- •И.А. Гладышева, т.В. Самодурова, о.В. Гладышева, о.А. Волокитина
- •1. Основные сведениея о жестких дорожных одеждах
- •1.1. Общие положения
- •1.2. Конструктивные слои жесткой дорожной одежды
- •Минимальная рекомендуемая толщина покрытия
- •1.3. Продольные и поперечные швы
- •1.4. Штыревые соединения и армирование покрытий
- •1.5. Требования к жесткой дорожной одежде с цементобетонным
- •1.6. Основные принципы и задачи конструирования
- •1.7. Типовые конструкции дорожных одежд с цементобетонным
- •2. Расчетные нагрузки, характеристики материалов
- •2.1. Расчетные нагрузки и интенсивность движения
- •Параметры расчетной нагрузки
- •Перспективную интенсивность движения на последний год срока службы дорожной одежды определяют по формуле
- •Суммарный коэффициент приведения Sm.Сум
- •Значение коэффициента kп в зависимости от категории дороги
- •2.2. Нормативные и расчетные характеристики цементобетона
- •Рекомендуемые минимальные классы прочности цементобетона
- •Значения начального модуля упругости цементобетона
- •Расчетный модуль упругости бетонного покрытия в зоне швов покрытия
- •Марка бетона по морозостойкости
- •2.3. Расчетные характеристики дорожно-строительных материалов
- •Механические характеристики теплоизоляционных слоев
- •2.4. Определение расчетных характеристик грунта рабочего слоя
- •Среднее многолетнее значение относительной влажности грунта
- •Поправка на конструктивные особенности проезжей части и обочин
- •Коэффициент нормированного отклонения
- •3. Расчет жеской дорожной одежды с монолитным цементобетонным покрытием
- •3.1. Напряжения, возникающие в плите под действием внешней
- •По классификации профессора м.И. Горбунова-Посадова в зависимости от величины показателя s плиты, лежащие на упругом основании, могут быть разделены по жесткости на три категории:
- •3.2. Температурные напряжения
- •3.3. Расчет основания
- •3.4. Расчет толщины плиты
- •3.5. Проверочный расчет продольной устойчивости покрытия
- •4. Проверка конструкции дорожной одежды
- •Классификация грунтов по степени пучинистости при замерзании
- •Группы грунтов по степени пучинистости
- •Допускаемая величина морозного пучения
- •Значения коэффициента Кпл для грунта рабочего слоя
- •Значение коэффициента Кгр
- •Значение коэффициента Квл
- •Значение коэффициента Кувл при 1-ой схеме увлажнения
- •Значение коэффициента Спуч
- •Значение коэффициента Ср
- •Значения показателя Спуч при расчете толщины теплоизолирующего слоя
- •5. Жесткая дорожная одежда с цементобетонным
- •5.1. Конструктивные особенности жесткой дорожной одежды
- •5.2. Требование к жесткой дорожной одежде с цементобетонным
- •5.3. Конструирование жесткой дорожной одежды с цементобетонным
- •Минимальные значения толщины слоя асфальтобетона и цементобетона
- •Расчетные значения модуля упругости асфальтобетона при расчете на длительную нагрузку
- •Конструктивные слои из черного щебня
- •5.4. Расчет толщины цементобетонного основания
- •5.5. Проверка толщины асфальтобетонного покрытия
- •6. Жесткая дорожная одежда со сборным покрытием
- •6.1. Общие положения
- •6.2. Конструирование дорожной одежды со сборным покрытием
- •6.3. Требования к дорожной одежде со сборным покрытием
- •7. Непрерывно армированные цементобетонные покрытия и основания
- •7.1. Конструкции непрерывно армированных цементобетонных
- •7.2. Требования к материалам
- •7.3. Общие положения расчета непрерывно армированных покрытий
- •7.4. Расчет покрытий на воздействие объемных изменений материала
- •7.5. Расчет покрытий на воздействие автомобильных нагрузок
- •7.6. Конструктивные особенности непрерывно армированных оснований
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложение 1 Пример расчета жесткой дорожной одежды с монолитным цементобетонным покрытием
- •1. Задание для проектирования
- •2. Определение расчетной нагрузки и интенсивности движения
- •3. Конструирование дорожной одежды Предварительно принимаем следующую конструкцию дорожной одежды:
- •4. Определение расчетных характеристик материалов и грунта
- •5. Определение общего модуля упругости основания
- •6. Расчет основания по условию сдвигоустойчивости
- •7. Расчет толщины плиты
- •8. Определение расстояние между швами сжатия (длины плит)
- •9. Определение расстояния между швами расширения
- •Приложение 2 Пример расчета дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием и цементобетонным основанием
- •1. Задание для проектирования
- •2. Определение расчетной нагрузки и интенсивности движения.
- •3. Конструирование дорожной одежды
- •4. Определение расчетных характеристик материалов и грунта
- •5. Определение общего модуля упругости грунта и дополнительного слоя
- •6. Расчет основания по условию сдвигоустойчивости
- •7. Проверка расчетом толщины цементобетонного основания
- •8. Проверка толщины асфальтобетонного покрытия
- •Дорожно-климатическое районирование
- •Теплофизические характеристики дорожно-строительных материалов
- •Для студентов, обучающихся по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы» направления подготовки 653600 «Транспортное строительство»
4. 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 [1] приведена в табл. 4.1 и 4.2.
Таблица 4.1
Классификация грунтов по степени пучинистости при замерзании
Группы грунтов по пучинистости |
Степень пучинистости |
Относительное морозное пучение, см |
I |
Непучинистый |
1 и менее |
II |
Слабопучинистый |
свыше 1 до |
III |
Пучинистый |
свыше 4 до 7 |
IV |
Сильнопучинистый |
свыше 7 до 10 |
V |
Черезмернопучинистый |
свыше 10 |
Таблица 4.2
Группы грунтов по степени пучинистости
Грунт |
Группа |
Песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0,05 до 2% |
I |
Песок гравелистый, крупный, средней крупности и мелкий с содержанием частиц мельче 0,05 до 15%, супесь легкая крупная |
II |
Супесь легкая, суглинок легкий и тяжелый, глины |
III |
Песок пылеватый, супесь пылеватая, суглинок тяжелый пылеватый |
IV |
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый |
V |
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
lпуч lдоп , (4.1)
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.4.3.
Таблица 4.3
Допускаемая величина морозного пучения
Тип дорожных одежд |
Вид покрытия |
Допустимая величина морозного пучения lдоп, см |
Капитальные |
Асфальтобетонное |
4 |
Цементобетонное монолитное |
3 |
|
Облегченные |
Асфальтобетонное |
6 |
Переходные |
Переходное |
10 |
Примечание. В восточных районах II – III дорожно-климатических зон значения lдоп
следует увеличивать на 20 %.
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 20-40 % 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.
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 дороги, сходных по грунтово-гидрологическим условиям, имеющих одинаковую схему увлажнения рабочего слоя грунта земляного полотна.
Величину морозного пучения грунта земляного полотна lпуч вычисляют по формуле
lпуч = lпуч.ср КУГВ Кпл Кгр Кнагр Квл , (4.2)
где lпуч.ср. – величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая в зависимости от полной толщины дорожной одежды, группы грунта по степени пучинистости и глубины промерзания zпр(ср) (см. рис. 4.1); KУГВ – коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых вод (УГВ) или длительно стоящих поверхностных вод (см. рис. 4.2). При отсутствии влияния грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод следует принимать: для супеси тяжелой 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. 4.4); Kгр – коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки (табл. 4.5); Kнагр – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт, зависящий от глубины промерзания (рис. 4.3); Kвл – коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта (табл. 4.6).
Значение lпуч.ср при глубине промерзания от поверхности покрытия zпр до 2 м определяют по графикам, приведенным на рис. 4.4.
Если глубина промерзания zпр находится в пределах от 2,0 до 3,0 м, то lпуч. ср. вычисляют по формуле
lпуч. ср = lпуч.ср2,0 [a + b(zпр -c)] , (4.3)
где lпуч. ср.2,0 – величина морозного пучения при zпр = 2,0 м.
а = 1,0; b = 0,16; c = 2,0 при 2,0 zпр 2,5;
а = 1,08; b = 0,08; c = 2,5 при 2,5 zпр 3,0.
Глубина промерзания грунта от поверхности дорожной конструкции (zпр) больше осредненных значений zпр(ср), приведенных на рис. 4.1. Ее определяют экспериментальным путем. При отсутствии экспериментальных данных глубину промерзания вычисляют по формуле
zпр = zпр(ср) 1,38 . (4.4)
|
Рис. 4.1. 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. 4.2. 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. 4.3. Зависимость коэффициента Кнагр от глубины промерзания zпр от поверхности
покрытия: 1 – супесь тяжелая и пылеватая, суглинок; 2 – песок, супесь легкая, крупная
Таблица 4.4