Покрытия капитальных дорожных одежд

Общие положения

Дорожная одежда - часть автомобильной дороги, располагающаяся на земляном полотне, в пределах проезжей части рис. 1.1

Проезжая часть -часть автомобильной дороги, в пределах которой происходит движение автомобилей.

 

Дорожная одежда представляет слоистую (или многослойную) конструкцию из материалов, хорошо сопротивляющихся воздействию транспорта и погодно-климатическим факторов. В зависимости от места расположения и функционального назначения в дорожной одежде различают следующие конструктивные слои (рис. 1.2).

 

 

Дорожная одежда под воздействием колес автомобильного транспорта деформируется и разрушается рис.1.3, 1.4 [2].

Рис. 1.3. Схема деформирования и разрушения нежестких дорожных одежд под колесом автомобиля: 1 — чаша прогиба; 2 — зона сжатия одежды; 3 — зона растяжения; 4 —поверхность среза одежды; 5 — площадь передачи давления на грунт; 6 — уплотнение грунта в основании; 7 — направление сжатия грунта; 8 – сдвиг несвязных (дискретных) слоев основания и подстилающих слоев грунта; 9 — трещины от растяжения при изгибе в монолитных слоях; Δ — осадка дорожной одежды; D – диаметр принятого отпечатка от колеса на поверхности покрытия.

В настоящее время используются два признака классификации дорожных одежд: 1 - по механическим свойствам [5] (по сопротивлению нагрузкам от автотранспорта и по реакции на климатические воздействия [6]); 2 - по типу покрытий (по капитальности покрытий).

По первому признаку различают жесткие и нежесткие дорожные одежды. Жесткие дорожные одежды содержат цементобетонные покрытия и основания. Нежесткие дорожные одежды не содержат слоев из цементобетона.

По второму признаку различают следующие типы дорожных одежд - капитальные, облегченные, переходные и низшие.

В жестких дорожных одеждах между покрытием и основанием при необходимости укладывают выравнивающий слой из обработанных вяжущими зернистых материалов, который в качестве конструктивного слоя одежды не рассматривается и в расчетах не учитывается.

Проектирование дорожных одежд представляет собой единый процесс, состоящий из двух частей (этапов) конструирования и расчета.

 

Нежесткие дорожные одежды

2.Конструирование нежестких дорожных одежд

Конструирование выполняется с целью разработки или выбора из типовых (см. рис. П.1.1 Приложение 1) конструкции дорожной одежды. При этом должны быть установлены:

1. Тип дорожной одежд по капитальности (в зависимости от категории дороги см. табл.П.1.1 Приложение 1).

2. Материалы слоев и их характеристики (модули упругости материалов слоев и прочностные характеристики в зависимости от категории дороги и дорожно-климатической зоны, включая модули упругости и характеристики подстилающего грунтового слоя, см. Приложение 1).

3. Необходимость устройства дополнительных слоев основания (дренирующих и морозозащитных слоев).

4. Предварительные толщины слоев (табл.П.1.4 Приложение 1).

 

Различают следующие элементы дорожной одежды Рис.1.2. [1]:

Покрытие - верхняя часть дорожной одежды, воспринимающая усилия от колес транспортных средств и подвергающаяся непосредственному воздействию атмосферных факторов.

По поверхности покрытия могут быть устроены слои поверхностных обработок различного назначения (слои для повышения шероховатости, защитные слои и т.п.).

Основание - часть конструкции дорожной одежды, расположенная под покрытием и обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение напряжений в конструкции и снижение их величины в грунте рабочего слоя земляного полотна (подстилающем грунте), а также морозоустойчивость и осушение конструкции.

Следует различать несущую часть основания (несущее основание) и дополнительные слои основания. Несущая часть основания должна обеспечивать прочность дорожной одежды и быть морозоустойчивой.

Дополнительные слои основания - слои между несущим основанием и подстилающим грунтом, предусматриваемые при наличии неблагоприятных погодно-климатических и грунтово-гидрологических условий. Эти слои совместно с покрытием и основанием должны обеспечивать необходимые морозоустойчивость и дренирование конструкции и создавать условия для снижения толщины вышележащих слоев из дорогостоящих материалов. В соответствии с основной функцией, которую выполняет дополнительный слой, его называют морозозащитным, теплоизолирующим, дренирующим. К дополнительным слоям и прослойкам относят также гидро- и пароизолирующие, капилляропрерывающие, противозаиливающие и др. Дополнительные слои устраивают из песка и других местных материалов в естественном состоянии или укрепленных органическими, минеральными или комплексными вяжущими, из местных грунтов, обработанных вяжущими, из укрепленных смесей с добавками пористых заполнителей и т.д., а также из различного рода специальных индустриально выпускаемых материалов (геотекстиль, пенопласт, полимерная пленка и т.п.).

 

2.1 Конструирование слоев покрытий

Для слоев дорожной одежды

 

При выборе характеристик для битумоминеральных материалов следует учитывать влияние на их свойства температуры, а также вид выполняемого расчета (по какому из трех критериев будет выполняться расчет). При расчете слоев асфальтобетонного покрытия на растяжение при изгибе его характеристики должны соответствовать низким весенним температурам Прил.1 табл. П.1.6. При расчете конструкции на упругий прогиб температуру материала покрытия следует принимать t_Р = +10°. При расчете слоев из слабосвязных (дискретных) материалов, а также грунта по условию сдвигоустойчивости модуль упругости асфальтобетонного покрытия должен соответствовать весенним повышенным температурам табл.2.1. Значения модулей упругости материалов слоев при соответствующих температурах определяются по Прил.1 табл. П.1.7.

Таблица 2.1

Предварительная проверка на морозоустойчивость

При предварительной проверке на морозоустойчивость величину возможного морозного пучения следует определять по формуле:

l_пуч = l_{пуч ср}К_УГВ К_пл К_грК_нагрК_вл, (5.2)

где l_{пуч ср} - величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая по рис. 5.1 в зависимости от толщины дорожной одежды (включая дополнительные слои основания), группы грунта по степени пучинистости (Прил.5 табл.П. 5.1) и глубины промерзания (z_пp); К_УГВ - коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (Н_у) (рис. 5.2); К_пл - коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя (табл. 5.2); К_гр - коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки (табл. 4.5); К_нагр - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания (рис. 4.2); К_вл - коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта (табл. 4.6).

Последовательность проверки:

а) Определяется глубина промерзания дорожной конструкции по формуле:

z_пp = z_пp(cp) × 1,38, (5.3)

где z_пp(cp) - средняя глубина промерзания для данного района, устанавливаемая при помощи карт изолиний (Прил.5 рис.П. 5.1). б) Определяется l_{пуч ср}. При глубине промерзания дорожной конструкции z_пp до 2м l_{пуч ср} устанавливают по графикам рис. 5.1.

При z_пp от 2,0 до 3,0 м l_{пуч ср} вычисляют по формуле:

l_{пуч ср} = l_{пуч ср 2,0} × [a + b (z_пp - c)], (5.4)

где l_{пуч ср 2,0} - величина морозного пучения при z_пp = 2,0 м;

а = 1,0; b = 0,16; с = 2,0 при 2,0 < z_пp < 2,5;

a = 1,08; b = 0,08; с = 2,5 при 2,5 < z_пp < 3,0.

в) Определяется тип местности по увлажнению (Прил.5 табл.П. 5.4)

г) Определяется коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (Н_у)-К_УГВ. Для I и II - типа местности (при отсутствии влияния грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод) следует принимать: для супеси тяжелой и пылеватой и суглинка К_УГВ = 0,53; для песка и супеси легкой и крупной К_УГВ = 0,43. Для III-типа местности по рис. 5.2.

 

Рис. 5.1. Графики для определения осредненной величины морозного пучения 1_пуч.ср.

Примечания: 1. Кривую (II - V) выбирают в соответствии с прил.5, табл.П. 5.2.2. Кривую IIа выбирают при 2-й и 3-й схеме увлажнения рабочего слоя (Прил.5 табл.П. 5.3), кривую II б - при 1-й схеме увлажнения (Прил.5 табл.П. 5.3).

Рис. 5.2. Зависимость коэффициента К_УГВ от расстояния от низа дорожной одежды до расчетного УГВ или УПВ: 1 - супесь пылеватая и тяжелая пылеватая, суглинок; 2 - песок, супесь легкая и легкая крупная

 

д) Определяется коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя - К_пл (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Значения коэффициента К_пл

Коэффициент уплотнения Купл (прил.5, табл.П.5.5)	Кпл
песок пылеватый, супесь легкая и пылеватая, суглинки, глины	пески кроме пылеватых, супесь легкая крупная
1,03 - 1,00	0,8	1,0
1,01 - 0,98	1,0	1,0
0,97 - 0,95	1,2	1,1
0,94 - 0,90	1,3	1,2
менее 0,90	1,5	1,3

 

е) Определяется коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки - К_гр (табл. 5.3)

Таблица 5.3

Значения коэффициента К_гр

Грунт	Кгр
пески	1,0
супеси	1,1
суглинки	1,3
глины	1,5

 

и) Определяется коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое - К_нагр и зависящий от глубины промерзания - Z_пp (рис. 5.3)

Рис. 5.3. Зависимость коэффициента К_нагр от глубины промерзания z_пр от поверхности покрытия: 1 - супесь тяжелая и пылеватая; суглинок; 2 - песок; супесь легкая, крупная

 

к) Определяется коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта - К_вл (табл. 5.4)

Таблица 5.4

Значения коэффициента К_вл

 

Относительная влажность W/WГ	0,6	0,7	0,8	0,9
Квл	1,0	1,1	1,2	1,3

л) Определяется расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна - l_пуч по (5.2).

м) Выполняется проверка условия (5.1).

Если при расчетном сроке службы до 10 лет условие (5.1) не будет выполняться, а при сроке службы более 10 лет полученная величина возможного пучения l_пуч будет превышать 80 % от допустимой l_доп (табл. 5.1), необходимо рассмотреть вариант устройства морозозащитного слоя. В этом случае предварительно определяется ориентировочная требуемая толщина морозоустойчивой конструкции дорожной одежды - h_oд. Для этого, зная допустимую величину морозного пучения l_доп, рассчитывают среднюю величину морозного пучения l_пуч.ср по формуле:

l_пуч.ср = l_доп/К_УГВ К_пл К_гр К_нагр К_вл. (5.5.)

Затем по графику рис. 5.1.в соответствии с группой грунта по степени пучинистости определяют h_oд.

Жесткие дорожные одежды

Пример проектирования нежесткой дорожной одежды

Исходные данные

1. Категория проектируемой дороги — III.

2. Интенсивность движения на 1-й год N ₁ = 2100 авт/сут.

3.Состав движения С _m: легковые автомобили С_Л = 5%, грузовые весом от 1 до 2т- С₁ =26%, от 2 до 5т - С₂ = 23%, от 5 до 8т - С₃= 15%, от 8 до 10т - С₄= 17%, автобусы – С₅ =12%, Тяг.с приц. – С₆ = 7%.

4.Ежегодный рост интенсивности движения q — 5 %.

5.Дорожно-климатическая зона — II₆ (Московская обл.)

6. Наличие дорожно-строительных материалов — песок, щебеночная смесь С₃.гравийно-песчаная смесь, битум, цемент, асфальтобетон.

7. Грунт рабочего слоя земляного полотна - супесь легкая;

8. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III;

9. Глубина залегания грунтовых вод - 0,6 м.

10.Высота насыпи составляет 1,5 м;

Конструирование

Конструирование начинаем с обоснования типа дорожной одежды по капитальности покрытия в зависимости от категории дороги (см. табл.П.1.1 Приложение 1).

Для III технической категории могут быть запроектированы следующие типы дорожных одежд: капитальные, облегченные, а также переходные для первой стадии двухстадийного строительства.

Затем выбираются материалы слоев и их характеристики (модули упругости материалов и прочностные характеристики в зависимости от категории дороги и дорожно-климатической зоны, включая модули упругости и характеристики подстилающего грунтового слоя,см. Приложение 1).

Устройство дополнительных слоев основания обосновывается тем, что проектируемая дорога располагается во II –й дорожно-климатической зоне (зона избыточного увлажнения) и верхние слои земляного полотна сложены из супеси легкой, являющейся пучинистым грунтом.

Для дальнейшего расчета выбираем капитальный тип дорожной одежды, (приложение 1, рис. П.1.1, г).

В общем виде конструкция представлена на рис.10.1. Более детально результаты конструирования представлены в табл.10.4. Конкретизация свойств материалов слоев выполнена по таблицам приложения 1 в зависимости от категории дороги и дорожно-климатической зон. Предварительные минимально допустимые толщины слоев по табл.П.1.4 Приложения 1.

Рис.10.1. Конструкция нежесткой дорожной одежды

 

 

Слои покрытия: - верхний слой из горячей смеси для плотного асфальтобетона типов А, Б, В, Г и Д марки II (табл. П.1.2), битум БНД 60/90 (табл. П.1.3), h =4см (табл.П.1.4); - нижний слой из горячей смеси для пористого асфальтобетона марки II (табл. П.1.2), битум БНД 60/90 (табл. П.1.3), h =7см (табл.П.1.4).

 

Таблица 10.4

На морозоустойчивость

Проверка выполняется в следующей последовательности:

а) Определяется глубина промерзания дорожной конструкции по (5.3)

z_пp = z_пp(cp) × 1,38,

где z_пp(cp) - средняя глубина промерзания для данного района, устанавливаемая при помощи карт изолиний (Прил.5 рис.П. 5.1), для условий г.Москвы z_пp(cp) = 1,4м по формуле (5,3) получаем

z_пp = z_пp(cp) × 1,38 = 1,4×1,38 = 1,93м ≈ 2м,.

б) Определяется l_{пуч ср}. При глубине промерзания дорожной конструкции z_пp до 2м l_{пуч ср} устанавливают по графикам рис. 5.1. По прил.5,табл.П. 5.2 супесь легкая относится к III грунтов и при z_пp = 200см l_{пуч ср} = 6см.

в) Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна – III.

г) Определяется коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (Н_у)-К_УГВ, для III-типа местности по рис. 5.2. Определяющим фактором при этом является величина Н_у, которая определяется следующим образом:

- для случая влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых

Н_у = Н_г.в. + h_н – h_д.о. = 0,6 + 1,5 – 0,67 = 1,43м

- для случая влияние длительно стоящих поверхностных вод

Н_у = h_н – h_д.о. = 1,5 – 0,67 = 0,83м

Большее значение К_УГВ , а значит более неблагоприятное получаем при

Н_у = 0,83м, К_УГВ = 0,75.

д) Определяется коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя - К_пл (табл. 5.2), при К_упл = 0,98 К_пл = 1.

е) Определяется коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки - К_гр (табл. 5.3), для супесей К_гр = 1,1

и) Определяется коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое - К_нагр и зависящий от глубины промерзания - Z_пp (рис. 5.3), при Z_пp ≈ 2м для суглинка легкого К_нагр = 0,85.

к) Определяется коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта - К_вл (табл. 5.4), при W_p = 0.75 К_вл = 1.15.

л) Определяется расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна - l_пуч по (5.2)

l_пуч = l_{пуч ср}К_УГВ К_пл К_грК_нагрК_вл = 6∙0,75∙1∙1,1∙0,85∙1,15 = 4,84см,

м) Производится проверка условия (5.1) при l_доп = 4см, условие не выполняется.

н) Рассчитывается допустимая средняя величину морозного пучения l_{пуч.ср.доп} по формуле (5.5.):

l_{пуч.ср. доп} = l_доп/К_УГВ К_пл К_гр К_нагр К_вл = 4/0,75∙1∙1,1∙0,85∙1,15 =5,73см.

о) Определяется h_oд по графику рис. 5.1.в соответствии с группой грунта по степени пучинистости, h_oд = 72см, таким образом для обеспечения условия морозоустойчивости следует увеличить толщину дорожной одежды до 72см. Выполним это за счет песчаного слоя назначив его толщину h ₅ =25см.

Проектирование нежесткой дорожной одежды завершено.

 

 

Пример проектирования жесткой дорожной одежды

Исходные данные

Исходные данныеобщего назначения соответствуют принятым в примере для проектирования нежестких дорожных одежд (разд.10.1).

Дополнительные исходные данные:

1. Срок службы – 25лет.

Конструирование

Типовая конструкция жесткой дорожной одежды выбирается из рис.6.1 для III категории дороги

Рис.11.1. Поперечные разрез типовой дорожных одежд с цементобетонным покрытием

для дорог III категории: 1 - покрытие; 2 - основание; 3 - нижний слой основания; 4 - земляное полотно; 5 - выравнивающий слой; 6 - краевая укрепительная полоса; 7 - укрепленная часть обочины; 8 - неукрепленная часть обочины; 9 - откос Примечание. На схемах не указан продольный и поперечный водоотвод

 

В соответствии с рекомендациями разд.6.1 для покрытия класс бетона по прочности следует принимать в зависимости от вида покрытия, категории автомобильной дороги и интенсивности расчетной нагрузки, (ед./сут) по прил.1, табл.П.1.14. При однослойном покрытии, III категории дороги и интенсивности расчетной нагрузки N_p =1575 расчет.авт/сут. минимальный проектный класс по прочности на растяжение при изгибе B_tb = 4МПа. Модуль упругости бетона Е_б покрытия назначается по по прил.1, табл.П.1.15, принимая мелкозернистый бетон выбираем Е_б = 26500МПа. При расчете конструкции по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев расчетный модуль упругости бетонного покрытия назначают в зоне швов покрытия, согласно табл.3.7 Е_б.расч =1300МПа. Предварительную минимальную толщину покрытия принимается по табл.6.1, h ₁=20см.

В соответствии с рекомендациями разд.6.2 верхний слой основания предварительно принимаем из супеси легкой укрепленной цементом М40 с модулем упругости Е = 400 МПа (табл.П.1.10) толщиной h ₂=18см. Дополнительный слой основания проектируется из среднезернистого песка, h =20см с модулем упругости Е =120МПа (прил.2,табл. П.2.5), прочностные (сдвиговые) характеристики среднезернистого песка, с учетом SN_p = 3410853 расчетных автомобилей (прил.2: табл.П.2.6) С =0,002МПа и φ =22˚.

Для определения характеристик подстилающего грунта необходимо установить уровень надежности проектируемой дорожной одежды. Жесткие дорожные одежды рассчитывают с учетом уровня надежности К_н принимаемого в соответствии с табл.7.1, в зависимости интенсивности расчетной нагрузки N_p, для рассматриваемого примера К_н = 0,95.

Определение W _р выполняется в соответствии с прил.2. При суммарной толщине одежды до 0,75 м, W _р определяется по табл. П.2.1 в зависимости от дорожно-климатической зоны и подзоны (рис. П.2.2), схемы увлажнения земляного полотна и типа грунта по формуле

W_p = _таб ∙(1 + 0,1 t)

Для рассматриваемого примера ДКЗ II₆, схема увлажнения земляного полотна - 3, грунт- супесь легкая, получаем _таб= 0,67. Определение t производится по табл. П.4.2 Приложения 4 при К_Н =0,95 выбираем t = 1,71.

W_p = 0,67(1+0,1∙1,71)= 0,78 ≈ 0,8

По установленным W _р = 0,8 и SN_p = 3410853 расчетных автомобилейопределяются расчетные значения прочностных (сдвиговых С и φ) и деформационных (модули упругости Е_г) характеристик грунта рабочего слоя – супеси легкой. По прил.2: табл.П.2.4 - нормативные значения сдвиговых характеристик супеси легкой, С =0,003МПа и φ =12˚; табл.П.2.5 - нормативные значения модулей упругости супеси легкой Е_г =43МПа.

 

11.4 Расчет монолитных цементобетонных покрытий

Расчет проводят путем проверки прочности покрытия по условию (7.1)

К_пр^ТР ≤ R_ри /σ_рt,

где К_пр^ТР - требуемый коэффициент прочности, определяемой в зависимости от категории дороги по табл.7.1, для условий примера К _пр^ТР = 1; R_ри - расчетная прочность (сопротивление) бетона на растяжение при изгибе; σ_рt - напряжение растяжения при изгибе, определяемое по (7.4).

1) Определяется К_У^ТР - требуемый коэффициент усталости бетона при повторном нагружении, определяется по (7.3);

К_У^ТР = 1,08∙(∑ N_P)^{- 0,063},

где ∑ N_P - суммарное расчетное число приложения приведенной расчетной нагрузки за расчетный срок службы, для условий примера ∑ N_P = 3410853 расчетных автомобилей

К_У^ТР = 1,08∙(∑ N_P)^{- 0,063} = 1,08∙3410853^-0,063 = 0,42

2) Определяется R_ри -расчетное сопротивление бетона на растяжение при изгибе определяют по формуле (7.2)

R_ри = B_tb∙К _н.п∙ К_У ∙К_F,

где B_tb - класс бетона на растяжение при изгибе, для условий примера B_tb = 4МПа (см.разд.11.3); К _н.п - коэффициент набора прочности со временем, для условий примера К _н.п=1,2; К_F - коэффициент, учитывающий воздействие попеременного замораживания-оттаивания, К_F = 0,95.

R_ри = B_tb∙К _н.п∙ К_У ∙К_F = 4∙1,2∙0,42∙0,95 = 1.92МПа

3) Выбирается расчетная схема для определения толщины покрытия, для условий примера выбрана первая расчетная схема.

4) Определяется общий (эквивалентный) модуль упругости основания Е_общ, как многослойной конструкции, определяется путем последовательного приведения слоистой системы к двухслойной.

Модули упругости материалов слоев, слагающих основание определяются по прил. 1, табл. П.1.8…П.1.13, а грунтов по прил. 2,табл.П.2.5…П.2.6.

4.1) Первая двухслойная система- (супесь легкая + среднезернистый песок) формируется для определения Е_ЭП (рис.11.2) - на уровне дренирующего слоя песка:

 

Рис.11.2 Схема двухслойной системы для определения Е_ЭП

(заливкой выделен нижний слой)

Определение Е_ЭП производится в следующей последовательности:

- определяется h _эппо (7.8)

h _эп = 2∙ h₃[ 0,17∙ E₃ /Е_Э4)] ^0,3333= 2∙20∙(0,17∙120/43)^0,3333=31см;

- определяется Е_ЭП по (7.7) при D =50 см

Е_ЭП =Е₃ /[ 0,71(Е_Э4/E₃)^0,3333 ∙ arctg( 1,35∙ h _эп /D) + 0,64∙ E₃ / Е_Э4 ∙ arctg(D/ h _эп )] =

=120/[0,71∙(43/120)^0,3333 arctg (1,35∙31/50)+0.64∙120/43 arctg (50/31)]=55МПа.

4.2) Вторая двухслойная система- (нижний слой (супесь легкая + среднезернистый песок) + верхний слой (цементогрунт)) формируется для определения Е_Э2 (рис.11.3) – на уровне цементогрунта.

 

Рис.11.3 Схема двухслойной системы для определения Е_Э2

(заливкой выделен нижний слой)

Определение Е_ЭЦ производится в следующей последовательности:

- определяется h _эппо (7.8)

h _эц = 2∙ h₂[ 0,17∙ E₂ /Е_Э3)] ^0,3333= 2∙18∙(0,17∙400/55)^0,3333=38,6см;

- определяется Е_ЭЦ по (7.7) при D =50 см

Е_ЭЦ =Е₂ /[0,71(Е_Э3/E₂)^0,3333 ∙ arctg( 1,35∙ h _эц /D) + 0,64∙ E₂ / Е_Э3 ∙ arctg(D/ h _эц )] =

=400/[0,71(55/400)^0,3333 arctg (1,35∙38,6/50)+0.64∙400/55 arctg (50/38,6)] =88МПа.

5) Построение графика зависимости К_у=f(h). Значения К_у определяются по формуле (7.9)

К_у=(σ_рt ∙ К_пр)/(B_tb ∙ К _н.п∙ К_F).

Для построения графика следует заполнить табл.11.2. Входящие в табл.11.2 величины определяются в соответствии с формулами и таблицами разд.7.1: l _у по форм.(7.6), К_t по табл.(7.2), σ_рt по форм.(7.4). Другие величины входящие в указанные формулы, для условий примера, имеют следующие значения: Q_дн = Q_рс k_дн = 50∙1,3 = 65кН по (7.4*), R= [ Q_дн /(0,1∙ π ∙ p_ш)] ^0,5 = [65/(0.1∙3.14∙0.6)]^0.5 = 18,57смпо (7.5), K_M =1,5, K_усл =0,66, К_ШТ =1, К _пр^ТР = 1, B_tb = 4МПа, К _н.п=1,2, К_F = 0,95, Е_б = 26500МПа, Е_об.о = Е_ЭЦ = 361МПа, μ_б = 0,2, μ_о = 0,3

 

Таблица 11.2

Величины для построения графика зависимости К_у=f (h)

#G0Значение , см	l у,см	Kt	σрt, МПа	Ку
	72,46	0,85	2,11	0,46
	79,71	0,80	1,94	0,43
	86,95	0,73	1,86	0,41

 

В табл.11.2 приводятся значения величин зависящих от толщины покрытия h.

Рис.11.4 График Ку = f(h)

С помощью построенного графика определяется толщина покрытия соответствующую требуемому коэффициенту усталости К_У^ТР = 0,42 (см. разд.11.4 п.1) определенного по формуле (7.3). По рис.11.4 определяем

h = 22.5см ≈ 23см. Расчет цементобетонного покрытия завершен.

 

Общие положения

Дорожная одежда - часть автомобильной дороги, располагающаяся на земляном полотне, в пределах проезжей части рис. 1.1

Проезжая часть -часть автомобильной дороги, в пределах которой происходит движение автомобилей.

 

Дорожная одежда представляет слоистую (или многослойную) конструкцию из материалов, хорошо сопротивляющихся воздействию транспорта и погодно-климатическим факторов. В зависимости от места расположения и функционального назначения в дорожной одежде различают следующие конструктивные слои (рис. 1.2).

 

 

Дорожная одежда под воздействием колес автомобильного транспорта деформируется и разрушается рис.1.3, 1.4 [2].

Рис. 1.3. Схема деформирования и разрушения нежестких дорожных одежд под колесом автомобиля: 1 — чаша прогиба; 2 — зона сжатия одежды; 3 — зона растяжения; 4 —поверхность среза одежды; 5 — площадь передачи давления на грунт; 6 — уплотнение грунта в основании; 7 — направление сжатия грунта; 8 – сдвиг несвязных (дискретных) слоев основания и подстилающих слоев грунта; 9 — трещины от растяжения при изгибе в монолитных слоях; Δ — осадка дорожной одежды; D – диаметр принятого отпечатка от колеса на поверхности покрытия.

В настоящее время используются два признака классификации дорожных одежд: 1 - по механическим свойствам [5] (по сопротивлению нагрузкам от автотранспорта и по реакции на климатические воздействия [6]); 2 - по типу покрытий (по капитальности покрытий).

По первому признаку различают жесткие и нежесткие дорожные одежды. Жесткие дорожные одежды содержат цементобетонные покрытия и основания. Нежесткие дорожные одежды не содержат слоев из цементобетона.

По второму признаку различают следующие типы дорожных одежд - капитальные, облегченные, переходные и низшие.

В жестких дорожных одеждах между покрытием и основанием при необходимости укладывают выравнивающий слой из обработанных вяжущими зернистых материалов, который в качестве конструктивного слоя одежды не рассматривается и в расчетах не учитывается.

Проектирование дорожных одежд представляет собой единый процесс, состоящий из двух частей (этапов) конструирования и расчета.

 

Нежесткие дорожные одежды

2.Конструирование нежестких дорожных одежд

Конструирование выполняется с целью разработки или выбора из типовых (см. рис. П.1.1 Приложение 1) конструкции дорожной одежды. При этом должны быть установлены:

1. Тип дорожной одежд по капитальности (в зависимости от категории дороги см. табл.П.1.1 Приложение 1).

2. Материалы слоев и их характеристики (модули упругости материалов слоев и прочностные характеристики в зависимости от категории дороги и дорожно-климатической зоны, включая модули упругости и характеристики подстилающего грунтового слоя, см. Приложение 1).

3. Необходимость устройства дополнительных слоев основания (дренирующих и морозозащитных слоев).

4. Предварительные толщины слоев (табл.П.1.4 Приложение 1).

 

Различают следующие элементы дорожной одежды Рис.1.2. [1]:

Покрытие - верхняя часть дорожной одежды, воспринимающая усилия от колес транспортных средств и подвергающаяся непосредственному воздействию атмосферных факторов.

По поверхности покрытия могут быть устроены слои поверхностных обработок различного назначения (слои для повышения шероховатости, защитные слои и т.п.).

Основание - часть конструкции дорожной одежды, расположенная под покрытием и обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение напряжений в конструкции и снижение их величины в грунте рабочего слоя земляного полотна (подстилающем грунте), а также морозоустойчивость и осушение конструкции.

Следует различать несущую часть основания (несущее основание) и дополнительные слои основания. Несущая часть основания должна обеспечивать прочность дорожной одежды и быть морозоустойчивой.

Дополнительные слои основания - слои между несущим основанием и подстилающим грунтом, предусматриваемые при наличии неблагоприятных погодно-климатических и грунтово-гидрологических условий. Эти слои совместно с покрытием и основанием должны обеспечивать необходимые морозоустойчивость и дренирование конструкции и создавать условия для снижения толщины вышележащих слоев из дорогостоящих материалов. В соответствии с основной функцией, которую выполняет дополнительный слой, его называют морозозащитным, теплоизолирующим, дренирующим. К дополнительным слоям и прослойкам относят также гидро- и пароизолирующие, капилляропрерывающие, противозаиливающие и др. Дополнительные слои устраивают из песка и других местных материалов в естественном состоянии или укрепленных органическими, минеральными или комплексными вяжущими, из местных грунтов, обработанных вяжущими, из укрепленных смесей с добавками пористых заполнителей и т.д., а также из различного рода специальных индустриально выпускаемых материалов (геотекстиль, пенопласт, полимерная пленка и т.п.).

 

2.1 Конструирование слоев покрытий

Покрытия капитальных дорожных одежд

Верхние слои покрытия для капитальных нежестких дорожных одежд, как правило, являются асфальтобетонными.

Основной задачей, при конструировании пакета асфальтобетонных слоев, является оптимизация толщины верхнего слоя из плотного или высокоплотного асфальтобетона и сокращение числа слоев.

Вид, марку и тип асфальтобетона для покрытия назначают в соответствии с положениями действующих нормативов [10,11]. Типы дорожных одежд, основные виды покрытий и область их применения приведены в табл. П.1.1.(Приложение 1). Асфальтобетонные и дегтебетонные смеси и каменные материалы, обработанные органическими вяжущими, для покрытий должны применяться в соответствии с табл. П.1.2. (Приложение 1). Область применения асфальтобетонов при устройстве верхних слоев покрытий автомобильных дорог и городских улиц представлена в табл. П.1.3 (Приложение 1). Типовые конструкции представлены на рис. П.1.1. (Приложение 1).

Независимо от результатов расчета на прочность дорожной одежды толщины конструктивных слоев в уплотненном состоянии следует принимать не менее приведенных в табл.П.1.4(Приложение 1).

В процессе конструирования толщину отдельных слоев предварительно назначают в диапазоне от минимальной конструктивной толщины, регламентируемой действующими нормативами (табл.П.1.4), до практически принятых значений (например, в типовых проектах, рис. П.1.1) для данного региона.

Толщину слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее и укладываемых на верхний слой основания из материалов, укрепленных цементом, для ограничения появления «отраженных» трещин на покрытии нужно принимать, как правило, не менее толщины слоев, укрепленных цементом. При этом минимальная толщина слоев с органическими вяжущими должна быть для капитальных дорожных одежд не менее 18 см, для облегченных не менее 12 см.

В случае применения материалов, укрепленных комплексными вяжущими, а также медленно твердеющими гидравлическими вяжущими, толщина слоя может быть снижена на 20 %, а в условиях жарких и сухих районов IV-V дорожно-климатических зон - на 30 %.

Для повышения трещиностойкости покрытия могут быть предусмотрены специальные трещинопрерывающие прослойки, в том числе на основе геосеток и геотекстиля, использование модифицированных вяжущих в материале покрытия и другие специальные решения.