Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Автодороги arrow Методические указания Методические указания по расчету нежестких дорожных одежд. Учебное пособие  
20.02.2018
    
Методические указания Методические указания по расчету нежестких дорожных одежд. Учебное пособие

Московский Государственный
автомобильно-дорожный институт
(технический университет)

Иркутский региональный дорожный учебный Центр

А.П. Васильев, Ю.М. Яковлев, М.С. Коганзон, В.К. Пашкин

Методические указания
по расчету нежестких дорожных одежд

Учебное пособие

Рекомендуется

Учебно-методическим объединением

высших учебных заведений

Российской Федерации по

автотракторному и дорожному образованию

для межвузовского использования

Москва - Иркутск 1998

А.П. Васильев, Ю.М. Яковлев, М.С. Коганзон, В.К. Пашкин. Методические указания по расчету нежестких дорожных одежд. Учебное пособие / МАДИ (ТУ) - ИРДУЦ, Москва-Иркутск: 1998.

Учебное пособие посвящено вновь разработанной методике расчета нежестких дорожных одежд с учетом накопления остаточных деформаций, которая позволяет в большей степени, чем применяемая в настоящее время методика (Инструкция ВСН 46-83), согласовывать требования к прочности дорожных одежд с современными требованиями к их транспортно-эксплуатационному состоянию, особенно с их ровностью и обеспеченной скоростью движения автомобилей.

При разработке методики расчета авторы использовали работы д.т.н., проф. И.А. Золотаря; д.т.н., проф. В.Д. Казарновского; д.т.н., проф. А.В. Смирнова; д.т.н., проф. А.Я. Тулаева; к.т.н., доц. В.К. Апестина; к.т.н., проф. В.А. Давыдова; к.т.н. З.А. Мевлидинова; инж. С.Ю. Каныгиной; инж. М.Л. Попова; инж. А..А. Фролова, а также материалы инструкции ВСН 46-83.

Учебное пособие предназначено для слушателей образовательных учреждений повышения квалификации и студентов автомобильно-дорожных институтов и факультетов, а также может быть использовано инженерно-техническими работниками проектных организаций.

Рецензенты: Шабуров С.С.    - начальник Иркутского областного управления автомобильных дорог, академик РАТ;

Каганович В.Е. - профессор Сибирского автомобильно-дорожного института (СибАДИ)

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. К нежестким относят все дорожные одежды, не содержащие в конструктивных слоях цементобетон. Они могут включать слои из разного вида асфальтобетонов, материалов, укрепленных вяжущими (битумом, цементом, известью и др.), слабосвязанных зернистых материалов (щебня, шлака, гравия и др.).

В многослойных конструкциях различают следующие элементы дорожной одежды.

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

Основание - несущая прочная часть дорожной одежды, обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на расположенные ниже дополнительные слои или грунт земляного полотна.

Дополнительные слои основания - слои между основанием и подстилающим грунтом на участках с неблагоприятными погодно-климатическими и грунтово-гидрологическими условиями.

Активная зона земляного полотна соответствует глубине практического затухания нормальных и касательных напряжений от автомобильной нагрузки. В пределах этой зоны в основном происходит накопление остаточных деформаций, которое приводит к постепенному ухудшению ровности проезжей части.

Классификация по типам нежестких дорожных одежд приведена в табл. 1.1.

1.2. Расчетным периодом считают часть года, в течение которой наблюдается наибольшее снижение прочности дорожной одежды в данном году.

Таблица 1.1

Классификация по типам нежестких дорожных одежд

Типы дорожных одежд

Основные виды покрытий

Категория дорог

Капитальные

Асфальтобетонные I и II марок

I - IV

Облегченные

Асфальтобетонные III марки

III, IV и на первой стадии двухстадийного строительства дорог II категории

 

Из щебня, гравия, песка, обработанных вяжущими

IV и V

Переходные

Щебеночные и гравийные; из грунтов и местных малопрочных каменных материалов, обработанных вяжущими

IV, V и на первой стадии двухстадийного строительства дорог III категории

Низшие

Из грунтов, укрепленных или улучшенных добавками

V и на первой стадии двухстадийного строительства дорог IV категории

Расчетным годом считают такой год в течение срока службы дорожной одежды, расчетный период которого соответствует наибольшему снижению прочности дорожной одежды по сравнению с другими годами.

Проектирование дорожной одежды ведут для совокупности годовых расчетных периодов за срок службы дорожной одежды.

1.3. Расчетное состояние дорожной одежды непосредственно связано с требуемыми транспортно-эксплуатационными условиями, обеспечиваемыми этой одеждой.

Важнейшим показателем транспортно-эксплуатационных условий (состояния) является ровность дорожной одежды, которая существенно влияет на скорость движения, его безопасность и комфортность.

Ровность дорожной одежды в процессе ее эксплуатации постоянно меняется в сторону ее ухудшения в связи с накоплением остаточных деформаций. Основными факторами, влияющими на изменение ровности, являются прочность дорожной одежды и суммарный за срок службы размер движения.

Под воздействием движения и погодно-климатических факторов общая прочность дорожной одежды снижается в процессе эксплуатации, а также ухудшается ее ровность. От каждого приложения транспортной нагрузки прогиб дорожной одежды является практически упругим, но возникают очень малые по величине, часто не поддающиеся измерениям, остаточные деформации. В процессе многократного нагружения проездами автомобилей, особенно в расчетный период года, происходит накопление необратимых (остаточных) деформаций. Предельное состояние соответствует уровню ровности, ниже которого нормальная по скорости движения автомобилей эксплуатация дороги не обеспечивается.

Начальная прочность (начальное расчетное состояние) дорожной одежды должна быть такой, чтобы за нормативный срок службы дорожная одежда могла пропустить заданное движение и ее состояние в конце срока службы было не ниже предельного.

Таким образом, начальная прочность зависит от количества транспортных единиц, проходящих за срок службы, их нагрузочных характеристик и уровня предельного состояния.

Эксплуатационная прочность (эксплуатационное расчетное состояние) занимает промежуточное положение между начальной и предельной прочностью. Уровень эксплуатационного состояния можно поддерживать и регулировать за счет ремонтных мероприятий.

1.4. Расчетные состояния дорожной одежды (начальное, эксплуатационное, предельное), тесно связанные с требуемым транспортно-эксплуатационным их состоянием, исходя из технико-экономических соображений, зависят от категории дороги и условий ее эксплуатации (особенно состава движения).

1.5. Расчет дорожной одежды целесообразно осуществлять в следующем порядке:

1.5.1. Конструирование системы «дорожная одежда - земляное полотно» (см. раздел 2);

1.5.2. Определение общей толщины дорожной одежды, обеспечивающей ее морозоустойчивость;

1.5.3. Определение толщины дренирующего слоя;

1.5.4. Расчет толщины слоев дорожной одежды.

1.6. Для снижения вероятности появления «копирующих» трещин на покрытиях, построенных с применением вязкого битума (марка БНД), имеющих в основании слои из материалов, укрепленных цементом, в процессе конструирования и расчета толщину верхних слоев, содержащих органическое вяжущее, необходимо назначать не менее:

Категория дороги                                                       I         II       III - IV

Наименьшая толщина слоев из материалов,

содержащих органическое вяжущее, см                16      12          10

1.7. Для обеспечения прочности на растяжение при изгибе толщина слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее, должно быть не менее:

Общий расчетный модуль

упругости Еобщ.р, МПа

(см. п. 5.4.)                                      >300      250       220       180       125       <125

Толщина слоя с

органическим вяжущим, см              16        13         10          8           6           4 - 6

1.8. Расчет дорожной одежды производят на нагрузку с расчетным диаметром следа колеса D = 37 см и средним расчетным удельным давлением на покрытие p = 0,6 МПа.

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ «ДОРОЖНАЯ ОДЕЖДА - ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО»

2.1. Дорожная одежда и активная зона земляного полотна непосредственно связаны между собой в единой системе. Проектирование дорожной одежды ведут на основе конкретных грунтово-гидрологических условий, осуществляя в комплексе конструирование и расчет на прочность и на воздействие климатических условий, включая обеспечение необходимой морозоустойчивости и мероприятий по осушению.

В процессе конструирования осуществляют:

а) назначение типа покрытия, исходя из требований СНиП 2.05.02-85 и технико-экономических соображений;

б) установление числа слоев, их ориентировочной толщины и материалов, включая возможные варианты грунта земляного полотна;

в) рассмотрение возможности и целесообразности мероприятий, обеспечивающих повышение надежности дорожной одежды и снижение ее толщины за счет применения теплоизолирующих прослоек и дополнительного уплотнения земляного полотна.

2.2. Важным условием обеспечения экономичности дорожной одежды является применение в ее слоях местных материалов, которые в большинстве случаев являются малопрочными. В связи с этим в процессе конструирования дорожной одежды целесообразно рассматривать варианты укрепления местных материалов теми или иными вяжущими, а также варианты применения привозных более прочных материалов.

2.3. Прочность грунта земляного полотна имеет большое значение для общей прочности дорожной одежды. Одним из наиболее эффективных способов повышения прочности является дополнительное уплотнение грунта и снижение его влажности за счет повышения бровки земляного полотна и осушения или специальных мероприятий.

2.4. Конструирование дорожной одежды при проектировании реконструкции дорог включает:

а) анализ результатов диагностики существующей дорожной одежды;

б) выбор материалов для слоев усиления, которые по своим качественным показателям не должны быть ниже материала существующего покрытия;

в) выбор материала для уширения дорожной одежды с учетом обеспечения равнопрочности существующей дорожной одежды после ее усиления и полосы уширения, а также с учетом обеспечения водоотвода.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ ТОЛЩИНЫ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ЕЕ МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТЬ

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

3.2. 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 или слабопучинистых грунтов (табл. 3.1);

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

3.3. Основные мероприятия, способствующие обеспечению требуемой морозоустойчивости дорожной одежды и земляного полотна:

Таблица 3.1

Характеристики грунтов по вспучиванию при промерзании

Пучинистость грунта

Характеристика грунта

Тип местности по характеру увлажнения

Среднее относительное морозное пучение

Kпуч

при глубине промерзания 1,5 м, %

Группа грунта по степени пучинистости

Непучинистый

Песок гравелистый, крупный и средней крупности, с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 2 %

2 - 3

Менее 1 *

I

Песок гравелистый, крупный и средней крупности, с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 15 %, песок мелкий с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 2 %

1

Менее 1 *

I

Слабо-пучинистый

Песок гравелистый, крупный и средней крупности, с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 15 %, песок мелкий с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 2 %

2 - 3

1 - 2 *

II

Песок мелкий с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 15 %, супесь легкая и легкая крупная

1

1 - 2 *

II

Песок мелкий с содержанием частиц менее 0,05 мм меньше 15 %, супесь легкая крупная

2 - 3

2 - 4

III

Песок пылеватый, супесь пылеватая, суглинок легкий, тяжелый, тяжелый пылеватый, глины

1

2 - 4

III

Пучинистый

Супесь легкая, суглинки легкие и тяжелые, глины

2 - 3

4 - 7

IV

Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый

1

4 - 7

IV

Очень пучинистый

Песок пылеватый, супеси пылеватые, суглинок тяжелый пылеватый

2 - 3

7 - 10

V

Чрезмерно пучинистый

Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый

2 - 3

10 - 15

VI

* Относительное пучение щебенистых, гравелистых, дресвяных песков при содержании более 15 % частиц размером мельче 0,05 мм ориентировочно может быть принято как для пылеватого песка, но с проверкой данных в лаборатории.

3.3.1. Использование непучинистых или слабопучинистых грунтов (см. табл. 3.1) для сооружения верхней части земляного полотна, находящегося в зоне промерзания.

3.3.2. Обеспечение достаточного возвышения покрытия над уровнем грунтовых или поверхностных вод.

3.3.3. Устройство морозозащитных слоев из стабильных, не изменяющих своего объема при промерзании в увлажненном состоянии материалов, или теплоизоляционных слоев, задерживающих ход и снижающих глубину промерзания земляного полотна.

3.3.4 Применение специальных устройств, предохраняющих земляное полотно от неблагоприятного воздействия отрицательных температур воздуха.

3.3.5. Понижение уровня грунтовых вод.

3.3.6. Устройство капилляропрерывающих и водоизоляционных прослоек.

Оптимальное решение нужно принимать на основании технико-экономического сравнения вариантов отдельных или сочетания нескольких мероприятий.

3.4. Общая толщина дорожной одежды и непучинистых грунтов Z1, обеспечивающая морозоустойчивость конструкции (зимнее вспучивание в допустимых пределах), зависит от расчетной глубины промерзания грунта Z, климатического коэффициента a0, комплексной характеристики грунта В и расстояния Н до предзимнего уровня грунтовых вод.

3.5. Расчетные значения Z и Н следует определять в соответствии с ГОСТом и инструктивными указаниями с использованием многолетних данных наблюдения за изменением этих параметров в натурных условиях, сходных с условиями района строительства.

При отсутствии достоверных фактических данных о глубине промерзания Z за ее расчетную величину может быть принята глубина по карте на рис. 3.1. с введением поправки, которая дана в подрисуночной надписи. Климатический коэффициент a0, характеризующий скорость промерзания грунта, определяют по карте на рис. 3.2.

Комплексная характеристика грунта В, зависящая от влагопроводности грунта, полной его влагоемкости при требуемой плотности (за вычетом защемленного воздуха), а также от капиллярной влагоемкости может быть определена по табл. 3.2.

Рис. 3.1. Карта изолиний глубины промерзания Zср грунтов, см

1 - граница сплошного распространения вечномерзлых грунтов;

2 - то же, островного (глубиной до 25 м). По состоянию на 1992 г.

Поправка, добавляемая к Zср при определении глубины промерзания дороги:

Zср, см                   80      100       120       140       160       180      200      220      240

Поправка, см        30        40         50         57         63         68        72        75        77

3.6. Численные значения общей толщины дорожной одежды и непучинистых грунтов Z1 для различных случаев даны в Приложении 1. Величину Z1 определяют для характерных участков или групп участков дороги, сходных по грунтово-гидрологическим условиям, имеющих одинаковое покрытие, одну и ту же конструкцию земляного полотна, а также в равной мере обеспеченных местными строительными материалами.

Рис. 3.2. Карта изолиний климатического коэффициента a0, см2/сут.

Поз. 1 и 2 - см. на рис. 3.1. По состоянию на 1992 г.

Таблица 3.2

Характеристики грунтов для расчета толщины морозозащитного слоя

Грунты

Показатель В, см2/сут

Степень пучинистости в условиях 3-го типа местности по характеру увлажнения

Песок (непылеватый) с содержанием частиц мельче 0,05 мм в пределах 2 - 15 %, супесь легкая крупная

1,5 - 2,0

Слабопучинистые

Глины, суглинки легкие и тяжелые (непылеватые), супеси легкие

3,0 - 3,5

Пучинистые

Супеси пылеватые, суглинки тяжелые пылеватые, пески пылеватые

4,0 - 4,5

Сильнопучинистые

Супеси тяжелые пылеватые, суглинки легкие пылеватые

5,0

Чрезмерно пучинистые

3.7. Требования к морозозащитным (стабильным) и теплоизоляционным материалам.

3.7.1. Для устройства морозозащитных слоев нужно применять зернистые материалы, такие, как щебень, песчано-гравийные смеси, шлаки и непучинистые грунты I группы (см. табл. 3.1), характеризующиеся Кпуч < 1 %.

Материалы и грунты II группы (см. табл. 3.1) Кпуч = 1 - 2 % и коэффициентом фильтрации не менее 1 м/с, также могут быть использованы для устройства морозозащитных слоев. При этом толщина слоев из непучинистых грунтов и материалов должна быть увеличена на 20 %,

3.7.2. В районах, не обеспеченных кондиционными зернистыми материалами, следует шире применять для устройства морозозащитных слоев грунты, укрепленные вяжущими, и гидрофобизированные.

Грунты, укрепленные цементом, должны отвечать следующим требованиям: а) коэффициент морозного пучения не должен превышать 2 %; б) коэффициент морозостойкости не должен быть ниже 0,65 при температуре замораживания -5 °С.

Пределы прочности при сжатии Rсж и изгибе Rизг, стандартных лабораторных образцов из укрепленных цементом грунтов должны находиться в диапазоне, указанном в табл. 3.3.

3.7.3. Теплоизоляционные слои нужно устраивать из материалов с более эффективными теплозащитными свойствами, чем у грунтов и обычных дорожностроительных материалов.

Для теплоизоляции дорожной конструкции могут быть применены: а) полимерные материалы (пенопласты); б) легкие бетоны, в которых содержатся пористые заполнители (керамзит, аглопорит, гранулы полистирола, измельченный пенопласт); в) металлургические шлаки; г) золошлаковые смеси как обработанные цементом, битумом или битумной эмульсией, так и не обработанные; д) композиции из местных материалов или грунтов, легких заполнителей и вяжущих, приготовленные способом смешения в установке; е) битумоминеральные смеси - обычные и с легкими заполнителями. Перечисленные смеси и исходные материалы должны удовлетворять требованиям к дорожно-строительным материалам по соответствующим ГОСТам, СНиПам и инструкциям.

Таблица 3.3

Требования к грунтам, укрепленным цементом для морозозащитного слоя

Группа исходного грунта по степени пучинистости (см. табл. 3.1)

Пределы прочности укрепленного цементом грунта, МПа

Rсж

Rизг

II

0,7 - 1,0

0,1 - 0,2

III

1,0 - 1,5

0,2 - 0,3

IV

1,6 - 2,0

0,4 - 0,5

V, VI

> 2,0

> 0,5

3.7.4. В числе указанных в п. 3.7.3 материалов важное место занимают грунты, укрепленные вяжущим веществом, с добавкой легких (пористых) заполнителей. Коэффициент теплопроводности их не должен превышать 1,5 Вт/(мК); предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов в возрасте 28 и 7 суток - соответственно 1,0 - 2,0 и 0,6 - 1,5 МПа; предел прочности на растяжение при изгибе водонасыщенных образцов-балочек в возрасте 28 суток - 0,1 - 0,2 МПа; коэффициент морозного пучения - не более 1 %.

3.8. С учетом теплотехнических свойств эквивалентную толщину (по отношению к щебню из гранитных пород) слоев из стабильных материалов определяют по формуле

                                                Z1 = h1ε1 + h2ε2 + h3ε3 + …                                                (3.1)

где h1, h2, h3 - толщина слоев дорожной одежды из стабильных материалов; e1, e2, e3 - эквиваленты теплотехнических свойств материалов по отношению к уплотненному щебню (см. табл. 3.4.)

Расчет эквивалентной толщины Z, производят только в случае Ндо < Z1 (Ндо - общая толщина всех слоев дорожной одежды).

3.9. Морозозащитный слой из фильтрующих материалов обычно также служит элементом дренажной конструкции. Этот слой должен соответствовать требованиям к дренирующим слоям (см. раздел 4).

3.10. При наличии более подробных исходных данных о грунтово-гидрологических и климатических условиях эксплуатации дорожной одежды и земляного полотна, водных свойствах грунта (в том числе, о его коэффициенте влагопроводности для связных грунтов) и теплофизических характеристиках слоев дорожной одежды расчет дорожной конструкции на морозоустойчивость следует производить на основе вероятностного прогноза возможной величины морозного пучения.

Таблица 3.4

Теплотехнические характеристики материалов

№ п/п

Материал, грунт

Плотность, кг/м3

Коэффициент теплопроводности λ,

Вт/м×К

Удельная теплоемкость Суд 10-3,

Дж/кг×К

Эквивалент по гранитному щебню

1

2

3

4

5

6

1

Асфальтобетон горячий плотный

2400

1,40

1,65

1,15

То же, пористый

2300

1,25

1,65

1,22

То же, высокопористый, в том числе битумопесчаная смесь (ТУ 218 РСФСР 395-79)

2200 - 1900

1,10 - 1,00

1,50 - 1,25

1,30 - 1,36

2

Аглопоритовый щебень, обработанный вязким битумом

800

0,23

1,25

2,83

3

Керамзитовый гравий, обработанный вязким битумом

1100

0,64

1,15

'>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: