книги из ГПНТБ / Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд

§11.30. Сопоставление с зарубежным опытом1

Вряде стран проведены обширные экспериментальные исследова­ ния с целью выяснить работоспособность дорожных одежд различ­ ных конструкций. Накоплен также опыт службы одежд на эксплуати­ руемых дорогах, с использованием которого разработаны действующие

внастоящее время рекомендации по назначению конструкций одежд

на вновь сооружаемых дорогах. Представляет интерес выяснить, в какой степени результаты расчета по разработанному методу нахо­ дятся в соответствии с зарубежным опытом.

Ниже приводятся результаты сделанного сопоставления. Все рас­ четы выполнены для природных и эксплуатационных условий, при­ менительно к которым даны соответствующие рекомендации в той или иной стране.

Испытания AASHO [93] дали обширный экспериментальный ма­ териал для суждения о работоспособности дорожных одежд разных конструкций при различных нагрузках на ось автомобилей (подробнее см. гл. 2).

В качестве основных практических рекомендаций в результате этого достаточно длительного и дорогого эксперимента' (затраты на него составили около 27 млн. долл.) явились номограммы, дающие возможность назначать необходимую толщину одежды под нагрузки разной величины при заданной работоспособности дорожной кон­ струкции.

Одна из этих номограмм для одежд с асфальтобетонными покры­ тиями приведена на рис. 11.74. Кривыми показаны полученные в про­ цессе испытаний значения полной работоспособности одежд разной толщины при различной нагрузке на ось обращающихся автомоби­ лей. Работоспособность выражена в количестве двухосных автомоби­ лей, прошедших по одной полосе движения (горизонтальная ось).

Показатель толщины одежды Н (вертикальная ось) вычисляется по трехчленной формуле, аналогичной зависимости 1.1.

Нами для условий, имевшихся в опытах (климат, вид грунта, усло­ вия увлажнения, материалы, нагрузки на ось автомобилей), по изло­ женному выше методу (гл. 6—8) рассчитаны конструкции одежд, гаран­ тирующие высокую работоспособность. Полученные конструкции изо­ бражены в правой части рисунка. Для каждой из них вычислен по трехчленной формуле показатель толщины Я и по величине этого показателя полученные расчетом конструкции нанесены кружками на соответствующие кривые.

Можно видеть, что все рассчитанные по предлагаемому методу кон­ струкции дорожных одежд расположились в области высоких работоспособностей — от 3 до 6 млн. расчетных автомобилей по одной полосе движения. Это соответствует приблизительно 15—20 годам службы одежды при движении около 5000 автомобилей в сутки по дороге с двух­ полосной проезжей частью.

1 Более подробные сопоставления с учетом проектирования по норматив­ ному прогибу сделаны в ч. I I I . Прим. ред.

181

Аналогичное сопоставление с результатами испытаний в опытах AASHO одежд с цементобетонными покрытиями сделано для конст­ рукций, спроектированных в соответствии с предлагаемым в гл. 9 методом расчета оснований одежд с цементобетонными покрытиями. Получена вполне удовлетворительная сходимость результатов расче­ та с данными испытаний.

В Англии выпущены официальные рекомендации по назначению конструкций одежд нежесткого и жесткого типов на вновь сооружае­ мых дорогах [85]. Этот документ составлен на основании результатов исследований и опыта службы дорог. Рекомендации содержат номог­ раммы и таблицы, с помощью которых назначают необходимую тол­ щину отдельных конструктивных слоев из строго стандартных, мате­ риалов для дорог различных категорий в зависимости от интенсивности движения, а также характера грунтовых и гидрогеологических ус­ ловий.

Нами выполнены расчеты конструкций нежестких и жестких одежд применительно к характерным условиям Англии.

Расчеты нежестких одежд производились следующим образом. Толщины покрытия и верхнего слоя основания принимались в соот­ ветствии с английскими рекомендациями и лишь проверялись на проч­ ность, если это требовалось. Толщины нижнего слоя основания и под­ стилающего слоя рассчитывались по изложенному в настоящей работе методу исходя из условия достижения предельного равновесия в под­ стилающем грунте и в материале основания.

Рис. 11.74. Сопоставление конструкций одежд нежесткого типа, рассчитанных по предлагаемому методу, с результатами испытаний AASHO. На кривых нанесены нагрузки на ось. Приведенная толщина Я П р = 0,44/г1 + 0,14/г2 + 0,11Л3:

а — г — конструкции дорожных одежд;

/ — асфальтобетон; 2 — щебень; 3 — гравийный материал

182

методу предельных состояний, с требуемыми по техническим условиям Англии. Интенсивность движения дана в количестве грузовых автомобилей на одну по­ лосу; цифры'на конструктивных слоях обозначают их модуль упругости в кГ/см2:

Здесь расхождения оказались еще меньше, чем у одежд нежесткого типа.

Такое же сопоставление, также с вполне положительными резуль­ татами,толщины слоев, полученных расчетом по предлагаемому методу,

183

дорог. Причем хорошее соответствие имеет место в весьма широком диапазоне природных и эксплуатационных условий.

Помимо того что это подтверждает еще раз обоснованность при­ нятых расчетной схемы и критериев предельного состояния, это кос­ венно указывает также и на достаточную достоверность рекомендуе­ мых расчетных характеристик.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А б р а м о в Л . Т. Д р ы ж а н о в с к и й И. М., П е т р о в а А. Г. Распределяющая способность грунтов и других материалов, обработанных це­

нике грунтов и фундаментостроению. Изд. Бюро НТ И Минавтошосдора РСФСР. М., 1963, с. 102—107.

№1, с. 97—102.

8.Б и р у л я А. К. Конструирование и расчет нежестких одежд авто­ мобильных дорог. М., «Транспорт», 1964, 167 с.

9.Б о л ш т я н с к и й М. П. Экспериментальное исследование напря­ жений в неоднородной сыпучей среде. — «Основания, фундаменты и механика

грунтов», 1962, № 6, с. 11 — 13.

11.Г о л ь д ш т е й н М. Н. Механические свойства грунтов. М., Изд-во по строительству и архитектуре, 1952, 259 с.

12.Г о р б у н о в-П о с а д о в М. И. Таблицы для расчета плит на упру­ гом основании. М., Госстройиздат, 1959, 98 с.

184

16.Ж е л е з н и к о в М. А.- Исследование моделей одежд с цементобе­ тонными покрытиями. М., изд. Союздорнии, 1971, с. 200—214 (Труды Союздор­ нии. Вып. 47).

17.И в а н о в Н. Н. Сопоставление результатов исследований, прове­

денных в Москве и Ленинграде. В к н . и с с л е д о в а н и я по механике дорожной одеж­

воздействия нагрузок (Московский автомобильно-дорожный институт.) М., «Высшая школа», 1969, 52 с.

21. И н о з е м ц е в А. А. Сопротивление нагрузке нежестких дорожных покрытий и грунтовых оснований по данным экспериментальных исследований. В кн.: Исследования по механике дорожной одежды. М., Дориздат, 1941, с. 5—97

О статистической механике зернистых грунтов и трещиноватых скальных гор­

движущегося автомобиля. Материалы к научно-технической конференции по динамическим воздействиям на грунты и одежды автомобильных дорог. Л . ,

218с.

28.К о р с у н с к и й М. Б . Основы теории расчета нежестких дорожных одежд по предельным относительным удлинениям. Сб. «Обоснование расчетных параметров для нежестких дорожных покрытий». М., Дориздат, 1952, с. 58—92.

29. К о р с у н с к и й М. Б . Экспериментальное исследование зависи­ мости между коэффициентом запаса статической прочности одежды и критичес­ ким числом проходов движущейся нагрузки. В кн.: Обоснование расчетных па­ раметров для нежестких дорожных покрытий. М., Дориздат, 1952, с. 100—105.

30. К о р с у н с к и й М. Б . Приближенный метод определения верти­ кальных перемещений дорожной одежды и распределения давления на подсти­ лающий грунт в условиях пространственной задачи. Сб. «Исследование прочно­ сти дорожных одежд». М., Автотрансиздат, 1959, с. 261—299.

31. К о р с у н с к и й М. Б . О критериях предельного состояния нежест­ ких дорожных одежд, предназначенных для работы в упругой стадии. Харьков, Изд-во ХГУ, 1961, с. 41—49 (Труды Всесоюзной конференции по вопросам прочности дорожных одежд).

185

34.К о р с у н с к и й М. Б . Практические методы определения напря­ женно-деформированного состояния конструкций дорожных одежд. Труды Союздорнии. Вып. 6. М., «Транспорт», 1966, с. 5—78.

35.К о р с у н с к и й М. Б. Оценка прочности дорог с нежесткими одеж­ дами. М., «Транспорт», 1966, с. 153.

36. К о р с у н с к и й М. Б . Напряженно-деформированное состояние дорожных одежд с учетом модуля сцепления слоев. Материалы Всесоюзной меж- ^ вузовской научно-технической конференции по прочности дорожных одежд. Харьков, изд. КАДИ, 1968, с. 39—44.

37.К о р с у н с к и й М. Б . , С а л л ь А. О., Т е л я е в П. И. При­ ведение многослойных дорожных конструкций к расчетным моделям. М., Изд. Союздорнии, 1971, с. 26—33 (Труды Союздорнии. Вып. 47).

38.К р и в и с с к и й А. М. Испытание дорожных одежд на полигонах. — «Автомобильные дороги», 1959, № 12, с. 25—28.

ки образцов для определения модуля деформации грунта. В кн.: Исследование прочности дорожных одежд. М., Автотрансиздат, 1959, с. 183—197.

41. К р и в и с с к и й А. М. Новые схемы для расчета нежестких дорож­ ных одежд. М., Автотрансиздат, 1961, 76 с.

42.К р и в и с с к и й А. М. Конструирование и расчет нежестких до­ рожных одежд по месткому предельному равновесию. М., Автотрансиздат, 1963. 75 с.

43.К р и в и с с к и й А. М. Современные методы расчета дорожных одежд. Доклады - на зональном совещании в г. Ташкенте по автодорожному проектиро­ ванию и строительству. М., Изд. Союздорнии, 1966, 16 с.

44. М а с л о в Н. Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии.

М., «Высшая школа», 1968, 628 с.

45.М е д н и к о в И. А. К теории изгиба многослойных и армированных дорожных плит. М., «Транспорт», 1966, с. 90—104 (Труды Союздорнии. Вып. 7).

46.М о т ы л е в Ю. Л . К вопросу об учете повторности нагрузки при кон­ струировании нежестких дорожных одежд. В кн. :Обоснование расчетных па­

раметров для нежестких дорожных одежд. М., Дориздат, 1952, с. 122—146.

47.О р н а т с к и й Н. В. Механика грунтов. М., изд-во МГУ, 1950,

419 с.

48.П у з а к о в Н. А. Исследование прочности дорожных одежд и грун­ тов с помощью передвижного пресса. В кн. и с с л е д о в а н и е прочности дорожных одежд. М., Автотрансиздат, 1959, с. 87—154.

№1.

55.Р е й н е р М. Реология. М., «Наука», 1965, 223 с.

186

62.Т р о и ц к а я М. Н., Д е р м е л е в В. К. Экспериментальные ис­ следования накопления деформаций в однородных средах и двухслойных систе­ мах при различных режимах приложения повторных нагрузок. В кн. Обосно­ вание расчетных параметров для нежестких дорожных одежд. М., Дориздат, 1952, с. 106—122.

63.Т у р о в е р о в К. К- К вопросу исследования напряженного и дефор­ мированного состояния упругого слоистого полупространства. Изд. Ленин­

нежесткого типа с усовершенствованными покрытиями. М., Изд. Оргтрансстрой, 1965, 101 с.

less particles. «Proceedings of the Royal Society of London», ser. A, Mathematical

way Research Board, Bulletin 342 «Stresses Distribution in Earth Masses*, Washing­ ton D. C , 1962.

187

Ч а с т ь I I I

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

ПО НОРМАТИВНОМУ УПРУГОМУ ПРОГИБУ

Г л а в а 11

ПРИНЦИП РАСЧЕТА ПО ВЕЛИЧИНЕ НОРМАТИВНОГО УПРУГОГО ПРОГИБА

§I I I . 1 . Обоснование метода расчета

Врезультате многочисленных экспериментов в СССР и за рубежом (Венгрия, ГДР, Польша, Румыния, Чехословакия, Югославия, Анг­ лия, Италия, США, Франция и др.), в том числе на опытной дороге AASHO в США, установлено, что каждая конкретная величина упру­

гого прогиба под колесом расчетного автомобиля в весенний период в наиболее неблагоприятный год соответствует проходу определенного числа этих автомобилей от момента постройки или капитального ремонта до момента наблюдения, а также определенной степени раз­ рушения покрытия.

Рассматриваемый метод является улучшением и дальнейшим раз­ витием общеизвестного метода Союздорнии [12, 37], доведенного до практического использования в ряде инструкций, неоднократно изда­ ваемых Гушосдором МВД, Минавтошосдором РСФСР и наконец Минтрансстроем СССР (ВСН 46-60).

Метод Союздорнии разработан на основе многолетних теорети­ ческих и экспериментальных исследований в лабораторных условиях, на опытных установках и на экспериментальных дорогах. В послед­ ние годы он, кроме того, широко проверен с точки зрения долговеч­ ности рассчитанных по этому методу конструкций на дорогах протя­ женностью несколько тысяч километров с асфальтобетонными и дру­ гими усовершенствованными покрытиями. Эти проверки показали, что в большинстве случаев метод Союздорнии в основном отвечает своему назначению, если правильно установлены модули деформации грунтов и конструктивных сдоев дорожных одежд и введен коэф­ фициент запаса на неоднородность условий работы в формулу для определения расчетного модуля деформации. Одновременно было уста­ новлено, что этот метод неприменим в тех случаях, когда подстилаю­ щие грунты земляного полотна могут переходить в разжиженное сос­ тояние при недостаточной высоте земляного полотна без надлежащего дренирования, а также в результате зимнего вспучивания при недо­ статочной толщине морозоустойчивых и водоустойчивых слоев в до­ рожной одежде.

189

Независимо от этого оказалось, что в некоторых случаях конст­ рукции, рассчитанные по методу Союздорнии, обладают излишним запасом прочности главным образом в результате применения слоев основания, укрепленных вяжущими.

Неточность в расчет вносит также существующий метод определе­ ния коэффициента прочности дорожной одежды, определяемый как отношение фактического модуля деформации к требуемому, причем фактический модуль деформации вычисляют по таблицам, а не уста­ навливают экспериментально непосредственно надороге.

Большие возражения метод 'Союздорнии встречал также в связи с принятием за предельные критические деформации условных вели­ чин, получаемых при длительном нагружении усилием, значительно превышающим нагрузки от колес наиболее тяжелых автомобилей. Считали, что указанное превышение нагрузки позволяет учесть пов­ торяемость воздействия автомобилей.

Для практической проверки прочности дорожных одежд по методу Союздорнии требуются тяжелые уникальные прессы с общей нагрузкой на штамп 18—20 Т. При использовании более легких прессов необ­ ходима экстраполяция кривой зависимости деформации от нагрузки, не имеющая строго определенного выражения, что, естественно, при­ водит к ошибкам, тем большим, чем ниже нагрузка, развиваемая прес­ сом. Величина предельной (критической) деформации соответствует разрушению дорожной одежды и в зависимости от типа покрытия сос­ тавляет 1—2 см.

Между тем отечественный и зарубежный опыт показывает, что одежды с усовершенствованными покрытиями капитального, облег­ ченного и в ряде случаев переходного типов, как правило, работают в упругой стадии при деформациях, измеряемых миллиметрами и до­ лями миллиметра. Это и дало основание МАДИ не только разработать полевой метод оценки прочности дорожных одежд путем измерения упругих деформаций в период наибольшего увлажнения (см. гл. 15), но и связать его с теоретическим обоснованием для расчета по упру­

многослойной дорожной одежды с необходимостью удовлетворения требованию прочности верхних, наиболее жестких слоев, которые про­ гибаются под воздействием повторных проходов тяжелых автомобилей. В неблагоприятный период года, когда покрытие в результате срав­ нительно низких ночных температур от 0 до 5° С достаточно жестко, а слои основания и грунта земляного полотна достигают максимального размягчения, наиболее вероятны усталостные разрушения покрытий от изгиба. Зная длительную прочность или предельное относительное удлинение при изгибе покрытия, а также модули упругости покрытия и нижележащих слоев основания, можно установить предельный прогиб или непосредственно толщину покрытия, при которых оно не под­ вергалось бы разрушению. Однако этот способ как основной пока не может быть рекомендован, так как и длительная прочность при из­ гибе различных покрытий, и их модули упругости меняются в весьма

190