§ XVI.8. Метод расчета дорожных одежд харьковского автомобильно-дорожного института

Расчетная схема, положенная в основу официально принятого в СССР метода расчета толщины дорожной одежды (см. § XVI.3— XVI.5), не является единственно возможной. При наличии в районе строительства больших запасов местных материалов, пригодных для дорожной одежды, конструирование и расчет равнопрочных вариантов 338

могут быть выполнены по методу, предложенному в 1964 г. проф. А. К. Бируля в ХАДИ. Этот метод позволяет закономерно и логично разместить в дорожной одежде раз­личные слои в соответствии с прин­ципами, изложенными в § XVI.3.

Рис. XVI. 14. Схемы к расчету толщи­ны дорожной одежды по методу ХАДИ:

а — схема слоя с изменяющимся по глуби­не модулем упругости; б — размещение слоев при конструировании дорожной одежды

Поскольку прочность конструк­тивных слоев дорожной одежды уменьшается по мере углубления от поверхности покрытия по на­правлению к подстилающему грун­ту, за расчетную модель (рис. XVI. 14) принимается упругий слой с модулем упругости Е_г, лежащий на упругоизотропном полупро­странстве. Модуль упругости Е_г закономерно убывает по закону:

-Вг Н

(XVI.27)

Е_г=Е₀е

где Е₀ — модуль упругости грунта полупространства (земляного полотна): Н — толщина дорожной одежды; г — координата рассматриваемой точки; Р — коэффициент, характеризующий интенсивность изменения модуля упругости по глубине

Величина коэффициента р определяется из следующих соображе­ний.

На верхней поверхности слоя модуль упругости равен модулю упругости материала верхнего слоя одежды Е_в, который превышает расчетный эквивалентный модуль дорожной одежды, на нижней по­верхности — модулю упругости грунта земляного полотна Е₀.

Поскольку при 2=0 Е_г — Е₀, а при г = —Н Е_г=Е₀е+<>, то Р = 1§-|т- ■

Проф. Б. И. Коган определил, что вертикальная осадка описанной двухслойной системы при действии нагрузки, равномерно распределен­ной по круглой площадке диаметром О, составляет

где а, = ■

Е_к

■ — коэффициент приведения многослойной системы к одно­

родному полупространству.

/? с

Значения а_х в зависимости от отношений и ~ (см. рис. XVI .14, б)

приведены на графике (рис. XVI. 15)

.При расчете толщины дорожной одежды определяют требуемую по интенсивности движения величину эквивалентного модуля упру­гости Е_1Нп дорожной одежды. Зная эквивалентный модуль упругости одежды, модули упругости верхнего слоя покрытия и подстилающего 12* 339

грунта, и определив значение а_1г на­ходят по графику (см. рис. XVI.15)

отношение ~ и для принятого

значения /? сразу получают необ­ходимую суммарную толщину до­рожной одежды Н. Это дает воз­можность приступить к конструи­рованию дорожной одежды.

Построив теоретическую эпюру распределения модулей по глуби­не (см. рис. XVI.14, б), размеща­ют на ней слои разных материалов таким образом, чтобы в середине толщины каждого слоя величина модуля равнялась модулю этого материала. Площадь ступенчатой эпюры модулей должна быть равна площади, ограниченной теоретиче­ской кривой. На рис. XVI. 16 приведено несколько вариантов дорож­ной одежды с эквивалентным модулем Е_вкв = 2180 кгс/см² при сум­марной расчетной толщине 75 см.

В остальном расчет по методу ХАДИ в принципе не отличается от общепринятого метода расчета — также должны быть произведе­ны проверки на растягивающие напряжения в каждом из слоев и на отсутствие пластических сдвигов в малосвязных конструктивных слоях.

V/.

Рнс. XVI. 16. Примеры конструкций дорожных одежд, рассчитанные по методу

ХАДИ:

Рис. XVI. 15. График для определения толщины дорожной одежды

О 0,1 0,1/ 0,0 0,6 1,0 1,г ШН

1 — двухслойный асфальтобетон; 2 — щебень, обработанный органическими вяжущнмн в ус­тановке; 3 — сортированный по крупности щебень; 4 — подобранная щебеночная смесь, обра­ботанная органическими вяжущими; 5 — груит, укрепленный добавками щебня к обрабо­танный вяжущими; 6 — не сортированный по крупности щебень; 7 — грунт, обработанный добавками щебня; 8 — грунт, эбработанный органическими вяжущими; 9 — грунт, укреп­ленный малым количеством добавок щебн

я

§ ХУ1.9. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТОЛЩИНЫ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ЗА РУБЕЖОМ

Весьма сложный вопрос о расчете толщины дорожных одежд еще не получил общепризнанного решения, и обоснование необходи­мой толщины слоев в разных странах ведут различными методами. В отличие от СССР, где на первое место ставится разработка теоре­тической стороны вопроса, за рубежом находят широкое распростра­нение полуэмпирические методы, которые основываются на учете практики и опытов по испытаниям прочности дорожных одежд при­пуском тяжелых автомобилей

Многочисленные методы расчета толщины дорожных одежд, при­меняемые за рубежом, могут быть сведены к следующим трем группам:

1. В ряде стран аналогично методике, принятой в СССР, исходят из допустимого прогиба дорожной одежды, используя для его опре­деления зависимости теории упругости для многослойных систем и учитывая разными способами влияние интенсивности движения. Иног­да многослойные одежды приводят к двухслойным, принимая средне­взвешенные модули упругости всех слоев с учетом их толщины. Сле­дует, однако, отметить известное ослабление внимания в последние годы к углубленному теоретическому анализу и учету особенностей работы дорожных одежд и широкое применение в теоретических фор­мулах разного рода эмпирических коэффициентов для согласования данных расчетов с опытом практики.

2. Использование графиков эквивалентных толщин дорожных одежд, составленных на основе учета службы построенных дорог и специальных экспериментов на опытных участках. В зависимости от суточной интенсивности движения нли общего числа автомобилей, которые должны пройти по дороге за межремонтный период, опреде­ляют приведенную толщину дорожной одежды. Необходимую толщи­ну отдельных слоев подбирают с учетом коэффициентов приведения слоев из разных материалов к эквивалентной толщине В ряде слу­чаев опыты, проводившиеся для построения таких графиков, были очень обширными и выполнялись на специально построенных испытатель­ных полигонах с длительными проездами колонн тяжелых автомобилей до полного разрушения дорожных одежд (испытания, организованные Американской ассоциацией сотрудников дорожных организаций шта­тов — АА5НО, так называемые «опыты Эйшо»). Известны также гра­фики Корпуса инженерных войск США, Управления гражданской авиации США, фирмы «Шелл», Асфальтового института США и др.

3. Использование альбомов типовых конструкций равнопрочных дорожных одежд для разных интенсивиостей движения при условии обязательного и строго контролируемого обеспечения строителями заданной прочности земляного полотна, проверяемой перед началом укладки дорожной одежды (Япония, ФРГ, Франция).В зарубежных странах широко используется для характеристики прочности грунтов особый показатель СВР (Си-би-ар — калифорний ское число несущей способности — СаШогша Веапп§> Ра11о). Его определяют путем вдавливания штампа в образец грунта или другого материала конструктивных слоев, уплотненного в цилиндрической форме высотой и диаметром 20 см. Штамп диаметром 3 см вдавливают со скоростью 1,25 мм/мин на глубину 2,5 см. Измеренное давление, поделенное на 100, принимают за характеристику прочности грунта. Чаще всего грунт увлажняют путем капиллярного насыщения водой в течение 4 сут. Некоторые страны, особенно с жарким климатом, варь­ируют методику увлажнения образцов грунтов. Следует отметить, что при всей простоте этого испытания, по сути являющегося опреде­лением модуля деформаций в лабораторных условиях при постоянной для всех материалов глубине вдавливания штампа, оно дает условную характеристику прочности, которая может существенно отличаться от аналогичных показателей грунта в основании дорожной одежды.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд. Под ред И. А. Золотаря, Н. А. Пузакова н В М. Сиденко. М , «Транспорт», 1971. 4[6с.

Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа ВСН 46—72. М., «Транспорт», 1973. 109 с. (М-во трансп стр-ва СССР)

Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд. Под ред Н Н. Ива­нова. М., «Транспорт», 1973. 328 с.

Методические рекомендации по осушению земляного полотна и оснований дорожных одежд в районах избыточного увлажнения и сезонного промерзания грунтов. М., 1974. 119 с. (Гос. всесоюз дор. науч.-ксслед ин-т).

Проектирование оптимальных нежестких дорожных одежд. Под ред проф. А. Я. Тулаева. М., «Транспорт», 1977. 117 с.