3.3. Расчет основания

Прочность дорожной одежды в целом будет обеспечена, если будет выполнено условие сдвигоустойчивости в грунте земляного полотна и в несвязных слоях основания, то есть выполняется условие

T_np / T ≥ K_np , (3.9)

Где Т_пр – предельно допустимое активное напряжение сдвига в расчетной точке, превышение которого вызывает нарушение прочности по сдвигу, МПа; Т– расчетное активное напряжение сдвига в расчетной точке от действующей нагрузки, МПа; К_пр – коэффициент прочности.

Расчет производят в соответствии с методикой проектирования нежестких дорожных одежд [14, 15] в следующей последовательности.

1. Определяют категорию дороги, расчетную нагрузку и интенсивность движения.

2. Предварительно назначают конструкцию дорожной одежды и толщину покрытия (см. табл. 1.1). Во всех случаях минимальную толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 20 см.

3. Определяют расчетные характеристики бетона: класс прочности на растяжение при изгибе и на сжатие (см. табл. 2.9), значение начального модуля упругости бетона (см. табл. 2.10), расчетный модуль упругости бетонного покрытия в зоне швов покрытия (см. табл. 2.11), проектную марку бетона по морозостойкости (см. табл. 2.12).

4. Устанавливают уровень надежности K_н и коэффициент прочности для расчета дорожной одежды в соответствии с табл. 2.8.

5. Определяют расчетные характеристики дополнительного слоя основания и грунта земляного полотна при расчетной влажности (табл. 2.18-2.24).

6. Определяют общий модуль упругости основания Е_{общ.осн.} Расчет ведут снизу вверх в соответствии с расчетной схемой, представленной на рис. 3.3.

Е_{общ.осн}

h₁

Е₁

Е^/_общ

h₂

Е₂

h₃

Е₃

Е_гр

Рис.3.3. Расчетная схема для определения общего модуля упругости основания

А. Определяют общий модуль упругости грунта и песчаного слоя Е′_общ по формулам

(3.10)

(3.11)

где E₃ – модуль упругости песчаного слоя, МПа; E_гр – модуль упругости песчаного слоя, МПа; h₃ – толщина песчаного слоя, см; D – диаметр отпечатка колеса или площадки силового контакта верхнего слоя с нижележащим, D = 50 см; h_э.- эквивалентная толщина, см.

Б. Определяют общий модуль упругости основания Е_{общ.осн} по формулам

(3.12)

(3.13)

7. Проверяют дорожную одежду на сдвиг в грунте земляного полотна в соответствии с расчетной схемой, представленной на рис. 3.4. Модуль упругости цементобетона (Е₁) – расчетный модуль упругости в зоне швов покрытия.

А. Определяют средний модуль упругости дорожной одежды:

(3.14)

h₁

Е₁

h₂

Е_ср

Е₂

h₃

Е₃

Е_гр,_гр,С_гр

Рис.3.4. Расчетная схема для проверки дорожной одежды на сдвиг

в грунте земляного полотна

Б. Вычисляют отношения Е_ср /Е_гр и h/D_н, по номограмме (см. рис.3.6 или 3.7) для материала слоя находят удельное активное напряжение сдвига в грунте земляного полотна от единичной нагрузки.

В. Полное активное напряжение сдвига вычисляют по формуле

(3.15)

где р – расчетное давление колеса на покрытие, МПа.

Г. Определяют допускаемое напряжение сдвига в грунте земляного полотна:

(3.16)

где К_д – коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания; С_N – сцепление в грунте земляного полотна или промежуточном песчаном слое, МПа; _ср – средний удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см³ (принимают в среднем 0,002 кг/см³); z_оп – глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см; _ст - расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, град.

При устройстве нижнего слоя несущего основания из укрепленных материалов, а также при укладке на границе «основание - песчаный слой» разделяющей геотекстильной прослойки следует принимать значения К_д равными:

4,5 – при использовании в песчаном слое крупного песка,

4,0 – песка средней крупности,

3,0 – мелкого песка,

2,0 – без укладки разделительной прослойки,

1,0 – при проверке сдвигоустойчивости в глинистом грунте земляного полотна и во всех остальных случаях.

Д. Проверяют условие сдвигоустойчивости по формуле (3.9).

Если условие сдвигоустойчивости не выполнено (T_np / T < K_np), то необходимо, изменяя толщины конструктивных слоев, подобрать конструкцию дорожной одежды, удовлетворяющую условию сдвигоустойчивости.

8. Проверяют дорожную одежду на сдвиг в дополнительном слое основания в соответствии с расчетной схемой, представленной на рис. 3.5.

h₁

Е₁

Е^/_общ

h₂

Е₂

h₃

Е₃

Е_гр

Рис.3.5. Расчетная схема для проверки на сдвиг в песчаном подстилающем слое

А. Определяют средний модуль упругости:

(3.17)

Б. Вычисляют отношения Е_ср /Е^/_общ и h/D_н, по номограмме (см. рис.3.6 или 3.7) для  материала слоя находят удельное активное напряжение сдвига в песчаном подстилающем слое от единичной нагрузки.

В. Полное активное напряжение сдвига вычисляют по формуле (3.15).

Г. Определяют допускаемое напряжение сдвига по формуле (3.16).

Д. Проверяют условие сдвигоустойчивости по формуле (3.9).