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

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 Е_общ.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

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 Z_ср грунтов, см

1 - граница сплошного распространения вечномерзлых грунтов;

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

Поправка, добавляемая к Z_ср при определении глубины промерзания дороги:

Z_ср, 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

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 К_пуч < 1 %.

Материалы и грунты II группы (см. табл. 3.1) К_пуч = 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 R_сж и изгибе R_изг, 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

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_1э, производят только в случае Н_до < Z₁ (Н_до - 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

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ДРЕНИРУЮЩЕГО СЛОЯ

4.1. Дренирующие слои и водоотводящие устройства необходимы на участках дорог с земляным полотном из слабофильтрующих грунтов (пылеватых песков, пылеватых и тяжелых супесей, суглинков и глин) при традиционной дорожной одежде из зернистых материалов, в I и II дорожно-климатических зонах при всех типах местности по характеру и степени увлажнения, в III зоне - только при 2-м и 3-м типах местности, в IV и V зонах - только в 3-м типе местности.

4.2. Для строительства дренирующих слоев следует использовать зернистые материалы (щебень, гравий, песок, шлак и др.), отвечающие требованиям ГОСТа. При содержании частиц мельче 0,15 мм не более 5 % (по массе), а пылевидных, глинистых и илистых частиц, определяемых отмучиванием, в количестве, указанном в ГОСТе «Песок для строительных работ», материал пригоден для строительства дренирующего слоя.

4.3. При коэффициенте фильтрации материала, равном 1 - 2 м/сут, его целесообразно применять на участках, где наряду с дренированием требуется морозозащитный слой значительной толщины, устраиваемый на всю ширину земляного полотна, а также при 1-м типе местности.

Для строительства дренирующего слоя в насыпях только на ширину проезжей части и в выемках, особенно при 3-м типе местности, следует использовать материалы, имеющие коэффициент фильтрации более 2 м/сут.

4.4. Для продольных и поперечных дрен применяют керамические, асбоцементные (перфорированные или с пропилами) и пластмассовые трубы, а также трубофильтры диаметром 50 - 100 мм. Трубофильтры следует применять при неагрессивных к бетону грунтовых водах. Диаметр дренажных труб должен быть при глубине промерзания до 0,8 м не менее 50 мм, при более глубоком промерзании - не менее 80 мм. Полиэтиленовые трубы должны быть для жесткости гофрированными. В целях предотвращения заиливания вокруг труб необходима фильтрующая обсыпка или обмотка нетканным материалом (дорнит и др.).

4.5. Толщину дренирующего слоя следует назначать в соответствии с табл. 4.1. и с учетом п. 4.6.

Таблица 4.1

Толщина дренирующего слоя

4.6. Толщина дренирующего слоя, указанная в табл. 4.1, соответствует коэффициенту фильтрации 2 м/сут при укладке слоя на всю ширину проезжей части и длине пути фильтрации 7 м.

Длину пути фильтрации L_ф определяют как расстояние по низу дренирующего слоя от оси проезжей части (при двухскатном поперечном профиле) или от противоположной кромки проезжей части (при односкатном профиле) до выхода дренирующего слоя на откосе либо до дренажной трубы.

При уменьшении L_ф (по сравнению с L_ф = 7 м) на каждый метр ее снижения толщину дренирующего слоя уменьшают на 5 см, но не ниже толщины 20 см. При увеличении L_ф на каждый метр ее возрастания толщину увеличивают на 5 см.

При коэффициенте фильтрации k_ф = 1 м/сут толщину дренирующего слоя увеличивают на 10 см; при k_ф = 3 м/сут и более толщину уменьшают на 10 см, но не менее 20 см. Для промежуточных значений k_ф нужно применять линейную интерполяцию.

При укладке дренирующего слоя в пределах проезжей части без трубчатых дрен толщина дренирующего слоя должна быть увеличена на 10 см.

В I дорожно-климатической зоне толщину дренирующего слоя следует увеличивать на 20 см.

5. РАСЧЕТ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ

5.1. Определение суммарного количества проходов автомобилей по типам за срок службы дорожной одежды N_ci:

                                                  N_ci = N_li ∙ K_c ∙ T_рдн ∙ K_пу,                                                                                           (5.1)

где N_li - ожидаемая суточная интенсивность движения автомобилей i-го типа (по табл. 5.1) в первый год службы дороги, авт/сут; K_с - коэффициент суммирования, зависящий от срока службы дорожной одежды Т_сл (годы) и показателя изменения интенсивности движения данного типа автомобилей по годам q_i (табл. 5.2); Т_рдн - количество расчетных дней в году, учитывающее различные условия накопления остаточных деформаций в разные периоды года и зависящее от дорожно-климатических условий, сут (табл. 5.3); К_пу - коэффициент поперечной установки автомобиля, который учитывает неточное попадание последовательно движущихся автомобилей в один след, что несколько снижает активность воздействия автомобильной нагрузки (в среднем K_пу ~ 0,7).

5.2. Вычисление общего суммарного количества проходов автомобилей, приведенных к расчетной нагрузке, за срок службы дорожной одежды N_рс:

                                               ,                                                    (5.2)

где f_пол - коэффициент, учитывающий распределение автомобилей по полосам движения (см. табл. 5.5); S_ic - суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства i-того типа к расчетной нагрузке с учетом воздействия всех осей соответствующих автомобилей (см. табл. 5.1); n - число типов автомобилей; K_и - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (см. табл. 5.6).

Таблица 5.1

Типы автомобилей и коэффициенты приведения к расчетной нагрузке S_ic

Основные характеристики расчетной нагрузки даны в п. 1.8.

Таблица 5.2

Значения коэффициентов суммирования K_с

Таблица 5.3

Количество расчетных дней в году

Таблица 5.4

Срок службы дорожной одежды

Таблица 5.5

Значения коэффициента распределения автомобилей по полосам f_пол

Таблица 5.6

Величины коэффициента К_н вероятности отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого

5.3. Значение требуемого модуля упругости Е_тр дорожной одежды, при котором накопленная остаточная деформация будет находиться в допустимых пределах, определяют по табл. 5.7.

Таблица 5.7

Значения требуемого модуля упругости Е_тр дорожной одежды

5.4. В процессе расчета дорожной одежды, осуществляемого послойно с применением номограммы, приведенной на рис. 5.1, толщины слоев принимают не менее указанных в табл. 30 СНиП 2.05.02-85

5.5. Номограмма (см. рис. 5.1) позволяет производить расчет общего модуля упругости на поверхности каждого слоя при известном модуле упругости этого слоя, его толщине и общем модуле упругости на поверхности слоя, лежащего ниже данного слоя.

При известных модулях упругости на поверхности данного слоя и на поверхности нижележащего слоя, а также модуле упругости материала этого слоя можно определить толщину указанного слоя.

Наконец, при известных модуле упругости на поверхности слоя, модуле упругости материала этого слоя и его толщине можно определить общий модуль упругости на поверхности нижележащего слоя.

5.6. При известных расчетном модуле упругости грунта (см. Приложение 2), толщине дополнительного (дренирующего) слоя основания (см. раздел 4) и модуле упругости его материала (см. Приложение 3) по номограмме на рис. 5.1 определяют общий модуль упругости на поверхности дополнительного слоя.

Назначив толщину асфальтобетонных слоев в соответствии с п.п. 1.6, 1.7 и 5.4 при известных модулях упругости этих слоев (см. Приложение 3) и общем расчетном модуле упругости на поверхности дорожной одежды Е_общ.р = Е_тр (см. п. 5.3), определяют по номограмме на рис. 5.1 общий модуль упругости на поверхности основания.

Исходя из модулей упругости слоев принятого, или намеченного по вариантам основания (см. Приложение 3), при известных общих модулях упругости на поверхности основания и на поверхности дополнительного слоя основания, определяют толщину основания. При этом толщина одежды должна быть не менее определенной в соответствии с разделом 3.

Рис. 5.1

Номограмма для послойного расчета дорожной одежды

Е_в - модуль упругости верхнего слоя;

Е_н - общий модуль упругости на поверхности нижележащих слоев;

D - диаметр крута, равновеликого отпечатку колеса расчетного автомобиля.

Цифры на кривых соответствуют отношению общего модуля упругости двухслойной системы к модулю упругости верхнего слоя Е_общ/Е_в.

Приложение 1

ОБЩАЯ ТОЛЩИНА ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ И НЕПУЧИНИСТЫХ ГРУНТОВ Z₁, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТЬ КОНСТРУКЦИИ

П.1.1. Все обозначения, принятые в табл. П.1.1. - П.1.9., расшифрованы в разделе 3 основного текста. Пользуясь этими таблицами, величины Z_ср и Z определяют с помощью рис 3.1. Для определения значения В используют табл. 3.2. Значение a₀ устанавливают по рис. 3.2.

П.1.2. Для величин В и a₀, которые не включены в соответствующие таблицы, значение Z₁ = 0. Например, для случаев, предусмотренных табл. П.1.1, при характеристике грунта В = 3 см²/сут (см. табл. 3.2) и климатическом коэффициенте a₀ = 100 см²/сут при любой глубине промерзания Z_ср (Z) величина Z₁ = 0.

П.1.3. Для промежуточных значений В, a₀ и Z_ср (Z) общую толщину дорожной одежды и непучинистых грунтов определяют путем линейной интерполяции, при этом допускается округление величин В - до 0,5 см²/сут; a₀ -до 25 см²/сут; Z_ср - до 10 см. Например, для случаев предусмотренных в табл. П.1.3. при Z_ср = 150 см (Z = 210 см), В = 3,5 см²/сут; a₀ = 125 см²/сут определение Z₁ осуществляют следующим образом. Находим при Z_ср = 140 см (Z = 197 см), В = 3 см²/сут и a₀ = 125 см²/сут величину Z₁ = 20 см. При Z_ср = 160 см (Z = 223 см), В = 3 см²/сут и a₀ = 125 см²/сут величина Z₁ = 25 см. При Z_ср = 150 см (Z = 210 см), В = 3 см²/сут и a₀ = 125 см²/сут величина Z₁ = 23 см. Аналогично при Z_ср = 150 см, В = 4 см²/сут и a₀ = 125 см²/сут величина Z₁ = 46 см. Тогда при Z_ср = 150 см, В = 3,5 см²/сут и a₀ = 125 см²/сут величина Z = 35 см.

П.1.4. Для промежуточных значений Z/Н применяют линейную итерполяцию для величин Z₁, полученных по двум таблицам, одна из которых соответствует Z/Н меньшему данной величины, а другая большему значению Z/Н. При этом допустимо округление Z/Н до 0,1. Например, при покрытии из асфальтобетона I и II марки и Z/Н = 0,7 интерполируем значения Z₁ по табл. П.1.3 и П.1.2.

Таблица П.1.1

Общая толщина дорожной одежды и непучинистых грунтов Z₁ обеспечивающая морозоустойчивость конструкции при покрытии из асфальтобетона I и II марки и Z/Н = 0,5 (Z - расчетная глубина промерзания, см; Н - расчетная глубина залегания уровня грунтовых вод).

Таблица П.1.2

То же, что в таблице П.1.1, но при Z/Н = 0,6

Таблица П.1.3

То же, что в таблице П.1.1, но при Z/Н = 0,8

Таблица П.1.4

То же, что в таблице П.1.1, но при Z/Н  1

Продолжение табл. П.1.4

Таблица П.1.5

Общая толщина дорожной одежды и непучинистых грунтов Z₁, обеспечивающая морозоустойчивость конструкции при покрытии из асфальтобетона III марки, щебеночных и гравийных материалов, обработанных органическим вяжущим и Z/Н = 0,6 (2 - расчетная глубина промерзания, см; Н - расчетная глубина залегания уровня грунтовых вод).

Таблица П.1.6

То же, что в таблице П.1.5, но при Z/H = 0,8

Таблица П.1.7

То же, что в таблице П.1.5, но при Z/Н  1

Продолжение табл. П.1.7

Таблица П.1.8

Общая толщина дорожной одежды и непучинистых грунтов Z₁, обеспечивающая морозоустойчивость конструкции при переходном покрытии и Z/Н = 0,8 (Z - расчетная глубина промерзания, см; Н - расчетная глубина залегания уровня грунтовых вод).

Таблица П.1.9

То же, что в таблице П.1.8, но при Z/Н > 1

Приложение 2

РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ

П.2.1. Основным параметром механических свойств грунта земляного полотна, которым пользуются в расчетах дорожных одежд, служит модуль упругости Е_гр.

П.2.2. Расчетные значения характеристик грунта можно определять как по результатам непосредственных испытаний образцов в лаборатории, так и по данным пробного нагружения подстилающего грунта земляного полотна при расчетном состоянии; частные значения характеристик, по которым вычисляют нормативные и расчетные значения, должны быть получены единым методом.

Если невозможно выполнить испытания, расчетные характеристики могут быть установлены в зависимости от вида грунта и его расчетной влажности, обусловленной природными условиями и особенностями его работы, по таблицам и графикам, составленным на основании обобщения многочисленных испытаний грунтов.

П.2.3. Модуль упругости грунта зависит от влажности, плотности, структуры, а также от режима его нагружения. Поэтому Е_гр назначают в два этапа - вначале определяют расчетную влажность W_p, а затем устанавливают Е_гр при расчетной влажности.

П.2.4. Для определения расчетной влажности W_p грунта необходимо располагать данными о его средней многолетней влажности W_ср. Средние значения влажности W_ср грунта в активной зоне земляного полотна автомобильных дорог с усовершенствованными покрытиями и традиционными основаниями дорожных одежд (щебень, гравий и др.), наблюдавшиеся в наиболее неблагоприятный (весенний) период года, приведены в табл. П.2.1.

Значения влажности действительны для дорог с земляным полотном, проходящим в насыпи и удовлетворяющим требованиям СНиП «Автомобильные дороги. Нормы проектирования» в отношении плотности грунта и возвышения низа дорожной одежды над уровнем грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод. Поэтому для дорог, проходящих в неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях (в выемках и нулевых отметках), данные табл. П.2.1 следует увеличивать на 0,03W_т.

При возвышении земляного полотна над грунтовыми и поверхностными водами или над поверхностью земли, превышающем значения, требуемые СНиПом более чем в 1,5 раза, влажность грунта следует принимать как для I-го типа местности.

П.2.5. Значения влажности грунта, приведенные в табл. П.2.1, дифференцированы в зависимости от дорожно-климатических зон.

Помимо деления по климатическим условиям с севера на юг, следует учитывать, что при переходе с запада на восток климат становится более континентальным, уменьшается количество осадков и возрастает скорость промерзания. В западных же районах значительное влияние на водно-тепловой режим оказывают продолжительные оттепели, наблюдаемые во все зимние месяцы, которые приводят к дополнительному притоку влаги в грунт.

Таблица П.2.1

Средние значения влажности грунта

Рис. П.2.1 Номограмма для определения относительной влажности W от толщины Z₁ стабильного слоя.

Для районов II - III дорожно-климатических зон западнее линии Псков - Смоленск - Орел - Воронеж значения влажности грунтов, приведенные в табл. П.2.1 увеличивают на 0,02W_т. Значение средней влажности W_ср грунта земляного полотна дорог, проходящих вблизи границ дорожно-климатических зон (в пределах 50 км), принимают равной промежуточному значению между соответствующими влажностями грунта в смежных зонах.

П.2.6. Внутри каждой зоны отдельные участки дорог по характеру и степени увлажнения относятся к одному из трех типов местности. Тип увлажнения местности устанавливают при изысканиях.

П.2.7. Средние влажности W_ср грунта, приведенные в табл. П.2.1, действительны для равнинного рельефа. В предгорных и горных районах среднюю влажность устанавливают по данным региональных схем дорожно-климатического районирования, разрабатываемых в дополнение к карте дорожно-климатических зон. При отсутствии региональных схем районирования по вертикальной зональности среднюю влажность в предгорных (до 1000 м) и горных (выше 1000 м) районах увеличивают по сравнению с рекомендуемой в табл. П.2.1. соответственно на 0,03 - 0,05W_т.

П.2.8. При расчете конструкций, в которых предусмотрены такие мероприятия, как устройство монолитных оснований дорожных одежд, водонепроницаемых обочин, совершенный дренаж, теплоизоляционные слои, полностью предотвращающие промерзание земляного полотна, и др., среднюю влажность по табл. П.2.1 следует уменьшить на значения, указанные в табл. П.2.2.

П.2.9. Расчетную влажность грунта следует устанавливать вероятностным методом ввиду временной (по сезонам и годам) изменчивости влажности грунта земляного полотна и необходимости рассчитывать дорожную конструкцию на прочность с заданным уровнем проектной надежности.

Под расчетной влажностью W_р грунта в этом случае подразумевают максимальное значение средней влажности грунта в пределах активной зоны земляного полотна, наблюдающееся в наиболее неблагоприятный период года (время, в течение которого грунт активной зоны наиболее увлажнен) хотя бы в одном году за срок между капитальными ремонтами дорожной одежды.

Таблица П.2.2

Поправка к средней влажности

Расчетная влажность грунта

                                                    W_p = W_ср∙(1 + tС_w)                                                         (П.2.1)

где W_ср - средняя влажность грунта в долях от W_т (табл. П.2.1); C_w - коэффициент вариации влажности, равный 0,1; t - коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от заданного уровня проектной надежности конструкции дорожной одежды:

Категория дороги                                                    V          IV        III        I - II

Коэффициент t нормированного отклонения    0,25      1,04     1,28      1,64

П.2.10. Модули упругости глинистых грунтов и пылеватых песков существенно зависят от их влажности. Расчетные значения этих характеристик при кратковременном нагружении приведены в табл. П.2.3.

Значения модулей упругости суглинка и глины даны применительно к гидрослюдистому и каолинитовому минералогическому составу глинистых частиц. Характеристики суглинков и глин монтмориллонитового состава при влажности (0,60 - 0,75)W_т, а также некоторых засоленных грунтов следует определять экспериментальными методами. При влажности выше 0,75W_т для этих грунтов должны быть приняты меры по защите их от чрезмерного увлажнения или замене таких грунтов.

Таблица П.2.3

Модули упругости грунта

П.2.11. Деформационные и прочностные характеристики песков за исключением пылеватых и супеси легкой крупной мало зависят от их влажности (во всяком случае, в интервале до полной влагоемкости) и, следовательно, они мало изменчивы от погодно-климатических условий. Деформационные и прочностные расчетные характеристики таких грунтов при плотности, соответствующей требованиям СНиПа, принимаются по табл. П.2.4.

Таблица П.2.4

Модули упругости песчаных грунтов

Приложение 3

РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ

П.3.1. Модули упругости асфальтобетона даны в табл. П.3.1.

Таблица П.3.1

Модули упругости асфальтобетона

П.3.2. Расчетные значения характеристик материалов и грунтов, укрепленных вяжущими веществами, следует принимать по табл. П.3.2.

В таблице П.3.3 приведены характеристики слоев из неукрепленных зернистых материалов и материалов, обработанных вяжущими на дороге.

Таблица П.3.2

Модули упругости материалов и грунтов, обработанных вяжущими в установках или передвижными смесителями (дорожными фрезами)

Таблица П.3.3

Модули упругости материалов, обработанных вяжущими на дороге и не обработанных вяжущими

П.3.3. Расчетные значения деформационных и прочностных характеристик теплоизоляционных материалов, используемые в расчетах на прочность дорожных одежд с теплоизолирующими слоями, следует принимать по табл. П.3.4.

Таблица П.3.4

Модули упругости теплоизоляционных материалов

П.3.4. Расчетные характеристики неукрепленных малопрочных каменных материалов принимают по рис. П.3.1. Под малопрочными каменными материалами понимаются гравий, щебень, гравийные, щебеночные и гравийно-(щебеночно)-песчаные смеси, в которых содержится или же может образоваться в процессе строительства и эксплуатации основания избыточное по сравнению с действующими нормами количество мелких частиц с числом их пластичности до 7. Предусматривается применение: природных или искусственно составленных смесей с содержанием зерен гравия (щебня) крупнее 5 мм не менее 20 %, щебня из осадочных пород марок 400, 300 и 200 по дробимости, щебня из изверженных и метаморфических пород марки 600 по дробимости, дресвы, опоки, грунтощебня и др.

Упруго-деформационные и прочностные свойства малопрочных материалов зависят в основном от процентного содержания и числа пластичности смеси фракций размером мельче 0,63 мм. Для щебня число пластичности этих фракций определяется после его стандартного испытания на дробимость или износ.

Расчетные характеристики слоев из щебеночных смесей и щебня для дорог во II - III дорожно-климатических зонах устанавливают по графику (см. рис. П.3.1); для дорог в IV - V климатических зонах значения этих характеристик следует увеличивать на 25 %. Расчетные характеристики слоев из гравийных и гравийно-песчаных смесей для дорог IV - V климатических зонах устанавливают по графику рис. П.3.1, для дорог во II - III климатических зонах значения этих характеристик следует уменьшить на 30 %.

Рис. П.3.1. Зависимость модуля упругости Е от содержания частиц n размером менее 0,63 мм (или показателя дробимое малопрочного щебня) для щебеночных и гравийных материалов (смесей). На кривых показано число пластичности частиц в смеси размером мельче 0,63 мм.

Приложение 4

ПРИМЕР РАСЧЕТА № 1

П.4.1. Рассчитать дорожную одежду с асфальтобетонным покрытием капитального типа для дороги II категории в юго-восточной части Московской области. Грунт земляного полотна - суглинок легкий (непылеватый). Тип местности - 2-ой. Расчетная глубина залегания грунтовых вод от поверхности дорожной одежды - 250 см. Состав движения на 1-ый год службы дороги и ожидаемый его рост приведены в табл. П.4.1.

Таблица П.4.1

Состав движения, ожидаемый в первый год эксплуатации дороги

П.4.2. В соответствии со СНиП 2.05.02-85 и табл. 1.1 настоящей «Инструкции» намечаем дорожную одежду с асфальтобетонным покрытием I марки.

П.4.3. Определяем общую толщину дорожной одежды, обеспечивающую ее морозоустойчивость (см. раздел 3).

П.4.3.1. Устанавливаем по карте изолиний на рис. 3.1. для юго-восточной части Московской области среднюю глубину промерзания Z_ср = 140 см. С учетом поправки, приведенной в подрисуночной подписи, расчетная глубина промерзания Z = 140 + 57 = 197 см.

По карте изолиний на рис. 3.2 климатический показатель a₀ = 100 см²/сут.

В соответствии с табл. 3.2 комплексная характеристика грунта по степени пучинистости В = 3,5 см²/сут.

П.4.3.2. Определяем величину Z/Н = 197/250 = 0,788 (Н - расчетная глубина залегания грунтовых вод). В соответствии с П.1.4 производим округление, принимая Z/Н = 0,8.

П.4.3.3. В случае асфальтобетонного покрытия I марки, для определения общей толщины дорожной одежды и непучинистых грунтов Z₁, пользуемся табл. П.1.3. Производим интерполяцию для В = 3,5 см²/сут в соответствии с п. П.1.3. В результате получаем для Z_ср = 140 см и a₀ = 100 см²/сут величину Z₁ = 50 см.

П.4.4. Определяем общую толщину дренирующего слоя (см. раздел 4).

П.4.4.1. В соответствии со СНиП 2.05.02-85 Московская область относится ко II дорожно-климатической зоне (II ДКЗ).

По табл. 4.1. для песка с коэффициентом фильтрации 2 м/сут при укладке на всю ширину земляного полотна, длине пути фильтрации L_ф = 7 м, во 2-м типе местности толщина дренирующего слоя при суглинке легком непылеватом составляет h_п = h_др = 30 см.

П.4.4.2. Коэффициент фильтрации песка, который предполагается использовать при строительстве дренирующего слоя на всю ширину проезжей части, составляет 2,5 м/сут.

Длина пути фильтрации согласно п. 4.6 при общей ожидаемой толщине дорожной одежды около 70 см на дороге II категории при крутизне откосов 1:4 составляет L_ф = 10,3 м.

В соответствии с поправками по п. 4.6 h_п = h_др = 40 см.

П.4.5. Определяем суммарное движение по каждому типу автомобилей за срок службы дорожной одежды. Легковые автомобили при наличии грузовых в расчет дорожной одежды не вводятся.

Для расчета используем формулу (5.1), при этом Т_рдн = 120 сут (см. табл. 5.3); К_пу = 0,7; Т_сл = 15 лет (см. табл. 5.4).

Легкие грузовые автомобили N_1лг = 204 авт/сут (см. табл. П.4.1), К_с = 18,6 (см. табл. 5.2). N_слг = 204 ∙ 18,6 ∙ 120 ∙ 0,7 = 3,19 × 10⁵ авт.

Средние грузовые автомобили N_1сг = 117 авт/сут (см. табл. П.4.1), К_с = 17,2 (см. табл. 5.2). N_ссг = 117 ∙ 17,2 ∙ 120 ∙ 0,7 = 1,69 ∙ 10⁵авт.

Тяжелые грузовые автомобили N_1тг = 93 авт/сут (см. табл. П.4.1), К_с = 16,1 (см. табл. 5.2). N_стг = 93 ∙ 16,1 ∙ 120 ∙ 0,7 = 1,26 ∙ 10⁵ авт.

Очень тяжелые грузовые автомобили N_1отг = 58 авт/сут (см. табл. П.4.1), К_с = 16,1 (см. табл. 5.2). N_сотг = 58 ∙ 16,1 ∙ 120 ∙ 0,7 ∙ 0,79 ∙ 10⁵ авт.

Автобусы N_1а = 70 авт/сут (см. табл. П.4.1.), К_с = 17,2 (см. табл. 5.2).

N_са = 70 ∙ 17,2 ∙ 120 ∙ 0,7 ∙ 1,01 ∙ 10⁵ авт.

Тягачи с прицепами N_1тн авт/сут (см. табл. П.4.1), К_с = 18,6 (см. табл. 5.2).

N_стн = 70 ∙ 18,6 ∙ 120 ∙ 0,7 = 1,09 ∙ 10⁵ авт.

П.4.6 Вычисляем общее суммарное количество проходов автомобилей, приведенных к расчетной нагрузке за срок службы дорожной одежды по формуле (5.2). При этом значения суммарных коэффициентов приведения к расчетной нагрузке воздействия на дорожную одежду различных транспортных средств берем из табл. 5.1; значение коэффициента, учитывающего распределение автомобилей по полосам движения для дороги II категории (2 полосы движения) f_пол = 0,55 (см. табл. 5.5); коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого для дорога II категории при капитальной одежде K_н = 1,49 (см. табл. 5.6).

N_рс = 0,55 ∙ (3,19 ∙ 10⁵ ∙ 0,05 + 1,69 ∙ 10⁵ ∙ 0,20 + 1,26 ∙ 10⁵ ∙ 0,70 + 0,79 ∙ 10⁵ ∙ 1,25 + 1,01 ∙ 10⁵ ∙ 0,80 + 1,09 ∙ 10⁵ ∙ 1,50) ∙ 1,49 = 0,55 ∙ (0,160 ∙ 10⁵ + 0,337 ∙ 10⁵ + 0,883 ∙ 10⁵ + 0,985 ∙ 10⁵ + 0,808 ∙ 10⁵ + 1,637 ∙ 10⁵) ´ 1,49 = 0,55 ∙ 4,81 ∙ 10⁵ ∙ 1,49 = 3,94 ∙ 10⁵ авт.

П.4.7. Требуемый модуль упругости в соответствии с табл. 5.7 при N_рс = 3,94 ∙ 10⁵ автомобилей составляет Е_тр = Е_общ.р = 242 МПа.

П.4.8. Расчет толщины слоев дорожной одежды производим, исходя из рекомендаций в п.п. 5.4, 5.5 и 5.6.

П.4.8.1. Определяем по формуле (П.2.1) расчетную влажность грунта. При этом в соответствии с табл. П.2.1 и П.2.2 для суглинка легкого непылеватого, II дорожно-климатической зоны и 2 типа местности при наличии укрепленных щебнем обочин средняя влажность грунта в долях от предела текучести составляет W_ср = 0,68 - 0,02 = 0,66.

Следовательно, W_р = 0,66 (1 + 1,64 ∙ 0,1) = 0,77.

П.4.8.2. По табл. П.2.3. при W_р = 0,77 устанавливаем величину расчетного модуля упругости грунта Е_гр = 32 МПа.

П.4.8.3. Исходя из наличия местных и привозных материалов, намечаем вариант конструкции дорожной одежды, приведенный в табл. П.4.2. При этом учитываем требования, изложенные в п.п. 1.6 и 1.7, а также в разделе 2.

П.4.8.4. Определяем по номограмме на рис. 5.1 величину общего модуля упругости на поверхности нижнего слоя асфальтобетона.

Е_о6щ/Е_в = Е_о6щ.р/Е_абв = 242/3200 = 0,076; h/D = h_абв/D = 5/37 = 0,135;

По номограмме на рис. 5.1 Е_н/Е_в = Е^'/E_абв = 0,06;

Е¢ = 0,06 ∙ 3200 = 192 МПа.

П.4.8.5 Определяем величину общего модуля упругости на поверхности щебня, обработанного цементом.

Е_общ/Е_в = Е¢/Е_а6н = 192/2000 = 0,096; h/D = h_абн/D = 7/37 = 0,189.

По номограмме на рис. 5.1 Е_н/Е_в, = Е²/Е_абн = 0,07;

Е² = 0,07 - 2000 = 140 МПа.

Таблица П.4.2

Конструкция дорожной одежды и данные по ее расчету

П.4.8.6. Определяем величину общего модуля упругости на поверхности песчаного слоя.

Е_н/Е_в = Е_гр/Е_п = 32/100 = 0,32; h/D = h_п/D = 40/37 = 1,08;

По номограмме на рис. 5.1 Е_общ/Е_в = Е¢¢¢/Е_п = 0,64;

Е¢¢¢ = 0,64 ∙ 100 = 64 МПа.

П.4.8.7. Определяем толщину слоя из щебня, обработанного цементом.

Е_общ/Е_в = Е¢¢/Е_щ-ц = 140/700 = 0,20; Е_н/Е_в = Е¢¢¢/Е_щ-ц = 64/700 = 0,091;

По номограмме на рис. 5.1 h/D = h_щ-ц/D = 0,44;

h_щ-ц = 0,44 ∙ 37 = 17 см.

П.4.8.8. Проверяем обеспечение условий морозоустойчивости. Общая толщина дорожной одежды: Н_д.o = h_абв + h_абн + h_щ-ц + h_н = 5 + 7 + 17 + 40 = 69 см.

По условиям морозоустойчивости общая толщина дорожной одежды должна быть не менее Z₁ = 50 см (см. п. П.4.3.2).

Н_д.о > Z₁, следовательно, морозоустойчивость обеспечена и определение Z_1э согласно п. 3.8 не требуется.

Приложение 5

ПРИМЕР РАСЧЕТА № 2

П.5.1. Рассчитать дорожную одежду с асфальтобетонным покрытием облегченного типа для дороги III категории в Омской области. Грунт земляного полотна - суглинок тяжелый пылеватый. Тип местности - 2-ой. Расчетная глубина залегания грунтовых вод от поверхности дорожной одежды - 300 см. Состав движения на 1-ый год службы дороги и ожидаемый его рост приведены в табл. П.5.1.

Таблица П.5.1

Состав движения, ожидаемый в первый год эксплуатации дороги

П.5.2. В соответствии со СНиП 2.05.02-85 и табл. 1.1 настоящей «Инструкции» принимаем дорожную одежду с асфальтобетонным покрытием III марки.

П.5.3. Определяем общую толщину дорожной одежды, обеспечивающую ее морозоустойчивость (см. раздел 3).

П.5.3.1 Устанавливаем по карте изолиний на рис. 3.1 для Омской области среднюю глубина промерзания Z_ср = 220 см. С учетом поправки приведенной в подрисуночной подписи, расчетная глубина промерзания Z = 220 + 75 = 295 см.

По карте изолиний на рис. 3.2 климатический показатель a₀ = 300 см²/сут.

По табл. 3.2 комплексная характеристика грунта по степени пучинистости В = 4,5 см²/сут.

П.5.3.2. Определяем величину Z/Н = 295/300 = 0,98 ≈ 1.

Для покрытия из асфальтобетона III марки при определении общей толщины дорожной одежды и непучинистых грунтов Z₁, пользуемся табл. П.1.7. Производим интерполяцию для В = 4,5 см/сут и a₀ = 300 см²/сут в соответствии с п. П.1.3. В результате получаем для Z_ср = 220 см величину Z₁ = 18 см.

П.5.4 Определяем общую толщину дренирующего слоя (см. раздел 4).

П.5.4.1. В соответствии со СНиП 2.05.02-85 Омская область относится к III дорожно-климатической зоне (III ДКЗ).

По табл. 4.1. для песка с коэффициентом фильтрации 2 м/сут при укладке на всю ширину земляного полотна и длине пути фильтрации 7 м, в III ДКЗ, во 2-м типе местности, при суглинке пылеватом толщина дренирующего слоя составляет 25 см.

П.5.4.2. При строительстве предполагается использовать песок с коэффициентом фильтрации 2 м/сут, укладываемый на всю ширину проезжей части.

Длина пути фильтрации согласно п. 4.6 при общей ожидаемой толщине дорожной одежды примерно 65 см на дороге III категории при крутизне откосов 1:4 составляет L_ф = 9,7 м.

Тогда с учетом поправок по п. 4.6 h_п = h_др = 40 см.

П.5.5. Определяем суммарное движение по каждому типу автомобилей за срок службы дорожной одежды. Легковые автомобили при наличии грузовых в расчет дорожной одежды не вводятся.

Для расчета используем формулу (5.1), при этом Т_рдн = 120 сут (см. табл. 5.3); K_пу = 0,7; T_сл = 13 лет (см. табл. 5.4).

Легкие грузовые автомобили N_1лг = 116 авт/сут (см. табл. П.5.1), К_с = 15,7 (см. табл. 5.2). N_слг = 116 ∙ 15,7 ∙ 120 ∙ 0,7 = 1,52 ∙ 10⁵ авт.

Средние грузовые автомобили N_1сг = 58 авт/сут (см. табл. П.5.1), К_с = 11,4 (см. табл. 5.2). N_ссг = 58 ∙ 11,4 ∙ 120 ∙ 0,7 = 0,55 ∙ 10⁵ авт.

Тяжелые грузовые автомобили N_1тг = 40 авт/сут (см. табл. П.5.1), К_с = 11,4 (см. табл. 5.2). N_стг = 40×11,4×120×0,7 = 0,39 × 10⁵ авт.

Очень тяжелые грузовые автомобили N_1отт = 35 авт/сут (см. табл. П.5.1), К_с = 14,7 (см. табл. 5.2). N_сотг = 35 ∙ 14,7 ∙ 120 ∙ 0,7 = 0,43 ∙ 10⁵ авт.

Автобусы N_1а = 35 авт/сут (см. табл. П.5.1.), К_с = 14,7 (см. табл. 5.2). N_са = 35 ∙ 14,7 ∙ 120 ∙ 0,7 = 0,43 ∙ 10⁵ авт.

Тягачи с прицепами N_1тп = 46 авт/сут (см. табл. П.5.1). К_с = 15,7 (см. табл. 5.2). N_стп = 46 ∙ 15,7 ∙ 120 ∙ 0,7 = 0,58 ∙ 10⁵ авт.

П.5.6. Вычисляем общее суммарное количество проходов автомобилей, приведенных к расчетной нагрузке за срок службы дорожной одежды по формуле (5.2). При этом значения S_ic берем из табл. 5.1, f_пол = 0,55 (см. табл. 5.5), K_н = 1,32 (см. табл. 5.6). N_рс = 0,55 ∙ (1,52 ∙ 10⁵ ∙ 0,05 + 0,55 ∙ 10⁵ ∙ 0,20 + 0,39 ∙ 10⁵ ∙ 0,70 + 0,43 ∙ 10⁵ ∙ 1,25 + 0,43 ∙ 10⁵ ∙ 0,80 + 0,58 ∙ 10⁵ ∙ 1,50) ∙ 1,32 = 0,55 ∙ (0,076 ∙ 10⁵ + 0,110 ∙ 10⁵ + 0,271 ∙ 10⁵ + 0,535 ∙ 10⁵ + 0,342 ∙ 10⁵ + 0,867 ∙ 10⁵) ∙ 1,32 = 0,55 ∙ 2,20 ∙ 10⁵ ∙ 1,32 = 1,596 ∙ 105 авт.

П.5.7. В соответствии с табл. 5.7 среднее значение требуемого модуля упругости при N_pc = 1,596 ∙ 10⁵ автомобилей составляет Е_тр = Е_общ.р = 151 МПа.

П.5.8. Расчет толщины слоев дорожной одежды ведем в соответствии с рекомендациями в п.п. 5.4, 5.5 и 5.6.

П.5.8.1. Определяем по формуле (П.2.1) расчетную влажность грунта W_p. В соответствии с табл. П.2.1 и П.2.2 для суглинка тяжелого пылеватого в III ДКЗ при 2 типе местности при наличии укрепленных гравием обочин средняя влажность грунта W_ср = 0,67 - 0,02 = 0,65. Тогда W_p = 0,65 ∙ (1 + 1,20 ∙ 0,1) = 0,73.

П.5.8.2. По табл. П.2.3. определяем Е_гр = 37 МПа.

П.5.8.3. Исходя из наличия местных и привозных материалов намечаем вариант конструкции дорожной одежды (см. табл. П.5.2.). При этом должны быть учтены требования п.п. 1.6 и 1.7, а также раздела 2.

Таблица П.5.2

Конструкция дорожной одежды и данные по ее расчету

П.5.8.4. Определяем по номограмме на рис. 5.1 величину общего модуля упругости на поверхности нижнего слоя асфальтобетона.

Е_обш/Е = Е_общ.р/E_абв = 151/2250 = 0,067; h/D = h_абв = 4/37 = 0,108;

По номограмме на рис. 5.1 Е_н/Е_в = Е^¢/Е_абв = 0,058;

Е^¢ = 0,058 ∙ 2250 = 131 МПа.

П.5.8.5. Определяем величину общего модуля упругости на поверхности основания из грунта, укрепленного цементом.

Е_общ/Е_в = Е¢/Е_абн = 131/1400 = 0,093; h/D = h_абн = 6/37 = 0,162;

По номограмме на рис. 5.1 Е_н/Е_в = Е"/Е_абн = 0,070;

Е" = 0,070 ∙ 1400 = 98 МПа.

П.5.8.6. Определяем величину общего модуля упругости на поверхности песчаного слоя.

Е_н/Е_в = Е_гр/E_п = 37/100 = 0,37; h/D = h_п/D = 40/37 = 1,08;

По номограмме на рис. 5.1 Е_общ/Е_в = Е¢¢¢/Е_п = 0,68;

Е¢¢¢ = 0,68 ∙ 100 = 68 МПа.

П.5.8.7. Определяем толщину слоя из грунта, укрепленного цементом.

Е_общ/Е_в = Е"/Е_ц-гр = 98/200 = 0,49; Е_н/Е_в = Е¢¢¢/Е_ц-гр = 68/200 = 0,34;

По номограмме на рис. 5.1 h/D = h_щ-ц/D = 0,47;

h_щ-ц = 0,47 ∙ 37 = 17 см.

П.5.8.8. Общая толщина дорожной одежды: Н_д.о = h_абв + h_абн + h_ц-гр + h_п = 4 + 6 + 17 + 40 = 67 см.

Как видно Н_д.о > Z₁ (см. п. П.5.3.2), следовательно, морозоустойчивость обеспечена и определение Z_1э согласно п. 3.8 не требуется.

Приложение 6

ПРИМЕР РАСЧЕТА № 3

П.6.1. Рассчитать дорожную одежду покрытием переходного типа для дороги IV категории в Новгородской области. Грунт земляного полотна - супесь тяжелая пылеватая. Тип местности - 2-ой. Расчетная глубина залегания грунтовых вод от поверхности дорожной одежды - 160 см. Состав движения на 1-ый год службы дороги и ожидаемый его рост приведены в табл. П.6.1.

Таблица П.6.1

Состав движения, ожидаемый в первый год эксплуатации дороги

П.6.2. В соответствии со СНиП 2.05.02-85 и табл. 1.1 намечаем дорожную одежду со щебеночным покрытием, построенном по способу заклинки.

П.6.3. Определяем общую толщину дорожной одежды, обеспечивающую ее морозоустойчивость (см. раздел 3).

П.6.3.1. По карте изолиний на рис. 3.1. устанавливаем для Новгородской области среднюю глубина промерзания Z_ср = 120 см. Расчетная глубина промерзания Z = 120 + 50 = 170 см.

По карте изолиний на рис. 3.2 климатический показатель a₀ = 75 см²/сут.

В соответствии с табл. 3.2 комплексная характеристика грунта по степени пучинистости В = 5 см²/сут.

П.6.3.2. Определяем величину Z/Н = 170/160 = 1,06 > 1.

П.6.3.3. Для определения общей толщины дорожной одежды и непучинистых грунтов Z₁ в данном случае следует пользоваться табл. П.1.9. В соответствии с этой таблицей при Z_ср = 120 см, a₀ = 75 см²/сут и В = 5 см²/сут величина Z₁ = 80 см.

П.6.4. Определяем общую толщину дренирующего слоя (см. раздел 4).

П.6.4.1. В соответствии со СНиП 2.05.02-85 Новгородская область расположена во II ДКЗ. В соответствии с табл. 4.1, для песка с коэффициентом фильтрации 2 м/сут при длине пути фильтрации L_ф = 7 м во 2-м типе местности толщина дренирующего слоя при грунте земляного полотна - супеси тяжелой пылеватой составляет h_п = h_др = 45 см.

П.6.4.2. Коэффициент фильтрации песка, который предполагается использовать при строительстве дорожной одежды составляет 1,5 м/сут. Длина пути фильтрации согласно п. 4.6 при общей ожидаемой толщине дорожной одежды Z₁ = 80 см (см. п. П.6.3.3) для дороги IV категории при крутизне откосов 1:4 составляет L_ф = 7,8 м. Тогда по п. 4.6 h_п = h_др ~ 55 см.

П.6.5. Вычисляем суммарное движение по каждому типу грузовых автомобилей за срок службы дорожной одежды.

Для расчета используем формулу (5.1), при этом Т_рдн = 120 сут (см. табл. 5.3); К_пу = 0,7; Т_сл = 8 лет (см. табл. 5.4).

Легкие грузовые автомобили N_1лг = 79 авт/сут (см. табл. П.6.1), К_с = 9,2 (см. табл. 5.2). N_слг = 79 ∙ 9,2 ∙ 120 ∙ 0,7 = 0,62 ∙ 10⁵ авт.

Средние грузовые автомобили N_1сг = 135 авт/сут (см. табл. П.6.1), К_с = 8,6 (см. табл. 5.2). N_ссг = 135 ∙ 8,6 ∙ 120 ∙ 0,7 = 0,97 ∙ 10⁵ авт.

Тяжелые грузовые автомобили N_1тг = 111 авт/сут (см. табл. П.6.1.), К_с = 8,6 (см. табл. 5.2). N_стг = 111 ∙ 8,6 ∙ 120 ∙ 0,7 = 0,80 ∙ 105 авт.

Автобусы N_1а = 63 авт/сут (см. табл. П.6.1.), К_с = 8,9 (см. табл. 5.2). N_са = 63 ∙ 83 ∙ 120 ∙ 0,7 = 0,48 ∙ 10⁵ авт.

П.6.6. Аналогично п.п. П.4.6. и П.5.6. вычисляем общее суммарное количество автомобилей, приведенных к расчетной нагрузке.

N_рс = 0,55 ∙ (0,62 ∙ 10⁵ ∙ 0,05 + 0,97 ∙ 10⁵ ∙ 0,20 + 0,80 ∙ 10⁵ ∙ 0,70 + 0,48 ∙ 10⁵ ∙ 0,80) ∙ 1,16 = 0,55 ∙ (0,031 ∙ 10⁵ + 0,179 ∙ 10⁵ + 0,560 ∙ 10⁵ + 0,380 ∙ 10⁵ ∙ 1,16 = 0,55 ∙ 1,150 ∙ 10⁵ ∙ 1,16 = 0,733 ∙ 10⁵ авт.

П.6.7. Среднее значение требуемого модуля упругости согласно табл. 5.7. при N_рс = 0,733 ∙ 10⁵ автомобилей составляет Е_тр = Е_общ.р = 82 МПа.

П.6.8. Расчет толщины слоев дорожной одежды производим, исходя из рекомендаций в п.п. 5.4., 5.5 и 5.6.

П.6.8.1. Вычисляем по формуле (П.2.1.) расчетную влажность грунта аналогично п.п. П.4.8.1. и П.5.8.1, полагая, что на дороге IV категории обочины будут иметь только засев травой, что не снижает расчетной влажности.

W_р = 0,73 ∙ (1 + 1,04 ∙ 0,1) = 0,81.

П.6.8.2. По табл. П.2.3. при W_р = 0,81 определяем Е_тр = 28 МПа.

П.6.8.3. Аналогично п.п. П.4.8.3. и П.5.8.3. производим расчет толщины щебеночного покрытия (см. табл. П.6.2.).

Таблица П.6.2.

Конструкция дорожной одежды и данные по ее расчету

П.6.8.4. Определяем величину общего модуля упругости на поверхности песчаного слоя.

E_н/Е_в = E_гр/Е_п = 28/100 = 0,28; h/D = h_п/D = 55/37 = 1,49;

По номограмме на рис. 5.1. Е_общ/Е_в = Е¢¢¢/Е_п = 0,68;

Е¢¢¢ = 0,68 ∙ 100 = 68 МПа.

П.6.8.5. Определяем толщину щебеночного покрытия.

Е_общ/Е_в = Е_общ.р/Е_щ = 82/350 = 0,235; Е_н/Е_в = Е¢/Е_щ = 68/350 = 0,195;

По номограмме на рис. 5.1 h/D = h_щ/D = 0,2;

h_щ-ц = 0,2 ∙ 37 = 8 см.

Такая толщина слоя из щебня недопустима по требованиям СНиП 2.05.02-85 и не обеспечивает общей толщины дорожной одежды с позиций морозоустойчивости (Z₁ = 80 см). Применение покрытия из более слабого материала, например гравийного, нецелесообразно, так как в составе движения имеется значительное количество тяжелых грузовых автомобилей. В связи с указанными обстоятельствами принимаем щебеночное покрытие толщиной 25 см, построенное способом заклинки.

Пересчет по п. 3.8 не требуется, поскольку эквиваленты теплотехнических свойств e для песка и щебеночного материала практически равны 1 (см. табл. 3.4).

Приложение 7

ПРИМЕР РАСЧЕТА № 4

П.7.1. Рассчитать дорожную одежду с асфальтобетонным покрытием капитального типа для дороги I категории с 4-мя полосами движения в Ярославской области. Грунт земляного полотна - суглинок тяжелый (непылеватый). Тип местности - 1-ый. Расчетная глубина залегания грунтовых вод от поверхности дорожной одежды - 300 см. Состав движения на 1-ый год службы дороги и ожидаемый его рост приведены в табл. П.7.1.

Таблица П.7.1

Состав движения, ожидаемый в первый год эксплуатации дороги

П.7.2. В соответствии с табл. 1.1 принимаем покрытие из асфальтобетона I марки.

П.7.3. Определяем общую толщину дорожной одежды, обеспечивающую ее морозоустойчивость (см. раздел 3).

П.7.3.1. По карте изолиний на рис. 3.1. для Ярославской области находим среднюю глубина промерзания Z_ср = 140 см. С учетом поправки расчетная глубина промерзания Z = 140 + 57 = 197 см.

По карте изолиний на рис. 3.2 климатический показатель a₀ = 100 см²/сут.

В соответствии с табл. 3.2 комплексная характеристика грунта по степени пучинистости В = 3,5 см²/сут.

П.7.3.2. Определяем величину Z/Н = 197/300 = 0,656 ~ 0,7.

П.7.3.3. Для определения величины Z₁ при асфальтобетонном покрытии I марки пользуемся табл. П.1.2. и П.1.3 (для интерполяции). В результате получаем Z₁ = 26 см.

П.7.4. Определяем общую толщину дренирующего слоя (см. раздел 4).

П.7.4.1. По СНиП 2.05.02-85 Ярославская область расположена во II ДКЗ. По табл. 4.1. для песка с коэффициентом фильтрации 2 м/сут при укладке на всю ширину земляного полотна, при длине пути фильтрации L_ф = 7 м и 1-м типе местности толщина дренирующего слоя при суглинке тяжелом (непылеватом) составляет h_п = h_др = 20 см.

П.7.4.2. Песок, который намечено использовать при строительстве дорожной одежды имеет коэффициент фильтрации 2,5 м/сут.

В соответствии с п. 4.6 длина пути фильтрации при ожидаемой толщине дорожной одежды 90 - 95 см и двухполосной проезжей части в каждом направлении составит L_ф ~ 10 м.

Тогда h_п = h_др = 30 см.

П.7.5. Определяем суммарное движение по каждому типу автомобилей по формуле (5.1) при Т_рдн = 120 сут (см. табл. 5.3); K_пу = 0,7; Т_сл = 15 лет (см. табл. 5.4).

Легкие грузовые автомобили N_1лг = 953 авт/сут (см. табл. П.7.1), К_с = 18,6 (см. табл. 5.2). N_слг = 953 ∙ 18,6 ∙ 120 ∙ 0,7 = 14,90 10⁵ авт.

Средние грузовые автомобили N_1сг = 680 авт/сут (см. табл. П.7.1), K_с = 16,1 (см. табл. 5.2). N_ссг = 680 ∙ 16,1 ∙ 120 ∙ 0,7 = 9,20 ∙ 105 авт.

Тяжелые грузовые автомобили N_1тг = 816 авт/сут (см. табл. П.7.1), K_с = 17,2 (см. табл. 5.2). N_стг = 816 ∙ 17,2 ∙ 120 ∙ 0,7 = 11,80 ∙ 10⁵ авт.

Очень тяжелые грузовые автомобили N_1отг = 544 авт/сут (см. табл. П.7.1), K_с = 17,2 (см. табл. 5.2). N_сотг = 544 ∙ 17,2 ∙ 120 ∙ 0,7 = 7,85 ∙ 10⁵ авт.

Автобусы N_1а = 816 авт/сут (см. табл. П.7.1.), K_с = 20,0 (см. табл. 5.2). N_са = 816 ∙ 20,0 ∙ 120 ∙ 0,7 = 13,72 ∙ 10⁵ авт.

Тягачи с прицепами N_1тп = 1361 авт/сут (см. табл. П.7.1), K_с = 18,6 (см. табл. 5.2). N_стп = 1361 ∙ 18,6 ∙ 120 ∙ 0,7 = 21,27 ∙ 10⁵ авт.

П.7.6 Аналогично п. П.4.6 вычисляем общее суммарное количество проходов автомобилей, приведенных к расчетной нагрузке.

N_рс = 0,35 ∙ (14,90 ∙ 10⁵ ∙ 0,05 + 9,20 ∙ 10⁵ ∙ 0,20 + 11,80 ∙ 10⁵ ∙ 0,70 + 7,85 ∙ 10⁵ ∙ 1,25 + 13,72 ∙ 10⁵ ∙ 0,80 + 21,27 ∙ 10⁵ ∙ 1,50) ∙ 1,49 = 0,35 ∙ (0,746 ∙ 10⁵ + 1,840 ∙ 10⁵ + 8,252 ∙ 10⁵ + 9,811 ∙ 10⁵ + 10,968 ∙ 10⁵ + 31,88 ∙ 10⁵) ´ 1,49 = 0,35 ∙ 63,487 ∙ 10⁵ ∙ 1,49 = 33,00 ∙ 10⁵ авт.

П.7.7. Среднее значение требуемого модуля упругости по табл. 5.7 составляет Е_тр = Е_общ.р = 365 МПа.

П.7.8. Расчет толщины слоев дорожной одежды производим с учетом п.п. 5.4. 5.5 и 5.6.

П.7.8.1. По формуле (П.2.1) определяем расчетную влажность грунта, используя при этом табл. П.2.1 и П.2.2 с учетом укрепления обочин асфальтобетоном. W_ср = 0,65 - 0,05 = 0,60. W_р = 0,60 ∙ (1 + 1,64 ∙ 0,1) = 0,70.

П.7.8.2. По табл. П.2.3. определяем модуль упругости грунта Е_тр = 41 МПа.

П.7.8.3. Аналогично п. П.4.8.3 намечаем вариант конструкции дорожной одежды (см. табл. П.7.2).

П.7.8.4. Определяем по номограмме на рис. 5.1 величину общего модуля упругости на поверхности нижнего слоя асфальтобетона.

Е_общ/Е_в = Е_общ.р/Е_абв = 365/3200 = 0,111; h/D = h_абв/D = 5/37 = 0,135;

По номограмме на рис. 5.1 Е_п/Е_в = Е^¢/Е_абв = 0,09;

Е¢ = 0,09 ∙ 3200 = 288 МПа.

П.7.8.5. Определяем величину общего модуля упругости на поверхности черного щебня.

Е_общ/Е_в = Е¢/Е_абв = 288/2000 = 0,144; h/D = h_абн/D = 6/37 = 0,162;

По номограмме на рис. 5.1 Е_н/Е_в = Е"/Е_абн = 0,112;

Е" = 0,112 ∙ 2000 = 224 МПа.

П.7.8.6 Определяем величину общего модуля упругости на поверхности гравийного материала, обработанного цементом.

Е_общ/E_в = E"/E_чщ = 224/800 = 0,280; h/D = h_чщ/D = 6/37 = 0,162;

Таблица П.7.2

Конструкция дорожной одежды и данные по расчету

По номограмме на рис. 5.1 Е_н/Е_в = Е^III/Е_чщ = 0,24;

Е^III = 0,24 ∙ 800 = 192МПа.

П.7.8.7. Определяем величину общего модуля упругости на поверхности песчано-гравийной смеси.

Е_общ/Е_в = Е^III/Е_г-ц = 192/700 = 0,274; h/D = h_г-ц/D = 16/37 = 0,433;

По номограмме на рис. 5.1 Е_н/Е_в = Е^IV/Е_г-ц = 0,16;

Е^IV = 0,16 ∙ 700 = 112 МПа.

П.7.8.8. Определяем величину общего модуля упругости на поверхности песчаного слоя.

Е_н/Е_в = Е_гр/Е_п = 41/100 = 0,41; h/D = h_п/D = 30/37 = 0,81;

По номограмме на рис. 5.1 Е_общ/Е_в = Е^V/Е_п = 0,655;

Е^V = 0,655 ∙ 100 = 65 МПа.

П.7.8.9. Определяем толщину слоя из песчано-гравийной смеси.

Е_общ/Е_в = Е^IV/Е_пгс = 112/180 = 0,622; Е_н/Е_в = Е^V/Е_пгс = 65/180 = 0,361;

По номограмме на рис. 5.1 h/D = h_пгс/D = 0,83;

h_пгс = 0,83 ∙ 37 = 31 см.

П.7.8.10. Общая толщина дорожной одежды: Н_д.о = h_абв + h_абн + h_чщ + h_г-ц + h_пгс + h_п = 5 + 6 + 6 + 16 + 31 + 30 = 94 см. Как видно, Н_д.о > Z₁, следовательно, морозоустойчивость обеспечена и определение Z_1э согласно п. 3.8 не требуется.

СОДЕРЖАНИЕ