3.7 Проектирование дорожных одежд

Дорожной одеждой называется конструкция проезжей части, выполненная в виде одного или нескольких слоев для создания ровной и прочной поверхности. Верхние слои дорожной одежды, в которых возникают значительные напряжения сжатия и сдвига от тяжелых автомобилей, устраиваются из материалов, обладающих достаточной прочностью при всех колебаниях температуры и влажности. В нижних слоях можно максимально использовать местные каменные материалы.

Расчет нежестких дорожных одежд при кратковременном действии нагрузки следует выполнять по трем критериям прочности: упругому прогибу всей конструкции, сопротивлению сдвигу в грунте и в слабосвязных слоях одежды, растяжению при изгибе слоев одежды из грунтов и каменных материалов, обработанных неорганическими вяжущими.

Расчет нежестких дорожных одежд на длительное действие нагрузки следует выполнять по сдвигу в грунте и в слабосвязных слоях одежды.

В данном проекте необходимо выполнить расчет по допустимому упругому прогибу всей конструкции.

Тип дорожного покрытия выбирается по категории в соответствии с [13, табл. 27].

Расчет выполняется согласно методики представленной в [19], в следующей последовательности:

1. Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы:

, (85)

гдеN_р – приведённая интенсивность на каждый год срока службы, авт./сут. Величина приведенной интенсивности на последний год срока службы N_p определяется по формуле:

, (86)

гдеf_пол – коэффициент, учитывающий число полос движения и распреде-ление движения по ним, определяемый по таблице 11 (при числе полос 4 и более f_пол=0,25);

Таблица 11 – Значение коэффициента, учитывающего число полос движения

Примечания:

– порядковый номер полосы считается справа по ходу движения в одном направлении;

– для расчета обочин принимают f_пол = 0,01;

– на многополосных дорогах допускается проектировать одежду переменной толщины по ширине проезжей части, рассчитав дорожную одежду в пределах различных полос в соответствии со значениями N_p, найденными по формуле (86);

– на перекрестках и подходах к ним (в местах перестройки потока автомобилей для выполнения левых поворотов и др.) при расчете одежды в пределах всех полос движения следует принимать f_пол = 0,50, если общее число полос проезжей части проектируемой дороги более трех.

n – общее число различных марок транспортных средств в составе транспортного потока;

N_m – число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m – й марки;

S_{m cум} – суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства т-й марки к расчетной нагрузке Q_расч, определяемый в соответствии с таблицей 12.

Таблица 12 – Суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства

T_рдг – рекомендуемое количество расчётных дней в году, соответ-ствующее определённому состоянию деформируемости конструкции (таблица 13, рисунок 13);

Таблица 13 – Рекомендуемые значения Т_рдг в зависимости от местоположения дороги

Продолжение таблицы 13

Примечания: значения величины Т_рдг на границах районов следует принимать по наибольшему из значений.

Рисунок 13 – Карта районирования по количеству расчетных дней в году, Т_рдг

K_n – коэффициент, учитывающий вероятность отклонений суммарного движения от среднего ожидаемого (таблица 14);

Таблица 14 – Значения коэффициента, учитывающего вероятность отклонений суммарного движения от среднего ожидаемого

K_c– коэффициент суммирования (таблица 15),

Таблица 15 – Значение коэффициента суммирования

или определяется по формуле:

, (87)

гдеТ_сл – расчетный срок службы конструкции (таблица 16);

q – показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам.

Таблица 16 – Рекомендуемый расчетный срок службы конструкции

2. Определение требуемого модуля упругости.

В соответствии с полученным значением суммарной приведенной интенсивности движения, категории и дорожной одежды определяем требуемый модуль упругости конструкции.

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба при условии:

, (88)

гдеЕ_об – общий расчетный модуль упругости конструкции, МПа;

Е_тiп – минимальный требуемый общий модуль упругости конструк-ции, МПа;

– требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности (таблица 17).

Величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции вычисляют по эмпирической формуле (формулой следует пользоваться при N_р > 410⁴):

, (89)

где с – эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки на ось 100 кН – 3,55; 110 кН – 3,25; 130 кН – 3,05.

Таблица 17 – Требуемые минимальные коэффициенты прочности при заданных уровнях надежности для расчета дорожных одежд по различным критериям прочности

Для дорог в 5 дорожно-климатической зоне требуемые модули, определенные по формуле (89), следует уменьшить на 15 %.

Независимо от результата, полученного по формуле (89), требуемый модуль упругости должен быть не менее указанного в таблице 18.

Таблица 18 – Требуемый модуль упругости

3. Конструирование дорожной одежды.

Используя полученное значение модуля упругости и дорожно-климатическую зону расположения автомобильной дороги, выбирается модуль упругости и вид подстилающего грунта (таблица 19).

Расчетные значения модулей упругости грунтов и материалов допускается принимать в соответствии с указаниями таблиц 19, 20, 21.

Таблица 19 – Нормативные значения модулей упругости грунтов

Таблица 20 – Щебеночные основания, устраиваемые методом заклинки, соответствующие ГОСТ 25607-94

Примечание: для слоя: в числителе – из легкоуплотняемого щебня; в знаменателе – из трудноуплотняемого щебня.

Таблица 21 – Конструктивные слои из смесей щебеночно-гравийно-песчаных, соответствующих ГОСТ 25607-94 и ГОСТ 3344-83

Значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, необходимо принимать во всех климатических зонах при температуре +10 °С по таблице 22.

Таблица 22 – Нормативные значения кратковременного модуля упругости асфальтобетонов различных составов (при расчете конструкции по допускаемому упругому прогибу и по условию сдвигоустойчивости)

Конструкцию дорожной одежды можно принять для соответствующего типа по рисунку 14.

Рисунок 14 – Примеры конструкций дорожных одежд:

а – цементобетонное покрытие; б – асфальтобетонное покрытие на гравийном основании; в – трехслойное асфальтобетонное покрытие на бетонном основании (применяется в городах); г – асфальтобетонное покрытие на основании из щебня, обработанного в установке органическими вяжущими, и грунта, укрепленного битумом и цементобетоном; д – асфальтобетонное покрытие на гравийном основании; е – покрытие из щебня, обработанного органическими вяжущими, на щебеночном основании; ж – покрытие из щебня, обработанного органическими вяжущими на основании из цементо-грунта; з – покрытие из щебня, обработанного органическим вяжущим, на щебеночном основании; и – покрытие из гравийной смеси, обработанной органически-ми вяжущими, на гравийном основании; к – покрытие из щебня, укрепленного 6 % цемента, на основании из щебня, укрепленного 4 % цемента; л – покрытие из грунта, обработанного неорганическими вяжущими материалами; м – щебеночное покрытие; н – гравийное покрытие; о – покрытие из гравия, обработанного малыми дозами вяжу-щих материалов; п – булыжная мостовая; р – покрытие из оптимальной грунтовой смеси; с – покрытие из грунта, укрепленного добавками щебня, гравия, шлаков;

1 – цементобетон; 2 – прослойка из песка, обработанного органичес-кими вяжущими материалами; 3 – щебеночный слой; 4 – дополнительный (морозозащитный, дренирующий) слой основания из песка, гравия, шлака или морозоустойчивых местных каменных материалов; толщина его назначается по расчету; 5 – среднезернистый, мелкозернистый или песчаный асфальтобетон; 6 – крупнозернистый пористый асфальтобетон; 7 – щебень, обработанный органическими вяжущими методом пропитки; 8 – гравийная смесь; 9 – щебень, обработанный органическими вяжущими материалами в установке; 10 – гравийная смесь с добавками щебня, обработанная вяжущими в установке; 11 – цементогрунт; 12 – щебеночное покрытие, обработанное органическими вяжущими методом пропитки с последующей поверхностной обработкой); 13 – щебень, укрепленный добавками цемента (верхний слой 6 %, нижний 4 %); 14 – грунт, укрепленный добавками неорганических вяжущих; 15 – гравийные покры-тия из некондиционных каменных материалов, укрепленных малыми дозами цемента. На покрытии двойная поверхностная обработка; 16 – бу-лыжная мостовая; 17 – грунт, укрепленный песчано-глинистыми добав-ками; 18 – грунт, укрепленный щебнем, шлаком, гравием или дресвой.

4. Расчет по допускаемому упругому прогибу ведется послойно, начиная с подстилающего грунта. Рекомендуется подсчет вести используя таблицу 23.

Таблица 23 – Расчет дорожной одежды нежесткого типа

В столбец 5 заносятся рассчитанные значения отношения , где D – диаметр расчетного отпечатка шины, который принимается равным для расчетной нагрузки на ось 100 кН – 37 см; 110 кН – 39 см; 130 кН – 42 см.

В столбец 8 заносятся рассчитанные значения отношения .

По итогам подсчета по данным столбца из номограммы (рисунок 15) выбирается Е_общ, после чего в столбце 7 производиться подсчет модуля упругости единого нижнего слоя .

Рисунок 15 – Номограмма для определения общего модуля упругости двухслойной системы, Е_общ

Конструктивные слои дорожной одежды должны быть представлены на листе графической части проекта с обозначениями и толщиной конструктивных слоев (рисунок 16).

Рисунок 16 – Конструктивные слои дорожных одежд:

1 – смесь асфальтобетонная горячая плотная с минеральным порошком марки III; 2 – щебеночная смесь, обработанная жидким битумом смешением на дороге; 3 – щебень фракционированный III класса проч-ности, уплотненный по способу заклинки; 4 – песок, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-93, крупный. Применяется как дренирующий и морозозащитный слой дорожной одежды