2.5. Дренирующие слои из прочных зернистых материалов со сравнительно узким диапазоном размеров частиц, например 5 - 20, 10 - 20 или 20 - 30 мм, особенно эффективны не в качестве дополнительных, а взамен слабофильтрующих слоев основания.
Фактический коэффициент фильтрации подобных смесей Kф может быть приближенно определен по формуле
(3)
где Kф.1 - коэффициент фильтрации при Д15-1 = 5 мм, по данным Седергрена Kф.1 = 2400 м/сут;
Д15-1, Д15-2 - диаметры отверстий сит, через которые проходит 15 % соответственно эталонного и фактического дренирующего материала.
Формула (3) действительна для смесей, удовлетворяющих следующим условиям однородности:
(4)
Д2 ≥ 2,5, (5)
где Д85 - диаметр отверстия сита, через которое проходит 85 % дренирующего материала, мм;
Д2 - максимальный размер частиц мелкой фракции, мм, составляющей 2 % массы.
Фактический коэффициент фильтрации высокопористого дренирующего материала следует проверять в процессе строительства на контрольных образцах, отбираемых после того, как материал уложен и уплотнен.
3. Расчет дренирующих слоев, работающих по принципу поглощения
3.1. Для определения толщины дренирующего слой следует сопоставить суммарный объем воды, поступающей в этот слой в расчетный период (весной), с объемом воды, который может разместиться в свободных порах упомянутого слоя без снижения прочности дорожной одежды. Это условие обеспечивается при соблюдении неравенства
h ≥ hзап + hнас, (6)
где h - толщина дренирующего слоя песчаного грунта, м;
hнас - толщина слоя, полностью насыщенного водой, м;
hзап - запасная толщина слоя с влажностью от оптимальной до полной капиллярной влагоемкости, м.
3.2. Толщину слоя hзап следует устанавливать при условии недопущения сдвига, в песке под действием транспортной нагрузки. Минимальное значение hзап зависит от капиллярных свойств материала: для крупных песков оно составляет 0,1 - 0,12 м, для песков средней крупности - 0,14 - 0,15 м и для мелких песков 0,18 - 0,2 м.
3.3. Количество воды, которое может поступить весной расчетного года в дренирующий слой, устраиваемый на всю ширину земляного полотна, следует определять по уравнению
Q = [(qIIIатм(пр.ч) + qотж(пр.ч) + qотж(р))b + (qIIIатм(об) + qотж(об)) · 2a - HIIIисп(отк) · 2S]l, (7)
где Q - количество воды, поступающей в дренирующий слой в весенний период, м3 на 1 м дороги; м
qIIIатм(пр.ч) - приток воды в дренирующий слой от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части в весенний период, м3 на 1 м2 проезжей части;
qIIIатм(об) - приток воды в дренирующий слой от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность обочин, и от стока воды с проезжей части на обочину в весенний период, м3 на 1 м2 обочины;
qотж(пр.ч) - объем воды, поступающей в дренирующий слой из лежащих под ним в пределах проезжей части грунтов при их осадке при оттаиваниих), м3 на 1 м2 проезжей части;
qотж(об) - объем воды, поступающей в дренирующий слой из лежащих под ним в пределах обочин грунтов при их осадкех) при оттаивании, м3 на 1 м2 обочин;
qотж(р) - объем воды, поступающей в дренирующий слой под действием динамической нагрузки, м3 на 1 м2 проезжей части;
HIIIисп(отк) - испарение воды из дренирующего слоя через откосы земляного полотна в весенний период, м3 на 1 м2 откоса;
S - протяженность дренирующего слоя по высоте откоса земляного полотна, м;
b, a - ширина соответственно проезжей части и обочины, м;
l - длина участка дороги, м, l = 1 м.
х) Осадка грунта происходит в том случае, когда имело место морозное пучение.
Величины притока и оттока (испарения) воды, входящие в формулу (7), следует вычислять по зависимостям, приведенным в «Методических рекомендациях по расчету водно-теплового режима для разработки оптимальной конструкции земляного полотна автомобильных дорог» и в «Методических рекомендациях по проектированию оптимальных конструкций земляного полотна автомобильных дорог на основе методов расчета и регулирования водно-теплового режима».
3.4. Количество воды, которое может разместиться в свободных порах дренирующего слоя при устройстве его на всю ширину земляного полотна, Qдоп (м3 на 1 м дороги) следует устанавливать по выражению
Qдоп = n[F(1 - φзим) - (b + 2a)hзапφк]l, (8)
где n - пористость песка в уплотненном состоянии, доли единицы;
F - площадь поперечного сечения дренирующего слоя, м2;
φзим - коэффициент заполнения водой пор дренирующего слоя перед началом расчетного периода;
φк - коэффициент заполнения пор капиллярной водой в запасной части дренирующего слоя.
Величины φзим и φк следует устанавливать согласно «Методическим рекомендациям» (см. п. 3.3).
4. Определение динамических значений прочностных и деформационных характеристик песка
4.1. Прочностные и деформационные характеристики песка следует устанавливать в зависимости от суммарного количества проходов расчетных автомобилей по одной полосе проезжей части весной, летом и осенью каждого года в течение всего периода между средними ремонтами и от расчетного состояния песчаных грунтов дренирующего слоя в эти периоды. Влияние кратковременных повторных нагрузок на прочностные и деформационные характеристики песчаного грунта зимой, когда грунт находится в мерзлом состоянии, можно не учитывать, так как оно незначительно.
4.2. Прочностные характеристики песчаного грунта следует устанавливать для двух частей дренирующего слоя: нижней, которая может находиться в водонасыщенном состоянии, и верхней (запасной), влажность которой не превышает полной капиллярной влагоемкости.
4.3. Прочностные и деформационные характеристики песчаного грунта следует устанавливать при требуемой СНиП II-Д.5-72 степени его уплотнения. Влажность песчаного грунта дренирующего слоя, работающего по принципу осушения, следует прогнозировать согласно «Методическим рекомендациям по осушению земляного полотна и оснований дорожных одежд в районах избыточного увлажнения и сезонного промерзания грунтов» (Союздорнии. М., 1974), а по принципу поглощения - в соответствии с «Методическими рекомендациями по проектированию оптимальных конструкций земляного полотна автомобильных дорог на основе методов расчета и регулирования водно-теплового режима» (Союздорнии. М., 1983).
4.4. При ориентировочных расчетах для дренирующего слоя из песчаного грунта, работающего по принципу осушения, можно принимать следующие значения влажности: в нижней части - полная влагоемкость весной (20 - 15 сут), оптимальная летом (180 - 210 сут), капиллярная влагоемкость осенью (30 - 25 сут) в условиях II и III дорожно-климатических зон; в верхней части (при минимальной его толщине) - капиллярная влагоемкость весной (20 - 15 сут) и оптимальная влажность в течение 210 - 235 сут для указанных зон.
Для дренирующего слоя, работающего по принципу поглощения, влажность равна: в нижней части - полной влагоемкости весной (60 - 50 сут), оптимальной влажности летом (140 - 170 сут), капиллярной влагоемкости осенью (35 - 30 сут) в условиях II и III дорожно-климатических зон; в верхней части (при минимальной его толщине) - капиллярной влагоемкости весной (60 - 50 сут), оптимальной влажности - летом (140 - 170 сут), капиллярной влагоемкости осенью (35 - 30 сут) для указанных зон.
4.5. Для установления прочностных и деформационных характеристик песчаного грунта необходимо испытывать образцы этого песка в приборе трехосного сжатия при статическом режиме нагружения и в условиях повторного воздействия нагрузки (см. прил. к настоящим «Методическим рекомендациям»). По данным этих испытаний устанавливают расчетные значения угла внутреннего трения, удельного сцепления и модуля упругости при количестве приложений нагрузки, равном ожидаемому суммарному количеству проходов автомобилей.
4.6. При ориентировочной оценке сдвигоустойчивости материала дренирующего слоя можно устанавливать значение угла внутреннего трения песчаного грунта по формуле
φN = φ(1 - αφlg N), (9)
где φN - расчетная величина угла внутреннего трения песчаного грунта в условиях динамического воздействия нагрузки от транспорта;
φ - статическая расчетная величина угла внутреннего трения песчаного грунта (табл. 3);
αφ - интенсивность снижения угла внутреннего трения песчаного грунта;
N - суммарное количество проходов автомобилей за расчетный период.
Величина αφ зависит от влажности и коэффициента фильтрации Kф (м/сут) грунта и определяется по формулам:
для песчаных грунтов при их полной влагоемкости
(10)
для песчаных грунтов при оптимальной влажности
(11)
Значения αφ при капиллярной влагоемкости грунта вычисляют как среднеарифметическое между соответствующими величинами αφ при оптимальной влажности грунта и его полной влагоемкости.
Таблица 3
|
Вид песка |
Содержание пылеватых и глинистых частиц, % |
Коэффициент фильтрации, м/сут |
φ, град |
С, МПа |
Е, МПа |
φN, град |
CN, МПа |
EN, МПа |
|
Крупный |
0 |
11,6 |
35 |
0,005 |
125 |
32 30 |
0,004 0,003 |
140 |
|
|
5 |
2,3 |
35 |
0,006 |
125 |
32 29 |
0,005 0,003 |
140 |
|
Средней крупности |
0 |
8,9 |
33 |
0,004 |
110 |
30 27 |
0,003 0,002 |
130 |
|
|
5 |
1,4 |
33 |
0,005 |
110 |
30 27 |
0,004 0,002 |
130 |
|
Мелкий |
0 |
6,4 |
32 |
0,003 |
100 |
29 26 |
0,003 0,002 |
120 |
|
|
5 |
0,8 |
32 |
0,005 0,004 |
100 |
29 25 |
0,004 0,003 |
120 |
|
|
8 |
0,25 |
32 31 |
0,007 0,006 |
100 |
29 24 |
0,005 0,002 |
120 |
Примечания: 1. Над чертой приведены значения характеристик грунта при оптимальной влажности, под чертой - при полной влагоемкости.
2. Значения характеристик грунта при капиллярной влагоемкости вычисляют как среднеарифметическое между соответствующими величинами при оптимальной влажности и полной влагоемкости.
3. Значения динамических характеристик соответствуют 100 тыс. приложений нагрузки.
Суммарное количество проходом автомобилей N определяют по формуле
N = NпрtTс.р, (12)
где Nпр - перспективная интенсивность движения расчетных автомобилей на проектируемой автомобильной дороге, авт./сут;
t - продолжительность расчетного периода влияния нагрузки от транспорта весной, летом и осенью, сут (табл. 4);
Tс.р - срок службы автомобильной дороги между средними ремонтами, годы.
Величину φN по формуле (9) определяют отдельно для каждого периода влияния нагрузки от транспорта. В расчет, как правило, вводят наименьшее значение φN.
Таблица 4
|
Принцип работы дренирующего слоя |
Продолжительность расчетного периода, сут |
||
|
|
tb |
tл |
tос |
|
Осушение |
20 15 |
180 210 |
30 25 |
|
Поглощение |
60 50 |
140 170 |
35 30 |
Примечание. Над чертой приведены данные для II дорожно-климатической зоны, под чертой - для III.
4.7. При ориентировочной оценке сдвигоустойчивости материала дренирующего слоя в расчет можно включить значения удельного сцепления по табл. 3.
5. Технико-экономическое обоснование проектных решений
5.1. Проектные решения следует обосновывать путем сравнения вариантов, равноценных как по морозоустойчивости, так и по прочности дорожной одежды.
Сумму приведенных затрат по каждому варианту за срок сравнения в общем случае определяют по формуле
(13)
где - приведенные затраты на строительство 1 км дороги;
, - приведенные затраты соответственно на капитальные и средние ремонты конструкций за срок сравнения вариантов;
- приведенные затраты на первичное приобретение подвижного состава;
- приведенные затраты, обусловленные удорожанием перевозок в период капитального ремонта;
- приведенная остаточная стоимость земляного полотна и дорожной одежды;
- приведенная остаточная стоимость подвижного состава;
- сумма приведенных ежегодных затрат на содержание и текущий ремонт 1 км дороги;
- приведенные транспортные расходы по перевозке пассажиров и грузов.
Определяемые по формуле (13) затраты представляют собой отнесенную к 1 км дороги сумму первоначальных и текущих затрат, приведенных к сопоставимому виду в соответствии с нормативом для приведения разновременных затрат Ен.п = 0,08. Этот норматив, используют при определении коэффициента приведения B по формуле
