УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АД

Рис.5.6. Зависимость коэффициента Кнагр от глубины промерзаня Zпр от поверхности покрытия: 1 – супесь тяжелая и пыватая, суглинок; 2 – песок, супесь легкая и легкая крупная

Квл – коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта, выраженной отношением WWТ .

где lпуч.ср.2.0 – величина морозного пучения при Zпр=2 м.

Значения параметров: а=1,0; в=0,16; с=2,0 при 2,0< Zпр<2,5

а=1,08; в=0,08; с=2,5 при 2,5< Zпр<3

Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдается условие

Допускаемая величина морозного пучения

Если при расчетном сроке службы до 10 лет lпуч> lдоп, а при сроке службы более 10 лет lпуч> 0,8lдоп, тогда необходимо рассмотреть

вариант устройства дополнительного морозозащитного слоя.

171

Последовательность определения толщины морозозащитного слоя

1. Устанавливают по табл.5.12 величину допускаемого морозно-

го пучения lдоп.

2. Определяют среднюю величину морозного пучения по фор-

муле

8.По графикам рис.5.7 определяют толщину дорожной одежды

взависимости от группы грунта по степени пучинистости и глубины промерзания Zпр.

172

173

5.5. ПРИМЕР РАСЧЕТА ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ НА ПРОЧНОСТЬ

Задание: выполнить расчет дорожной конструкции, представленной на рис.5.1, по трем критериям прочности: допускаемому упругому прогибу всей конструкции, сдвигоустойчивости слоев малосвязных материалов и сопротивлению монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе; требуемую надежность дорожной конструкции принять Кн=0,95.

Исходные данные:

–дорога III категории располагается во II ДКЗ;

–расчетная нагрузка – автомобиль группы А, предельная нагрузка на ось двухосного автомобиля 100 кН;

–приведенная к расчетной нагрузке интенсивность движения на конец службы дорожной одежды Np=700 авт/сут;

–приращение интенсивности движения q=1,05 (для высокоразвитого района);

–грунт рабочего слоя земляного полотна – суглинок легкий;

–схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна – I ;

–глубина залегания грунтовых вод ZУГВ>3 м (на глубине бурения скважин (3 м) грунтовые воды не замечены); исключение составляют участки пересечения логов.

Принятая конструкция дорожной одежды, материалы слоев, их толщина и другая информация представлены на рис.5.1.

5.5.1.ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАТИВНЫХ И РАСЧЕТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ

ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

1.Устанавливаем по табл.5.5 минимальные коэффициенты

прочности Кпр для заданной надежности Кн=0,95:

– по критерию упругого прогиба Кпр=1,17;

– по сдвигоустойчивости и растяжению при изгибе Кпр=1,00.

2.Определяем по формуле (5.1) суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы. Для этого предварительно устанавливаем значения параметров, входящих в формулу (5.1):

– срок службы конструкции Тсл=12 лет (см. прил.5 табл.10);

– расчетное число расчетных дней в году принимаем для Сверд-

ловской области Трдг=140 дней (7-й географический район);

– коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого, kn=1,38;

174

– коэффициент суммирования Кс принимаем для срока службы Тсл=12 лет и увеличения интенсивности q=1,03 равным Кс=21,6

(прил.5, табл.11).

Для установленных параметров и заданной Np=700 авт/сут определяем по формуле (5.1):

3. Устанавливаем расчетные значения прочностных характеристик материалов слоев и грунта земляного полотна для расчета конструкции по трем критериям прочности (табл.5.13).

Для расчета по упругому прогибу модули упругости асфальтобетона принимаем при температуре покрытия t=+100C (см. прил.5, табл.2):

–асфальтобетон плотный на вязком битуме марки БНД 90/130 (для покрытия) Е1=2400 МПа;

–асфальтобетон пористый БНД 90/130 (верхняя часть основа-

ния) Е2=1400 МПа;

–щебень фракционированный для нижней части основания Е3=450 МПа (из легкоуплотняемого щебня, табл.9 прил.5);

–песок средней крупности (дополнительный слой основания) Е4=120 МПа (табл.3 прил.4).

Таблица 5.13 Расчетные характеристики материала слоев

дорожной одежды и грунта

Примечание. В числителе сдвиговые характеристики (с и φ) – с учетом повторности нагрузки (∑Np); в знаменателе – при статическом действии нагрузки.

175

4. Для расчета конструкции на сдвигоустойчивость устанавливаем нормативные значения сдвиговых характеристик (с и φ) малосвязных материалов (песок и грунты рабочего слоя), зависящие отN p и расчетной влажности Wp, вычисляемой по формуле (5.10). Но

поскольку суммарная толщина слоев рассчитываемой конструкции Z1=(0,05+0,10+0,20+0,30)<0,75 м, за расчетную принимаем таблич-

ное значение W табл . Для суглинка легкого во II ДКЗ по 1-й схеме увлажнения рабочего слоя W табл 0,62WT (см. прил.4 табл.1).

ходим значения сгр=0,011 МПа; φгр=8 град. Модуль упругости грунта находим по прил.4 табл.3; для тех же значений W табл и N p имеем:

Егр=61 МПа.

Сдвиговые характеристики песка средней крупности, содержащего 5% пылевато-глинистой фракции: спес=0,002 МПа, φпес=26 град,

Епес=120 МПа (см. прил.4 табл.4).

При расчете на сдвиг модули упругости слоев на органическом вяжущем принимаем при t=+200C (для II ДКЗ). Для асфальтобетона:

–плотного Е=1200 МПа (см. табл.2 прил.5);

–пористого Е=800 МПа.

5. Для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостно-

му разрушению от растяжения при изгибе устанавливаем по прил.3 табл.1 значения прочностных и деформационных характеристик:

–для асфальтобетона плотного на битуме марки БНД 90/130

Е=3600 МПа; m=5,0; α=5,4; R0=9,50 МПа

–для асфальтобетона пористого марки БНД 90/130 Е=2200;

m=4,0; α=6,3; R0=7,8 МПа.

Установленные нормативные величины вносим в табл. 5.13.

5.5.2. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ПО ДОПУСКАЕМОМУ УПРУГОМУ ПРОГИБУ

Чтобы определить общий расчетный модуль упругости Еоб, многослойную конструкцию приводим к эквивалентной однослойной (рис.5.8). Значения модулей упругости материалов слоев конструкции и рабочего слоя земляного полотна берем из табл. 5.13, а расчетные параметры ρ=0,6 МПа и Д=37 см – из табл.5.6.

1. Приведение многослойной конструкции к однослойной ведем послойно, начиная с подстилающего грунта и последовательно опре-

176

По номограмме находим значение отношения

Еобщ Е1 0,13 и вычисляем Еобщ 0,13 2400 312 МПа.

2. Определяем минимальный требуемый модуль упругости конструкции Еmin, предварительно установив необходимость расчета по формуле (5.5).

ления Еmin необходимо использовать формулу (5.5).

Принимаем эмпирический параметр с=3,55 (для расчетной нагрузки на ось 100 кН) и вычисляем Еmin:

Еmin 98,65 lg( N p ) c 98,65 lg(1032742 ) 3,55 245 МПа.

3. Сравниваем полученное значение Еmin с минимальным (требуемым), указанным в табл.5.9, и наибольшее из них принимаем для дальнейших расчетов. Для дорог III категории с капитальным типом одежды Еmin должен быть не менее 200 МПа, т.е. вычисленное по формуле (5.5) значение Еmin больше табличного, поэтому принимаем

Етр=245 МПа.

4. Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

Кпр Етр 312245 1,27 .

5. Сравниваем Кпр=1,27 с нормативным, представленным в табл.5.5 (Кпр=1,17), и делаем заключение: при заданном уровне надежности (Кн=0,95) выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

5.5.3. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ПО УСЛОВИЮ СДВИГОУСТОЙЧИВОСТИ ГРУНТА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Для расчета по сдвигу подстилающего грунта используем ранее установленные нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных характеристик материалов слоев и земляного полотна (см. табл.5.13).

Последовательность расчета 1. Приводим многослойную конструкцию к двухслойной модели

(рис.5.9), принимая в качестве нижнего слоя грунт рабочего слоя земляного полотна, а в качестве верхнего – всю дорожную одежду.

Толщину верхнего слоя определяем как сумму толщин верхних слоев:

178

личин: γср=0,002 кг/см2; СN=0,011 (см. табл.5.13); Кд=1,0 – поскольку нижний слой основания из неукрепленного материала, а геотекстильная разделяющая прослойка при этом не предусмотрена (см. п.5.3.3).

ст 23 град– угол внутреннего трения при статическом дей-

ствии нагрузки для суглинка легкого при Wp=0,62WT;

Zоп=65 см – глубина расположения поверхности рабочего слоя земляного полотна от верха конструкции; равна толщине дорожной одежды.

Для принятых расчетных характеристик определяем величину предельного активного напряжения сдвига Тпр в грунте рабочего слоя, превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг:

Тпр CN Kд 0,1 ср Zопtg ст 0,011 1,0 0,1 0,002 65tg 23 0,0165 .

5.Определяем коэффициент прочности по условию сдвигоустойчивости грунта:

Кпр Тпр Т 0,01650,0156 1,06 .

6.Сравниваем полученное значение с требуемым нормативным

( Кпртр =1,00) и делаем заключение: при заданной надежности (Кн=0,95)

выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигоустойчивости грунта земляного полотна (недопустимые деформации сдвига в конструкции накапливаться не будут).

5.5.4. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ПО СДВИГОУСТОЙЧИВОСТИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО СЛОЯ ОСНОВАНИЯ ИЗ ПЕСКА

Нормативные и расчетные характеристики материалов конструкции принимаем согласно табл.5.13 и ведем расчет в следующем порядке:

1. Приводим многослойную конструкцию к двухслойной модели (рис.5.10), принимая толщину верхнего слоя hв модели равной общей толщине слоев, лежащих над песчаным: hв=5+10+20=35 см.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле

(5.7):

Ев 1200 5 800 10 450 20 35 657 МПа.

Принимаем вычисленное в п.п.5.5.2 значение модуля упругости нижнего слоя модели, т.е. на поверхности песчаного слоя, по упруго-

му прогибу: Е 88 МПа (см. п.5.5.2).

общ

2. Определяем удельное активное напряжение сдвига н от единичной нагрузки ρ по номограмме прил.6 рис.2. В соответствии с тре-

180