суммарного числа приложения расчетной нагрузки
за проектный срок службы конструкции
П.6.1. Входящее в выражения 3.6 и 3.7 раздела 3 основного текста расчетное число расчетных дней в году (
--------------------------------
<1> Расчетным считается день, в течение которого сочетание состояния грунта земляного полотна по влажности и температуре асфальтобетонных слоев конструкции обеспечивает возможность накопления остаточной деформации в грунте земляного полотна или малосвязных слоях дорожной одежды.
При отсутствии региональных данных допускается использовать приведенные ниже рекомендации и табличные данные.
При отсутствии региональных норм на территории России допускается использовать данные рис. П.6.1 и табл. П.6.1.
![]() расчетных дней в году
Таблица П.6.1
от местоположения дороги
Примечания: Значения величины
П.6.2. При отсутствии региональных норм расчетный срок службы дорожной одежды допускается назначить в соответствии с рекомендациями табл. П.6.2.
Таблица П.6.2
Рекомендуемый расчетный срок службы конструкции
П.6.3. Значение коэффициента суммирования (при отсутствии других данных) следует принимать по табл. П.6.3.
(справочное)
ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВЛАГОПРОВОДНОСТИ
ГРУНТА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ
Методика экспериментального определения
коэффициента влагопроводности грунта
Методика предусматривает определение коэффициента влагопроводности при начальных влажности и плотности за время увлажнения, необходимое для распределения влажности в образце от полной влагоемкости в единичном элементарном объеме на контактирующей с жидкостью поверхности до начальной влажности на его границе. Увлажнение образца ведется снизу от поддерживаемого снизу уровня воды. Метод предполагает выполнение следующих граничных и начальных условий:
1. Начальная влажность и плотность грунтового образца должны быть равномерно распределены по его объему.
2. При увлажнении образца через нижнюю поверхность не допускается изменение влажности на его верхней поверхности при подходе к ней фронта увлажнения.
3. Увлажнение образца должно происходить безнапорно.
Выполнение этих условий достигается за счет применения прибора конструкции к.т.н. Г.И. Собко. Схема прибора представлена на рис. П.7.1.
![]() коэффициента влагопроводности грунта:
1 - трубка; 2 - тарированная пружина; 3 - уплотняющий штамп; 4 - плоский электрический датчик влажности; 5 - рукоятка с винтом; 6 - измерительная шкала пружины; 7 - разъемный цилиндр-грунтонос; 8 - верхняя насадка цилиндра-грунтоноса; 9 - центральная часть цилиндра-грунтоноса; 10 - съемная днищевая крышка цилиндра-грунтоноса; 11 - форма для фильтра; 12 - крупный песок; 13 - соединительная трубка; 14 - питающая камера; 15 - подводящая трубка; 16 - питающий сосуд; 17 - водомерная шкала; 18 - регистрирующий прибор; 19 - разъем трубки; 20 - микроамперметр; 21 - таймер; 22 - микроОВМ; 23 - световой индикатор; 24 - регулировочные ручки измерительного моста; 25 - режущая кромка для отбора проб грунта ненарушенной структуры; 26 - нижняя шкала трубки
Определение коэффициента влагопроводности грунта нарушенной структуры должно проводиться по следующей методике.
1. Для испытания отбирается проба грунта весом 2 кг, высушивается и размельчается.
2. Определяется вид грунта, его оптимальная влажность и максимальная плотность.
3. Высушенный и размельченный грунт увлажняется до оптимальной влажности.
4. Увлажненный грунт загружается в цилиндр-грунтонос, который навинчивается на трубку и вращением рукояти с винтом уплотняется до требуемого коэффициента уплотнения.
5. Форма для фильтра наполняется крупным песком с тщательным выравниванием по внутреннему обрезу формы.
6. Питающий сосуд заполняется дистиллированной водой и навинчивается на подводящую трубку питающей камеры. После стабилизации уровня воды в питающем сосуде по водомерной шкале отмечается ее исходный уровень
7. Цилиндр-грунтонос навинчивается на трубку так, чтобы уплотняющий штамп с датчиком влажности свободно опускался на поверхность грунтового образца.
8. К разъему трубки подсоединяется контактный шнур измерительного блока, производится его включение. Регулировочной ручкой измерительного блока стрелка миллиамперметра выводится в положение, соответствующее нулевой отметке шкалы.
9. Снимается днищевая крышка и трубка с цилиндром-грунтоносом устанавливается в форму для фильтра. Включается таймер.
Срабатывание датчика влажности, индицируемое звуковым и световым сигналами, свидетельствует о завершении увлажнения, после чего по водомерной шкале отмечается конечный уровень воды
Время увлажнения образца (t) определяется по показанию таймера, автоматически останавливаемого при срабатывании датчика влажности.
Вычисление коэффициента влагопроводности
, (П.7.1)где
, (П.7.2)где
t - время увлажнения, час;
q - количество впитавшейся воды, г;
d - диаметр грунтового образца в грунтоносном стакане, равный 2 см.
Для получения значения
1. Вычисляется среднее экспериментальное значение коэффициента влагопроводности (
2. Вычисляется среднеквадратичное отклонение (S);
3. Вычисляется верхняя граница для коэффициента влагопроводности, соответствующая одностороннему доверительному интервалу при уровне значимости
, (П.7.3)где
Использование коэффициента влагопроводности
для определения величины морозного пучения
и толщины теплоизолирующего слоя
В соответствии с данной методикой при прогнозировании величины морозного пучения предусматривается последовательное определение средней осенней влажности грунта рабочего слоя (
Величина
где
Величина
где
Величина
![]() Рис. П.7.2. Номограмма для
Параметр
где
Среднее значение весенней влажности
где
C - коэффициент, определяемый по графику рис. П.7.3 в зависимости от величины критерия зимнего влагонакопления Z, вычисляемого, в свою очередь, из соотношения:
![]() используемого для вычисления весенней влажности
Характеристика скорости промерзания грунта земляного полотна
При коэффициенте влагопроводности грунта до 2,0 см2/ч:
для автомобильных дорог I - II категорий
, (П.7.10)где
для автомобильных дорог III - IV категорий
, (П.7.11)где
При коэффициенте влагопроводности грунта 2,1 - 5,0 см2/ч:
; (П.7.12)для дорог IV - V категорий
. (П.7.13)При
При
Таблица П.7.1
Грунты, характеризующиеся значением коэффициента влагопроводности более 5,0 см/ч, при неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях, как правило, не должны применяться для устройства земляного полотна.
Расчет возможной величины морозного пучения поверхности дорожного покрытия ведется с использованием зависимости:
где
q - плотность сухого грунта, г/см3;
d - плотность воды, г/см3;
Полная глубина промерзания грунта
при их наличии
где
Величина отношения
Таблица П.7.2
Условные обозначения:
(справочное)
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
Пример 1.
Требуется запроектировать дорожную одежду при следующих исходных данных:
- дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в Московской области;
- категория автомобильной дороги - I;
- заданный срок службы дорожной одежды -
- заданная надежность
- приведенная к нагрузке типа А (Приложение 1, табл. П.1.1) интенсивность движения на конец срока службы
- грунт рабочего слоя земляного полотна - супесь пылеватая с расчетной влажностью 0,7
- материал для основания - щебеночно-гравийно-песчаная смесь, обработанная цементом марки 20;
- высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды - 0,60 м;
- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III;
- глубина залегания грунтовых вод - 1,1 м.
Расчет на прочность.
1. Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы по формуле (3.6):
авт.2. Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:
- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2, табл. П.2.5, Приложение 3, табл. П.3.2 и Приложение 3, табл. П.3.9);
- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2, табл. П.2.4, Приложение 3, табл. П.3.2 и Приложение 3, табл. П.3.6);
- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3, табл. П.3.1 и Приложение 3, табл. П.3.6).
3. Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис. 3.1:
1)
![]() по Приложению 1, табл. П.1.1, р = 0,6 МПа, D = 37 см
![]() МПа 2)
![]() МПа 3)
![]() МПа 4)
![]() МПа5) Требуемый модуль упругости определяем по формуле (3.9):
МПа6) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:
.Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу - 1,30 (табл. 3.1).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
4. Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости в грунте.
Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13):
![]() Для определения
В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл. 3.5).
МПа.По отношениям
и и при Таким образом: Т = 0,015·0,6 = 0,009 МПа.
Предельное активное напряжение сдвига
,где 0,1 - коэффициент для перевода в МПа.
Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.
5. Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
Расчет выполняем в следующем порядке:
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1.
МПаК верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя (
МПаРасчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.16):
в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17):
при
t = 1,71 (табл. П.4.2)
![]() Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.
Проверка конструкции на морозоустойчивость
1. По карте рис. 4.4 находим среднюю глубину промерзания
2. Для глубины промерзания 2 м по номограмме рис. 4.3 по кривой для сильнопучинистых грунтов определяем величину морозного пучения для осредненных условий:
По таблицам и графикам находим коэффициенты
По формуле 4.2 находим величину пучения для данной конструкции:
см.Поскольку для данного типа дорожной одежды допустимая величина морозного пучения согласно табл. 4.3 составляет 4 см, следует назначить морозозащитный слой и выполнить расчет его толщины.
3. Предварительно ориентировочно определяем необходимую толщину морозозащитного слоя при допустимой величине морозного пучения
Для этого определяем величину морозного пучения для осредненных условий, при которой пучение для данной конструкции не превышает 4 см:
.По номограмме рис. 4.3 определяем требуемую толщину дорожной одежды
Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполняем расчеты с учетом теплофизических характеристик отдельных слоев (табл. П.5.1). Задаемся
4. Для использования в морозозащитном слое назначаем мелкозернистый песок с коэффициентами теплопроводности
5. По формуле (4.7) определяем термическое сопротивление дорожной одежды без морозозащитного слоя
![]() = 0,04 : 1,40 + 0,08 : 1,25 + 0,22 : 1,5 + 0,26 : 2,2 = 0,43 (м2 К/Вт).6. По карте изолиний рис. 4.5 определяем номер изолинии - V.
7. По табл. 4.9 находим
8. По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды
9. Вычисляем отношение
= 4/(1,35·0,61) = 4,9 см.10. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление
12. По формуле (4.8)
(м2 К/Вт).13. По формуле (4.6)
= (0,57 - 0,43)·2,12 = 0,29 м.14. Поскольку разница между полученным и заданным значениями
Пример 2.
1. Задание: требуется запроектировать дорожную одежду при следующих исходных данных:
- дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в Московской области;
- категория автомобильной дороги - I;
- заданный срок службы дорожной одежды -
- заданная надежность
- приведенная к нагрузке типа А (Приложение 1, табл. П.1.1) интенсивность движения на конец срока службы
- грунт рабочего слоя земляного полотна - супесь пылеватая с расчетной влажностью 0,7
- материал для основания - щебеночно-гравийная песчаная смесь, обработанная цементом марки 20 и песок средней крупности;
- высота насыпи составляет 1,5 м;
- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III;
- глубина залегания грунтовых вод - 0,9 м.
1. Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетных нагрузок за срок службы:
Для расчета по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости по формуле (3.6)
авт.2. Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:
- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2, табл. П.2.5, Приложение 3, табл. П.3.2 и Приложение 3, табл. П.3.9);
- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2, табл. П.2.4, Приложение 2, табл. П.2.6, Приложение 3, табл. П.3.2 и Приложение 3, табл. П.3.6);
- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3, табл. П.3.1 и Приложение 3, табл. П.3.6).
3. Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта, по номограмме рис. 3.1:
1)
![]() по Приложению 1, табл. П.1.1, р = 0,6 МПа, D = 37 см
![]() МПа 2)
![]() МПа 3)
![]() МПа 4)
![]() МПа 5)
![]() МПаТребуемый модуль упругости определяем по формуле (3.9):
МПаОпределяем коэффициент прочности по упругому прогибу:
.Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу 1,30 (табл. 3.1).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
4. Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости в грунте.
Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13):
![]() Для определения
В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл. 3.5).
МПа.По отношениям
и и при По формуле (3.13) Т = 0,0115·0,6 = 0,007 МПа.
Предельное активное напряжение сдвига
0,1 - коэффициент для перевода в МПа
Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в грунте.
5. Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости в песчаном слое основания.
Действующее в песчаном слое основания активное напряжение сдвига вычисляем по формуле (3.13):
![]() Для определения
Нижнему слою модели присваивают следующие характеристики:
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл. 3.5).
МПа.По отношениям
и и при По формуле (3.13) Т = 0,017·0,6 = 0,0102 МПа.
Предельное активное напряжение сдвига
0,1 - коэффициент для перевода в МПа
![]() ![]() По табл. 3.1
6. Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
Расчет выполняем в следующем порядке:
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме рис. 3.1 как общий модуль для двухслойной системы.
МПаК верхнему слою относим все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (3.12)
МПа.Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.16):
МПа.в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17):
при
t = 1,71 (табл. П.4.2)
(формула 3.18)![]() МПа.Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.
Проверка конструкции на морозоустойчивость
--------------------------------
<*> Поскольку в период промерзания дорожной конструкции песок находится сначала в талом, а затем в мерзлом состоянии, в расчет вводят среднеарифметическое значение коэффициентов теплопроводности
1. В соответствии с п.п. 1 - 2 Проверки на морозоустойчивость примера 1 определяем глубину промерзания
По таблицам и графикам находим коэффициенты
см.2. Поскольку для данного типа дорожной одежды допустимая величина морозного пучения согласно табл. 4.3 составляет 4 см, следует назначить морозозащитный слой и выполнить расчет его толщины. Предварительно ориентировочно определяем необходимую толщину морозозащитного слоя при допустимой величине морозного пучения
Для этого предварительно определяем величину морозного пучения для осредненных условий, при которой морозное пучение для данной конструкции не превышает 4 см:
.По номограмме рис. 4.3 определяем требуемую толщину дорожной одежды
3. Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполняем расчеты с учетом теплофизических характеристик отдельных слоев (табл. П.5.1). По формуле (4.7) определяем термическое сопротивление дорожной одежды без морозозащитного слоя
![]() = 0,04 : 1,40 + 0,08 : 1,25 + 0,22 : 1,05 + 0,15 : 2,2 + 0,30 : 2,18 = 0,51 (м2 К/Вт);4. По карте изолиний рис. 4.5 определяем номер изолинии - V.
5. По табл. 4.9 находим
6. По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды
7. Вычисляем отношение
см.8. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление
По формуле (4.8)
(м2 К/Вт).Поскольку разница между полученным и заданным значениями
Пример 3.
Требуется запроектировать дорожную одежду при следующих исходных данных:
- дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в Московской области;
- категория автомобильной дороги - II;
- заданный срок службы дорожной одежды -
- приведенная к нагрузке типа А (Приложение 1, табл. П.1.1) интенсивность движения на конец срока службы
- грунт рабочего слоя земляного полотна - супесь пылеватая с расчетной влажностью 0,7
- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III;
- глубина залегания грунтовых вод - 0,6 м;
- высота насыпи составляет 1,5 м;
- материал для основания - щебеночная смесь
1. Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы:
Для расчета по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости по формуле (3.6)
авт.2. Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:
- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2, табл. П.2.5, Приложение 3, табл. П.3.2 и Приложение 3, табл. П.3.8);
- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2, табл. П.2.4, Приложение 3, табл. П.3.2 и Приложение 3, табл. П.3.8);
- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3, табл. П.3.1 и Приложение 3, табл. П.3.8);
- высота насыпи составляет 1,5 м;
- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III;
- глубина залегания грунтовых вод - 0,6 м.
3. Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис. 3.1:
1)
по Приложению 1 табл. П.1.1по Приложению 1, табл. П.1.1, р = 0,6 МПа, D = 37 см
![]() МПа 2)
![]() МПа 3)
![]() МПа 4)
![]() МПа5) Требуемый модуль упругости определяем по формуле (3.9):
МПа6) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:
.Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу 1,20 (табл. 3.1).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
4. Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости в грунте.
Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13):
![]() Для определения
В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл. 3.5).
МПа.По отношениям
и и при Таким образом, T = 0,012·0,6 = 0,0072 МПа.
Предельное активное напряжение сдвига
![]() где 0,1 - коэффициент для перевода в МПа
5. Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
Расчет выполняем в следующем порядке:
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме рис. 3.1.
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (3.12)
МПа.Модули упругости асфальтобетонных слоев назначаем по табл. П.3.1.
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.16):
МПа.в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17):
при
(формула 3.18)m = 4;
![]() ![]() Вывод: выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.
Проверка на морозоустойчивость
2. Аналогично п.п. 1 - 3 Проверки на морозоустойчивость примера 1 предварительно ориентировочно определяем требуемую толщину дорожной одежды
Для использования в морозозащитном слое назначаем крупнозернистый песок с коэффициентами теплопроводности
3. По формуле (4.7) определяем термическое сопротивление дорожной одежды без морозозащитного слоя
![]() = 0,04 : 1,40 + 0,08 : 1,25 + 0,14 : 1,05 + 0,34 : 2,10 = 0,39 (м2 К/Вт).4. По карте изолиний рис. 4.5 определяем номер изолинии - V;
5. По табл. 4.9 находим
6. По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды
7. Вычисляем отношение
см;8. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление
10. По формуле (4.7)
(м2 К/Вт);11. По формуле (4.5)
м.Разница между полученным и заданным значениями
12. По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды
13. Вычисляем отношение
см;14. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление
15. По формуле (4.7)
(м2 К/Вт);16. По формуле (4.5)
м.Поскольку разница между полученным и заданным значениями
Пример 4.
Требуется запроектировать дорожную одежду при следующих исходных данных:
- дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в Московской области;
- категория автомобильной дороги - II;
- заданный срок службы дорожной одежды -
- приведенная к нагрузке типа А (Приложение 1, табл. П.1.1) интенсивность движения на конец срока службы
- грунт рабочего слоя земляного полотна - супесь пылеватая с расчетной влажностью 0,7
- материал для основания - щебеночно-гравийно-песчаная смесь, укрепленная цементом, и песок средней крупности;
- высота насыпи составляет 1,5 м;
- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III;
- глубина залегания грунтовых вод - 0,6 м.
1. Вычисляем суммарное расчетное количество приложений за срок службы:
Для расчета по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости по формуле (3.6)
авт.2. Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:
- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2, табл. П.2.5, Приложение 3, табл. П.3.2 и Приложение 3, табл. П.3.8);
- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2, табл. П.2.4, Приложение 2, табл. П.2.6, Приложение 3, табл. П.3.2 и Приложение 3, табл. П.3.6);
- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3, табл. П.3.1 и Приложение 3, табл. П.3.6).
3. Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис. 3.1:
1)
![]() по Приложению 1, табл. П.1.1, p = 0,6 МПа, D = 37 см
![]() МПа 2)
![]() МПа 3)
![]() МПа 4)
![]() МПа 5)
![]() МПа6) Требуемый модуль упругости определяем по формуле (3.9):
МПа7) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:
.Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу 1,20 (табл. 3.1).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
4. Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости в грунте.
Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13):
![]() Для определения
В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл. 3.5).
МПа.По отношениям
и и при Таким образом: T = 0,0135·0,6 = 0,0081 МПа.
Предельное активное напряжение сдвига
МПа,где 0,1 - коэффициент для перевода в МПа
6. Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости в песчаном слое основания.
Действующее в песчаном слое основания активное напряжение сдвига вычисляем по формуле (3.13):
![]() Для определения
Нижнему слою модели присваиваем следующие характеристики: (при
МПа (табл. П.3.32)); Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл. 3.5).
МПа.По отношениям
и и при По формуле (3.13): T = 0,014·0,6 = 0,0084 МПа.
Предельное активное напряжение сдвига
МПа,где 0,1 - коэффициент для перевода в МПа
, что больше Следовательно, условие по сдвигоустойчивости в песчаном слое основания выполнено.
6. Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
Расчет выполняем в следующем порядке:
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1.
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (3.12)
МПа.Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.16):
МПа.в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17):
при
(формула 3.18)![]() ![]() Вывод: конструкция не удовлетворяет критерию прочности по сопротивлению монолитных слоев разрушению от растяжения при изгибе.
Проверка на морозоустойчивость
--------------------------------
<*> Поскольку в период промерзания дорожной конструкции песок находится сначала в талом, а затем в мерзлом состоянии, в расчет вводят среднеарифметическое значение коэффициентов теплопроводности
1. В соответствии с п.п. 1 - 2 Проверки на морозоустойчивость примера 1 определяем глубину промерзания
2. По таблицам и графикам находим коэффициенты
По формуле 4.2 находим величину пучения для данной конструкции
(см).3. Поскольку для данного типа дорожной одежды допустимая величина морозного пучения согласно табл. 4.3 составляет 4 см, следует выполнить расчет морозозащитного слоя. Предварительно ориентировочно определяем необходимую толщину морозозащитного слоя при допустимой величине морозного пучения
Для этого определяем величину морозного пучения для осредненных условий
.По номограмме рис. 4.3 определяем необходимую толщину дорожной одежды
Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполняем расчеты с учетом теплофизических характеристик отдельных слоев (табл. П.5.1). Задаемся
Для использования в морозозащитном слое назначаем среднезернистый песок.
3. По формуле (4.7) определяем термическое сопротивление дорожной одежды без морозозащитного слоя
= 0,04 : 1,40 + 0,08 : 1,25 + 0,14 : 1,05 + 0,26 : 2,02 + 0,20 : 2,18000 = 0,45 (м2 К/Вт).4. По карте изолиний рис. 4.5 определяем номер изолинии - V;
5. По табл. 4.9 находим
6. По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды
7. Вычисляем отношение
см;8. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление
По формуле (4.8)
(м2 К/Вт);10. По формуле (4.6)
м.11. Разница между полученным и заданным значениями
12. По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды
13. Вычисляем отношение
см;14. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции
16. По формуле (4.7)
(м2 К/Вт);17. По формуле (4.5)
м.18. Разница между полученным и заданным значениями
Пример 5.
Требуется запроектировать дорожную одежду при следующих исходных данных:
- дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в Московской области;
- категория автомобильной дороги - III;
- заданный срок службы дорожной одежды -
- приведенная к нагрузке типа А (Приложение 1, табл. П.1.1) интенсивность движения на конец срока службы
- грунт рабочего слоя земляного полотна - супесь пылеватая с расчетной влажностью 0,7
- материал для основания - гравийная смесь;
- высота насыпи составляет 1,5 м;
- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III;
- глубина залегания грунтовых вод - 0,6 м.
1. Вычисляем суммарное количество приложений за срок службы:
Для расчета по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости по формуле (3.6)
, где С учетом поправки в примечании табл. П.6.1
авт.2. Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:
- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2, табл. П.2.5, Приложение 3, табл. П.3.2 и Приложение 3, табл. П.3.8);
- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2, табл. П.2.4, Приложение 3, табл. П.3.2 и Приложение 3, табл. П.3.8);
- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3, табл. П.3.1 и Приложение 3, табл. П.3.8).
3. Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис. 3.1:
1)
![]() по Приложению 1, табл. П.1.1, р = 0,6 МПа, D = 37 см
![]() МПа 2)
![]() МПа 3)
![]() МПа 4)
![]() МПаТребуемый модуль упругости определяем по формуле (3.9):
МПаОпределяют коэффициент прочности по упругому прогибу:
.Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу 1,17 (табл. 3.1).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
4. Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости в грунте.
Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13):
![]() Для определения
В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл. 3.5).
МПа.По отношениям
и и при Таким образом: T = 0,053·0,6 = 0,0092 МПа.
Предельное активное напряжение сдвига
МПа,где 0,1 - коэффициент для перевода в МПа
5. Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
Расчет выполняем в следующем порядке:
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1.
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (3.12)
МПа.Модули упругости асфальтобетонных слоев назначаем по табл. П.3.1.
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.16):
МПа.в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17):
при
t = 1,71 (табл. П.4.2)
m = 4;
![]() .Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.
Проверка на морозоустойчивость
1. В соответствии с п.п. 1 - 2 Проверки на морозоустойчивость примера 1 определяем глубину промерзания
2. По таблицам и графикам находим коэффициенты
По формуле 4.2 находим величину пучения для данной конструкции
(см).3. Поскольку для данного типа дорожной одежды допустимая величина морозного пучения согласно табл. 4.3 составляет 4 см, следует назначить морозозащитный слой и выполнить расчет его толщины. Предварительно ориентировочно определяем необходимую толщину морозозащитного слоя при допустимой величине морозного пучения
Для этого определяем величину морозного пучения для осредненных условий
(см).По номограмме рис. 4.3 определяем требуемую толщину дорожной одежды
4. Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполняем расчеты с учетом теплофизических характеристик отдельных слоев (табл. П.5.1) и задаемся толщиной морозозащитного слоя
Для использования в морозозащитном слое назначаем крупнозернистый песок с коэффициентами теплопроводности в талом и мерзлом состояниях соответственно
5. По формуле (4.7) определяем термическое сопротивление дорожной одежды без морозозащитного слоя
![]() = 0,04 : 1,40 + 0,04 : 1,25 + 0,14 : 1,05 + 0,48 : 2,10 = 0,42 (м2 К/Вт).6. По карте изолиний рис. 4.5 определяем номер изолинии - V;
7. По табл. 4.9 находим
8. По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды
9. Вычисляем отношение
см;10. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление
По формуле (4.7)
(м2 К/Вт);12. По формуле (4.5)
м;13. Разница между полученным и заданным значениями
14. По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды
15. Вычисляем отношение
см;16. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции
18. По формуле (4.7)
(м2 К/Вт);19. По формуле (4.5)
м.Разница между полученным и заданным значениями
Пример 6.
Выполнить проверку конструкции на морозоустойчивость и, если потребуется, определить толщину морозозащитного слоя на участке дороги, проходящей в районе г. Москвы. Проверка дорожной одежды на прочность выполнена.
Исходные данные.
1. Дорога III технической категории.
2. Участок дороги расположен во
3. Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды - 0,70 м, толщины слоев приведены в таблице.
Глубина залегания грунтовых вод - 0,5 м.
5. Грунт насыпи и естественного основания - суглинок тяжелый пылеватый, который относится к сильнопучинистым грунтам.
7. Влажность грунта насыпи составляет 0,7
8. Срок службы дорожной одежды между капитальными ремонтами - 10 лет.
Расчет.
--------------------------------
<*> Поскольку в период промерзания дорожной конструкции песок находится сначала в талом, а затем в мерзлом состоянии, в расчет вводят среднеарифметическое значение коэффициентов теплопроводности
1. По карте рис. 4.4 определяем среднюю глубину промерзания
м 2. Для глубины промерзания 2,00 м по номограмме (рис. 4.3) по кривой для сильнопучинистых грунтов (группа IV) при толщине дорожной одежды 0,7 м определяем величину морозного пучения для осредненных условий
По таблицам и графикам находим коэффициенты:
По формуле 4.2 определяем величину морозного пучения для данной конструкции:
(см).Поскольку для данного типа дорожных одежд допустимая величина пучения согласно табл. 4.3 составляет 4 см, следует выполнить расчет морозозащитного слоя.
3. Предварительно ориентировочно определяем необходимую толщину морозозащитного слоя при допустимой величине пучения
![]() .По номограмме (рис. 4.3) при
Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполняем расчеты с учетом теплофизических характеристик отдельных слоев (табл. П.5.1). Задаемся толщиной морозозащитного слоя 0,60 м.
Для использования в морозозащитном слое назначаем крупнозернистый песок с коэффициентами теплопроводности в талом и мерзлом состояниях соответственно
4. По формуле (4.6)
![]() = 0,05 : 1,40 + 0,15 : 1,25 + 0,30 : 1,28 + 0,20 : 2,03 = 0,48 (м2 К/Вт).5. По карте изолиний рис. 4.5 определяем номер изолинии, соответствующий месту положения трассы - V. По табл. 4.9 для сильнопучинистых грунтов по номеру изолинии V находим
При величине
6. Вычисляем отношение
см.7. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление
9. По формуле (4.8)
(м2 К/Вт);10. По формуле (4.6)
м.Разница между полученным и заданным значениями
Пример 7.
Определить толщину теплоизолирующего слоя из пенопласта для указанной дороги в районе г. Москвы. Исходные данные те же, что и в предыдущем примере.
Расчет.
1. В соответствии с п. 4 предыдущего примера
2. По табл. 4.11 для сильнопучинистых грунтов находим
При толщине дорожной одежды
3. Принимаем допустимую глубину промерзания
4. Находим
. При 5. Поскольку значение
м2 К/Вт.6. По графику рис. 4.7 при
Пример 8
Исходные данные
1. Участок дороги III технической категории расположен в Московской области.
2. Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды, включая морозозащитный слой, - 1,10 м.
3. Толщина морозозащитного слоя из мелкозернистого песка 0,50 м, коэффициент фильтрации
4. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III.
5. Грунт насыпи и естественного основания - супесь пылеватая.
6. Уклон дренирующего слоя i = 0,03.
Требуется оценить возможность работы морозозащитного слоя как дренирующего.
Расчет.
1. Поскольку коэффициент фильтрации песка достаточно высок, дренирующий слой рассчитывают на осушение.
По табл. 5.3 находят удельный приток воды во II ДКЗ для 3-ей схемы увлажнения q = 3,5 л/м2 сут. По табл. 5.4
2. По формуле (5.2) расчетный приток воды в дренирующий слой составляет
м3/м2 сут.3. Для расчета используют номограмму рис. 5.1.
Для двускатного профиля
; .По номограмме для отношения
где L - путь фильтрации, для двускатного профиля - половина длины дренирующего слоя; L = B/2 + a +
B - ширина проезжей части;
a - ширина обочины;
L = 7/2 + 2,5 + (0,79 + 0,60/2)·1,5 = 9,6 м;
отсюда
Тогда полная толщина дренирующего слоя
4. Проверку на временное поглощение воды дренирующим слоем выполняют по формуле (5.4). По табл. 5.6
.Расчет окончен.
Пример 9.
Исходные данные.
1. Участок дороги III технической категории расположен в Московской области.
2. Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды - 0,79 м.
3. Толщина морозозащитного слоя из среднезернистого песка 0,60 м, коэффициент фильтрации
4. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III.
5. Грунт насыпи и естественного основания - супесь пылеватая.
6. Уклон дренирующего слоя i = 0,03.
Требуется оценить возможность работы морозозащитного слоя как дренирующего.
Расчет.
Расчет толщины дренирующего слоя выполняют на осушение.
; .2. По номограмме рис. 5.1 определяют 3,5
Поскольку требуемая толщина дренирующего слоя превышает заданную, следует применить конструкцию с прикромочным дренажем. Примем, что продольная дрена расположена под серединой обочины. В этом случае путь фильтрации L = B/2 + a/2 = 4,75 м.
3. По номограмме рис. 5.4 по величине
4. Проверку на временное поглощение воды дренирующим слоем выполняют по формуле (5.4). По табл. 5.6
.Расчет окончен.
Пример 10
Исходные данные
1. Участок дороги III технической категории расположен в Московской области.
2. Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды - 0,70 м.
3. Толщина морозозащитного слоя из среднезернистого песка 0,70 м, коэффициент фильтрации
4. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III.
5. Грунт насыпи и естественного основания - супесь пылеватая.
6. Уклон дренирующего слоя i = 0,03.
Требуется оценить возможность работы морозозащитного слоя как дренирующего.
Расчет
Ввиду того, что коэффициент фильтрации грунта достаточно низкий, дренирующий слой рассчитывают на поглощение.
По табл. 5.6 для n = 0,28
По табл. 5.3 для условий II дорожно-климатической зоны и 3-й схемы увлажнения
.Расчет окончен.
Пример 11
Исходные данные.
1. Участок дороги III технической категории расположен в Московской области.
2. Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды совместно с дренирующим (морозозащитным) слоем - 1,10 м.
3. Конструкция дорожной одежды
4. Конструкция дренирующего слоя - дренирующий слой из среднезернистого песка под проезжей частью с трубчатыми дренами.
5. Грунт насыпи и естественного основания - супесь пылеватая.
6. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III.
Требуется определить расчетную влажность грунта насыпи без испытаний.
Расчет
Расчетную влажность определяют по формуле П.2.1
.По табл. П.2.2 поправка
По табл. П.2.3 поправка
По графику рис. П.2.1 поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоев дорожной одежды
По табл. П.4.2 для уровня надежности 0,95 коэффициент нормированного отклонения t = 1,71.
Расчет окончен.
Исходные данные
Автомобильная дорога II категории расположена в регионе Нижнего Новгорода.
Грунт земляного полотна - супесь тяжелая пылеватая.
Глубина выемки составляет 100 см.
Расчетный уровень грунтовых вод - на глубине 120 см от поверхности земляного полотна.
Экспериментально установленное значение коэффициента влагопроводности
Начальная влажность
Суммарная толщина дорожной одежды, имеющей асфальтобетонное покрытие, равна 60 см.
Требуется определить среднюю осеннюю влажность
Расчет.
2. Вычисляем по зависимости (П.7.6) значение критерия осеннего влагонакопления:
.4. По графику рис. П.7.2 находим
6. По зависимости (П.7.4) находим
7. По зависимости (П.7.12) вычисляем характеристику скорости промерзания
.8. Используя (П.7.9), вычисляем критерий зимнего влагонакопления Z:
Z = 3,59/(2·
9. По графику рис. П.7.3 находим C = 1,50.
10. Для супеси тяжелой пылеватой из табл. П.7.1 находим
11. С помощью (П.7.8) находим
12. По зависимости (П.7.15) находим глубину промерзания грунта
см.13. Вычисляем по формуле (П.7.14) вероятную величину морозного пучения
14.
см.Поскольку полученная величина морозного пучения превышает допустимую для асфальтобетонного покрытия (4 см), намечаем в составе дорожной одежды слой из пеноплэкса толщиной 8 см.
Выполняем весь вышеприведенный цикл расчетов с учетом данного мероприятия, сохранив нумерацию соответствующих позиций расчетов.
3. Уточняем значение параметра
4. По графику рис. П.7.2 находим
6. Находим
7. По зависимости (П.7.12) вычислим характеристику скорости промерзания
.8. Используя (П.7.9), вычислим критерий зимнего влагонакопления Z:
.9. По графику рис. П.7.3 находим C = 1,57.
12. По зависимости (П.7.16) находим глубину промерзания грунта
см.13. Вычисляем по формуле (П.7.14) вероятную величину морозного пучения
см.Расчет окончен.
Руководители работ и ответственные исполнители: к.т.н. В.М. Юмашев и д.т.н. В.Д. Казарновский (Союздорнии).
В подготовке текста ОДН участвовали сотрудники Союздорнии: д.т.н. В.И. Рувинский и к.т.н. Е.С. Пшеничникова (вопросы расчета на морозоустойчивость и осушение); к.т.н. И.В. Лейтланд и к.т.н. А.Е. Мерзликин (вопросы расчета на прочность); к.т.н. В.С. Исаев, к.т.н. Г.Н. Кирюхин, инж. В.А. Зельманович, инж. М.Л. Попов (расчетные характеристики дорожно-строительных материалов).
Кроме материалов Союздорнии, непосредственно использованы в тексте материалы, полученные от организаций-соисполнителей:
С.-Петербургского филиала Союздорнии (д.т.н. Ю.М. Васильев, к.т.н. П.И. Теляев, к.т.н. А.О. Салль, к.т.н. А.М. Симановский, к.т.н. Т.Н. Полтаранова, инж. В.А. Мазуров) - вопросы расчета дорожной одежды на прочность по критериям сдвига и растяжения при изгибе и расчет на морозоустойчивость;
Омского филиала Союздорнии (к.т.н. А.С. Пилипенко, к.т.н. Белоусов) - расчетные характеристики грунтов с учетом многократной нагрузки;
МАДИ (ТУ) (д.т.н. А.П. Васильев, д.т.н. В.П. Носов, д.т.н. Ю.М. Яковлев, к.т.н. М.С. Коганзон, к.т.н. В.К. Апестин, к.т.н. П.П. Петрович, к.т.н. М.Г. Горячев, инж. Е.В. Жустарева) - вопросы расчета по упругому прогибу;
ГП "Росдорнии" (д.т.н. В.А. Кретов, к.т.н. А.И. Дудаков, к.т.н. В.М. Ольховиков, д.т.н. А.В. Руденский, к.т.н. Г.С. Бахрах, инж. А.М. Стрижевский) - расчетные характеристики дорожно-строительных материалов и воздействие от транспортной нагрузки;
Военной академии тыла и транспорта (д.т.н. И.А. Золотарь) - расчет на морозоустойчивость.
Наряду с этим принимались во внимание замечания и предложения, полученные от Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) (д.т.н. А.В. Смирнов, д.т.н. В.Н. Шестаков, к.т.н. А.А. Малышев, к.т.н. А.Г. Малофеев, к.т.н. В.В. Сиортюк, инж. В.В. Сычев, инж. А.С. Александров, инж. И.А. Брежнец).
Учитывались также опубликованные материалы исследований, выполненных в период 1985 - 1995 гг. под руководством проф. В.А. Семенова (учет статистического характера показателей механических свойств) и проф. А.Я. Тулаева (расчет на осушение), под руководством проф. Б.С. Радовского (вопросы усталостного сопротивления асфальтобетонных слоев), а также опубликованные материалы исследований, выполненных под руководством к.т.н. Ю.В. Бутлицкого и проф. Б.Б. Каримова (по особенностям водно-теплового режима и расчетным параметрам дорожных одежд в V дорожно-климатической зоне и в горной местности).
Вернуться в "Каталог нормативных документов"
Источник информации: https://internet-law.ru/documents/prod/metodika/2/odn_77276.html
На правах рекламы:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||