14.10. Оценка прочности дорожной одежды по упругому прогибу
Оценку прочности дорожной одежды производят по измеренной величине упругого прогиба покрытия под воздействием статического или динамического нагружения.
Испытания дорожных одежд следует производить весной при оттаивании грунтов земляного полотна на глубину более 40 см, летом и осенью, когда температура покрытия находится в пределах от 10 до 30°С. Поэтому в жаркие летние дни испытания необходимо производить в утренние часы.
Температуру покрытия измеряют коленчатыми термометрами на глубине 3-4 см от поверхности покрытия не менее трех раз в течение дня. Для измерения температуры в покрытии делают лунку диаметром 1,0-1,5 см и устанавливают латунную трубку. Измерение температуры производят после затухания скорости изменения показаний по термометру до 0,5 град./мин. Допускается определять температуру другими методами, обеспечивающими точность до 1°С.
Упругий прогиб измеряют по внешней полосе наката через каждые 50 м. При наличии значительных деформаций покрытия на внутренней полосе наката испытания производят на обеих полосах, в расчет принимают большие значения прогиба.
На участках дорог, где деформации покрытия связаны с недостаточной несущей способностью основания (сетки трещин, колейность), измерения следует производить в местах наибольших разрушений через каждые 10-15 м с тем, чтобы получить наибольшие значения прогиба, установить границы слабого участка и накопить необходимое для статистической обработки количество измерений.
Измерение упругого прогиба методом статического нагружения с помощью рычажного прогибомера производят следующим образом (рис. 14.21):
для испытаний дорожной одежды подготавливают груженый автомобиль, у которого нагрузка на заднее колесо и давление на покрытие близки к расчетным для автомобилей группы А;
автомобиль устанавливают на точке измерения и заводят рычажный прогибомер между задними спаренными колесами автомобиля по оси действия нагрузки. Легкими постукиваниями карандашом по швеллеру добиваются стабильного положения стрелки индикатора;
снимают отсчет по индикатору и записывают его в журнал;
затем автомобиль съезжает вперед на следующую точку;
после затухания деформации покрытия таким же образом, как указано выше, снимают повторный отсчет по индикатору;
разница в отсчетах соответствует величине упругого прогиба в точке измерения.
Рис. 14.21. Определение прогиба дорожной одежды прогибомером
Для измерения упругого прогиба применяют установки кратковременного нагружения типа передвижной лаборатории модели КП-502МП, разработанной в МАДИ, которые работают на принципе передачи усилия от падающего груза на дорожное покрытие. Испытания дорожных одежд могут быть выполнены и другим оборудованием и приборами, обеспечивающими измерение прогибов с допустимой погрешностью 0,02 мм. В этом случае необходимо произвести корреляцию между измеренным упругим прогибом и полученным методом статического нагружения. При этом следует учитывать, что корреляционные коэффициенты в этой зависимости будут изменяться для различных конструкций дорожной одежды, толщин слоев и свойств грунтов земляного полотна, поэтому распространять их можно только на аналогичные условия.
Так как оценка прочности дорожных одежд при массовом обследовании дорог не может быть выполнена в расчетный период, наиболее неблагоприятный по условиям увлажнения за срок службы дороги, необходимо данные разовых испытаний значений упругого прогиба привести к расчетному состоянию конструкций с учетом изменяющихся в зависимости от климатических свойств грунтов земляного полотна и слоев дорожных одежд.
Учитывая вероятностный характер измерения упругого прогиба по протяженности обследуемой дороги, а также необходимость оценки несущей способности конструкции с определенной степенью надежности следует обрабатывать измеренные и приведенные к расчетному состоянию значения упругого прогиба для каждого из выделенных по степени разрушения участков дороги методом математической статистики. Границы выделенных участков дорог по данным визуальной оценки состояния конструкции следует уточнить на основе измеренных значений упругого прогиба, особенно применительно к тем участкам дорог, где разрушения на покрытии связаны, главным образом, с недостаточной несущей способностью дорожной одежды.
По результатам визуального обследования и оценки прочности дорожной одежды выделяют участки дороги, характеризующиеся определенным состоянием покрытия и близкими по величине измеренными прогибами дорожной одежды.
При выделении характерных участков дороги необходимо, чтобы количество измерений было достаточным для надежной оценки прочности (не более 10). На отдельных участках дорог могут иметь место отдельные локальные разрушения, связанные, например, с переувлажнением грунтов земляного полотна и неукрепленных слоев основания, которые следует выделять независимо от их протяженности.
Приведение измеренных значений упругого прогиба к расчетному состоянию дорожной конструкции производят по зависимости
,
(14.24)
где lи – величина измеренного упругого прогиба с учетом корректировки на температуру 20°С и способа проведения испытаний, см; lр – расчетная величина упругого прогиба, см; m – коэффициент, зависящий от времени проведения испытаний; – коэффициент, учитывающий климатические условия года испытаний.
При проведении испытаний дорожной одежды в расчетный период оттаивания грунтов земляного полотна (март-апрель) необходимо убедиться в том, что наступила тенденция снижения ее прочности (увеличение упругого прогиба). Как правило, снижение прочности дорожной одежды наблюдается при глубине оттаивания грунтов земляного полотна более, чем на 20-30 см. В этом случае коэффициент m следует принимать равным 1.
Корректировку измеренного упругого прогиба к стандартной температуре 20°С следует производить по номограмме (рис. 14.22) в следующей последовательности:
откладывают по оси абсцисс и ординат измеренные значения, соответственно температуры покрытия и упругого прогиба;
проводят перпендикуляры и находят точку их пересечения;
затем из этой точки проводят прямую, параллельную ближайшей к ней наклонной прямой до пересечения с перпендикуляром, восстановленным из точки на оси абсцисс, соответствующей 20°С (рис. 14.22);
из точки пересечения проводят перпендикуляр на ось ординат, на которой и определяют скорректированное значение упругого прогиба.
Рис. 14.22. Зависимость между упругим прогибом и температурой покрытия: – – – - для асфальтобетонного покрытия, подверженного интенсивному трещинообразованию
Коэффициент m необходимо устанавливать по табл. 14.13 для глинистых грунтов с учетом времени проведения испытаний, характера и степени увлажнения грунтов.
Таблица 14.13. Значения коэффициента m
Вид грунта земляного полотна |
Характер увлажнения |
Коэффициент m по месяцам |
||||
май |
июнь |
июль |
август |
сентябрь |
||
Глинистые грунты и пылеватый песок |
Избыточное от грунтовых и поверхностных вод |
1,35 |
1,50 |
1,60 |
1,80 |
1,70 |
Отсутствуют источники переувлажнения |
1,25 |
1,35 |
1,50 |
1,60 |
1,55 |
|
При проведении испытаний в начале месяца (до 5 числа) и в конце месяца (после 25 числа) коэффициент m определяют как среднее арифметическое между его значениями в соседние месяцы. Если земляное полотно сложено из песчаных грунтов, за исключением песка пылеватого, коэффициент m следует принимать равным 1,25.
Для определения коэффициента необходимо по данным ближайшей к дороге гидрометрической станции охарактеризовать климатические условия года испытаний. Температурный режим зимы, предшествующей испытаниям, определяют по зависимости
,
(14.25)
где Д – сумма градусо-дней мороза за период до наступления продолжительной и интенсивной оттепели (не менее 4 дней с положительной среднесуточной температурой), Т – сумма градусо-дней тепла за зиму; З – сумма градусо-дней мороза за зиму.
Вычисленное значение показателя М откладывают на оси абсцисс (рис. 14.23) и восстанавливают перпендикуляр до пересечения с прямой (Q), соответствующей количеству осадков, выпавших в предзимний период за месяц до начала промерзания (даты перехода среднесуточной температуры воздуха через 0°С) в год испытаний. Из точки пересечения проводят перпендикулярную прямую до пересечения с осью ординат и определяют значение коэффициента (см. построение на рис. 14.23).
Рис. 14.23. Номограмма для определения климатического коэффициента
Полученные значения следует относить к обследуемым дорогам с земляным полотном, сложенным из глинистых грунтов и песка пылеватого в условиях избыточного увлажнения от грунтовых и поверхностных вод. Для аналогичных грунтов при отсутствии источников переувлажнения полученные значения коэффициента умножают на 1,3. Если земляное полотно сложено из песчаных грунтов, то при найденных по номограмме значениях <0,6, климатический коэффициент следует принимать равным 0,8, в остальных случаях – 0,9.
Каждое измеренное значение упругого прогиба приводят к расчетной величине в следующей последовательности:
а) при проведении испытаний не статическим методом следует скорректировать полученные значения прогиба на основе корреляционных испытаний оцениваемой конструкции дорожной одежды;
б) необходимо привести полученные значения прогиба к расчетной температуре 20°С с помощью номограммы (см. рис 14.22);
в) при проведении испытаний в нерасчетный период следует определить по табл.14.13 коэффициент m, отражающий влияние времени испытаний на величину измеренного упругого прогиба;
г) для учета сложившихся климатических условий в год испытаний находят величину коэффициента , дифференцированного в зависимости от температурных условий, сложившихся зимой, предшествующей году испытаний, количества осадков, выпавших в предзимний период, а также грунтово-гидрологических условий;
д) вычисляют расчетное значение упругого прогиба.
После уточнения границ выделенных характерных участков обследуемой дороги для каждого из них величины расчетных прогибов выписывают в единые статистические ряды и определяют среднее арифметическое значение, см
,
(14.26)
среднее квадратическое отклонение
,
(14.27)
где l1, l2, …, ln – измеренные величины упругого прогиба, см; n – количество членов в статистическом ряду, которое должно быть не менее 10.
Для каждого участка дороги определяют величины прогиба, см, характеризующие несущую способность участка дороги с заданной надежностью, с учетом капитальности и срока службы дороги
,
(14.28)
где t – коэффициент Стьюдента, принимаемый для дорог с усовершенствованными капитальными типами дорожных одежд равным 2,0, для дорог с усовершенствованными облегченными – 1,7, с переходными и низшими – 1,6.