Указания по оценке прочности и расчету усиления нежестких дорожных одежд

При постоянной интенсивности движения автомобилей, временной параметр (У) находят по формуле:

У = 24,2 × lg(0,1 × t_i + 1). (4.6)

Для указанных случаев (формулы 4.5 и 4.6)

N₁ = N_ф. (4.7)

4.3. Для оценки прочности дорожной одежды при приемке дорог в эксплуатацию требуемый модуль упругости дорожной конструкции принимают равным:

Е_тр = Е_пр × , (4.8)

где Е_пр — проектный, расчетный модуль упругости дорожной одежды и земляного полотна, МПа;

Х_i — параметр, зависящий от допустимого процента деформированной поверхности покрытия (табл. 2.1 прил. 7).

4.4. При опенке прочности дорог, находящихся в эксплуатации, требуемые модули упругости рассчитывают по формулам раздела 4.2 при

t_i = Т_р ‑ t_ф, (4.9)

где Т_р — проектный, расчетный срок службы дорожной одежды, годы;

t_ф — фактический период эксплуатации от момента строительства или последнего ремонта дорожной одежды до момента обследования дороги, годы.

4.5. Если на момент обследования дороги оставшийся период эксплуатации составляет не более года (т.е. t_ф » Т_р) или < Е_тр, то необходимо выполнить усиление дорожной одежды. Слои усиления рассчитывают на оптимальную перспективу и надежность дорожной одежды. Для этого требуемый модуль упругости рассчитывают по формулам раздела 4.2 при

t_i = Т_о, (4.10)

где Т_о — нормативный срок службы дорожной одежды, годы.

Нормативный срок службы дорожной одежды и соответствующий ему нормативный уровень надежности конструкции принимают по табл. 7 прил. 7.

4.6. Если нормативный уровень надежности усиливаемой конструкции отличается от проектного уровня надежности обследованной дорожной одежды, то, прежде чем осуществлять расчет усиления, необходимо уточнить фактический модуль упругости существующей дорожной одежды. Для этого используют имеющиеся распределения и кумулятивные кривые прогибов на характерных участках дороги. Уточненный фактический прогиб конструкции l_ф определяют в соответствии с прил. 6 при новом уровне надежности, принятом для конструкции усиления. Последовательность остальных вычислений не отличается от принятой в п. 3.1.7 - 3.1.9.

4.7. Для случаев, когда не имеется данных о расчетных (проектных) сроках службы дорожной одежды, требуемые модули упругости дорожной конструкции определяют с использованием условия (4.10).

5. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

5.1. Конструирование и расчет слоев усиления дорожной одежды

5.1.1. Вопрос об усилении дорожной одежды рассматривается всегда, когда ее фактический модуль упругости , определенный в результате полевых испытаний, оказывается меньше требуемого по условиям движения Е_тр.

Решение вопроса о том, какое усиление следует производить, принимают в результате технико-экономического сравнения вариантов. Если на момент обследования > Е_тр, но ровность покрытия неудовлетворительная, осуществляют укладку выравнивающего слоя и устройство поверхностной обработки.

5.1.2. Тип покрытия при назначении слоев усиления выбирают с учетом перспективной интенсивности движения автомобилей (см. табл. 7 прил. 7).

Верхний слой усиления по своему типу должен бить не ниже существующего покрытия. Например, при существующем асфальтобетонном покрытии верхний слой усиления также должен быть асфальтобетонным.

В тех или иных конкретных условиях на основании экономических соображений, требований безопасности и комфортабельности движения вместо усовершенствованных облегченных или переходных покрытий могут быть назначены более совершенные покрытия. Материал покрытия должен обеспечивать необходимую его шероховатость и устойчивость от сдвигов, наплывов и волн при высоких температурах.

5.1.3. Толщина слоев усиления по условиям их надлежащего формирования и нормальной работы в процессе эксплуатации не должна быть меньше величин, указанных в табл. 5.1.

Во всех случаях толщина слоя должна в 1,5 раза превышать размер наиболее крупных частиц каменного материала, из которого изготовлен данный слой.

Таблица 5.1

Материал слоев усиления

Толщина, см

Материал слоев усиления

Толщина, см

Асфальтобетон:

Щебеночные и гравийные

8

крупнозернистый

6 ¾ 7

материалы, обработанные

мелкозернистый

3 ¾ 5

цементом на твердом основании

песчаный

3 ¾ 4

холодный

3

Щебеночные и гравийные материалы, обработанные органическим вяжущим в установке и смешением на дороге

5

Грунты, обработанные органическим вяжущим способом смешения на дороге

6

Щебень, обработанный органическим вяжущим способом пропитки

8

Щебеночные или гравийные материалы, не обработанные вяжущим, на:

щебне

8

гравийном материале

10

песчаном основании

15

Примечание. Большие из значений толщин асфальтобетонных покрытий даны для дорог I ¾ II категорий, а меньшие ¾ для дорог III ¾ IV категорий.

5.1.4. Слои усиления на проезжей части автомобильных дорог в соответствии с Инструкцией ВСН 46-83 Минтрансстроя СССР рассчитывают на кратковременное многократное действие подвижных нагрузок (продолжительность действия нагрузок принимается равной 0,1 с). Усиление одежд на остановках транспортных средств рассчитывают также на многократное кратковременное действие нагрузок, а также на однократное продолжительное действие (не менее 10 мин). Усиление одежд на стоянках ведут из расчета длительного статического нагружения (более 10 мин).

5.1.5. Расчет толщины слоев усиления ведут по обратимому прогибу, рассматривая дорожную одежду как линейно-деформируемую систему. Для практических целей следует пользоваться номограммой рис. 2 прил. 7.

При использовании номограммы сначала назначают (по прил. 7) модули упругости слоев усиления Е₁, затем рассчитывают соотношения /Е₁ и Е_тр/Е₁. Откладывают полученное соотношение /Е₁ на оси ординат, проводят горизонталь до пересечения с наклонной линией, характеризуемой соотношением Е_тр/Е₁. Из точки пересечения опускают вертикаль до пересечения с осью абсцисс, где читают соотношение Х = h/D. Используя расчетный диаметр следа колеса из табл. 1 прил. 5. находят искомую толщину слоя усиления:

Х = h × D. (5.1)

5.1.6. Если по расчету необходимо однослойное усиление и толщина слоя усиления меньше его величины, указанной в табл. 5.1, но больше половины этой величины, то следует принять толщину слоя усиления по табл. 5.1 или рассмотреть вариант укладки материала, позволяющего делать более тонкие слои. Например, вместо гравия, обработанного органическим вяжущим, следует укладывать холодную асфальтобетонную смесь. Оба варианта должны быть сопоставлены с учетом экономических и технологических соображений.

Если по расчету толщина слоя усиления из материала, обработанного органическим вяжущим, получилась менее половины величины, указанной в табл. 5.1, то достаточно провести после соответствующего ямочного ремонта поверхностную обработку существующего покрытия.

5.1.7. При проектировании усиления дорожной одежды капитального, облегченного или переходного типа, находящейся в неудовлетворительном состоянии по ровности, минимальную толщину слоя усиления из материала, содержащего органическое вяжущее, назначают с учетом перспективной интенсивности движения на полосу N_t, приведенной к расчетным нагрузкам (величину N_t определяют в соответствии с табл. 6 прил. 7):

Таблица 5.2

N_t, авт/сут

100

200

500

1000

2000

5000

>5000

h, см

7

8

10

12

13

15

17

В случаях, если полученная расчетом толщина слоя усиления больше, укапанной в табл. 5.2, нижнюю часть его следует предусматривать из менее прочного и дорогостоящего материала, чем асфальтобетон (см. табл. 5.3). Расчет дополнительного слоя осуществляют по номограммам прил. 7.

Таблица 5.3

Материалы, рекомендуемые для нижней части слоя усиления

Существующее покрытие

гравий

щебень

грунт, укреплен­ный вянущим

гравий или щебень, укрепленный вяжущим

гравий или щебень с гранулированным шлаком

Гравийное, не обработанное вяжущим

+

+

‑

+

+

Щебеночное, не обработанное вяжущим, булыжная мостовая, мостовая из брусчатки и моза­ики

‑

+

+

+

Цементогрунтовое с поверхнос­тной обработкой и без нее

‑

‑

+

+

+

Из гравийных и щебеночных смесей, обработанных органиче­ским вяжущим, асфальтобетон

‑

‑

‑

+

+

Если толщина нижнего слоя, не содержащего органическое вяжущее, меньше, предусмотренного в табл. 5.1, то этот слой должен быть заменен за счет утолщения вышележащего слоя, содержащего органическое вяжущее.

В случае применения в нижнем слое усиления грунта, гравия или щебня, укрепленных неорганическими вяжущими (цементом и др.), во избежание появления большого количества трещин на покрытии, построенном с использованием органического вязнущего, оно должно иметь толщину не менее 12 см. Если при этом по расчету толщина верхних слоев меньше 12 см, то материал, укрепленный неорганическим вяжущим, необходимо заменить материалом верхних слоев путем их соответствующего утолщения.

Материалы, не обработанные вяжущим, можно укладывать в нижнюю часть слоев усиления только в том случае, если под ними расположены слои из водопроницаемого материала (гравия, щебня). В противном случае в этих слоях, оказавшихся между водонепроницаемыми материалами, произойдет влагонакопление, что ускорит их разрушение при промерзании и потерю прочности в расчетный период. Исключение может составить V дорожно-климатическая зона при соответствующей проверке на опытных участках.

5.2. Ограничение движения автомобилей на дорогах в период наибольшего ослабления дорожных конструкций

5.2.1. Ограничение движения транспортных средств всегда требуется на участках автомобильных дорог с недостаточной прочностью дорожной одежды ( < Е_тр) в случаях: когда по технико-экономическим соображениям устройство слоев усиления не является эффективным мероприятием или когда не имеется возможностей для усиления конструкций в год проведения полевых испытаний.

5.2.2. Движение ограничивается из условия обеспечения работоспособности конструкции в пределах расчетного срока службы дорожной одежды или до планируемого начала производства работ по ее усилению. В данных случаях движение следует ограничивать ежегодно в период наибольшего ослабления дорожной конструкции.

5.2.3. Допустимую интенсивность движения расчетных нагрузок в первый год после проведения полевых испытаний рассчитывают по следующей формуле (для наиболее вероятного закона роста интенсивности движения):

, (5.2)

где x — коэффициент, зависящий от типа существующей дорожной одежды (для капитальных одежд x = 8,34; для облегченных — x = 6,77; для переходных — x = 5,84);

— интенсивность движения расчетных автомобилей на последний год эксплуатации дорожной конструкции с требуемым модулем упругости Е_тр = , авт/сут;

q — показатель роста интенсивности движения на дороге, определяемый в соответствии с прил. 9;

t — время до планируемого начала работ по усилению дорожной одежды или время в пределах оставшегося периода эксплуатации дорожной одежды до ремонта Т_р = t_ф (см. формулу 4.9). Формула (5.2) справедлива при q > 1 и значениях:

5 авт./сут £ £ 10000 авт/сут.

При меньших значениях необходимо немедленное усиление конструкций или полное закрытие движения на дороге.

Для определения используют формулы (4.1) и (4.2), принимая:

Е_тр = ; ; (5.3)

t_i = 15 лет, 10 лет и 8 лет соответственно для капитальных, облегченных и переходных дорожных одежд.

5.2.4. Допустимая интенсивность движения сопоставляется с фактической интенсивностью расчетного движения в рассматриваемый год после полевых испытаний. Принимая во внимание точность назначения контрольных точек и точность приведения нагрузок при различных состояниях дорожных конструкций, изменение фактической, приведенной к расчетным нагрузкам интенсивности движения учитывается в соответствии с формулой

, (5.4)

где N_j — фактическая приведенная интенсивность движения на полосу в рассматриваемый год после полевых испытаний;

t_j — рассматриваемый год. Принимает значения от 1 (первый год после полевых испытаний) до t (см. формулу 5.2).

Величину N_ф рассчитывают по формуле (3.5).

5.2.5. Допустимую интенсивность движения расчетной нагрузки в любой год эксплуатации после проведения полевых испытаний определяют по формуле:

, (5.5)

где t_j = 1; 2; 3...... t

Например, в первый год после полевых испытаний (t_j = 1) (cм. формулу 5.2).

5.2.6. Ограничение фактического движения автомобилей осуществляют подбором по формуле (5.4), исключая из состава движения различные транспортные средства. Расчеты прекращаются, когда N_j = . Следует отметить, что задача в принципе не имеет однозначного решения, поскольку в зависимости от конкретных условий на дороге возможно ограничивать движение различных грузовых автомобилей. С целью получения наибольшего эффекта рекомендуется прежде всего исключать из состава движения на дороге тяжелые транспортные средства, оказывающие наиболее разрушающее действие на дорожную одежду.

Пример. Рассчитываем состав движения, необходимый на дороге в первый год полевых испытаний дорожных одежд капитального типа.

Имеем фактическую интенсивность движения транспортного потока на полосу в год полевых испытаний N = 3500 авт/сут.

В составе движения 20 % автомобилей типа МАЗ-500, 30 % — типа ЗИЛ-130 и 20 % — типа ГАЗ-53. Остальные — легковые автомобили.

Допускаемая интенсивность движения расчетных нагрузок в первый год после полевых испытаний (рассчитывается по формуле 5.2) = 900 авт/сут; q = 1,1. Коэффициенты приведения (см. прил. 5): a_МАЗ = 1; a_ЗИЛ = 0,23; a_ГАЗ = 0,02.

Рассчитываем фактическую приведенную интенсивность движения в первый год после полевых испытаний по формуле (5.4):

N_j = N₁ = 3500 × (1 × 0,2 + 0,23 × 0,3 + 0,02 × 0,2) × 1,1 =

= 3500 × (0,2 + 0,069 + 0,004) × 1,1 = 1051 авт/сут,

т.е. N₁ = 1051 > = 900 авт/сут.

Уберем из состава движения автомобили МАЗ-500, тогда:

N_j' = 3500 × (0,069 + 0,004) × 1,1 = 281 авт/сут < = 900 авт/сут.

Следовательно, на дороге целесообразно ограничить только часть автомобилей МАЗ-500.

Расчеты показывают, что для обеспечения равенства N_j' = достаточно в составе движения оставить 16 % автомобилей МАЗ-500. Для определения начала ограничения движения осуществляют испытания одежд на контрольных точках соответствующего участка дороги в соответствии с п. 2.4.9. Ограничение движения осуществляют в момент, когда Е_i £ Е_т (значение величины Е_т определяют по формуле 3.4). Ограничение движения снимают, когда Е_i > Е_т.

5.3. Особый случай улучшения состояния дорожных конструкций

5.3.1. Возможны случаи, когда по тем или иным причинам не удается усилить дорожную конструкцию в год проведения ее испытаний. В таких случаях значения фактических модулей упругости Е_ф дорожной конструкции, полученных в результате испытаний, должны быть пересчитаны с учетом их снижения в процессе службы дороги до момента работ по усилению.

5.3.2. В соответствии с разделом 5.2 на участках с недостаточной прочностью дорожных конструкций в случае возникновения задержек с проведением работ по усилению конструкций должно быть предусмотрено ограничение движения транспортных средств из условия обеспечения необходимой работоспособности конструкций в пределах расчетного срока службы.