Учебное пособие 800553

Минимальное значение модуля упругости дорожной конструкции определяется расчетом.

Если рост интенсивности движения во времени соответствует закону геометрической прогрессии, то расчет ведется по формуле

где A и B - эмпирические коэффициенты, принимаемые для расчетной нагрузки A = 125, B = 68; γ - параметр, учитывающий суммарное число приложе-

ний расчетной нагрузки; ω* - коэффициент, учитывающий продолжительность расчетного периода и агрессивность воздействия расчетных автомобилей в разных погодно-климатических условиях, принимаемый по данным табл. 8.4; N1 - среднесуточная интенсивность движения на полосу в расчетный период 1-го года эксплуатации, приведенная к расчетному автомобилю, авт./cyт; q - показа-

тель роста интенсивности движения; ti - расчетный период эксплуатации дорожной одежды, годы.

Параметр γ принимается для усовершенствованных капитальных дорожных одежд γ = 0,12, облегченных γ = 0,148 и переходных γ = 0,171.

Независимо от результата расчета, полученного по формуле (8.3), величина Emin должна быть не менее значений, указанных в табл. 8.5.

111

При изменении интенсивности движения во времени по линейному закону или при постоянной интенсивности движения величина минимального значения модуля упругости рассчитывается по формуле

где ξ - показатель роста интенсивности движения при линейном изменении ее во времени.

При постоянной интенсивности движения автомобилей временной параметр (Y) находят по формуле

8.3.Особенности конструирования и расчета слоев усиления дорожной одежды

При конструировании слоев усиления нежесткой дорожной одежды соблюдаются определенные правила.

1.Способ повышения прочности дорожной одежды выбирают в результате технико-экономического сравнения вариантов.

2.При использовании фрезерования дорожного покрытия в расчетах используют значения фактической прочности дорожной одежды, полученные после фрезерования.

3.Если на момент проведения обследований фактический модуль упруго-

сти больше требуемого (Еф > Етр), а ровность покрытия неудовлетворительная, осуществляют укладку выравнивающего слоя с обеспечением сцепных свойств поверхности дорожного покрытия.

4.Тип покрытия при назначении слоев усиления выбирают с учетом перспективной интенсивности движения автомобилей.

5.Верхний слой усиления дорожной одежды по прочностным характеристикам не должен уступать существующему покрытию. Например, при сущест-

112

вующем асфальтобетонном покрытии верхний слой усиления также должен быть из асфальтобетона.

6.В результате технико-экономического обоснования вместо усовершенствованных облегченных или переходных дорожных покрытий могут быть назначены более совершенные покрытия.

7.Материал дорожного покрытия должен обеспечивать требуемые сцепные свойства и обладать устойчивостью к возникновению сдвигов, наплывов, колейности и волн при высоких температурах.

8.Общая толщина слоев усиления не должна быть меньше величин, указанных в табл. 8.6.

Таблица 8.6

Минимальные толщины слоев усиления

Примечание. Большие значения толщин асфальтобетонных покрытий даны для дорог I-II технических категорий, меньшие – для дорог III-IV категорий.

9. Во всех случаях толщина каждого слоя должна не менее чем в 1,5 раза превышать размер наиболее крупных частиц каменного материала, из которого изготовлен данный слой.

Расчет толщины слоев усиления ведут, используя номограмму (см. рис. 5.2), в соответствии с расчетной схемой, представленной на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Расчетная схема усиления нежесткой дорожной одежды

113

При использовании номограммы сначала назначают модули упругости слоев усиления (Е1) в соответствии с данными табл. 4.16-4.25, затем рассчитывают соотношения (Еф/Е1) и (Етр/Е1), по номограмме находят соотношение

(X=h/D). Используя расчетный диаметр отпечатка колеса (D) (табл. 4.1), определяют искомую толщину слоя усиления:

Если по расчету необходимо однослойное усиление и толщина слоя усиления меньше его величины, указанной в табл.8.6, но больше половины этой величины, то следует принять толщину слоя усиления по табл.8.6 или рассмотреть вариант укладки материала, позволяющего делать более тонкие слои.

Если по расчету толщина слоя усиления из материала, обработанного органическим вяжущим, получилась менее половины величины, указанной в табл.8.6, то достаточно провести поверхностную обработку существующего покрытия после соответствующего ямочного ремонта.

При проектировании усиления дорожной одежды одной из основных задач является исключение появления отраженных или копирующих трещин на новом покрытии. Копирующая трещина представляет собой разрушение покрытия в месте старого дефекта проезжей части. Для предотвращения появления копирующих трещин минимальную толщину слоев, содержащих органическое вяжущее и укладываемых на старое асфальтобетонное покрытие, назначают в зависимости от перспективной интенсивности движения на полосу, приве-

денной к расчетным нагрузкам (Nt) в соответствии с данными табл.8.7. Таблица 8.7

Минимальная толщина слоев, содержащих органическое вяжущее, при усилении нежестких дорожных одежд

Если по расчету толщина слоя усиления больше значений, указанных в табл.8.7, нижнюю часть следует предусматривать из менее прочного и дорогостоящего материала, чем асфальтобетон. Материалы, рекомендуемые для нижней части слоя усиления в зависимости от материала существующего покрытия, приведены в табл. 8.8.

Если толщина нижнего слоя усиления, не содержащего органическое вяжущее, меньше предусмотренного табл. 8.6, то этот слой должен быть заменен за счет утолщения вышележащего слоя, содержащего органическое вяжущее.

Если нижний слой усиления предусмотрен из грунта, гравия или щебня, укрепленных неорганическим вяжущим, то для предупреждения появления большого количества трещин на покрытии из асфальтобетона оно должно иметь толщину не менее 12 см.

114

Таблица 8.8 Материалы, рекомендуемые для нижней части слоя усиления в зависимости

от материала существующего покрытия

Если толщина слоев, содержащих органическое вяжущее, меньше 12 см, то материал, укрепленный неорганическим вяжущим, следует заменить материалом верхних слоев, предусмотрев их утолщение по расчету.

Материалы, не обработанные вяжущим, можно укладывать в нижнюю часть слоев усиления только в том случае, если под ними расположены слои из водопроницаемого материала (гравия, щебня). Если материал, не обработанный вяжущим, положить между слоями из водонепроницаемых материалов, то в этом слое будет происходить влагонакопление, что ускорит их разрушение при промерзании и потерю прочности в расчетный период. Исключение составляют конструкции на дорогах, расположенных в местах, где отсутствует сезонное промерзание дорожных одежд.

При усилении дорожной одежды возможны следующие случаи.

1. Если на момент проведения обследований дорожной одежды фактический модуль упругости больше требуемого (Еф>Етр), а ровность покрытия неудовлетворительная, осуществляют укладку выравнивающего слоя с обеспечением сцепных свойств поверхности дорожного покрытия.

2. При наличии проектных данных на старую дорожную одежду, результатов измерения толщины всех конструктивных слоев дорожной одежды, характеристики их состояния и качества, сведений о виде грунта земляного полотна и условиях его увлажнения допускается проектировать слои усиления на основе этих данных. В этом случае толщины слоев усиления следует назначать на основе расчета дорожной одежды по трем критериям. Порядок расчета приведен в разделе 5. Расчетная схема приведена на рис.8.2.

115

3. Если имеются достоверные данные о фактических прогибах существующих покрытий под колесом расчетного автомобиля в расчетный период наибольшего ослабления дорожной одежды, то толщину слоев усиления следует назначать на основе расчета по упругому прогибу всей конструкции с проверкой на растяжение при изгибе и на сдвиг при высоких температурах только вновь укладываемых слоев.

4. В случае многочисленных разРис. 8.2. Расчетная схема слоев усиления рушений дорожной одежды, таких как выбоины, сетка трещин, волны,

проломы, и при низкой несущей способности (модуль упругости составляет менее 50% от первоначального значения) данная конструкция подлежит разборке с последующим использованием ее материалов. При этом необходимо произвести исследование свойств материалов с целью определения путей их рационального использования в конструкции будущей дороги. Если в конструкции реконструируемой дороги были использованы некондиционные местные материалы, такие как малопрочные известняки, ракушечники или битумоминеральные смеси на их основе, песчаные асфальтобетоны, то их дальнейшее использование нецелесообразно вследствие их необратимых разрушений при эксплуатации. Поэтому может быть выбран вариант замуровывания такой конструкции под высокую насыпь без разборки.

При проектировании усиления конструкции дорожной одежды обязательно учитывают необходимость исправления дефектов старого покрытия путем устройства выравнивающего слоя из черного щебня или крупнозернистого асфальтобетона.

При увеличении ширины земляного полотна и проезжей части конструирование и расчет дорожной одежды ведутся стандартными методами. Однако следует предусматривать совмещение новой конструкции со слоями усиления. Необходимо получить однотипное, равнопрочное покрытие на всем протяжении реконструируемого участка по всей его ширине. Это достигается путем устройства одинаковых слоев покрытия для участка усиления и нового строительства. Схема сопряжения слоев усиления существующей дорожной одежды с конструкцией, запроектированной для уширения проезжей части, приведена на рис. 8.3.

116

Еобщусиления = Еобщ

h1 ус. h2 ус

Существующая дорожная одежда

Рис. 8.3. Сопряжение усиления дорожной одежды с конструкцией, запроектированной для уширения проезжей части

Как уже отмечалось выше, при конструировании усиления дорожной одежды основной задачей является исключения появления отраженных или копирующих трещин на новом покрытии. Копирующая трещина представляет собой разрушение покрытия в месте старого дефекта проезжей части. Как показывает практика эксплуатации существующих автомобильных дорог, минимальной толщины слоев, содержащих органическое вяжущее (см. табл. 8.6), оказывается недостаточно и уже на 2-3 год после усиления старой конструкции на поверхности нового покрытия появляются копирующие трещины, особенно если слои усиления устраиваются только из мелкозернистых и крупнозернистых асфальтобетонов.

В связи с этим в современном дорожном строительстве для предотвращения копирующих трещин предусматриваются три основных решения, принимаемых на стадии проектирования.

Первый метод основан на прерывании копирующей трещины непосредственно на поверхности старого покрытия путем устройства тонких армирующих прослоек из нетканых синтетических материалов или геотекстильных решеток, непосредственно укладываемых на старое покрытие.

Во втором случае стремятся повысить сопротивление растяжению нижних слоев усиления за счет их армирования синтетическими или стекловолокнистыми георешетками. Например, армирующие элементы укладываются в нижний слой крупнозернистого асфальтобетона.

Третий, наиболее дешевый метод заключается в использовании в нижних слоях усиления материалов, не передающих растягивающие напряжения от существующей трещины старого покрытия на монолитные верхние слои. Общая прочность конструкции при этом не снижается. Такими свойствами обладают слои из черного щебня, битумопесчаных смесей, холодного асфальтобетона. Данный метод целесообразно использовать, когда общая толщина слоев усиления составляет более 10 см, а также в случаях необходимости устройства выравнивающих слоев на больших по протяженности участках, когда толщина выравнивающего слоя может достигать 15-20 см.

117

Вопросы для самопроверки

1.В чем заключаются особенности проектирования усиления нежестких дорожных одежд при капитальном ремонте?

2.Каковы особенности проектирования усиления нежестких дорожных одежд при реконструкции автомобильной дороги?

3.Какие дорожные одежды считаются прочными?

4.При соблюдении каких условий проектируют усиление дорожной одежды?

5.Какие требования при конструировании усиления учитываются в проекте реконструкции автомобильной дороги ?

6.От каких параметров зависит требуемый показатель прочности?

7.Как определяется интенсивность движения, приведенная к расчетной нагрузке?

8.Какая расчетная осевая нагрузка используется при проектировании усиления нежестких дорожных одежд?

9.От каких фактов зависит требуемый модуль упругости при расчете усиления дорожных одежд?

10.Какие правила соблюдаются при конструировании слоев усиления?

11.Чем определяется минимальная толщина слоев усиления?

12.Каковы правила расчета толщины слоя усиления с использованием номограммы?

13.Как производится расчет усиления дорожной одежды при наличии проектных данных на существующую конструкцию в полном объеме?

14.По каким критериям проверяется дорожная одежда при наличии проектных данных на существующую конструкцию ?

15.По каким критериям рассчитывается усиление дорожной одежды при наличии данных о фактических прогибах существующей конструкции?

16.Как осуществляется сопряжение усиления дорожной одежды с конструкцией, запроектированной для уширения проезжей части?

17.Какие инженерные решения могут быть предусмотрены в проекте усиления для предотвращения появления копирующих трещин на покрытии?

118

9.АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

Автоматизированное проектирование дорожных одежд позволяет получить оптимальные проектные решения для различных критериев оптимальности. Один из основных критериев – минимальная строительная стоимость.

Многие современные системы автоматизированного проектирования автомобильных дорог (САПР-АД) содержат подсистемы проектирования нежестких дорожных одежд. Наиболее популярная программа – РАДОН, входящая в состав САПР, разработанной СП КРЕДО-ДИАЛОГ [50].

Программа РАДОН выполняет конструктивные расчеты дорожной одежды нежесткого типа по отраслевым нормативам Российской Федерации и предоставляет дополнительные возможности по принятию наиболее рациональных решений.

Алгоритм программы построен на использовании методов современной теории упругости в применении к расчетам конструкции дорожных одежд. Он предполагает возможность выбора пользователем оптимального решения. Необоснованный запас прочности дорожной конструкции исключается посредством варьирования толщины слоев.

Программа применяется при проектировании дорожных одежд на вновь строящихся дорогах, на реконструируемых участках дорог, при усилении существующих дорожных одежд, при разработке каталогов и альбомов типовых решений по конструкциям дорожных одежд. Она является удобным инструментом для проектирования оптимальных конструкций дорожных одежд нежесткого типа с учетом местных климатических, геологических и конструктивных факторов.

Расчеты конструкций дорожных одежд в зоне вечной мерзлоты в программе не предусмотрены

Основными функциями программы РАДОН являются прочностные инженерные расчеты конструкции нежестких дорожных одежд. Алгоритм расчета предусматривает:

−приведение фактического состава движения к расчетной нагрузке;

−определение расчетных характеристик грунтов рабочего слоя;

−расчет по критерию упругого прогиба;

−расчет по критерию соответствия сопротивления материалов монолитных конструктивных слоев возникающим в них растягивающим напряжениям от многократной кратковременной динамической нагрузки;

−расчет по критерию соответствия сдвигоустойчивости материалов конструктивных слоев и грунта рабочего слоя касательным напряжениям, возникающим в них под воздействием многократных кратковременных нагрузок;

−проверку дорожной конструкции на морозоустойчивость и расчеты при проектировании морозозащитных и теплоизолирующих слоев;

119

−определение требуемой толщины дренирующих слоев из дискретных материалов;

−минимизацию запаса прочности конструкции по одному из основных критериев с учетом физико-механических характеристик слоев.

Всоставе функций программы реализованы дополнительные возможности, касающиеся новых конструктивных решений при проектировании и оценке нежестких дорожных одежд. К таким функциям относятся:

−расчетное обоснование конструкции дорожных одежд с использованием защитных или армирующих прослоек из рулонных синтетических материалов;

−проверка достаточности толщины асфальтобетонных слоев, укладываемых на жесткие и трещиноватые основания с использованием трещинопрерывающих прослоек;

−расчет по усилению существующих покрытий с учетом степени износа конструктивных слоев по данным натурных вскрытий и визуальной оценки их состояния;

−расчет по усилению существующих покрытий на основании данных натурно измеренного общего модуля упругости конструкции;

−проверка устойчивости оснований для дорожных и тротуарных покрытий из сборных железобетонных плит при воздействии на них автомобильной нагрузки;

−расчет и проверка конструкции на воздействие нагрузки с ненормативным повышенным давлением в шинах и различным типом колес (одно- и двухбаллонных) при нестандартной нагрузке на ось.

Программа имеет стандартный интерфейс Windows.

Для корректной работы в программе необходимо соблюдать определенную последовательность действий.

1. Внести данные по дорожно-строительным материалам и автомобилям в имеющуюся базу данных либо откорректировать имеющиеся в базе записи.

Структура базы данных (БД) по автомобилям выполнена в виде дерева отдельных групп автомобилей (легковые, грузовые, самосвалы, автопоезда, автобусы, троллейбусы), каждая из которых содержит подгруппы, включающие списки попавших в них автомобилей. Вид окна БД по автомобилям приведен на рис. 9.1.

Работа с базой данных по дорожно-строительным материалам (БД Материалы) содержит произвольное количество подгрупп и списков закрепленных в ней материалов. Вид окна базы данных приведен на рис. 9.2.

Группы материалов в базе данных Материалы делятся на два вида:

−группы материалов, помеченных символом *, характеристики которых зависят от региональных климатических условий (температуры и условий эксплуатации дороги). К ним отнесены асфальтобетоны, пески, тротуарные и железобетонные дорожные плиты,

−группы материалов, не помеченные символом *, прочностные характеристики которых не зависят от данных расчета.

120