Учебное пособие 800553

где K – комплексный коэффициент, учитывающий зацепление зерен асфальтобетона, Саб – сцепление в слое асфальтобетона, МПа (см. табл. 5.5).

7. Проверяют выполнение условия (5.21).

Если Tnp / T < Knp, условие сдвигоустойчивости считается не выполненным. В этом случае необходимо заменить материал верхнего слоя сдвигоустойчивым или заново переконструировать дорожную одежду так, чтобы снизить напряжение сдвига T.

Вопросы для самопроверки

1.Какие расчетные параметры при проектировании дорожных одежд зависят от категории дороги?

2.Какие параметры учитываются при расчете требуемого модуля упругости дорожной конструкции?

3.Что такое прочность дорожной одежды?

4.Какова последовательность расчета дорожной конструкции по упругому прогибу?

5.Для какой расчетной температуры принимается модуль упругости слоев из асфальтобетонов при расчете по упругому прогибу ?

6.Какие конструктивные слои дорожной одежды проверяются по условию сдвигоустойчивости?

81

7.При каком условии в дорожной одежде не возникает сдвиговых деформаций?

8.От каких параметров зависит предельно допустимое активное напряжение сдвига?

9.Для каких расчетных температур принимается модуль упругости слоев из асфальтобетонов при расчете на сдвиг ?

10.Какие конструктивные слои дорожной одежды рассчитываются на сопротивление разрушению от растяжения при изгибе?

11.Для какой расчетной температуры принимается модуль упругости слоев из асфальтобетонов при расчете по этому критерию ?

12.При соблюдении каких условий в монолитных конструктивных слоях дорожной одежды не образуется трещин от растягивающих напряжений ?

13.На каких участках дороги производят расчет на статическое воздействие нагрузки?

14.По каким критериям рассчитывается дорожная одежда при проверке на статическое воздействие нагрузки ?

15.Для какой расчетной температуры принимается модуль упругости слоев из асфальтобетонов при расчете на статическое воздействие ?

16.Какие проектные решения возможны, если условия сдвигоустойчивости асфальтобетонной смеси при статическом воздействии нагрузки не выполняются?

82

6.ПРОВЕРКА КОНСТРУКЦИИ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ НА МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТЬ

В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд и земляного полотна.

Процессы зимнего вспучивания грунтов происходят в связи с зимней миграцией влаги, приводящей к накоплению и замерзанию воды в порах грунта в виде прослоек льда. Ледяные прослойки вызывают поднятие (пучение) грунта, неравномерное поднятие покрытия и нарушение его ровности. Во время весеннего оттаивания грунта при проезде тяжелых автомобилей может происходить разрушение покрытия на ослабленном грунтовом основании.

Большое влияние на морозоустойчивость дорожной одежды оказывает тип грунтов земляного полотна. Классификация грунтов по степени пучинистости в соответствии со СНиП 2.02.02-85 приведена в табл. 6.1 и 6.2.

Таблица 6.1 Классификация грунтов по степени пучинистости при замерзании

Наиболее подвержены морозному пучению пылеватые грунты. При использовании таких грунтов в земляном полотне необходимо проектировать дорожную одежду так, чтобы фактическое морозное пучение не превышало допустимой величины, установленной для каждого типа покрытия.

Конструкцию дорожной одежды считают морозоустойчивой, если выполняется условие

83

где lпуч – расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна, см; lдоп – допускаемое для данной конструкции пучение грунта, см.

Значения допускаемой величины морозного пучения приведены в табл.6.3. Таблица 6.3

Допускаемая величина морозного пучения

Примечание. В восточных районах II – III дорожно – климатических зон значения lдоп следует увеличивать на 20 – 40% (большие значения для облегченных и переходных дорожных одежд)

Наблюдения, проведенные СоюзДорНИИ на дорогах II и северной части III дорожно-климатических зон, показали, что фактическое морозное пучение почти ежегодно превышает допустимое значение на участках 2 и 3-го типов местности по характеру увлажнения при пылеватых суглинистых грунтах. В период оттаивания на таких участках модуль упругости грунта понижается на 2040% за счет его переувлажнения. При этом срок службы дорожных одежд существенно сокращается.

Теоретические расчеты и опыт эксплуатации автомобильных дорог показали, что при относительной влажности пылеватых грунтов равной или менее

0,7Wт (где Wт – влажность при нижней границе текучести) морозное пучение дорожных одежд (покрытий) не превышает допустимое. В период оттаивания модуль упругости этих грунтов несколько понижается, но остается выше расчетного на участках, где регулируется водно-тепловой режим земляного полотна.

Таким образом, на стадии проектирования разрабатываются специальные мероприятия по регулированию водно-теплового режима земляного полотна и дорожных одежд, обеспечению достаточной морозоустойчивости и предотвращению недопустимого зимнего пучения. К ним относятся:

-использование непучинистых или слабопучинистых грунтов для сооружения верхней части земляного полотна, находящегося в зоне промерзания;

-осушение рабочего слоя земляного полотна путем устройства дренажа для увеличения расстояния до уровня грунтовых вод;

-устройство гидроизолирующих или капилляропрерывающих прослоек;

-устройство морозозащитных слоев из непучинистых материалов;

-устройство теплоизолирующих слоев для снижения глубины промерзания грунта под дорожной одеждой и т.д.

84

При проектировании дорожных одежд не требуется специальных мер по морозной защите конструкций:

-в районах, где глубина промерзания грунтов менее 0,6 м;

-при устройстве земляного полотна на всю глубину промерзания из непучинистых или слабопучинистых грунтов;

-в случаях, когда общая толщина дорожной одежды превышает 2/3 глубины промерзания.

Расчет на морозоустойчивость выполняют для характерных участков до-

роги, сходных по грунтово-гидрологическим условиям, имеющих одинаковую схему увлажнения рабочего слоя грунта земляного полотна.

Величину морозного пучения грунта земляного полотна lпуч вычисляют по формуле

– величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая в зависимости от полной толщины дорожной одежды, группы грун-

та по степени пучинистости и глубины промерзания zпр(ср) (см. рис. 6.1);

KУГВ – коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых вод (УГВ) или длительно стоящих поверхностных вод (см. рис.6.2). При отсутствии влияния грунтовых или длительно стоящих по-

верхностных вод следует принимать: для супеси тяжелей и пылеватой и суглинка KУГВ = 0,53; для песка и супеси легкой и крупной KУГВ = 0,43;

Kпл – коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя (табл.6.4); Kгр – коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки (табл.6.5); Kнагр – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт, зависящий от глубины промерзания (рис.6.3); Kвл – коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта (табл.6.6).

Значение lпуч. ср при глубине промерзания от поверхности покрытия zпр до 2 м определяют по графикам, приведенным на рис.6.4.

Глубина промерзания грунта от поверхности дорожной конструкции (zпр) больше осредненных значений zпр(ср), приведенных на рис. 6.1. Ее определяют экспериментальным путем. При отсутствии экспериментальных данных глубину промерзания вычисляют по формуле

85

86

Рис.6.1. Карта изолиний глубины промерзания грунтов zпр(ср) на территории СНГ: 1 – граница сплошного распространения вечномерзлых грунтов; 2 – то же, островного; 3 – границы стран СНГ

Рис.6.2. Зависимость коэффициента КУГВ от расстояния от низа дорожной одежды до расчетного уровня грунтовых вод (УГВ) или уровня поверхностных вод (УПВ): 1 – супесь тяжелая и тяжелая пылеватая, суглинок; 2 – песок, супесь легкая и легкая крупная

Рис.6.3. Зависимость коэффициента Кнагр от глубины промерзания zпр от поверхности покрытия: 1 – супесь тяжелая и пылеватая, суглинок; 2 – песок, супесь легкая, крупная

87

Таблица 6.4 Значения коэффициента Кпл для грунта рабочего слоя

Таблица 6.5

Расчет конструкции дорожной одежды на морозоустойчивость ведут в следующем порядке:

1.Определяют допустимую величину морозного пучения.

2.Находят величину морозного пучения грунта lпуч ср (табл.6.1, 6.2, рис.6.4).

3.Вычисляют величину морозного пучения грунта земляного полотна при

данной конструкции дорожной одежды lпуч по формуле (6.2) или (6.3). 4. Сравнивают полученное расчетное значение lпуч с допустимым lдоп.

Если lпуч < lдоп при сроке службы дорожной одежды Тсл менее 10 лет, то морозоустойчивость конструкции обеспечена. Морозоустойчивость конструк-

ции также обеспечена, если lпуч < 0,8 lдоп при сроке службы дорожной одежды Тсл более 10 лет.

Если lпуч > lдоп при Тсл < 10 лет или lпуч > 0,8 lдоп при Тсл > 10 лет, то необходимо предусмотреть мероприятия по обеспечению морозоустойчивости,

описанные выше.

При выполнении курсового проекта в качестве необходимых мероприятий могут рассчитываться морозозащитные или теплоизолирующие слои. При этом необходимо отметить, что повторный пересчет конструкции дорожной одежды по прочностным критериям не требуется.

88

Рис.6.4. Графики для определения осредненной величины морозного пучения lпуч.ср

Примечания: 1. Кривые (II – V) выбирают в соответствии с группой грунтов (см. табл. 6.1);

2. Кривую IIа выбирают при 2-й и 3-й схеме увлажнения рабочего слоя, кривую IIб – при 1-й схеме увлажнения

Расчет толщины морозозащитного слоя hмз выполняется по термическому сопротивлению дорожной конструкции. Он проводится в следующей последовательности.

Первоначально определяется требуемая толщина морозоустойчивой конструкции дорожной одежды. Для этого, зная допустимую величину морозного

пучения lдоп, вычисляют среднюю величину морозного пучения lпуч.ср из фор-

мулы (6.2), т.е.

Затем по графику, приведенному на рис.6.4, в соответствии с группой грунта земляного полотна по степени пучинистости определяют требуемую

толщину дорожной одежды hдо.необх. Разница рассчитанной толщины дорожной конструкции hдо и полученной hдо.необх даст толщину морозозащитного слоя:

В качестве материала морозозащитного слоя можно принимать стабильные зернистые материалы такие, как песок, песчано-гравийная смесь, гравий, щебень, грунты, укрепленные вяжущим, а также другие непучинистые материалы.

Уточнение толщины морозозащитного слоя производят с учетом теплофизических свойств материалов дорожной конструкции по формуле

где Rод(о) – термическое сопротивление рассматриваемой конструкции дорожной одежды, м2 К/Вт; Rод(тр) – требуемое в данных условиях термиче-

ское сопротивление дорожной одежды, м2 К/Вт; λмз – коэффициент теплопроводности морозозащитного слоя, равный среднеарифметическому значению коэффициентов теплопроводности материалов слоя в талом и мерзлом состояниях, Вт/м К.

Величину Rод(тр) определяют в зависимости от номера изолинии на карте, приведенной на рис. 6.5. Изолинии соответствуют географическому положению проектируемого участка дороги. Если участок находится между изолиниями, то величину hмз определяют методом интерполяции, вычислив предварительно два значения Rод(тр) и hмз для соседних изолиний.

Термическое сопротивление дорожной одежды Rод(о) вычисляется по формуле

i=1

где n – число конструктивных слоев дорожной одежды без морозозащитного слоя; hi – толщина i – го слоя, м; λi – коэффициент теплопроводности i – го слоя, Вт/м К.

90