Учебное пособие 800553

Дренирующий слой укладывают под дорожной одеждой на всю ее ширину, обеспечивая его выход на откос. Дренажный слой устраивают также с дренажными трубами для сбора и быстрого отвода воды за пределы земляного полотна. Следует предусматривать противозаиливающую защиту дрен и самих слоев, а также не допускать замерзание воды в выпусках труб.

При устройстве дренирующих слоев, работающих по принципу поглощения, необходимо 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.

Проектирование мероприятий по дренированию дорожной одежды производят в следующей последовательности:

а) дорогу разделяют на типичные участки, учитывая:

-продольный профиль,

-природные условия (рельеф, наличие водотоков и т.д.),

-особенности конструкции земляного полотна: насыпь высотой, соответствующей требованиям СНиП 2.05.02-85 (см. табл. П.2.4), выемка, насыпь высотой ниже требуемой СНиП, переходный участок от насыпи к выемке,

-конструкцию дорожной одежды,

-обеспеченность материалами для дренирующего слоя дренажными труба-

ми,

-возможность 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, предусматривая меры по ограничению притока воды в дорожную конструкцию;

в) намечают варианты дренажных конструкций; г) обосновывают расчетом толщину дренирующего слоя для данных ус-

ловий или определяют необходимый коэффициент фильтрации для дренирующего материала.

При расчете дренажной конструкции определяется требуемая толщина дренирующего слоя.

В районах сезонного промерзания грунтов рассматривается два расчетных этапа работы дренажных конструкций:

I этап – когда основание под серединой проезжей части уже оттаяло, дренажный слой у ее краев находится в мерзлом состоянии, а водоотводящие устройства не работают;

II этап – когда дренирующий слой полностью оттаял и водоотводящие устройства начали нормально функционировать.

Как отмечалось выше, конструкция может быть рассчитана на один из трех вариантов работы: осушение, осушение с периодом запаздывания отвода воды, поглощение.

Полную толщину дренирующего слоя определяют по формуле

101

где hнас – толщина слоя, полностью насыщенного водой, м; hзап – дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала, м.

Толщину дополнительного слоя принимают:

-для песков крупных hзап = 0,10-0,12 м,

-для песка средней крупности hзап =0,14-0,15 м,

-для мелкого песка hзап = 0,18-0,20 м.

Во всех случаях полную толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 0,20 м.

При определении толщины дренирующего слоя, работающего по принципу осушения, толщину слоя, полностью насыщенного водой hнас, устанавливают по номограммам, приведенным на рис.7.4 и 7.5.

На номограммах длина пути фильтрации L принимается равной половине ширины дренирующего слоя при двускатном профиле и полной его ширине – при односкатном; i – поперечный уклон низа дренирующего слоя; Kф – коэффициент фильтрации, м/сут.

При односкатном поперечном профиле параметр

где qр – расчетная величина притока воды в дренирующий слой на 1 м2 ; B – ширина проезжей части, м.

Расчетная величина притока воды в дренирующий слой рассчитывается по формуле

где q – осредненное значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, приведено в табл.7.2; Kпк – коэффициент “пик”, учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков (см. табл.7.3); Kг

– коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации (см. табл.7.3);

Kвог – коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона; Kp – коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима

(см. табл.7.4).

Коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного профиля Kвог, определяется при одинаковом направлении участков профиля у перелома по номограмме, приведенной на рис.7.6, а при встречных уклонах рассчитывается по формуле

102

103

Таблица 7.2 Осредненное значение притока воды в дренирующий слой

Примечания: 1. В числителе дан общий объем воды Q, л/м2, поступающий в основание за весь расчетный период, в знаменателе (q) – за сутки. Для насыпей из непылеватых грунтов высотой более требуемой СНиП (см.табл.П.2.4) во II дорожно-климатической зоне принимают q =1,5 л/м2сут.

2. При наличии разделительной полосы для участков насыпей, проходящих в нулевых отметках, высотой меньше требуемой СНиП во II дорожно-климатической зоне, расчетные значения q повышают на 20%.

104

Рис.7.6. Номограмма для определения коэффициента Kвог увеличения объема воды в дренирующем слое в местах изменения вогнутого профиля

Полная толщина дренирующего слоя, работающего по принципу погло-

где Q – расчетное количество воды, накапливающейся в дренирующем слое за весь расчетный период, л/м2 (см. табл.7.2); φзим – коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания, принимаемый по данным табл.7.5; n – пористость дренирующего слоя, доли единицы.

Примечание. В III дорожно-климатической зоне величину φзим следует уменьшить на 20%.

105

Если дренирующий слой работает по принципу осушения с периодом запаздывания отвода воды, то его полную толщину (в метрах), достаточную для временного размещения в его порах воды, поступающей в конструкцию в начальный период ее оттаивания, рассчитывают по формуле

где Tзап – средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств, сут; hзап – дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала; φзим – коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (см. табл.7.5); qp – расчетное значение притока воды, поступающей за сутки.

Средняя продолжительность запаздывания принимается в расчетах для II дорожно-климатической зоны Tзап = 4-6 сут, для III дорожно-климатической зоны Tзап 3-4 сут (большие значения для мелких песков).

На участках, где длина пути фильтрации L > 10 м, дренирующий слой должен быть рассчитан на поглощение всего количества воды, поступающей за весь расчетный период.

Вопросы для самопроверки

1.За счет каких физических процессов происходит весеннее переувлажнение грунта и снижение прочности дорожных конструкций?

2.Что такое дренирующий слой и его назначение в дорожной конструкции?

3.Какие материалы применяются для заполнения дренажных воронок?

4.Каково назначение дренажных трубок и схемы их размещение в дорожной конструкции ?

5.В какой последовательности производится проектирование дренажной системы дорожной одежды ?

6.Какие расчетные этапы работы дренажных конструкций дорожной одежды Вы знаете ?

7.Как определяется полная толщина дренажного слоя ?

8.Какие факторы учитываются при выборе характерных типичных участков дороги при проектировании дренажных систем?

9.Как определяется длина пути фильтрации влаги при односкатном и двускатном поперечных профилях земляного полотна?

10.От каких факторов зависит величина притока воды в дренирующий слой

?

11.Какие меры по регулированию водно-теплового режима уменьшают приток воды в дренирующий слой ?

106

8. УСИЛЕНИЕ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

8.1.Проектирование усиления дорожных одежд при капитальном ремонте и реконструкции

Впроцессе эксплуатации дорожной конструкции под воздействием автомобильного движения, погодно-климатических и грунтово-гидрологических факторов происходит постепенное снижение ее прочности, связанное с внутренними, необратимыми изменениями в каждом из конструктивных элементов. Рост интенсивности движения большегрузных автомобилей приводит к износу

иразрушению дорожных одежд. В связи с этим в настоящее время в дорожной отрасли приоритет отдается сохранению существующей сети автомобильных дорог посредством содержания, ремонта и реконструкции [5].

Действующая классификация ремонтных работ предусматривает усиление дорожных одежд при капитальном ремонте [48].

Капитальный ремонт автомобильной дороги – комплекс работ, при котором производится полное восстановление и повышение работоспособности дорожной одежды и покрытия. Проектирование усиления дорожной одежды при капитальном ремонте производится по нормативам категории, установленной для ремонтируемой дороги. Основная задача капитального ремонта состоит в полном восстановлении и повышении транспортно-эксплуатационного состояния дороги до уровня, позволяющего обеспечить нормативные требования на период до очередного капитального ремонта.

При капитальном ремонте производится:

-усиление дорожных одежд с исправлением продольных и поперечных неровностей;

-укладка дополнительных слоев основания и покрытия, в том числе с использованием армирующих, изолирующих, дренирующих и других материалов;

-устройство более совершенных типов покрытий с использованием существующих дорожных одежд в качестве основания;

-устройство новых дорожных одежд в местах исправления и перестройки земляного полотна;

-ликвидация колей глубиной более 45 мм с заменой нестабильных слов дорожной одежды методами фрезерования и регенерации с укладкой одного или нескольких слоев сдвигоустойчивого асфальтобетона (эти работы могут проводиться как на ширину полос наката, так и на всю ширину покрытия).

Проектирование усиления дорожных одежд производится также при реконструкции автомобильных дорог.

Реконструкция дороги предусматривает увеличение несущей способности дорожной одежды путем ее коренного переустройства, при котором параметры дороги повышаются до уровня, позволяющего обеспечить нормативные требования до очередной реконструкции. Реконструкция предполагает обязательное повышение категории автомобильной дороги и увеличение требуемого

107

модуля упругости дорожной одежды в соответствии с нормами проектирования для данной категории.

При подготовке технико-экономических обоснований для капитального ремонта или реконструкции дорог и для решения вопроса об усилении существующих дорожных одежд производится оценка их прочности.

В качестве обобщающего критерия прочности используют величину модуля упругости дорожной конструкции. Требуемые показатели прочности назначают с учетом принятой расчетной нагрузки, ее суммарной повторяемости за срок службы дорожной одежды, типа дорожного покрытия, дорожноклиматической зоны и грунтово-гидрологических условий.

Для оценки фактической прочности выполняют полевые испытания дорожных одежд в расчетный период года - наиболее неблагоприятный по условиям увлажнения (обычно весенний), в течение которого прочность дорожных конструкций достигает минимальных значений.

По результатам полевых испытаний, обработанных методами математической статистики, определяют фактические показатели прочности дорожных одежд и сопоставляют их с величинами, требуемыми по условиям движения.

Порядок проведения полевых испытаний, а также методика обработки их результатов регламентируются нормативными документами [45, 49].

Прочными считаются те участки дорог, на которых фактические показатели прочности оказываются не ниже требуемых.

Вопрос об усилении дорожной одежды рассматривается всегда, если ее

фактический модуль упругости, определенный в результате полевых испытаний, оказывается меньше требуемого. Усиление конструкции дорожной одежды подразумевает ее утолщение или устройство более совершенных типов покрытий с использованием существующей одежды в качестве основания. Проектирование и расчет слоев усиления осуществляется с использованием основных положений проектирования нежестких дорожных одежд, но с учетом особенностей, связанных с наличием старой конструкции, и характера исходных данных.

Учитывая высокую стоимость дорожных конструкций, для снижения стоимости реконструкции стремятся максимально использовать существующую дорожную одежду, а также повторно использовать материалы разобранной конструкции. Возможность использования старой конструкции дорожной одежды зависит от ее состояния.

В большинстве случаев существующую дорожную одежду стремятся сохранить и использовать в виде основания для будущей конструкции.

Таким образом, в проекте реконструкции автомобильной дороги необходимо учитывать следующие требования:

−максимальное использование существующей дорожной одежды;

−обеспечение равнопрочности между реконструируемой и заново устроенной дорожной одеждой;

−предотвращение появления копирующих трещин на заново устроенных слоях покрытия;

108

− обеспечение совместной работы слоев усиления и старой конструкции дорожной одежды.

Проектирование усиления дорожной одежды производят в две стадии. На первой стадии знакомятся с имеющейся проектной и исполнительной документацией. В проектной документации выясняют принятые расчетные характеристики конструктивных слоев существующей дорожной одежды и грунта земляного полотна. По исполнительной документации определяют сроки проведения ремонтных работ, таких как устройство дополнительных слоев асфальтобетона, а также поверхностной обработки.

Вторая стадия включает в себя:

−установление возможности использования старой конструкции в виде слоя основания будущей дороги;

−проектирование и расчет слоев усиления существующей дорожной одеж-

ды;

−проектирование и расчет дорожной одежды в местах нового строительства, включая полосы уширения проезжей части;

−обеспечение трещиностойкости покрытия против появления копирующих трещин и в местах сопряжения слоев усиления и новой дорожной конструкции.

8.2.Назначение требуемой прочности для усиления нежестких дорожных одежд

При разработке проектов на ремонт и реконструкцию автомобильных дорог для оценки прочности и расчета толщины слоев усиления определяют требуемую прочность дорожных одежд.

Требуемый показатель прочности дорожных одежд назначают с учетом многократного повторного воздействия расчетной нагрузки за рассматриваемый перспективный период времени по величине фактической интенсивности движения транспортного потока, приведенной к расчетной нагрузке. Расчет производится по формуле

j =1

где NФ - приведенная к расчетной нагрузке фактическая интенсивность движения на полосу на момент проведения полевых испытаний, авт./cyт; N - интенсивность движения транспортного потока на полосу в момент испытания дорожной конструкции, авт./сут; ω- количество типов автомобилей в транс-

портном потоке; αj - коэффициент приведения рассматриваемого типа автомобиля к расчетной нагрузке; Pj - доля j-гo типа автомобиля в составе транспортного потока.

При приведении транспортного потока к расчетной нагрузке легковые автомобили не учитывают, используют коэффициенты приведения, назначенные с учетом типа дорожной одежды или прочности дорожной конструкции. Коэф-

109

фициенты приведения (αj) осевых нагрузок транспортных средств к расчетной осевой нагрузке для расчета усиления нежестких дорожных одежд приведены в прил. 5 (см. табл. П.5.1).

Величину интенсивности движения транспортного потока на полосу (N) в расчетный период года определяют по данным автоматизированных пунктов учета интенсивности и состава дорожного движения. На участках дорог, где такие пункты отсутствуют, используют многолетние данные визуального учета дорожного движения, выполняемого органами управления дорожным хозяйством.

Для оценки прочности и расчета усиления нежестких дорожных одежд следует использовать расчетную осевую нагрузку 100 кН, для которой принимаются основные расчетные параметры (см. табл. 4.1).

В общем случае требуемый модуль упругости дорожных одежд и земляного полотна рассчитывают по формуле

где Еmin - минимальное значение модуля упругости, МПа; Кпр - коэффициент относительной прочности дорожной одежды, принимаемый по табл. 8.1; Крег - региональный коэффициент, зависящий от дорожно-климатической зоны

(ДКЗ) Крег=1 - для I-IV ДКЗ; Крег = 0,85 для V ДКЗ (см. рис. П.2); Кси - коэффициент, учитывающий сопротивление конструктивных слоев дорожных одежд

сдвигу и изгибу (см. прил. 5, табл. П.5.2 – П.5.4); Xj - параметр, зависящий от допускаемой вероятности повреждения покрытия, определяемый по табл. 8.2;

Кz - расчетный коэффициент, зависящий от фактической интенсивности движения, принимаемый по данным табл. 8.3.

Указанная в табл. 8.2 допустимая степень повреждения покрытия (rдоп) определяется в результате полевых испытаний путем измерения показателя ровности [42,49].

110