Расчёт дорожной конструкции на Сопротивление монолитных слоёв усталостному разрушению на растяжение при изгибе.

В монолитных слоях дорожной одежды (из асфальтобетона и дегтебетона) возникающие при прогибе одежды напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок не должны в течение заданного срока службы производить к образованию трещин от усталостного разрушения.

Для этого должно быть обеспечено условие , где – требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию растяжения при изгибе с учетом заданного уровня надежности; R_N – прочность материала монолитного слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений, МПа:

R_N=R_0∙k_1∙k₂(1-ν_r∙t), где R₀ – нормативное значение предельного сопротивления растяжению при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки, МПа; k₁ – коэффициент, учитывающий снижение прочности в следствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки, , α – коэффициент, учитывающий различия в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя и влажности;m – показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя; ΣN_p – расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия, авт.k₂ – коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов; ν_r – коэффициент вариации прочности на растяжение; t – коэффициент нормативного отклонения;

σ_r – наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, МПа: , где - растягивающее напряжение от единичной нагрузке при расчетных диаметрах площадках, передающей нагрузку, МПа, определяемое по номограмме; р – расчетное давление, МПа; k_В – коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном.

При расчете на усталостную прочность реальную конструкцию приводят к двухслойной модели.К верхнему слою модели относят монолитные слои, включая рассчитываемый пакет асфальтобетонных слоев. Толщину верхнего слоя модели h_В принимают равной сумме толщин монолитных слоев . К нижнему слою модели относят часть конструкции, расположенную ниже монолитных слоев, включая грунт рабочего слоя земляного полотна. Модуль упругости нижнего слоя модели Е_н определяют путем приведения слоистой системы к эквивалентной по жесткости с помощью номограммы.

32. Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость (основа расчёта). Понятие пучин и меры по их устранению.

В районах сезонного промерзания грунтов на участках дорог, находящихся в неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях, наряду с требуемой прочностью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд и земляного полотна.

Не требуется специальных мер по морозозащите конструкций:

а) в районах с глубиной промерзания менее 0,6 м;

б) при земляном полотне, сложенном на всю глубину промерзания из непучинистых грунтов или слабопучинистых грунтов;

в) в случаях, когда общая толщина дорожной одежды превышает 2/3, глубины промерзания.

Коэффициент пучения:

, где величина подъёма при промерзания грунта, м; глубина промерзания, м.

По пучинистости грунты делятся на 5 групп.

Группа грунта	Название грунта		Грунты
I	непучинистые	1,0	крупнообломочные; песок крупный, средний и мелкий (гравелистый), если частиц < 0,005 мм < 2%
II	слабопучинистые		песок крупный, средний и мелкий, если частиц < 0,005 мм > 2%; супесь лёгкая крупная
III	пучинистые		супесь лёгкая, суглинок тяжёлый, суглинок лёгкий, глина
IV	сильнопучинистые		песок пылеватый, супесь пылеватая, суглинок тяжёлый пылеватый
V	чрезмернопучинистые		суглинок тяжёлый пылеватый, суглинок лёгкий пылеватый

 

Конструкция достаточно морозоустойчива, если удовлетворяется условие:

где расчётное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна, м; допускаемое зимнее вспучивание покрытия, м.

Для капитального типа покрытия , для облегчённого типа ; для переходного типа .

, м,

где средняя величина морозного пучения в зависимости от величины дорожной одежды и от группы грунта по пучинистости, от , м;

коэффициент, учитывающий влияние глубины залегания грунтовой воды (по графику);

коэффициент, зависящий от степени увлажнения;

коэффициент, зависящий от состава грунта насыпи или выемки;

коэффициент, зависящий от веса вышележащих слоёв.

При отсутствии температурных измерений:

, определяется по картам изолиний.

Если , то проводим обратный расчёт, определяем среднее пучение: и определяется требуемая толщина морозозащитного слоя.

Пучины – неравномерные поднятия поверхности земляного полотна в продольном и поперечном направлении, вызванные морозным пучением грунтов. Морозное пучение грунта – это увеличение его объёма вследствие образования избыточного количества льда в порах грунта по сравнению с тем количеством воды, которое было в его порах до замерзания.

По своей природе пучины могут быть поверхностными (балластными) или грунтовыми. Поверхностные пучины образуются в начале зимы из-за насыщения поверхностной водой: загрязненных песчано-гравийного балласта или песчаной подушки, грунтов основной площадки при наличии балластных корыт, а так же вследствие необеспеченного отвода воды кюветами в выемках и на нулевых местах. Грунтовые пучины образуются при промерзании грунтов земляного полотна, увлажняемых, как правило, грунтовыми водами.

Профилактические меры – соблюдение технических и технологических требований при строительстве, надежный отвод поверхностной воды от земляного полотна, укладка в подбалластное основание при капитальном ремонте пути геотекстиля и пленочных материалов.

Меры по устранению пучин:

– глубокая очистка щебня или замена загрязненного балласта с укладкой в основание вырезки геотекстиля; срезка грязного балласта на обочинах;

– осушение грунтов в зоне сезонного промерзания дренажными устройствами; перехват и отвод потока грунтовых вод, воздействующих на грунты ниже основной площадки;

– ликвидация балластных корыт и лож с заменой вырезанного грунта балластом, выпуск воды из глубоких балластных лож и мешков с помощью поперечных дренажных прорезей или кротового дренажа;

– выведение зоны промерзания из слоя грунта, вызывающего пучины, подъемкой пути на балласт, устройством накладных теплоизолирующих подушек или пенопластовых покрытий, замена пучинистых грунтов ниже основной площадки врезными и комбинированными теплоизолирующими подушками;

– укрепление (мелиорация) грунтов пучинообразующего слоя химическим, электрохимическим и термическим методами.