книги из ГПНТБ / Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд

Образцы из асфальтобетона в виде балочек изготавливают при тем­ пературе 140—160° С под давлением до 300 кГ/см2 и выдерживают при комнатной температуре не менее 16 ч. Перед испытанием их поме­ щают на 2 ч в ванну, наполненную водой, имеющей температуру, близкую к расчетной. Образец укладывают на опоры специальной "* подставки. Нагрузку на образец прикладывают в середине на всю ширину балочки. Для определения вертикального перемещения (про­ гиба) к подставке под образцом крепят индикатор часового типа. Асфальтобетонные образцы нагружают с максимально возможной для имеющегося пресса скоростью.

Поскольку на выпускаемых серийно прессах может быть задана и контролируема лишь скорость деформирования, скорость нагружения определяют по диаграмме деформирования (см. гл. 6). На интересую­ щем нас в данном случае прямолинейном участке, где не происходит

Вычисления расчетного модуля упругости асфальтобетона про­ изводят по формулам (11.66) и (11.67), но с введением в них коэф­ фициента, учитывающего соотношение скоростей нагружения в реаль­ ных условиях и при испытании в лаборатории.

Ориентировочные значения сопротивления растяжению при изгибе можно получить, используя показатель прочности на растяжение при расколе <Rp a c K . К цилиндрическому образцу размером 10 X 10 см прикладывают нагрузку по образующим на противоположных концах

151

диаметра. Испытание ведут до разрушения с теми же скоростями де­ формирования, что и при испытании на изгиб. Прочность при рас­ коле находят по формуле

где Q — нагрузка при расколе, кГ; d и h — соответственно диаметр и высота образца, см; К — коэффициент, который равен 2—4 для

на эксплуатируемых дорогах производят в расчетный период послой­ ные испытания конструкций местным нагружением. На основании результатов этих испытаний с помощью номограммы рис. 11.59 вычис­ ляют величину модуля упругости того или иного слоя.

В табл. II.8 и П.9 приведены расчетные характеристики монолит­ ных материалов, полученные в результате обобщения данных лабора­ торных и натурных испытаний в распространенных условиях.

П р и м е ч а н и е . Расчетные значения предельного сопротивления растя­ жению при изгибе необходимо умножать на коэффициент: при перспективной ин­ тенсивности движения на полосу до 100 расчетных автомобилей в сутки — 1,3; от 100 до 500 авт./сутки — 1,15; от 500 до 1000 авт./сутки — 1; от 1000 до 5000 авт./сутки — 0,9; свыше 5000 авт./сутки — 0,8.

Зернистые и слабосвязные немонолитные материалы. Зернистые материалы характеризуются сравнительно невысокой связностью, поэтому в отличие от монолитных материалов из них не могут быть приготовлены образцы для испытания в лаборатории, как, например, из асфальтового бетона, цементогрунта и т. п.

Второй отличительной особенностью зернистых материалов яв­ ляется способность их увеличиваться в объеме в процессе деформиро-

152

а 0,1 0,2 ОЪ OA 0,5 Ofi 0,7 0,8, 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1J 1,6 1,7 1,6 1,9 2,0T

Рис. 11.59. Номограмма для определения модуля упругости верхнего слоя Ев двухслойной системы (цифры на кривых означают отношение модуля упругости нижнего слоя Еи к общему модулю всей системы ^общ)

вания. В результате, как показано в гл. 6, существенно изменяются распределяющая способность и прочностные свойства зернистых ма­ териалов, находящихся в промежуточных слоях усовершенствованных дорожных одежд.

Поэтому впредь до создания обоснованной методики учета свойств дилатансии при расчете таких одежд следует величины расчетных значений модулей упругости зернистых материалов устанавливать на основании результатов их испытания непосредственно в конструкции.

Значения расчетных характеристик зернистых и других немоно­ литных материалов из смесей с органическими вяжущими, рекомендуе­ мые в настоящее время, приводятся в табл. 11.10. Дальнейшие испы­ тания в натурных условиях и в лаборатории позволят уточнить при­ водимые величины.

153

Т а б л и ц а I I . 9

Материалы, обработанные органическими вяжущими, необходимо испытывать в период, когда их температура близка к расчетной для данных условий. В отношении естественных зернистых материалов не предъявляют жестких требований в части сроков проведения испы­ тания.

Испытания осуществляют местным нагружением через штампы, близкие по площади к площади следа колеса расчетного автомобиля. Штампы последовательно устанавливают на поверхности испытывае­ мого и на поверхности нижележащего слоев. При испытании проме­ жуточных слоев одежды установку штампа производят сквозь вырубку в верхнем слое. При этом размеры вырубки должны быть близки к раз­ меру штампа. Нагрузки создают передвижным прессом или домкра­ том, упираемым в раму грузового автомобиля. Нагружение осущест-

154

вляют возрастающими ступенями с разгрузкой после каждой ступени. Время нагружения и разгрузки должно быть достаточным для прак­ тически полной стабилизации деформаций. Осадки штампа замеряют двумя индикаторами, установленными вдоль диаметра штампа на равном расстоянии от его центра. Индикаторы закрепляют на реперной балке, опоры которой должны быть удалены от штампа и от колес испытательного автомобиля не менее чем на 1,5—2 '..

Общие модули упругости £ о б щ на поверхности и по подошве испы­ тываемого слоя вычисляют по формуле (11.65). Когда испытание про­ изводится на поверхности конструктивного слоя из достаточно проч­ ного материала (сформированный щебень, материал, обработанный

вязким битумом, ит. п.), коэффициент ~ , учитывающий влияние жест-

155

кого штампа, в формулу (П.65) не вводят. Зная общий модуль упру­ гости на поверхности и по подошве слоя, можно с помощью номограммы рис. 11.59 или детали этой номограммы, построенной в более крупном масштабе (рис. 11.60), получить величину модуля упругости материала испытываемого слоя.

Более подробно методика испытания местным нагружением из­ лагается в специальной литературе [35,69].

Что касается характеристик сопротивления слабосвязных мате­ риалов сдвигу, они могут быть получены путем испытания образцов большого размера в соответствующих сдвиговых приборах или прибо­ рах трехосного сжатия.

На приборах плоскостного сдвига конструкция каретки прибора, в которой находится испытываемый образец, должна допускать свобод­ ное изменение объема материала при испытании, чтобы не сказыва­ лись на результатах явления дилатансии.

Рис. 11.60. Деталь номограммы (см. рис. 11.59) в крупном масштабе

156

Г л а в а 8

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРИМЕР РАСЧЕТА

§ 11.21. Общие приципы проектирования

Проектирование многослойной дорожной одежды на современных автомобильных дорогах является сложным творческим процессом, требующим больших знаний, опыта и инициативы. Проектировщику приходится учитывать влияние на работу одежды многих факторов как природных, так и эксплуатационных.

Конструкция дорожной одежды разрабатывается с учетом требо­ ваний, предъявляемых к дороге данной категории, а также ожидае­ мого в перспективе движения. Она в большой степени зависит от свойств грунта земляного полотна и условий его увлажнения.

Наиболее целесообразная в имеющихся условиях конструкция может быть создана только в результате совместного проектирования одежды проезжей части и земляного полотна, с учетом как требований к прочности, так и к морозоустойчивости всей конструкции в целом. Чем более суровы климатические условия, неблагоприятнее грунты и гидрогеология, тем важнее вопросы назначения конструкций дорожной одежды и земляного полотна решать совместно как единый, связан­ ный комплекс.

Конструкции одежды разрабатывают для каждого участка или ряда участков дороги с одинаковым типом покрытия и одними и теми же расчетными нагрузками, однородными грунтами и характером ув­ лажнения, а также близкими условиями в части обеспеченности ма­ териалами.

На дорогах высших категорий, как правило, устраивают покрытия капитального типа из асфальтового бетона и подобных ему смесей, усовершенствованные облегченные покрытия из обработанных орга­ ническими вяжущими щебеночных и гравийных материалов проекти­ руют на дорогах I I I и IV категорий.

Верхние слои основания, в которых развиваются значительные напряжения от временных нагрузок, проектируют из прочных «мате­ риалов: уплотненный по принципу заклинки фракционированный ще­ бень, обработанный при необходимости вязкими битумами или дегтями, подобранные щебеночные или гравийные смеси, укрепленные не­ органическими или вязкими органическими вяжущими. Нижние слои оснований сооружают чаще всего из местных материалов, иногда с до­ бавками вяжущего.

Выбор того или иного материала диктуется экономическими сооб­ ражениями с учетом морозо- и водостойкости. При этом принцип мак­ симального использования в дорожной одежде различных местных строительных материалов всегда был и в дальнейшем останется ос­ новным условием создания наиболее экономичных дорожных кон­ струкций.

В районах с влажным климатом целесообразно укладывать в ниж­ ние слои основания фильтрующие материалы, способствующие более

157

быстрому осушению конструкции. В то же время в сухих районах, где основной источник увлажнения—конденсация парообразной влаги, целесообразнее слабопароводопроницаемые материалы.

При назначении толщины конструктивных слоев должны быть •обеспечены нормальные условия формирования материала в процессе строительства.

Значения расчетных характеристик грунта и материалов прини­ мают по табл. II.6 — 11.10 либо устанавливают путем непосредствен­ ных испытаний.

В сложных условиях разрабатывают два или более вариантов конструкции одежды и оптимальное решение находят на основании технико-экономического сравнения.

§ 11.22. Расчет дорожных одежд с усовершенствованными

покрытиями капитального типа

Одежды с усовершенствованными покрытиями капитального типа, к которым предъявляют наиболее высокие эксплуатационные требо­ вания, проектируют на работу в стадии обратимых деформаций. Расчет их ведут на наиболее тяжелые автомобили, систематическое движение которых возможно за период до очередного капитального ремонта. На дорогах общей сети за расчетные принимают нагрузки, нормируе­ мые действующим ГОСТом на весовые параметры автомобилей и авто­ бусов для дорог соответствующих категорий (см. гл. 13). На промыш­ ленных и других специальных дорогах, где возможно движение более тяжелых автомобилей или автопоездов, расчетные нагрузки прини­ мают с учетом намечаемого в перспективе движения.

Приведение автомобилей разных марок к расчетному автомобилю осуществляют с помощью коэффициентов, приводимых ниже в гл. 13. Многоосные автомобили и автопоезда при определении расчетной интенсивности движения учитывают по числу расчетных осей.

Общую толщину одежды с капитальным покрытием назначают исходя из условия, чтобы в подстилающем одежду грунте не достига­ лось предельное равновесие по сдвигу*.

Это условие обеспечивается, если

сдвига в подстилающем грунте, слагающееся из величины актив­

стилающем грунте; К — комплексный коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции.

* В случаях когда одежда рассчитывается по трем критериям предельного состояния [31], при назначении общей толщины одежды учитывается также вели­ чина нормативного прогиба (см. ч. I I I ) .

158

Значения коэффициента К определяют из выражения

В настоящее время значения частных коэффициентов могут быть назначены исходя из следующих соображений:

а) повышение напряжений в дорожной одежде по сравнению со статическими из-за динамических перегрузок, вызванных наличием неровностей на проезжей части, колебаниями в системе подвески авто­

тами, когда напряжения вычисляют с использованием расчетной схемы

в) под действием повторяющихся нагрузок от движения сопротив­ ление грунтов сдвигу, как показали исследования, существенно сни­ жается вследствие тиксотропных изменений в пленках связанной воды и ряда других факторов. Это снижение учитывают введением к нор­ мативному сцеплению коэффициента kx = 0,6. В полностью водонасыщенных слабофильтрующих грунтах эффект повторного нагружения в несколько раз выше (см. гл. 3) и этот коэффициент неприменим;

г) из-за неоднородности используемых материалов, недоучета особенностей местных условий, возможных отступлений при строи­ тельстве от действующей технологии не исключено возникновение в одежде не предусмотренных расчетом пластических деформаций, приводящих к образованию неровностей на проезжей части.

Вероятность образования недопустимых неровностей тем больше, чем интенсивнее движение по дороге. Поэтому коэффициент запаса на неоднородность условий k2 принимается с учетом интенсивности движения (табл. 11.11). Приводимые значения коэффициентов-—ре­ зультат лишь первого этапа исследований. В дальнейшем по мере со­ вершенствования теории и накопления экспериментальных данных часть из перечисленных факторов будет учитываться в расчетах функ­ циональными зависимостями; остальные коэффициенты будут уточ­ няться и дифференцироваться.

Чтобы упростить расчеты, ряд коэффициентов целесообразно объ­

* Правильнее было бы вводить величину п только на временную нагрузку; учитывая, однако, малое значение т а . в , такого разделения не делают.

159

Тогда условие прочности примет вид:

для одежд, подстилаемых связными грунтами, когда используется расчетная схема с совместным смещением слоев на контакте, К' = 0,8; для одежд, подстилаемых слабосвязными скелетными грунтами,

где показывают число слоев, толщину каждого слоя из тех или иных материалов и расчетные характеристики (рис. 11.61). В процессе рас­ чета намеченная предварительно конструкция дорожной одежды корректируется.

2. Многослойную конструкцию приводят к двухслойной, где верхним слоем является одежда, а нижним — подстилающий грунт. Для этого находят средневзвешенный модуль упругости пакета слоев

ных систем [37], вычисление модуля упругости эквивалентного по рас­

160