МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР

Согласована Госстроем СССР 20 сентября 1982 г. № ДП-5231-1

Утверждена Минтрансстроем 29 апреля 1983 г. № ЛН-550

ИНСТРУКЦИЯ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
НЕЖЕСТКОГО ТИПА

ВСН 46-83

МИНТРАНССТРОЙ

МОСКВА, «ТРАНСПОРТ», 1985

Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа. ВСН 46-83. Министерство транспортного строительства СССР. - М.: Транспорт, 1985.

Инструкция содержит указания по конструированию и расчету дорожных одежд автомобильных дорог общей сети СССР, дорог промышленных и сельскохозяйственных предприятий, городских дорог и улиц. Инструкция применима для проектирования одежд на вновь сооружаемых дорогах и улицах, разработки каталогов и альбомов типовых решений, оценки прочности и проектирования усиления одежд, для решения вопроса об ограничении и регулировании движения на дорогах.

Предназначена для инженерно-технических работников дорожного хозяйства.

Общее редактирование выполнено д-ром техн. наук М. П. Корсунским, кандидатами техн. наук Ю. М. Васильевым и П. И. Теляевым. Список участников разработки Инструкции приведен в приложении 11.

Ответственный за выпуск П. И. Теляев

Заведующий редакцией В. Г. Чванов

Редактор Е. С. Голубкова

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Инструкция содержит указания по конструированию и расчету нежестких одежд автомобильных дорог общей сети СССР, промышленных и сельскохозяйственных предприятий, городских дорог и улиц. Инструкцией следует пользоваться при: а) проектировании одежд па вновь сооружаемых и реконструируемых дорогах и улицах; б) разработке каталогов и альбомов типовых решении по конструкциям дорожных одежд; в) оценке прочности и проектировании усиления одежд существующих дорог и улиц; г) решении вопроса об ограничении и регулировании движения на эксплуатируемых дорогах и улицах в неблагоприятные периоды года, а также о сроке возможного пропуска по дороге без ущерба для прочности одежды особо тяжелых нагрузок, не предназначенных для движения по дороге в течение всего года.

1.2. По сопротивлению нагрузкам от транспортных средств и характеру деформирования дорожные одежды разделены на две группы - жесткие и нежесткие.

Нежесткие дорожные одежды - это одежды со слоями, устроенными из разного вида асфальтобетонов (дегтебетонов), из материалов и грунтов, укрепленных битумом, цементом, известью, комплексными и другими вяжущими, а также из слабосвязных зернистых материалов (щебня, шлака, гравия и др.).

Расчетная схема конструкции - слоистое упругое полупространство, равномерно нагруженное по площади круга.

1.3. В многослойных конструкциях различают следующие элементы дорожной одежды.

Покрытие - верхняя часть одежды, воспринимающая усилия от колес автомобилей и подвергающаяся непосредственному воздействию атмосферных факторов. Покрытие должно быть прочным, ровным, шероховатым, противостоять пластическим деформациям при высоких положительных температурах, быть трещиностойким и хорошо сопротивляться износу - оно должно обеспечивать необходимые эксплуатационные качества проезжей части.

В I - III дорожно-климатических зонах покрытие должно быть водонепроницаемым. В покрытие входят также слои износа, шероховатый слои, защитный слой.

Основание - несущая прочная часть одежды, обеспечивающая совместно, с покрытием перераспределение и снижение давления на расположенные ниже дополнительные слои или грунт земляного полотна (подстилающий грунт). Слои основания, непосредственно подстилающие усовершенствованное покрытие, должны быть преимущественно монолитными, сдвигоустойчивыми и достаточно хорошо сопротивляться растягивающим напряжениям при изгибе. Нижние слои основания устраивают из материалов менее прочных, чем вышележащие, но из достаточно морозо- и водостойких материалов.

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

Эти слои совместно с покрытием и основанием должны обеспечивать наряду с прочностью необходимые морозоустойчивость и дренирование конструкции и создавать условия для снижения толщины слоев из дорогостоящих материалов. В соответствии с основной функцией, которую выполняет дополнительный слой, его называют морозозащитным, теплоизоляционным, дренирующим. К дополнительным слоям и прослойкам относят также гидро- и пароизоляционные, капилляропрерывающие, противозаиливающие и др. Дополнительные слои устраивают из песка и других местных материалов в естественном состоянии или укрепленных органическими, минеральными или комплексными вяжущими веществами, из местных грунтов, в том числе пучинистых, обработанных вяжущими, из укрепленных смесей с добавками пористых заполнителей. В районах вечномерзлых грунтов и в других районах с особо неблагоприятными природными условиями устраивают теплоизоляционные слои из высокоэффективных теплоизоляционных материалов.

Дополнительные слои должны обеспечивать возможность движения по ним построечных транспортных средств и дорожно-строительных машин.

Классификация дорожных одежд и покрытии приведена в табл. 1.1.

Грунт земляного полотна (подстилающий грунт) - это тщательно уплотненные и спланированные верхние слои земляного полотна, отвечающего требованиям СНиП «Автомобильные дороги. Нормы проектирования», на которые укладывают слои дорожной одежды. На подстилающий грунт передается и распределяется все давление от транспортных нагрузок и на него существенно воздействуют изменчивые природные факторы, поэтому он является весьма ответственным элементом конструкции. Повышение сопротивления грунта внешним нагрузкам, предотвращение возникновения разуплотнения его вследствие морозного пучения, увлажнения, осушение и обеспечение постоянства водного режима земляного полотна - наиболее рациональные способы увеличения прочности, долговечности и экономичности дорожной одежды; поэтому дорожную одежду и земляное полотно следует проектировать совместно - комплексно.

1.4. Капитальную дорожную одежду с усовершенствованным покрытием проектируют с таким расчетом, чтобы под действием движения ни в одном из ее слоев и подстилающем грунте не возникло остаточных деформации, и, кроме того, чтобы воздействие природных факторов не приводило к недопустимым изменениям в ее элементах. Только при этом могут быть гарантированы работа всей дорожной конструкции в стадии обратимых (упругих) деформаций и сохранение высоких эксплуатационных качеств, обеспечивающих возможность движения с расчетными скоростями в течение всего периода между капитальными ремонтами.

Облегченную дорожную одежду с усовершенствованным покрытием, эксплуатационные требования к которому сравнительно высоки, рассчитывают также на работу без накопления остаточных деформации, но на менее продолжительный срок между капитальными ремонтами, чем для капитальных одежд. Это позволяет принять меньший запас прочности и облегчить конструкцию.

При проектировании переходных дорожных одежд, выравнивание которых не сопряжено со значительными затратами (щебеночные, гравийные и подобные им покрытия), допустимо некоторое накопление, остаточных деформаций под действием движения.

1.5. В районах с влажным и холодным климатом па участках с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями должны быть предусмотрены меры по осушению и обеспечению морозоустойчивости дорожной одежды и земляного полотна.

Таблица 1.1

Примечания: 1. Асфальтобетонные покрытия не следует предусматривать на дорогах IV категории, если элементы плана и продольного профиля не соответствуют скорости движения автомобилей 80 км/ч в равнинной, 60 км/ч - в пересеченной и 10 км/ч - в горной местности.

2. Покрытия, в которых содержатся каменноугольные дегти, не следует применять на участках дорог, проходящих в пределах населенных пунктов, а также на внутризаводских и сельскохозяйственных дорогах.

3. По эстетическим соображениям или при необходимости пропуска транспортных средств на гусеничном ходу на городских дорогах всех категорий и площадях допускается устройство покрытия в виде мостовой из брусчатки или мозаики на бетонном или каменном основании.

4. При проектировании реконструкции автомобильных дорог рекомендуется предусматривать использование по возможности существующих дорожных одежд в качестве оснований, после снятия для дальнейшей переработки и применения асфальтобетона старого покрытия.

5. Асфальтобетон из теплых смесей рекомендуется применять только па дорогах I-II дорожно-климатических зон.

При проектировании дорожных одежд в районах вечномерзлых грунтов (I дорожно-климатическая зона), помимо прочего, должны быть учтены характер вечномерзлых грунтов, их температурный и водный режим, а также влияние толщины деятельного слоя и вечномерзлого грунта (жесткого основания) на прочность дорожной одежды ¹.

¹ Здесь и далее под прочностью дорожной одежды подразумевается также и прочность земляного полотна.

1.6. Запроектированная дорожная одежда должна быть не только прочной и надежной в эксплуатации, но экономичной и возможно менее материалоемкой, особенно по расходу дефицитных материалов и энергии. Экономичность конструкции определяют по результатам сопоставления вариантов с оценкой сравнительной экономической эффективности капитальных вложений. Варианты сопоставляют между собой по сумме приведенных капитальных вложений, дорожных и транспортных затрат, необходимых для заданного объема перевозок за период сравнения вариантов.

1.7. При проектировании дорожных одежд и разработке типовых (унифицированных) решений по конструкциям дорожной одежды необходимо учитывать опыт службы различных конструкций в разных регионах страны, результаты региональных дорожных исследований, отраженные в действующих для этих районов технических условиях, нормах, правилах производства работ и других технических документах.

В результате анализа и обобщения данных опыта и исследований допускается расширить номенклатуру материалов (в особенности местных), приведенную в настоящей инструкции, уточнить расчетные значения характеристик грунтов и материалов - расчетные влажность и температуру, модуль упругости, сопротивление растяжению при изгибе, параметры сопротивления сдвигу и т.п. и назначать их в пределах, указанных для аналогичных материалов в инструкции.

При разработке региональных типовых конструкции дорожной одежды следует также учитывать специализацию дорожно-строительных организаций, обеспеченность их дорожно-строительными материалами, предусматривать максимальную механизацию и индустриализацию строительных процессов, применять преимущественно материалы заводского изготовления и не требующие многократных проходов укладочных машин и механизмов, стремиться к снижению трудоемкости и затрат ручного труда.

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ И ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Задачи и принципы конструирования

2.1. Проектирование дорожной одежды и земляного полотна представляет собой единый процесс конструирования и расчета дорожной конструкции на прочность, морозоустойчивость и осушение и технико-экономического обоснования вариантов.

2.2. Задачи конструирования дорожной одежды: а) назначение типа покрытия; б) выбор материалов для устройства слоев одежды и размещение их в конструкции в такой последовательности, чтобы наилучшим образом проявились их грузораспределяющая и деформативная способности, прочностные и теплофизические свойства; в) установление числа слоев и их ориентировочных толщин; г) назначение морозо- или теплозащитных мер, а также мер по повышению трещиностойкости и сдвигоустойчивости слоев, чувствительных к тепловлажностным воздействиям.

2.3. При конструировании дорожной одежды необходимо руководствоваться следующими принципами:

а) тип покрытия, конструкция одежды в целом должны удовлетворять транспортно-эксплуатационным требованиям, предъявляемым к дороге или улице соответствующей категории, и ожидаемым в перспективе составу и интенсивности движения. Должна быть установлена целесообразность стадийного строительства с целью поэтапного повышения эксплуатационных качеств;

б) конструкцию одежды нужно выбирать типовую или вновь разрабатывать для каждого участка или ряда участков дороги, характеризующихся сходными природными условиями (грунты земляного полотна, увлажнение, микроклимат), одинаковыми расчетными нагрузками, а также в равной степени обеспеченными строительными материалами. Следует рассмотреть целесообразность укрепления верхней части земляного полотна, что обеспечит стабильные во времени деформационные и прочностные характеристики верхнего слоя земляного полотна на участках большого протяжения, на которых можно применять однотипную конструкцию дорожной одежды. При выборе конструкции одежды для данных условии предпочтение следует отдавать проверенной на практике типовой конструкции;

в) в соответствующих элементах конструкции должны быть широко использованы местные малопрочные материалы с предварительной переработкой или укреплением их. В районах, недостаточно обеспеченных стандартными каменными материалами, необходимо широко применять, местные каменные материалы, побочные продукты промышленности и грунты, свойства которых могут быть улучшены обработкой их вяжущими (цемент, битум, известь, активные золы уноса и др.). Одновременно надо стремиться к созданию конструкции, по возможности наименее материалоемкой. Нужно иметь в виду, что эффективны все дорожные одежды, те конструктивные слои основания которых выполнены из укрепленных грунтов;

г) конструкция должна быть технологичной и обеспечивать возможность максимальной механизации и индустриализации дорожно-строительных процессов;

д) при назначении конструкции дорожной одежды следует учитывать региональный опыт строительства и службы дорог и заданном конкретном районе.

2.4. При конструировании дорожной одежды необходимо иметь в виду, что процесс деформирования и прочностные качеств материален, содержащих органическое вяжущее, обусловливающие проявление упруго-вязко-пластических свойств композиции, существенно зависят от температуры и режима нагружения (скорости изменения и продолжительности действия нагрузки), тогда как свойства зернистых материалов (щебеночные, гравийные и подобные им), а также материалов и грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими, сравнительно мало зависят от температуры и режима нагружения.

2.5. В процессе конструирования дорожной одежды следует определять, из каких грунтов (местных или привозных) целесообразно сооружать земляное полотно на отдельных участках, отдавая предпочтение водо- и морозоустойчивым грунтам. Необходимо назначать меры для обеспечения морозоустойчивости дорожной конструкции и предохранения ее от избыточного увлажнения. Наиболее целесообразное решение нужно выбирать с учетом того, насколько эффективны и технологичны отдельные мероприятия в конкретных условиях.

2.6. При назначении типов покрытия для разных вариантов конструкции дорожных одежд следует руководствоваться п. 1.3 настоящей инструкции, ГОСТ «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон» и СНиП «Автомобильные дороги. Нормы проектирования». Конструкцию дорожной одежды и тип покрытия нужно обосновывать технико-экономическим анализом вариантов по приведенным суммарным затратам.

2.7. При выборе материалов для устройства слоев дорожной одежды необходимо учитывать следующие положения.

Покрытие и верхние слои основания испытывают значительные напряжения растяжения и температурные воздействия. Поэтому они должны быть монолитными, водо-, морозо- и термостойкими.

При выборе материала для верхнего слоя основания надо учитывать категорию дороги, тип покрытия, а также и то, что слои, содержащие органические вяжущие, обладают лучшими деформационными качествами и теплофизическими свойствами, чем материалы или грунты, укрепленные неорганическими вяжущими. Однако материалы, содержащие органическое вяжущее, весьма чувствительны к высокой положительной температуре, при которой уменьшается их сдвигоустойчивость, или отрицательной температуре, приводящей к повышению их хрупкости.

На магистральных дорогах с тяжелым и скоростным движением основания нужно устраивать преимущественно из укрепленных материалов.

Щебеночные материалы должны быть уложены по принципу заклинки.

2.8. При применении укрепленных грунтов и материалов необходимо предусматривать комплекс материаловедческих, технологических и конструктивных мероприятий по ограничению развития трещин в основании, приводящих, как правило, к возникновению (копированию) трещин и в покрытии. К материаловедческим мерам относится, в частности, укрепление грунтов и материалов комплексными или малоусадочными вяжущими, а к конструктивным - устройство теплозащиты над слоями из материалов, укрепленных неорганическими вяжущими. Необходимо, чтобы теплофизические свойства материалов покрытия и верхнего слоя основания существенно не различались.

Для предотвращения появления «копирующихся» трещин на покрытии минимальную допустимую толщину слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее и укладываемых на верхний слой основания из материалов, укрепленных цементом, нужно принимать с учетом категории дороги:

Категория дорог общей сети (аналог

категории улиц и городских дорог см. табл. 2.1)        I                    II                   III

Наименьшая толщина слоев из материалов,

содержащих органическое вяжущее, см                     16                    12                 10

Примечание. В случае применения материалов, укрепленных комплексными вяжущими, а также медленно твердеющими и гидравлическими вяжущими, толщина слоя может быть снижена на 20 %, в условиях жарких и сухих районов IV-V дорожно-климатических зон - на 30 %; на дорогах IV категории с покрытиями из черных смесей толщина слоя покрытия может составить 8-6 см.

Нижние слои основания и дополнительные слои одежды должны совместно с верхними слоями и покрытием обеспечивать необходимую прочность конструкции, морозоустойчивость, а также дренирующую способность. Нижние слои основания, особенно из зернистых материалов, должны сопротивляться сдвиговым напряжениям. Во многих случаях целесообразно предусматривать их укрепление вяжущим.

2.9. Общую толщину дорожной одежды надо назначать по расчету на прочность и морозоустойчивость.

Если общая толщина дорожной одежды, полученная расчетом на прочность, меньше толщины, установленной по морозоустойчивости, то следует предусмотреть дополнительные морозозащитные или теплоизоляционные слои. В этом случае конструкцию основания дорожной одежды нужно назначать одновременно с проектированием морозозащитных или теплоизоляционных и дренирующих слоев.

2.10. Толщину покрытия усовершенствованного типа следует назначать так, чтобы действующие в его наиболее напряженной зоне растягивающие напряжения не превышали допускаемых.

Толщину покрытия переходного тина надо определять с таким расчетом, чтобы упругий прогиб поверхности одежды не превышал допускаемый.

2.11. Толщины промежуточных слоев одежды с усовершенствованным покрытием следует назначать так, чтобы под действием расчетных нагрузок в монолитных слоях основания из материалов, укрепленных неорганическими вяжущими, полимерными или вязкими органическими вяжущими, а также комплексными вяжущими, растягивающие напряжения при изгибе не превышали допускаемых, а в зернистых и слабосвязных материалах (гравий, песок, смеси на основе жидких органических вяжущих и т.п.) не возникали бы недопустимые деформации сдвига.

2.12. Необходимо предусматривать в конструкции одежды возможно меньшее число слоев (2 - 4 без учета дополнительных слоев) из разных материалов, используя и качестве основания пористый и высокопористый асфальтобетон, дегтебетон, тощий цементобетон, грунты и материалы, укрепленные вяжущими. В отдельных случаях, когда технически и экономически целесообразно, можно назначать и большее число слоев дорожной одежды.

2.13. В задачу проектирования земляного полотна наряду с установлением его формы и размеров, обеспечивающих устойчивость откосов и грунтов основания под насыпью, безопасность движения и незаносимость дороги снегом или песком (см. СНиП «Автомобильные дороги. Нормы проектирования»), входит назначение комплекса мер по обеспечению морозоустойчивости дорожной конструкции и предохранения ее от избыточного увлажнения.

2.14. Для существенного уменьшения притока поверхностных вод в основание дорожной одежды и в грунт земляного полотна необходимо предусматривать такие мероприятия, как укрепление обочин, обеспечение надлежащего их поперечного уклона, устройство бордюров и лотков, а также установление безопасного расстояния от бровки земляного полотна до уреза длительно застаивающейся поверхностной воды. Значительному уменьшению притока поверхностной воды к земляному полотну могут также способствовать монолитные слои дорожной одежды из материалов (грунтов), укрепленных вяжущими.

2.15. В районах с неблагоприятными погодно-климатическими и грунтово-гидрологическими условиями для ограничения миграции влаги из нижних слоев земляного полотна в верхние следует предусматривать также мероприятия, как увеличение расстояния от поверхности покрытия до уровня грунтовых вод (возведение более высокой насыпи, понижение УГВ), применение для сооружения насыпи непучинистых или малопучинистых грунтов (см. приложение 7), введение в конструкцию морозозащитных слоев из стабильных (не изменяющих своего объема при замерзании в увлажненном состоянии) материалов, капилляропрерывающих и водоизолирующих прослоек. С целью существенной экономии привозных и дефицитных дорожно-строительных материалов следует вводить теплоизоляционные слои в конструкции на пучиноопасных участках.

2.16. В тех случаях, когда применение указанных в п. 2.14 и 2.15 мероприятий экономически невыгодно и не приводит к тому, чтобы количество воды, поступающей в основание дорожной одежды из зернистых материалов, было меньше, чем может разместиться в свободных норах материала одежды, необходимо предусматривав мероприятия по осушению конструкции или принять дорожную одежду из монолитных (плотных) слоев.

2.17. Конструкция дорожной одежды и введенные в нее дополнительные слои существенно влияют на процесс влагонакопления в грунтах земляного полотна. Изменение же влажности грунта приводит к изменению деформационных и прочностных свойств его, что, в свою очередь, вызывает необходимость сооружения одежды различной толщины для обеспечения требуемой прочности конструкции. Подобное взаимное влияние земляного полотна и одежды обусловливает необходимость совместного вариантного проектирования их с тем, чтобы получить наиболее экономичную и надежную конструкцию дорожной одежды и земляного полотна в данных условиях.

Эффективный метод, позволяющий применять однотипную конструкцию дорожной одежды, - укрепление верхней части земляного полотна на различную толщину слоя грунта.

2.18. Проектировать дорожную одежду в связи с необходимостью ее усиления при реконструкции дорог следует с учетом основных положений, изложенных выше применительно к конструированию и расчету новых дорожных одежд. Однако в этом случае обязательно должен быть широко использован опыт службы одежды за период эксплуатации существующей дороги и учтены особенности, связанные с наличием старой конструкции дорожной одежды.

Вопрос усиления дорожной одежды следует рассматривать в тех случаях, когда ее фактическое состояние не удовлетворяет эксплуатационным требованиям.

Тип покрытия при разработке проекта реконструкции дороги не должен быть менее совершенным, чем существующего покрытия.

2.19. В целях обеспечения благоприятных условий работы прикромочных частей дорожной одежды основание следует устраивать на 0,6 м шире проезжей части и укрепительной полосы, а дополнительный нижний слой из песка или другого зернистого материала укладывать на 1 м шире основания или на всю ширину земляного полотна.

На автомобильных дорогах I-II категорий, а также на городских улицах края дорожной одежды целесообразно укреплять путем установки бортовых камней, плит или устройства монолитного бортика. Укрепление обочин дорог нужно предусматривать в соответствии с указаниями СНиП «Автомобильные дороги. Нормы проектирования» и рекомендациями специальных документов.

2.20. Дорожную одежду ведомственных дорог (подъезды к карьерам, промышленные и лесовозные дороги с четко выраженным направлением движения) следует проектировать различной толщины на полосах движения автомобилей двух направлений - с грузом и без груза.

Капитальные дорожные одежды с усовершенствованным покрытием

2.21. Капитальные дорожные одежды с асфальтобетонными покрытиями (рис. 2.1) применяют преимущественно на дорогах I, II, 1-с и III_п категорий, на основных внутрихозяйственных дорогах крупных промышленных предприятий и важных строительных объектов, а при соответствующих технико-экономических обоснованиях на дорогах III, II-с и IV_п категорий. (СНиП «Автомобильные дороги. Нормы проектирования», а также «Планировка и застройка городов, поселков и сельских населенных пунктов».)

2.22. Вид, марку и тип асфальтобетона для покрытия в зависимости от категории дороги и климатических условий (зоны) нужно намечать в соответствии с ГОСТ «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон». В основном следует применять плотный асфальтобетон I - II марок типов А, Б, В, Г. Для условий I - II дорожно-климатических зон на дорогах I и II категорий предпочтительно использовать асфальтобетон типов Б и Г.

В дорожно-климатических зонах I и частично во II для устройства усовершенствованных покрытий необходимо применять теплый асфальтобетон.

2.23. Для капитальных одежд толщину асфальтобетонного покрытия, устраиваемого из сравнительно дорогих материалов, следует назначать близкой к минимальной конструктивной.

Верхний слой основания капитальных дорожных одежд нужно устраивать главным образом из монолитных материалов - из пористого асфальтобетона, дегтебетона, щебеночных смесей, обработанных битумной эмульсией, «тощего» асфальтобетона, фракционированного щебня, обработанного вязким битумом по способу пропитки, а также из фракционированного щебня, уложенного по принципу расклинки мелким щебнем или гранулированным активным шлаком, укрепленного по методу пропитки цементно-песчаной смесью, и т.п. Покрытие толщиной 3-5 см на дорогах, предназначенных для движения автомобилей большой грузоподъемности, удовлетворительно работает только на основании, верхний слой которого асфальтобетонный.

Для устройства нижнего слоя основания необходимо применять преимущественно монолитные (укрепленные грунты и каменные материалы) и зернистые материалы.

Рис. 2.1. Поперечные профили земляного полотна и конструкции капитальных одежд дорог I-II категории с усовершенствованным покрытием для дорожно-климатических зон II-III и IV-V (примеры):

1 - средне- или мелкозернистый асфальтобетон I марки; 2 - крупнозернистый пористый асфальтобетон или дегтебетон; 3 - щебень, укрепленный цементом или комплексным вяжущим; 4 - грунт повышенной плотности; 5 - грунт, укрепленный неорганическим вяжущим; 6 - песок, гравий, шлак (дополнительный слой основания); 7 - щебень с расклинкой; 8 - тощий цементобетон; 9 - грунт и материалы, укрепленные комплексными вяжущими или активной золой уноса; 10 - гравий, укрепленный цементом; 11 - гравий, укрепленный малыми дозами цемента, или грунт, обработанный жидким органическим вяжущим; 12 - гравийная смесь с добавками дробленого щебня; 13 - пенопласт; 14 - конструктивный теплоизоляционный слой из цементогрунта с легким заполнителем

2.24. Материалы основания должны отвечать требованиям, изложенным в соответствующих нормативно-технических документах Госстандарта СССР и Госстроя СССР.

Облегченные и переходные дорожные одежды

2.25. Дорожные одежды облегченного типа с усовершенствованными покрытиями (асфальтобетонные, дегтебетонные, из черного щебня, из щебня, обработанного вяжущими по способу пропитки, из крупнообломочных материалов, из песчаных или супесчаных грунтов, обработанных в установке битумной эмульсией совместно с цементом) необходимо применять преимущественно на дорогах III, IV, II-с и IV_п категорий (рис. 2.2) и при стадийном строительстве дорожных одежд на первой стадии строительства дорог II, II-c и III_п категорий. Такие одежды можно устраивать и на внутрихозяйственных дорогах промышленных и сельскохозяйственных предприятий, где по санитарным условиям не могут быть допущены покрытия переходного типа.

2.26. Усовершенствованное покрытие облегченных дорожных одежд следует, как правило, устраивать толщиной 4-6 см при применении асфальтобетона и 6-8 см при использовании других материалов, указанных в п. 2.25. Более точно толщину покрытия нужно устанавливать расчетом на прочность.

2.27. Основания для облегченных дорожных одежд с усовершенствованным покрытием, как правило, необходимо устраивать из монолитных и зернистых материалов. При этом на дорогах III, II-с и IV категорий целесообразно устраивать основание дорожной одежды из гравийного пористого асфальтобетона; гравийно-песчаных смесей, обработанных эмульсией, дегтями и другими органическими вяжущими; различных материалов и грунтов и побочных продуктов промышленности, обработанных неорганическими или комплексными вяжущими, щебеночных и щебеночно-гравийных смесей.

2.28. Дорожные одежды с покрытиями переходного типа (щебеночные и гравийные из прочных пород, из малопрочных каменных материалов и грунтов, укрепленных органическими, неорганическими или комплексными вяжущими, мостовые из булыжного и колотого камня) следует устраивать на дорогах IV, III-с и V категорий (рис. 2.3). При стадийном строительстве дорожной одежды такие конструкции нужно предусматривать на первой стадии строительства дорог III, III_п, III-с и IV_п категории. Их можно применять на внутренних дорогах промышленных предприятий и строительных объектов, где по санитарным условиям движения нет необходимости в устройстве покрытий усовершенствованных типов. (СНиП «Автомобильные дороги. Нормы проектирования».)

2.29. При проектировании дорожных одежд с покрытием переходного типа надо стремиться, чтобы одежды состояли из одного-двух слоев.

Для покрытий, устраиваемых по способу заклинки, следует применять фракционированный щебень естественных горных пород, щебень из горнорудных отходов и щебень из малоактивных металлургических шлаков (ГОСТы на «Щебень из естественного камня для строительных работ» и «Щебень шлаковый доменный и сталеплавильный для дорожного строительства»).

2.30. При конструировании одежд переходного типа как первоочередной конструкции стадийного строительства для устройства слоев одежды на первой стадии необходимо применять материалы, которые отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для устройства слоев основания под усовершенствованные покрытия. В ряде случаев для сокращения первоначальных затрат могут оказаться целесообразными упрощенные конструкции, движение по которым в неблагоприятный период года должно быть ограничено по нагрузке на ось транспортных средств и по интенсивности.

Рис. 2.2. Конструкции облегченных одежд дорог III-IV категорий с усовершенствованным покрытием (примеры):

1 - асфальтобетон мелкозернистый II-III марок; 2 - крупнозернистый асфальтобетон или фракционированный щебень (гравий), обработанный битумом; 3 - подобранная щебеночная (гравийная) смесь, щебень с расклинкой; 4 - грунт укрепленный неорганическим вяжущим; 5 - грунт повышенной плотности; 6 - песок, гравий, шлак; 7 - щебень обработанный органическим вяжущим в установке; 8 -грунт или материал, обработанный комплексными вяжущими; 9 - грунт или малопрочный каменный материал, обработанный органическим вяжущим; 10 - грунт повышенной плотности

Рис. 2.3. Конструкции одежд дорог IV-V категорий с переходными типами покрытий (примеры):

1 - поверхностная обработка; 2 - подобранные гравийные или песчаные смеси, укрепленные портландцементом; 3 - песок, гравий, шлак; 4 - грунт повышенной плотности; 5 - грунт, укрепленный неорганическим или жидким органическим вяжущим; 6 - щебень; 7 - гравийная смесь; 8-гравийная смесь из некондиционных материалов, укрепленная малыми дозами цемента; 9 - гравийно-песчаная смесь; 10 - грунт с добавлением щебня

Конструкции дорожных одежд с дополнительными слоями

2.31. При проектировании участков дорог, находящихся в неблагоприятных климатических и грунтово-гидрологических условиях следует предусматривать меры по защите дорожной конструкции от вредного влияния воды и мороза. Наряду с другими мероприятиями, указанными в п. 2.13 - 2.15, можно вводить в конструкцию дополнительные слои и прослойки.

2.32. Одно из основных и нередко наиболее экономичное мероприятие по предохранению конструкции от чрезмерного зимнего вспучивания - устройство морозозащитных слоев из стабильных зернистых материалов, таких как песок, гравии, щебень, шлаки и др., а также из грунтов, укрепленных вяжущими, или гидрофобизированных грунтов. Наличие в конструкции таких слоев способствует уменьшению толщины промерзающею слоя грунта. Слои из зернистых материалов наряду с морозозащитной выполняют функцию дренирования, а из укрепленных грунтов - предохраняют конструкцию от увлажнения водой с поверхности. Толщины морозозащитных слоев определяют расчетом (см. п. 4.18 - 4.28). Деформационные и прочностные характеристики материала слоя учитывают при расчете дорожной конструкции на прочность.

2.33. Устройство теплоизоляционных слоев следует предусматривать на пучиноопасных участках, где технически невозможны или экономически нецелесообразны традиционные мероприятия по обеспечению морозоустойчивости конструкции (например, требуется морозозащитный слой очень большой толщины). Теплоизоляционные слои нужно устраивать из материалов с более эффективными теплозащитными свойствами, чем у обычных дорожно-строительных материалов.

С помощью теплоизоляции можно частично или полностью предотвратить промерзание земляного полотна, уменьшить или исключить деформации, вызванные пучением грунта. Теплоизоляцию из пенопласта целесообразно применять для устройства теплоизоляционных слоев лишь в особо неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях - «мокрые» выемки, земляное полотно в нулевых отметках, низкие насыпи, где глубина промерзания больше расстояния от поверхности покрытия до уровня грунтовых вод или длительно застаивающихся поверхностных вод. В других случаях могут быть использованы легкие бетоны, теплоизоляционные композиции из укрепленных вяжущими местных материалов (грунтов) или отходов промышленности и пористых заполнителей (керамзит, перлит, аглопорит, гранулы полистирола, измельченные отходы пенопласта) и др.

Толщину и расположение теплоизоляционного слоя в конструкции определяют теплотехническим расчетом (см. п. 4.29 - 4.45). Деформационные и прочностные характеристики материала слоя, а также его толщину следует учитывать при расчете дорожной конструкции на прочность.

Оптимальную конструкцию и теплоизоляционные материалы нужно выбирать на основании технико-экономического сравнения вариантов, равноценных по морозоустойчивости. При этом должна быть рассмотрена также конструкция с традиционным морозозащитным слоем или в сочетании его с теплоизоляцией.

2.34. Для уменьшения влагонакопления в верхней части земляного полотна следует предусматривать водонепроницаемые прослойки (из грунта, обработанного битумом, из полиэтиленовой пленки, нетканых синтетических материалов), устраиваемые обычно на всю ширину земляного полотна. При большой ширине земляного полотна и водонепроницаемом покрытии допускается устройство замкнутых прослоек («обойм») на ширину проезжей части. Глубина заложения прослойки от поверхности покрытия должна быть более 90 см во II климатической зоне и 65 см - в V зоне.

2.35. Капилляропрерывающие прослойки нужно устраивать толщиной 10-15 см на всю ширину земляного полотна из крупного песка или гравия. Для предохранения прослойки от загрязнения под и над ней необходимо предусматривать слои мелкого гравия толщиной 3-5 см.

2.36. В южных районах существенное уменьшение объема мигрирующей, преимущественно парообразной влаги, может быть достигнуто устройством слоев пароизоляции из полимерных рулонных материалов, грунта, обработанного органическим вяжущим веществом, или из слоя тщательно уплотненного грунта в «обойме».

2.37. Дренирующие слои, как правило, необходимы на участках с земляным полотном из недренирующих грунтов во всех случаях, когда грунт может увлажниться до полной влагоемкости - при неглубоком залегании уровня подземных вод, на длительно подтапливаемых участках, в районах с большим количеством осадков, а также на участках, в основании проезжей части которых возможно скопление воды, проникающей с поверхности (участки с затяжными продольными уклонами, при сравнительно легко водопроницаемых грунтах обочин, на вогнутых переломах продольного профиля, у прилегающих к проезжей части зеленых насаждений и газонов).

Дренирующие слои следует устраивать из песка, гравийных материалов, отсортированного шлака и других фильтрующих местных материалов. Необходимый коэффициент фильтрации материала нужно устанавливать в соответствии с п. 5.8.

На участках, проходящих в неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях выемок и нулевых отметок, а также в местах, где ожидается большое скопление поды (вогнутые переломы профиля и др.), не следует применять материалы для дренирующего слоя с коэффициентом фильтрации меньше 2 м/сут. В районах, где дренирующий слой промерзает, материалы слоя должны быть морозостойкими и достаточно прочными.

При назначении конструкций водоотводящих устройств надо руководствоваться следующими соображениями. В большинстве случаев, особенно на пучиноопасных участках, рационально устройство верхней части земляного полотна из дренирующего материала без специальных водоотводящих устройств, так как он здесь выполняет одновременно функции морозозащитного слоя (рис. 2.4, в, г). При большом количестве подлежащей отводу воды, т.е. более 0,007 м³/сут на 1 м² проезжей части, а также в выемках и в местах с нулевыми отметками может оказаться целесообразным устройство продольных трубчатых дрен (гончарные, асбестоцементные, пластмассовые трубы и трубофильтры) у краев проезжей части с поперечными выпусками (рис 24, а, б); может быть применен также продольный дренаж из крупнопористого материала - щебня, гальки.

Рис 2.4. Длина L пути фильтрации с учетом конструкции земляного полотна и дренажных устройств:

а - при продольных трубчатых дренах и двухскатном профиле; б - то же, при односкатном; в, г - при устройстве верхней части земляного полотна из фильтрующих материалов

Дренажную конструкцию следует выбирать на основании технико-экономического сравнения вариантов дренирующих слоев с различными водоотводящими устройствами.

2.38. На участках с затяжными уклонами, где продольный уклон больше поперечного, для перехвата и отвода воды, перемещающейся в дренирующем слое вдоль дороги, нужно устраивать в грунтовом основании мелкие прорези и укладывать в них перфорированные трубы, трубофильтры или щебень с противозаиливающей изоляцией.

2.39. Если крупнопористый материал (щебень, границ, шлак) укладывается непосредственно на грунт земляного полотна, то следует предусматривать прослойку, препятствующую взаимопроникновению материалов смежных слоев. В качестве материалов прослойки можно применять, мелкий щебень, высевки (0-10 мм), гравийно-песчаные смеси, крупные и средней крупности пески, непылеватые шлаки, непучинистые золошлаки, синтетические текстильные материалы, укладываемые в один слой со стыковкой соседних полотен внахлест на 10-15 см, и т.д. Защитной прослойкой может служить слой из грунта, укрепленного вяжущими, толщиной 5-8 см. Толщину прослойки из зернистого материала нужно принимать равной 5-10 см, а при переувлажненном грунте земляного полотна - 15-20 см.

Особенности конструирования дорожных одежд со слоями из малопрочных материалов и побочных продуктов промышленности

2.40. При конструировании дорожных одежд необходимо в соответствующих элементах широко применять местные материалы с предварительной переработкой или укреплением их.

Возможность использования слабых известняков, опоки, гравийных материалов, дресвы, ракушечника и др. без обработки вяжущими нужно устанавливать с учетом прочности и дробимости материала, гранулометрического состава, числа пластичности его мелкой части, условий работы в том или ином слое одежды и предъявляемых требований к прочности и морозоустойчивости дорожной конструкции. Главным критерием возможности применения указанных материалов без обработки вяжущими служит соответствие их свойств требованиям ГОСТ 23558-79. Если свойства не отвечают этим требованиям, материалы необходимо переработать. Во избежание существенных деформации дорожной одежды, особенно на участках с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями, не следует применять в основании (даже для нижних слоев) материалы, в которых содержится мало скелетных частиц или число пластичности мелкозема более 7.

2.41. Дорожные одежды с покрытием из обработанных вяжущим или необработанных малопрочных материалов, устраиваемым на песчаном, гравийном и щебеночном основании или на основании из укрепленного грунта, удовлетворительно работают лишь в IV и V климатических зонах при интенсивности движения не более 100 авт./сут с нагрузкой на ось не более 70 кН.

При большей интенсивности движения целесообразно предусматривать обработку малопрочных материалов органическими и неорганическими вяжущими, резко улучшающую структурно-механические свойства этих материалов. Особенно рациональным для устройства оснований под усовершенствованные покрытия или покрытий на дорогах IV-V категорий может быть тощий цементобетон на основе слабого известнякового щебня, ракушечника, речных песчаников и др., а также гравийные материалы, укрепленные неорганическим вяжущим.

2.42. При конструировании дорожной одежды со слоями из шлака необходимо учитывать, что шлаковый щебень из высокоактивных и активных шлаков можно использовать для устройства покрытий на дорогах IV-V категории и для оснований (из улучшенных и неулучшенных шлаков) дорог II-IV категорий. Щебень неустойчивой структуры из активных шлаков можно использовать только для устройства оснований, а щебень из малоактивных шлаков неустойчивой структуры - после приобретения ими устойчивой структуры.

Для повышения монолитности и прочности слоев из кислых малоактивных шлаков с модулем основности ¹ менее 1 следует к шлаковому щебню предусмотреть добавку мелких частиц из активных шлаков и 2-3 % гашеной взвести или молотого гранулированного шлака в количестве 20-25 % от массы щебня. Для устройства слоев дорожных одежд, которые должны обладать улучшенными прочностными и деформационными качествами, нужно применять шлаковый щебень, обработанный органическими и минеральными вяжущими.

¹ Модуль основности М_о - соотношение (в процентах) основных и кислых окислов:

Кислые металлургические шлаки целесообразно обрабатывать каменноугольными дегтями, которые обладают более высокими адгезионными свойствами, чем нефтяные битумы. Их можно обрабатывать также битумной эмульсией с известью, активной золой уноса и т.д.

Мероприятия по повышению прочности грунта активной зоны земляного полотна

2.43. Основное требование к земляному полотну - обеспечение стабильности его работы во времени - может быть удовлетворено проведением ряда мероприятий, таких, как устройство его верхней части из непучинистых, малопучинистых и малонабухающих грунтов, тщательное уплотнение грунта до требуемой плотности и при оптимальной влажности (особенно при уплотнении засоленных грунтов), защита грунта от увлажнения поверхностными и подземными водами и т.п.

В сухих местах III-V дорожно-климатических зон целесообразно коэффициент уплотнения верхнего слоя земляного полотна толщиной 30-50 см повышать до 1,0-1,05. Слой грунта, повышенной плотности следует рассматривать как самостоятельный конструктивный слой. Расчетные деформационные и прочностные характеристики грунта в этом слое выше в данных условиях по сравнению с нормируемыми для грунта земляного полотна (см. приложение 2).

Если слой повышенной плотности принят из связного (набухающего) грунта, необходимо предусмотреть меры по защите его от увлажнения.

2.44. Эффективное мероприятие по повышению стабильности земляного полотна - укрепление его верхнего слоя небольшим количеством вяжущих (например, 3-4 % цемента, 10-15 % золуноса или гранулированными шлаками, известью и т.п.). Укрепление верхнего слоя целесообразно в тех случаях, когда расчетный модуль упругости грунта меньше 40 МПа, т.е. при расчетной влажности грунта более 0,7 предела текучести. Укрепление верхнего слоя земляного полотна стабилизирует его физико-механические свойства и повышает модуль упругости, уменьшает расход стандартных материалов на устройство дорожной одежды, повышает ее технико-эксплуатационные параметры и т.д.

Учет региональных особенностей

2.45. При проектировании дорожных одежд и земляного полотна в сложных природных условиях (районы вечномерзлых грунтов, заболоченная местность, овражистая местность, горные и предгорные районы, засушливые или орошаемые районы, песчаные пустыни и др.) наряду с учетом общих нормативных положений и рекомендации настоящей инструкции следует руководствоваться указаниями специальных региональных нормативно-технических документов.

2.46. Расчетную влажность грунтов и зависящие от нее расчетные значения их деформационных и прочностных характеристик с учетом природных особенностей I дорожно-климатической зоны, горных, приморских и засушливых районов, а также районов с частыми оттепелями, нужно назначать в соответствии с указаниями приложения 2.

Расчетные температуры, деформационные и прочностные характеристики асфальтобетона и других материалов, содержащих органическое вяжущее, необходимо устанавливать в соответствии с рекомендациями приложения 3.

2.47. Принципы проектирования дорожной одежды в районах, перечисленных в п. 2.46, не отличаются от принципов проектирования одежд для других районов.

Земляное же полотно более значительно (чем дорожная одежда) подвержено сезонным изменениям, интенсивность которых зависит от общих климатических условий региона и от индивидуальных природных особенностей данного участка. Чтобы в наибольшей мере обеспечить стабильную работу земляного полотна, наряду с общими указаниями настоящей инструкции необходимо учесть следующее.

В районах распространения вечномерзлых грунтов земляное полотно конструируется с учетом одного из трех принципов регулирования мерзлотного состояния его основания: первый - сохранение вечномерзлых грунтов в основании насыпи в течение всего периода эксплуатации дороги; второй - частичное оттаивание мерзлых грунтов основания на глубину, определяемую расчетом; третий - полное, оттаивание вечномерзлых грунтов до начала строительства дороги и осушение придорожной полосы.

Земляное полотно в районах вечномерзлых грунтов следует устраивать преимущественно в насыпях; выемки допускаются в исключительных случаях. Высоту насыпи земляного полотна в районах печной мерзлоты следует назначать по теплотехническому расчету, но не менее 1,2-1,5 м. На всей дорожной полосе отвода и в основании насыпи при проектировании в зоне вечной мерзлоты по 1-му и 2-му принципам надо предусматривать обязательное сохранение мохорастительного покрова. Для предохранения его от разрушения целесообразно устраивать прослойку из дренирующего грунта или, при ограниченной высоте насыпи, - теплоизоляционную прослойку из местных материалов, т.е. из уплотненного мха, торфа, шлака, нестроевой древесины и др.

При благоприятных грунтово-гидрологических и мерзлотных условиях, когда допускается сезонное оттаивание основания насыпи, земляное полотно из местных глинистых грунтов притрассовых или сосредоточенных карьеров нужно возводить непосредственно на мохорастительном покрове.

На подтопляемых участках и на подходах к мостам в районах распространения вечномерзлых грунтов земляное полотно предпочтительно возводить из обломочных грунтов. Верхнюю часть насыпи, находящуюся выше отметки расчетного уровня воды плюс набег волны и плюс запас в 0,5 м, можно возводить из глинистых грунтов.

При проектировании выемок, проходящих в сырых местах, следует предусматривать теплозащиту откосов местными теплоизоляционными материалами, а также замену переувлажненных пылевато-глинистых грунтов в основной части выемки песчаными или другими стабильными непучинистыми грунтами. При проектировании дорог в районах орошаемых земель необходимо учитывать неблагоприятное влияние на работу земляного полотна повышенного уровня подземных вод во время поливов сельскохозяйственных угодий, местного повышения подземных вод вблизи сооружений оросительной сети, затопления резервов, водоотводных кюветов в результате полива земель.

В районах искусственного орошения с постоянным подтоплением автомобильных дорог земляное полотно следует проектировать в насыпях. Возвышение низа дорожной одежды по оси дороги над зимне-весенним уровнем подземных вод (или поверхностных) при слабо- и среднезасоленных грунтах может быть увеличено на 20 % (для суглинков - на 35 %), а при сильно засоленных грунтах - на 40-60 % по сравнению с требованиями, представленными в СНиП «Автомобильные дороги». Нормы проектирования».

При конструировании земляного полотна дорог районов песчаных пустынь его следует проектировать в нулевых отметках или в невысоких насыпях (0,5-0,6 м) и придавать ему обтекаемую форму путем создания пологих откосов для обеспечения беспрепятственного переноса песка через дорогу. При этом необходимо сохранять существующую растительность. Кроме того, следует укреплять поверхность песка под дорожной одеждой, на обочинах и откосах слоем из связного грунта толщиной 15 см или из оптимальной смеси песка и суглинка или же из песка, обработанного битумной эмульсией.

Защитные слои из укрепленных или неукрепленных материалов на земляном полотне из барханных песков нужно рассматривать как конструктивные элементы дорожной одежды.

Выемки в барханных песках глубиной до 2,0 м необходимо предусматривать раскрытыми с крутизной откосов 1:10; откосы более глубоких выемок - крутизной 1:2. Кроме того, нужно предусматривать в этом случае бермы шириной 10-20 м. Проезжую часть следует располагать несколько выше дна раскрытой выемки (на 0,2-0,4 м).

2.48. В условиях горной местности южных районов необходимо принять меры обеспечения сдвигоустойчивости покрытий, для чего следует в конструкцию дорожной одежды вводить жесткую прослойку, в частности из пористого черного щебня, укрепленного цементно-песчаным раствором способом пропитки.

Конструирование одежд при проектировании реконструкции существующих дорог

2.49. Для обоснованного назначения мероприятий по реконструкции существующих дорог, ограничению увлажнения их с целью повышения прочности и устойчивости дорожной одежды необходимо располагать подробными данными: а) о конструкции, поведении в эксплуатации и о прочности дорожной одежды; б) о состоянии проезжей части и земляного полотна; в) о наличии и эффективности морозозащитных элементов, дренирующих слоев и водоотводящих устройств. Указанные данные устанавливаются на основании специальных инженерно-геологических обследований, изучения материалов о службе дорог, визуальных и инструментальных определении параметров дорог.

Рис. 2.5. Поперечные профили реконструируемых дорог:

а - с односторонним уширением; б - с двусторонним уширением; в - то же, с утолщением существующей одежды; 1 - старая одежда; 2 - новая одежда с основанием; 3 - проектируемая часть земляного полотна; 4 - уступы на откосах существующего земляного полотна

Рис. 2.6. Расположение дренажа на реконструируемых дорогах:

а - со сплошным водоотводящим слоем; б - с продольными трубчатыми дренами; 1 - существующая дорожная одежда; 2 - вновь устраиваемое покрытие; 3 - то же, основание; 4 - укрепительная полоса; 5 - новый дренирующий слой на всю ширину земляного полотна или песчаный, хорошо фильтрующий грунт обочин; 6 - укрепление обочин; 7 - засев травами; 8 - заглубление относительно низа старого песчаного слоя, равное 0,6-0,8 h_к (в метрах), где h_к - высота капиллярного покрытия в песке старого слоя; 9 - новый дренирующий слой при уширении проезжей части; 10 - оголовок; 11 - бетонные плиты; 12 - трубчатый выпуск из дрены; 13 - фильтрующая обсыпка; 14 - продольная трубчатая дрена

Рис. 2.7. Конструкции с теплоизоляционным слоем на реконструируемых дорогах, расположенных на пучинистых участках:

1 - покрытие; 2 - основание; 3 - конструктивно-изоляционный слой; 4 - старое покрытие; 5 - старое основание; 6 - старый песчаный слой; 7 - подстилающий грунт; 8 - укрепительная полоса; 9 - новый конструктивный слой под теплоизоляцией в зоне уширения проезжей части; 10 - новый дренирующий слой

2.50. Если предстоит только усилить дорожную одежду без уширения проезжей части и земляного полотна, то наиболее рациональным может оказаться утолщение одежды стабильными материалами до пределов, требуемых для обеспечения достаточной прочности и морозоустойчивости конструкции. При проектировании усиления дорожных одежд необходимо предусмотреть эффективные меры по обеспечению хорошего сцепления нового слоя покрытия со старым изношенным и поврежденным. Целесообразно предусматривать переработку и использование асфальтобетона существующей одежды.

В общую толщину слоев из стабильных материалов не следует включать загрязненные материалы дополнительных слоев и основания, а также неморозостойкие  слабопрочные каменные материалы.

В случае применения при реконструкции дорог новых слоев одежды из щебня, гравия, шлака и грунтов, укрепленных цементом, над ними необходимо располагать слои из материалов, обработанных органическими или комплексными вяжущими, общей толщиной не менее указанной в п. 2.8.

Нижние слои из зернистых материалов можно укладывать на существующее водонепроницаемое покрытие только при проведении мероприятии, исключающих влагонакопление в этих слоях.

2.51. На участках, где, кроме усиления дорожной одежды, предусмотрено также уширение проезжей части и земляного полотна, должна быть обеспечена равнопрочность всей одежды в пределах ширины новой проезжей части. Как правило, следует предусматривать одностороннее уширение земляного полотна (рис. 2,5, а), а двустороннее уширение (рис. 2.5, б, в) - только при необходимости или экономической целесообразности.

2.52. Для уширения земляного полотна следует применять несвязные грунты. Связные грунты можно использовать в случае их идентичности с грунтом существующего земляного полотна.

2.53. При проектировании реконструкции дороги дренажные устройства следует назначать, с учетом состояния старой дороги и ее дренажной системы, а также принятых технических решений по перестройке - усиление дорожной одежды, усиление с уширением, полная перестройка.

Если новую дренажную систему предусматривают в пределах уширения проезжей части и обочин, то для усиления фильтрации воды в старом подстилающем слое необходимо новый дренирующий слой устраивать с заглублением по отношению к низу старого (рис. 2.6).

2.54. На реконструируемых участках дорог, где обеспечение необходимой морозоустойчивости традиционными мерами технически невозможно или экономически нецелесообразно, нужно в новую дорожную одежду вводить теплоизоляционный слой (рис. 2.7). Толщину этого слоя следует определять теплотехническим расчетом.

Для предохранения грунта земляного полотна под дорожной одеждой от промерзания со стороны обочины теплоизоляционный слой должен быть устроен на 1 м шире проезжей части с каждой стороны.

2.55. Принципы и методы расчета на прочность, морозоустойчивость и дренирование усиливаемых и реконструируемых участков, а также расчет теплоизоляционных слоев в основном те же, что и новых конструкций дорожных одежд.

Особенности конструирования одежд городских улиц и дорог

2.56. При конструировании одежд городских улиц и дорог необходимо учитывать ряд особенностей, связанных с условиями их строительства и эксплуатации: а) ограниченную возможность варьирования проектных отметок продольного профиля, обусловленную общими архитектурно-планировочными требованиями; б) необходимость временного сбора воды у кромок проезжей части с последующим отводом ее через ливневую канализацию; в) необходимость в ряде случаев размещения под проезжей частью электротехнических, тепловых, водопроводных и других коммуникации; г) необходимость устройства сопряжений дорожной одежды с люками, трамвайными путями; д) расположение улицы или дороги в непосредственной близости от жилых построек; е) наличие участков, где наблюдаются частые разгоны и торможение транспортных средств на проезжей части, а также участков остановок общественного транспорта с наибольшим совпадением траекторий движения колес транспортных средств.

Таблица 2.1

2.57. При конструировании одежд городских дорог и улиц должны быть удовлетворены основные требования, предъявляемые к конструкциям одежд дорог общей сети, и, кроме того, повышены требования к водонепроницаемости, беспыльности, бесшумности покрытий, к ремонтопригодности дорожных одежд, к сопряжениям с элементами встроенных конструкций городских дорог и улиц. При этом, покрытия городских дорог и улиц должны обладать повышенной износостойкостью, сдвигоустойчивостью, шероховатой поверхностью.

В наибольшей мере этим требованиям отвечают нежесткие одежды с усовершенствованными покрытиями.

2.58. Покрытия и верхние слои оснований из асфальтобетонных смесей следует проектировать в соответствии с рекомендациями приложения ГОСТ 9128-84 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон». Условный переход от категории городских дорог и улиц к категориям автомобильных дорог общей сети показан в табл. 2.1.

2.59. Чтобы удовлетворить требования к сдвигоустойчивости и летнее время и к трещиностойкости покрытий зимой, предпочтительно применять для приготовления асфальтобетонных смесей битумы марок: а) БНД (БН) - 130/200 и БНД (БН) - 90/130 в I дорожно-климатической зоне; б) БНД (БН) - 90/130, БНД (БН) - 60/90 во II дорожно-климатической зоне; в) БНД (БН) - 60/90 и БНД - 40/60 в III-IV дорожно-климатических зонах; г) БНД - 10/60 в V дорожно-климатической зоне.

2.60. При проектировании дорожных одежд городских улиц и дорог группы I (см. табл. 2.1) с асфальтобетонными покрытиями в верхнем слое основания необходимо применять только монолитные материалы типа крупнозернистых пористых и высокопористых (преимущественно в III-V дорожных зонах) асфальтобетонных смесей, тощего цементобетона марок 75-150, а также щебня, обработанного по методу пропитки цементно-песчаной смесью (раствором).

Асфальтобетонные основания следует, как правило, предусматривать однослойными. Двухслойное асфальтобетонное основание нужно применять лишь при необходимости использования в нижнем слое песчаных и мелкозернистых смесей, обладающих пониженной сдвигоустойчивостью. В этом случае общая толщина размещаемых над ними асфальтобетонных слоев повышенной сдвигоустойчивостью (покрытие с основанием из крупнозернистых асфальтобетонных смесей) не должна быть менее 12 см.

Нижние слои основания и дополнительные слои, а также основания для других групп городских улиц и дорог нужно проектировать в соответствии с указаниями глав 3-5 настоящей Инструкции.

2.61. При отсутствии ливневой канализации следует предусматривать продольные и поперечные дренажи мелкого заложения как элемент дорожной одежды. Продольный дренаж нужно устраивать при продольном уклоне проезжей части менее 30 %о, а поперечный - при продольных уклонах 30 %о и более.

2.62. В условиях города при высоком уровне грунтовых вод (УГВ) следует тире применять конструкции дорожных одежд с теплоизоляционными слоями (см. п. 4.29-4.45).

2.63. Для остановок общественного транспорта в городах необходимо конструировать дорожные одежды с покрытиями и основаниями повышенной сдвигоустойчивости при высоких положительных температурах. Основание следует устраивать, как правило, из пористых или высокопористых асфальтобетонных смесей на вязком битуме, из тощего бетона или грунта, укрепленного цементом. При применении материалов, содержащих цемент, необходимо предусматривать «трещинопрерывающие» прослойки.

2.64. На участках, где трамвайные пути расположены не на обособленном земляном полотне, одежда внутри путей и между ними должна иметь такую же прочность, как у дорожной одежды, примыкающей к рельсовым путям.

3. РАСЧЕТ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НА ПРОЧНОСТЬ

Основные положения

3.1. Задача расчета - определение толщины слоев одежды в вариантах, намеченных при конструировании, или выбор материалов с соответствующими деформационными и прочностными характеристиками при заданных толщинах слоев.

3.2. Расчет дорожной одежды на прочность основан на следующих предпосылках:

а) зависимость деформации от напряжения для дорожно-строительных материалов и грунтов при расчетных нагрузках, показателях влажности, плотности и температуры является линейной;

б) напряженно-деформированное состояние дорожной одежды под действием местной нагрузки (осесимметричной подвижной или статической) определяется решениями теории упругости для слоистого (двухслойного и трехслойного) полупространств с учетом условий сопряжения слоев на контактах;

в) влияние продолжительности и повторности действия нагрузок от движущихся автомобилей на напряженно-деформированное состояние дорожных одежд учитывается путем введения и расчет характеристик упруговязких и усталостных свойств материалов и грунтов в зависимости от особенностей работы различных частей дороги - перегонов, перекрестков, остановок и стоянок автомобилей, обочин, остановок городских общественных транспортных средств;

г) силы инерции, действующие на одежду и земляное полотно в процессе деформирования, весьма малы и расчетом не учитываются (задача квазистатическая);

д) предельное состояние дорожной одежды характеризуется показателями, зависящими от свойств материала каждого слоя одежды и грунта земляного полотна, а также от их размещения и условий работы в конструкции;

е) за расчетные принимают наиболее тяжелые автомобили, которые систематически обращаются по дороге в неблагоприятный период года;

ж) интенсивность движения учитывается при установлении допускаемых значении прочностных характеристик материалов и грунтов и упругого прогиба конструкции в целом.

3.3. Реальные многослойные дорожные конструкции приводятся к двухслойным и трехслойным моделям с помощью методов, изложенных и п. 3.33, 3.39, 3.42. При расчетах на ЭВМ могут быть использованы более сложные методы приведения, если они дают более близкие к решениям теории упругости для многослойных систем результаты в оценке напряженно-деформированного состояния (с учетом условий сопряжения слоев).

3.4. Дорожные одежды на перегонах дорог нужно рассчитывать на кратковременное многократное действие подвижных нагрузок. Продолжительность действия нагрузок при современных скоростях движения грузовых автомобилей необходимо принимать равной 0,1 с; и этом случае и расчет принимаются значения модуля упругости и прочностных характеристик материалов и грунта, определенные тоже при продолжительности действия нагрузки 0,1 с.

3.5. Одежды на остановках автобусов и троллейбусов, перекрестках дорог, на подходах к пересечениям с железнодорожными и трамвайными путями и т.д. нужно рассчитывать на многократное кратковременное действие нагрузки, а также на продолжительное однократное нагружение. При расчете одежды на длительное действие нагрузки используются значения модуля упругости материалов и грунтов и их прочностные характеристики, определенные при продолжительности нагружения не менее 10 мин.

3.6. Одежды на стоянках автомобилей и обочинах дорог следует рассчитывать на продолжительное нагружение (более 10 мин). Ввиду малой повторности воздействия нагрузок здесь можно вести расчет на единичное нагружение.

3.7. При расчете на прочность дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием следует учитывать особенности поведения его и эксплуатации в зависимости от температуры. В то время, как покрытие наиболее напряженно работает при низких положительных температурах, грунт земляного полотна и слои одежды из слабосвязных материалов испытывают большие напряжения при повышенных весенних температурах, когда модуль упругости асфальтобетона существенно снижается. Поэтому при расчете собственно асфальтобетонного покрытия на растяжение при изгибе характеристики его должны соответствовать низким весенним температурам (см. приложение 3). При расчете же слоев из слабосвязных материалов, а также грунта на сопротивление сдвигу модуль упругости асфальтового бетона покрытия должен соответствовать весенним повышенным температурам (см. приложения 2 и 3).

3.8. Дорожные одежды в местах, перечисленных в п. 3.5 и 3.6, следует рассчитывать на продолжительное статическое воздействие нагрузки по сдвигу в грунте, в слабосвязных материалах слоев, а также в слоях, обработанных органическими вяжущими. Кроме того, необходимо рассчитывать на растяжение при изгибе монолитные слои из материалов, содержащих неорганическое вяжущее.

3.9. Дорожную одежду нужно рассчитывать с учетом надежности, под которой подразумевают вероятность безотказной работы конструкции в течение всего периода между капитальными ремонтами.

Отказ - это такое состояние дорожной одежды в соответствующий ему коэффициент прочности, при котором требуется проведение капитального ремонта ранее срока, установленного девствующими нормами. Количественным показателем служит уровень надежности, представляющий собой отношение протяженности прочных, не требующих капитального ремонта конструкции, к общей протяженности участка с данным значением запаса прочности.

3.10. Установление допустимого уровня надежности проектируемой конструкции к концу периода между капитальными ремонтами - технико-экономическая задача, заключающаяся в определении сравнительной экономической эффективности капитальных вложении с учетом фактора времени, строительных затрат, дорожно-транспортных эксплуатационных расходов, направленных на повышение надежности конструкции. Решать ее в каждом конкретном случае целесообразно на основе сравнения вариантов.

Для основных случаев проектирования допустимый (требуемый) уровень надежности К_н, определяющий минимальное значение коэффициента прочности К_пр, которое дорожная одежда должна иметь к концу срока службы между капитальными ремонтами, нормирован в зависимости от категории дороги, капитальности одежды и типа покрытия (табл. 3.1). Допустимый уровень надежности городских дорог и улиц следует принимать тоже по табл. 3.1 с учетом данных табл. 2.1. При уровне надежности, отличном от указанных значений его в табл. 3.1, минимальный коэффициент К_пр прочности одежды следует принимать по графику (рис. 3.1).

3.11. С учетом уровня надежности конструкции определяют расчетные значения сопротивления растяжению при изгибе асфальтобетона и влажности грунта (см. приложения 2, 3).

Рис. 3.1. Зависимость коэффициента прочности К_пр от уровня надежности К_н

Расчетное значение характеристики

 при ; ,                              (3.1)

где  - среднее значение характеристики по результатам n испытаний;

t - коэффициент нормированного отклонения от  при допустимом уровне надежности (см. п. 3.10) в зависимости от числа лет наблюдений или количества опытов (см. приложение 2, п. 11);

n_м - коэффициент вариации характеристики;

s_м - среднее квадратическое отклонение характеристики.

Таблица 3.1

Знак перед вторым членом в скобках формулы (3.1) должен быть тот, который обеспечивает большую надежность.

Расчетные значения всех остальных прочностных и деформационных характеристик материалов и грунта нужно принимать по приложениям 2 и 3.

3.12. Основа для назначения конструкции и расчета на прочность дорожных одежд - перспективная приведенная интенсивность воздействия нагрузки в период неблагоприятный для работы дорожных одежд. Интенсивность устанавливается при проведении титульных экономических обследований по данным анализа закономерностей изменения интенсивности движения и объемов перевозок по годам.

3.13. Наряду с установлением исходной интенсивности движения и темпа ее роста весьма важно правильное определение перспективного срока П (числа лет), для которого следует определять расчетную интенсивность:

П=Х+У+Z,

где Х - число лет от года окончания титульных экономических обследований района вновь проектируемой дороги или от года последнего учета движения на существующей дороге до начала строительства;

У - число лег от начала строительства до ввода дороги в эксплуатацию;

Z - продолжительность периода между капитальными ремонтами дорожной одежды, установленная региональными нормами в зависимости от категории дороги и степени капитальности конструкции.

Расчетные нагрузки

3.14. Одежды автомобильных дорог и городских улиц нужно рассчитывать с учетом состава и интенсивности перспективного движения, ожидаемого на год службы перед капитальным ремонтом. Срок службы до капитального ремонта необходимо принимать по соответствующим нормативам.

В качестве параметров, характеризующих размер и повторяемость воздействия нагрузок от автомобилей и других транспортных средств на дорожную одежду следует при проектировании ее на воздействие: а) неподвижного транспортного средства пользоваться средним расчетным давлением р (в мегапаскалях) колеса на покрытие, расчетным диаметром D_н (в сантиметрах) круга, равновеликого следу колеса неподвижного автомобиля; б) движущегося транспортного средства пользоваться давлением р (в мегапаскалях), расчетным диаметром D_д (в сантиметрах) следа колеса движущегося автомобиля, а также приведенной расчетной интенсивностью N_p (в единицах в сутки) воздействия нагрузки.

3.15. При расчете на прочность одежд автомобильных дорог I-III категории, скоростных и магистральных городских дорог и улиц, а также других дорог (подъездных и внутренних дорог промышленных, лесозаготовительных и сельскохозяйственных предприятий), по проезжей части которых в наиболее неблагоприятный для работы дорожной одежды период года необходимо предусматривать систематический проезд двухосных автомобилей с наибольшей статической нагрузкой на ось 100 кН, трехосных - 80 кН, автобусов - 110 кН, в качестве расчетной следует принимать нормированную нагрузку для транспортных средств группы А (см. приложение 1, табл. 1).

При проектировании дорог IV и V категорий, городских улиц и дорог местного значения, промышленных, сельскохозяйственных и других дорог, по которым предусматривается проезд главным образом двухосных автомобилей с наибольшей статической нагрузкой на ось 60 кН, трехосных - 50 кН, автобусов - 70 кН, в качестве расчетной следует принимать нормированную нагрузку для транспортных средств группы Б (см. приложение 1, табл. 1).

Если же в наиболее неблагоприятный период года но дорогам IV и V категорий, а также по дорогам сельскохозяйственных и других предприятий предусматривается систематическое движение автомобилей группы А, то в качестве расчетной нужно принимать нормированную нагрузку от колеса наиболее нагруженной оси автомобиля группы А.

3.16. В случае, когда в составе движения проектируемой внутрихозяйственной дороги предусматриваются автомобили или другие транспортные средства с нагрузками на ось, превышающими нормированные для автомобилей группы А или Б, за расчетную следует принимать наибольшую нагрузку, воздействие которой ожидается в наиболее неблагоприятный для работы дорожной одежды период года.

При этом, если предполагается движение транспортных средств с нагрузкой на ось, превышающей нормированную (для группы А или Б) не более, чем на 20 %, а число таких транспортных средств не превышает 5 % от суммарной интенсивности движения грузовых автомобилей и автобусов (троллейбусов), то за расчетную следует принимать нормированную нагрузку (см. приложение 1, табл. 1).

3.17. При проектировании одежд автомобильных дорог, улиц, площадей, автостоянок, площадок для отдыха, подъездных и внутренних дорог промышленных и сельскохозяйственных предприятий и других объектов со специализированным движением могут быть в качестве расчетных приняты (при наличии обоснования) нагрузки от транспортных средств соответствующих марок, систематическая эксплуатация которых предусматривается на рассматриваемом объекте.

Данные о параметрах нагрузок, передаваемых на дорожное покрытие как наиболее распространенными, так и перспективными транспортными средствами, приведены в приложении 1, табл. 2.

3.18. При проектировании промышленных, лесовозных и других специальных дорог, по которым предусматривается движение многоколёсных транспортных средств (специализированные полуприцепы, прицепы-тяжеловозы, контейнеровозы и т.д.), а также для проверки па прочность одежд существующих автомобильных дорог общей сети при единичных проездах таких транспортных средств следует параметры р и D_э расчетной (эквивалентной) нагрузки Q^(э) определять с учетом совместного воздействия колес транспортного средства на напряженно-деформированное состояние дорожной одежды в соответствии с п. 3 приложения 1.

3.19. Одежду всех полос проезжей части автомобильных дорог и городских улиц, а также обочины нужно проектировать на ту же расчетную нагрузку, что и одежду крайней справа полосы проезжей части. В случае строго специализированного движения в разных направлениях (например, дороги карьеров и промышленных предприятий, подъездные пути к строительным объектам), а также в пределах различных полос движения (например, автобусное или троллейбусное движение) могут быть приняты для этих направлений и полос разные расчетные нагрузки.

Дорожную одежду в пределах трамвайных путей, если они расположены на необособленном земляном полотне, необходимо рассчитывать на ту же нагрузку, что и одежду основной проезжей части улицы.

3.20. При расчете на прочность одежд автомобильных дорог и городских улиц следует учитывать перспективную интенсивность движения автомобилей разных марок в двух направлениях, которая приводится к эквивалентной интенсивности воздействия расчетной нагрузки на одну полосу проезжей части в сутки.

Среднесуточное перспективное приведенное к расчетной нагрузке число проездов всех колес (как ведущих, так и ведомых), расположенных по одному борту автомобилей и других транспортных средств, в пределах одной полосы проезжей части является приведенной расчетной интенсивностью Nр (в единицах в сутки) воздействия нагрузки. Причем

,                                                   (3.2)

Таблица 3.2

Примечание: 1. Порядковый номер полосы считается справа по ходу движения в одном направлении.

2. Для расчета обочин принимается f_пол = 0,01.

3. На многополосных дорогах допускается проектировать одежду переменной толщины по ширине проезжей части, рассчитав дорожную одежду в пределах различных полос в соответствии со значениями N_р найденными по формуле (3.2).

4. 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 нужно принимать f_пол = 0,50, если общее число полос проезжей части проектируемой дороги более трех.

где f_пол - коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним (табл. 3.2);

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_mсум - суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства m-й марки к расчетной нагрузке Q_расч.

Если расчетной является нормированная нагрузка от автомобилей группы А или Б и транспортный поток состоит только из серийных транспортных средств, указанных в табл. 2 приложения 1, то коэффициенты приведения S_mсумА или S_mсумБ находят по той же табл. 2 приложения 1.

3.21. Для транспортных средств, не указанных в табл. 2 приложения 1, а также при расчетных нагрузках, отличающихся от нормированных для автомобилей группы А или Б (см. приложение 1, табл. 1), значение суммарного коэффициента приведения

,                                                         (3.3)

где n - число осей у данного транспортного средства, для приведения которого определяется коэффициент S_mсум;

S_n - коэффициент приведения эквивалентной нагрузки  от колеса n-й оси движущегося транспортного средства к расчетной нагрузке Q_расч, определяемый по графику (см. приложение 1, рис. 1). Коэффициенты S_n определяются для нагрузок менее расчетной, а также для нагрузок, превышающих расчетную не более, чем на 20 %.

При определении коэффициента приведения S_nдля колеса данной п-й оси находят эквивалентную нагрузку  (с учетом влияния колес других осей) и ее отношение к расчетной нагрузке Q_расч. В зависимости от этого отношения по графику (см. приложение 1, рис. 1) находят S_n

Эквивалентная нагрузка от колес n-й оси двухосного автомобиля

,                                                           (3.4)

где К_дин - коэффициент динамичности, учитывающий повышение нагрузки на покрытие при колебаниях автомобиля и принимаемый равным 1,30;

Q_n - номинальная статическая нагрузка на колесо n-й оси (n = 1; 2). От колес n-й оси трехосного автомобиля нагрузки

,                                           (3.5)

где Q_n - как и в формуле (3.4), номинальная статическая нагрузка на колесо n-й оси (n =1; 2; 3);

g_п-1 - коэффициент, учитывающий влияние колеса оси, идущей впереди n-й, на напряженно-деформированное состояние дорожной одежды под колесом n-й оси;

g_п+1 -коэффициент, учитывающий влияние колеса оси, идущей позади n-й.

Коэффициенты g_п-1, g_п+1 определяются по графикам (см. приложение 1, рис. 2 и 3). Нагрузки  для многоколесных транспортных средств (специализированные прицепы, полуприцепы-тяжеловозы и т.д.) находятся - по формуле (1) приложения 1.

Критерии прочности

3.22. Дорожные одежды рассчитывать на прочность следует по трем критериям: а) сопротивление сдвигу в грунтах и слоях из слабосвязных материалов; б) сопротивление растяжению при изгибе монолитных слоев;

в) сопротивление упругому прогибу всей конструкции. Пластические смещения в грунте и слабосвязных материалах не возникнут, если сдвигающие напряжения в них не достигнут местного предельного равновесия по сдвигу. Сплошность монолитных слоев не будет нарушена, если растягивающие напряжения при многократном изгибе не превысят допустимых напряжений для материала данного слоя, установленных с учетом усталостных явлений.

Вся конструкция дорожной одежды под воздействием силовых и природных факторов будет более надежно работать, если упругий прогиб (обобщенная приближенная характеристика) ее не превысит нормированного значения, установленного по результатам испытания и изучения опыта службы дорожных одежд в различных природных условиях и разных условиях движения.

3.23. Допускается не рассчитывать по упругому прогибу дорожные одежды, предназначенные для движения особо тяжелых транспортных средств с нагрузкой на ось, равной или превышающей 120 кН.

3.24. Последовательность расчета по критериям прочности может быть принята любой. Однако методически целесообразно при больших перспективных интенсивностях воздействия нагрузок и малой влажности грунтов (W < 0,7W_т) начинать расчеты по упругому прогибу, а при малых интенсивностях воздействия нагрузок и высокой влажности грунтов - по сдвигу в грунте.

Конструкция дорожной одежды считается прочной, если коэффициент прочности по каждому из критериев больше или ранен К_пр , найденному с учетом требуемого уровня надежности проектируемой одежды (см. рис. 3.1). Конструкции нужно выбирать на: основе экономических сопоставлений нескольких вариантов конструкции, удовлетворяющих условиям прочности. При этом может оказаться, что коэффициент прочности по какому-либо из критериев значительно превышает К_пр. При равных экономических показателях предпочтение должно быть отдано варианту, у которого среднее значение из всех коэффициентов прочности больше.

3.25. Независимо от результатов расчета на прочность минимальная толщина покрытия (с учетом запаса на износ) и других конструктивных слоев одежды в уплотненном состоянии не должна быть менее следующих значений (в сантиметрах):

Асфальтобетон (дегтебетон) крупнозернистый.................................................................................................................. 6-7

То же, мелкозернистый.................................................................................................................. 3-5

 " песчаный.................................................................................................................. 3-4

 " холодный.................................................................................................................. 3

Щебеночные (гравийные) материалы, обработанные органическими вяжущими.................................................................................................................. 8

Щебень, обработанный по способу пропитки.................................................................................................................. 8

Щебеночные и гравийные материалы, не обработанные вяжущими, на песчаном основании.................................................................................................................. 15

То же, на прочном основании (каменном или из укрепленного грунта).................................................................................................................. 8

Грунты и малопрочные каменные материалы, обработанные органическими, комплексными или неорганическими вяжущими.................................................................................................................. 10

Грунт повышенной прочности.................................................................................................................. 50

Примечания: 1. Большие из значений толщин асфальтобетонных покрытий даны для дорог I-II категории, а меньшие - для дорог III-IV категории.

2. Когда по условиям воздействия нагрузок требуемая общая толщина асфальтобетонных слоев покрытия и основания менее суммы двух минимально-конструктивных толщин, целесообразна замена покрытия и верхнего слоя основания одним слоем покрытия большей, чем указано, толщины, устанавливаемой расчетом.

3. Толщина слоя должна превышать размер наиболее крупных частиц каменных материалов не менее чем в 1,5 раза (кроме слоев, устраиваемых по способу пропитки).

3.26. Если при конструировании дорожной одежды для обеспечения нормальной технологии устройства слоя из крупнозернистого материала на переувлажненном глинистом грунте или одномерном песке предусмотрена защитная прослойка (см. п. 2.39 настоящей Инструкции), то толщину этой прослойки не следует учитывать при расчете конструкции на прочность.

В случае же, когда защитная прослойка из песка, гравий или мелкого щебня предусмотрена против взаимопроникания грунта и материала в процессе эксплуатации дороги, то толщину прослойки, за вычетом 5 см, нужно учитывать в расчете на прочность. Толщину прослойки из грунта, укрепленного вяжущим, при расчете конструкции на прочность необходимо учитывать полностью.

3.27. Для обеспечения работы капитальной дорожной одежды без накопления остаточных деформации необходимо, чтобы ни в одном из слоев и в подстилающем грунте не возникали пластические смещения, не нарушалась сплошность монолитных слоев и прогиб поверхности одежды под расчетной нагрузкой не превосходил допускаемых значений.

Дорожную одежду капитального типа на воздействие подвижной нагрузки следует рассчитывать по всем трем критериям при высоком уровне надежности (см. п. 3.10 и табл. 3.1 настоящей Инструкции).

3.28. Дорожные одежды облегченного типа нужно проектировав с учетом меньшего срока их службы до капитального ремонта по сравнению с капитальными одеждами. Так как, кроме того, применяемые материалы для устройства облегченных одежд обеспечивают сравнительно более простую технологию производства ремонта, то на таких одеждах допускается возникновение незначительных остаточных деформаций (в пределах норм допусков по ровности проезжей части).

Облегченные одежды следует рассчитывать на воздействие подвижных нагрузок тоже по трем критериям, но с уменьшенным допускаемым уровнем надежности по сравнению с капитальными (см. п. 3.10 и табл. 3.1 настоящей Инструкции).

3.29. Одежды с покрытиями переходного типа - щебеночными, гравийными и из других прочных минеральных материалов, а также из грунтов и надстрочных каменных материалов, обработанных вяжущими, мостовые из булыжного и колотого камня следует рассчитывать на воздействие подвижных нагрузок только по двум критериям - сдвигу в грунте и упругому прогибу при соответствующем допускаемом уровне надежности (см. п. 3.10 и табл. 3.1 настоящей Инструкции).

Расчет дорожных одежд по допускаемому упругому прогибу

3.30. Конструкция дорожной одежды удовлетворяет требованиям надежности и прочности по критерию упругого прогиба, если

К_пр £ Е_общ/Е_тр,                                                          (3.6)

где К_пр - коэффициент прочности дорожной одежды, найденный по графику (см. рис. 3.1) или табл. 3.1, в зависимости от допустимого уровня надежности;

Е_общ - общий модуль упругости конструкции;

Е_тр - требуемый модуль упругости конструкции с учетом капитальности одежды, типа покрытия и интенсивности воздействия нагрузки.

3.31. При расчете одежд требуемый модуль упругости следует определять по графику (рис. 3.2), построенному по результатам статистической обработки экспериментальных данных.

Если за расчетные приняты автобусы с нагрузкой на ось 110 кН (группа А) или 70 кН (группа Б, то требуемые модули упругости, определенные по графику (см. рис. 3.2), следует увеличить на 10 %. Для дорог V климатической зоны требуемые модули упругости, найденные по этому графику, следует уменьшить на 15 %.

Рис. 3.2. Требуемые модули упругости Е_тр для нагрузок групп А и Б

Таблица 3.3

Примечание. Интенсивность воздействия нагрузки в скобках приведена для группы Б, без скобок - для группы А.

3.32. Независимо от данных, полученных по графику (см. рис. 3.2), требуемый модуль упругости для дорог общей сети не должен быть меньше указанного в табл. 3.3. Минимальные требуемый модули упругости городских дорог также могут быть определены по табл. 3.3 с учетом данных табл. 2.2.

3.33. Располагая значением требуемого модуля упругости, нужно послойно рассчитать одежду с помощью номограммы (см. вкладку, рис. 3.3). Эта номограмма связывает отношение Е₂/Е₁ модулей упругости нижнего и верхнего слоев, относительную толщину h/D верхнего слоя и отношение E_общ/Е₁ общего модуля упругости на поверхности двухслойной системы к модулю упругости верхнего слоя. Для определения E_общ на номограмме проводится вертикаль из точки на горизонтальной оси, соответствующей значению h/D, и горизонтальная прямая из точки на вертикальной оси соответствующей отношению Е₂/Е₁. Точка пересечения этих прямых диет искомое значение E_общ/Е₁. Зная величину Е₁, нетрудно вычислить E_общ.

Послойный расчет многослойной конструкции можно вести снизу вверх, начиная с подстилающего одежду грунта, когда надо модуль упругости конструкции, или сверху вниз, когда модуль и коэффициент К_пр прочности дорожной одежды.

При толщине i-го слоя многослойной дорожной одежды (счет слоев сверху вниз), превышающей 2D, общий модуль упругости на поверхности i-го слоя

,                             (3.7)

,                                                  (3.8)

где i - номер рассматриваемого слоя дорожной одежды, считая сверху вниз (i=1, 2, 3...);

h_i - толщина i-го слоя, см;

D - диаметр нагруженной площади, см;

 - общий модуль упругости полупространства, подстилающего i-й слой, МПа;

E_i - модуль упругости материала i-го слоя, МПа.

Расчетные значения модуля упругости грунтов и материалов следует назначать в соответствии с указаниями приложений 2 и 3.

Значения модуля упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, необходимо принимать во всех климатических зонах при температуре +10° С по табл. 13 приложения 3.

3.34. Общая толщина верхних слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее, ориентировочно назначается в зависимости от требуемого модуля упругости:

Модуль упругости, МПа    до 125      125-180         180-220         220-250         250-300

Толщина слоя, см                    4-6           6-8                8-10              10-13            13-16

3.35. Дорожную одежду по допустимому упругому прогибу (требуемому модулю упругости) нужно рассчитывать в следующем порядке:

а) в соответствии с указаниями п. 3.10 настоящей Инструкции определить минимальное значение коэффициента прочности К_пр;

б) по расчетной приведенной интенсивности воздействия нагрузки на одну полосу с учетом капитальности одежды по номограмме (см. рис. 3.2) назначить требуемый модуль упругости E_тp конструкции;

в) вычислить произведение К_прЕ_тр=Е_общ

г) по данным п. 3.34 предварительно назначить толщину верхних слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее;

д) модуль упругости грунта активной зоны земляного полотна назначить по приложению 2, а модули упругости материалов слоев - по приложению 3 (для материалов содержащих органическое вяжущее, при температуре +10° С);

е) по номограмме (см. рис. 3.3), выполняя расчет сверху вниз, найти модуль упругости и на поверхности основания;

ж) если основание однослойное, то по модулям упругости на поверхности основания, материала основания и грунта земляного полотна определить толщину основания по той же номограмме (см. рис. 3.3);

з) если по конструктивным или технологическим соображениям, а также по условиям осушения или обеспечения необходимой морозоустойчивости и т.п. предусмотрено основание из нескольких слоев, то предварительно нужно назначить толщины дополнительных слоев, а затем послойно снизу вверх найти по номограмме (см. рис. 3.3) модуль упругости на поверхности дополнительного слоя (морозозащитного, теплоизоляционного, дренирующего или другого дополнительного слоя), после чего аналогично изложенному определить толщину остальной части основания;

и) можно расчет вести снизу вверх с последовательным определением модулей упругости на поверхности конструктивных слоев.

Расчет дорожных одежд по сдвигу в грунте земляного полотна

3.36. Дорожную одежду нужно проектировать с расчетом, чтобы под действием кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте не возникали остаточные деформации, вызванные пластическими смещениями. Сдвиг в грунте земляного полотна не возникнет, если

К_пр £ Т_доп/Т,                                                        (3.9)

где К_пр - минимальное значение коэффициента прочности, определяемое по графику (см. рис. 3.1), с учетом заданного уровня надежности;

Т_доп - допускаемое напряжение сдвига, обусловленное сцеплением в грунте (п. 3.38);

Т - активное напряжение сдвига в грунте от действующей кратковременной или длительной нагрузки (п. 3.37). Под активным напряжением сдвига следует понимать разность между сдвигающими напряжениями и удерживающими силами, обусловленными внутренним трением в грунте.

3.37. Активное напряжение сдвига в грунте

Т = t_н + t_в,                                                             (3.10)

где t_н - активное напряжение сдвига от временной нагрузки;

t_в - то же, от собственного веса дорожной одежды. Активное напряжение сдвига в грунте от временной нагрузки

t_н = [(s₁ - s₃) - (s₁ + s₃)sinj]:(2cosj),                                   (3.11)

где j - угол внутреннего трения грунта;

s₁ - максимальное главное напряжение;

s₃ - минимальное главное напряжение (полагают, что s₁ ³ s₃ = s₂).

Главные напряжения s₁ и s₃ надо вычислять по решениям теории упругости для слоистых сред. Поскольку применение в этих целях решения для многослойных сред требует большого объема трудоемких вычислений, реальную многослойную дорожную конструкцию можно приводить к двухслойной расчетной модели, в которой нижним слоем служит подстилающий грунт, а верхний слой имеет толщину, равную сумме толщин слоев дорожной одежды, и средний модуль упругости всей дорожной одежды (рис. 3.4)

,                                                      (3.12)

где n - число слоев дорожной одежды;

Е_i - модуль упругости i-го слоя;

h_i - толщина i-го слоя.

Наихудшие условия работы грунта на сдвиг имеют место при наибольших положительных температурах покрытия, наблюдаемых в расчетный период весной. Поэтому при расчете дорожных одежд по сдвигу значения модуля упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, должны соответствовать температурам: во II дорожно-климатической зоне +20°С, в III зоне - +30°С, в IV зоне - +10°С, в V зоне - +50°С.

После приведения многослойной реальной конструкции к двухслойной модели вычисляется  (от единичной нагрузки) по номограмме (см. рис. 3.5), связывающей относительную толщину одежды  (верхняя горизонтальная шкала), отношение модулей упругости верхнего и нижнего слоев Е_ср/Е_гр = Е₁/Е₂ (кривые на номограмме), угол j_гр внутреннего трения грунта (лучи на номограмме) и максимальное активное напряжение сдвига  от единичной нагрузки в нижнем слое (нижняя горизонтальная шкала). Номограмма построена для случая совместимости работы слоев на контакте. Для материала дорожной одежды принят коэффициент Пуассона m₁ = 0,25 и для подстилающего грунта - m₂ = 0,35. Эти значения m_i характерны для распространенных конструкций дорожной одежды, работающих в стадии обратимых деформаций. Возможные отклонения от принятых значений коэффициента Пуассона мало влияют на результаты расчета.

Для малых значений  дана деталь (см. вкладку рис. 3.6) основной номограммы.

Рис. 3.4. Схема к приведению многослойной конструкции к двухслойной при расчете грунта земляного полотна по сдвигу

Рис. 3.5. Номограмма для определения активного напряжения сдвига от временной нагрузки в нижнем слое двухслойной системы (при h/D = 0¸2,0). Порядок пользования показан штриховой линией со стрелками

Активное напряжение сдвига t_н в грунте от собственного веса дорожной одежды находится по номограмме (рис. 3.7) в зависимости от общей толщины  дорожной одежды (горизонтальная ось) и угла j_гр внутреннего трения грунта (лучи на номограмме).

3.38. Допускаемое напряжение сдвига в грунте

Т_доп = с_грk₁k₂k₃,                                                     (3.13)

где с_гр - сцепление в грунте активной зоны земляного полотна в расчетный период, МПа;

k₁ - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления грунта сдвигу под агрессивным действием подвижных нагрузок, колебании и т.д. (при расчете на воздействие кратковременных нагрузок принимают k₁ = 0,6, при длительном действии нагрузок с малой повторностью k₁ = 0,9);

k₂ - коэффициент запаса на неоднородность условии работы конструкции, связанный с недоучетом неблагоприятных природных особенностей, технологических и других причин (эти факторы проявляются тем больше, чем выше интенсивность движения; коэффициент k₂ определяется по графику (рис. 3.8), при расчете на длительное действие нагрузки k₂ = 1,23);

k₃ - коэффициент, учитывающий особенности работы грунта в конструкции, связанные с увеличением фактического сцепления в грунте за счет защемления, явления дилатансии и зацепления частиц (введением коэффициента k₃ учитывается также отличие реальных условий сопряжения слоев на контакте от принятых при построении номограммы (см. рис. 3.5). Значения k₃ с учетом характера грунта следующие:

Пески крупные …………………………………………………………………………. 7,0

Пески средней крупности ………………………………….………………………….. 6,0

Пески мелкие …………………………………………………………………………... 5,0

Пески пылеватые, супеси крупные …………………………………………………… 3,0

Глинистые грунты (глины, суглинки, супеси, кроме крупной) …………………….. 1,5

3.39. По сдвигу в грунте земляного полотна одежду нужно рассчитывать методом последовательного приближения. Порядок расчета следующий. Для одежды, приведенной к двухслойной модели, находятся отношения

Е_ср : Е_гр и

где Е_ср - средний модуль упругости одежды, найденный по формуле (3.12). Если расчет ведут на воздействие движущихся нагрузок, то в формулу (3.12) в качестве расчетных модулей упругости Е_i слоев подставляют модули упругости, соответствующие длительности действия нагрузки 0,1 с (см. приложение 3, табл. 12 - 14).

При расчете на длительное действие нагрузки принимают модули упругости материалов, соответствующие длительности действия нагрузки не менее 10 мин (см. приложение 3, табл. 14, 16 - 18);

Е_гр - модуль упругости грунта, соответствующий кратковременному или длительному действию нагрузки (прилож. 2);

 - общая толщина дорожной одежды;

D - расчетный диаметр нагруженной площади, соответствующий динамическому или статическому действию нагрузки.

Рис. 3.7. Номограмма для определения активного напряжения сдвига t_в от собственного веса дорожной одежды

Затем по формуле (3.10) определяется действующее в грунте земляного полотна активное напряжение сдвига Т. Составляющая t_н будет произведением , где  можно найти с помощью номограммы (рис. 3.5 или ее детали, рис. 3.6), а р - действующая нагрузка.

Напряжение t_в от веса одежды находится по номограмме (см. рис. 3.7). Действующее в грунте напряжение сдвига

,                                                           (3.14)

По формуле (3.13) вычисляется допускаемое напряжение сдвига Т_доп, с которым затем нужно сравнивать действующие напряжения Т на всех стадиях последовательного приближения. Условия прочности по сдвигу в грунте считают выполненным, если Т_доп/Т ³ К_пр, где К_пр - коэффициент прочности, определяемый по графику (см. рис. 3.1).

Если К_пр > Т_доп/Т, то следует или увеличить толщину какого-либо слоя или нескольких слоев одежды и тем самым увеличить общую, толщину , или увеличить Е_ср , путем замены материала какого-либо слоя материалом с более высоким Е_i, или же заменить или укрепить грунт земляного полотна. Если Т_доп/Т >> К_пр и необходимая толщина дорожной одежды не диктуется прочими условиями (критерии упругого прогиба, растяжение при изгибе), то следует уменьшить толщину слоя (или слоев) или же использован, материалы с меньшими модулями упругости с тем, чтобы добиться равенства К_пр = Т_доп/Т.

Рис. 3.8. Зависимость коэффициента k₂, учитывающего повторность нагружения, для материалов и грунтов, рассчитываемых по сдвигу, от расчетной приведенной интенсивности N_р воздействия нагрузки

Рис. 3.9. Зависимость относительного активного напряжения сдвига Dt_н/t_н в подстилающем полупространстве от нагрузки р при изменении на 1 см толщины h_i какого-либо слоя дорожной одежды с модулем упругости Е_i

Для измененной конструкции вновь нужно найти активное напряжение сдвига в грунте земляного полотна и сравнить его с допускаемым напряжением сдвига в грунте.

3.40. Чтобы сократить число попыток при корректировке конструкции одежды, можно воспользоваться номограммой (рис. 3.9). По ней определяется относительное изменение максимального активного напряжения сдвига Dt_н/t_н в подстилающем грунте (вертикальная ось) от нагрузки при изменении на 1 см толщины h_i, какого-либо конструктивного слоя с модулем упругости Е_i. Значения Dt_н/t_н зависят от относительной толщины всей одежды  (горизонтальная ось) и модуля упругости Е_i рассматриваемого i-го слоя.

3.41. При другом порядке расчета задастся средний модуль упругости дорожной одежды Е_cp и по номограмме (см. рис. 3.5 или 3.6) определяется требуемая толщина одежды.

Возможен вариант расчета, когда по заданной конструкции дорожной одежды и виду грунта земляного полотна определяется нагрузка, которая без ущерба для состояния одежды может быть ею воспринята.

Расчет промежуточных слоев из слабосвязных материалов на устойчивость против сдвига

3.42. Слои из слабосвязных материалов - гравийных, песчаных и подобных им, а также из материалов и грунтов, укрепленных жидким вяжущим, одежд капитального и облегченного ¹ типа рассчитываются, исходя из условия, чтобы в них не возникали остаточные деформации под действием сдвигающих напряжений.

¹ Слои из слабосвязных материалов одежд переходного типа нет необходимости рассчитывать по сдвигу в связи с относительной легкостью исправления их деформации.

Расчет недуг приближенным методом с использованием зависимостей (3.9)-(3.14). Порядок расчета следующий.

А. Многослойную конструкцию нужно привести к двухслойной модели в которой рассчитываемый слой условно служит полупространством из слабосвязного материала с присущими этому материалу расчетными характеристиками (рис. 3.10). Толщину верхнего слоя модели принимают равной сумме толщин всех слоев, расположенных над рассчитываемым, т. е. , а средний модуль упругости этой системы слоев вычисляют по формуле (3.12). В расчет вводят модули упругости соответствующие расчетной длительности действия нагрузки и расчетной температуре для данной дорожно-климатической зоны.

Б. Вычисляют отношения

 и ,

где D - диаметр нагруженной площади с учетом характера действия нагрузки (подвижная или статическая).

По найденным отношениям с помощью номограмм (см. рис. 3.5 и 3.6) получают =t_н/р. По номограмме (см. рис. 3.7) находят активное напряжение сдвига от веса вышележащих слоев. Вычисляют действующее в слое активное напряжение сдвига по формуле (3.14).

В. Вычисляют допускаемое активное напряжение сдвига по формуле (3.13), полагая в этой формуле с_гр равным сцеплению в слабосвязном материале (см. приложение 3); коэффициенты k₁, k₂ и k₃ принимают по п. 3.38; для грунтов, укрепленных жидким битумом (см. приложение 3, табл. 17), а также неукрепленных малопрочных каменных материалов коэффициент k₃ = 1,5.

Г. Вычисляют отношение Т_доп/Т и сопоставляют его с коэффициентом прочности К_пр, найденным при заданном уровне надежности проектируемой дороги (см. рис. 3.1). Если К_пр £ Т_доп/Т, то условие прочности выдержано. Если же К_пр > Т_доп/Т, то следует увеличить толщину какого-либо из вышележащих (над рассчитываемым) слоев с тем, чтобы условие прочности К_пр £ Т_доп/Т соблюдалось. Чтобы не изменились условия прочности по упругому прогибу дорожной одежды или по сдвигу в грунте, необходимо одновременно толщину рассчитываемого слоя уменьшить. Соотношение между увеличением толщины вышележащего слоя и уменьшением толщины рассчитываемого слоя может быть найдено по номограмме (см рис 3.9).

Рис. 3.10. Схема приведения многослойной конструкции к двухслойной модели при расчете промежуточного слоя по сопротивлению сдвигу

Расчет монолитных слоев на растяжение при изгибе

3.43. В монолитных слоях дорожной одежды - из асфальтобетона, дегтебетона, материалов и грунтов, укрепленных комплексными и неорганическими вяжущими, и др., - возникающие при прогибе одежды напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок не должны вызывать нарушения структуры материала и приводить к образованию трещин, т.е. должно быть обеспечено условие:

К_пр £ R_п/s_r.                                                           (3.15)

где К_пр- требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности (см. табл. 3.1 и рис. 3.1);

R_п - предельное допустимое растягивающее напряжение материала слоя с учетом усталостных явлений;

s_r - наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, устанавливаемое расчетом.

3.44. Наибольшее растягивающее напряжение s_r при изгибе и монолитном слое вычисляют с помощью программ, построенных по решениям задачи теории упругости о слоистом полупространстве (рис. 3.11, 3.12).

В проектировании дорожных одежд встречаются два характерных случая: 1) монолитный слой или несколько смежных слоев из однотипных монолитных материалов находятся в верхней части дорожной одежды - это асфальтобетонные и подобные им покрытия, асфальтобетонные основания расположенные непосредственно под асфальтобетонным покрытием; 2) монолитный слой расположен в толще дорожной одежды - различного рода монолитные основания.

3.45. Покрытия из асфальтобетона и дегтебетона рассчитывать на растяжение при изгибе можно с помощью номограммы (см. рис. 3.11). Номограмма связывает относительную толщину покрытия h₁/D (горизонтальная ось) и отношение модуля упругости материала покрытия к общему модулю на поверхности основания Е₁/Е_об.осн (кривые на номограмме) с максимальным растягивающим напряжением  при изгибе в материале покрытия от местной нагрузки равной 1 МПа (вертикальная ось). Значение диаметра D круга, равновеликого площади контакта колеса с покрытием, принимается по приложению 1. Номограмма составлена для наиболее опасного случая, когда не обеспечено достаточное сцепление покрытия с основанием.

3.46. При расчете на изгиб слоев асфальтобетонного основания, подстилающего асфальтобетонное покрытие, следует весь пакет слоев из асфальтового бетона принимать за один эквивалентный слой. В этом случае модуль упругости эквивалентного слоя толщиной, равной общей толщине пакета, необходимо определять по формуле (3.12), а рассчитывать на удовлетворение неравенства (3.15) в нижнем слое асфальтобетонного основания.

3.47 Промежуточные монолитные слои одежды можно рассчитывать по номограмме (см. рис. 3.12). При этом многослойную конструкцию предварительно следует приводить к трехслойной, где средним будет рассчитываемый монолитный слой (см. слой h₂ на рис. 3.12) Номограмма связывает относительную толщину двух верхних слоев трехслойной системы (h₁+h₂)/D и растягивающее напряжение  от единичной нагрузки в нижней точке рассчитываемого слоя под центром нагруженной площади (где эти напряжения достигают наибольшего значения) при различных отношениях модулей упругости слоев Е₁/Е₂ (кривые на номограмме) и Е₂/Е₃ (лучи на номограмме). Полное значение растягивающего напряжения s_r вычисляться по формуле (3.17), приведенной в п. 3.49.

3.48. Допускаемое растягивающее напряжение при изгибе асфальтобетона

R_доп = R_р,                                                           (3.16)

где R_р - расчетное сопротивление растяжению при изгибе с учетом повторности приложения нагрузок (см приложение 3, формулу (5).

Для материалов и грунтов, укрепленных неорганическими или комплексными вяжущими веществами, R_доп = R_укрК_ц. Значение R_укр принимают по приложению 2, табл. 17, а коэффициент К_ц - там же по рис. 8.

3.49. Покрытие (см. п. 3.45) или эквивалентный монолитный слой рассчитывают на изгиб (п. 3.46) в следующем порядке:

А. Вычисляют h₁/D при однослойном покрытии или  (асфальтобетонное покрытие на основании из асфальтобетонных слоев), а затем по формуле (3.12) находят средний модуль упругости пакета слоев из асфальтового бетона.

Б. Общий модуль упругости Е_об.осн на поверхности подстилающего асфальтобетон основания определяют с помощью номограммы (см. рис. 3.3) путем последовательного приведения слоев, как указано в п. 3.33.

В. По отношениям Е₁/Е_об.осн или Е_ср.а/Е_об.осн и h₁/D или  с помощью номограммы (см. рис. 3.11) определяют растягивающее напряжение  в рассчитываемом слое, от единичной нагрузки. Полное растягивающее напряжение

s_r = pK_d,                                                          (3.17)

где р - расчетное давление на покрытие, МПа (см. приложение 1);

K_d - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия под колесом автомобиля со спаренными баллонами.

Обычно K_d = 0,85, но при расчете покрытии па особые нагрузки (однобаллонное колесо) K_d = 1,0.

Рис. 3.11 Номограмма для определения растягивающего напряжения при изгибе от единичной нагрузки в верхнем монолитном слое

Рис. 3.12. Номограмма для определения растягивающего напряжения  в промежуточном монолитном слое дорожной одежды

Г. Вычисляют допускаемое растягивающее напряжение по формуле (3.16). В пакете асфальтобетонных слоев за расчетное допускаемое растягивающее напряжение R_доп принимают значение, характерное для материала нижнего слоя. Затем вычисляют отношение R_доп/s_r; если R_доп/s_r ³ К_пр, где К_пр - минимальный требуемый коэффициент прочности (см. рис. 3.1), то конструкцию считают удовлетворяющей требованиям прочности на растяжение при изгибе. В противном случае нужна корректировка толщины слоев.

3.50. Промежуточные монолитные слои целесообразно рассчитывать в такой последовательности. Вначале по формуле (3.12) вычислить средний модуль упругости конструктивных слоев, лежащих выше рассчитываемого монолитного слоя (см. слой h₂ на рис. 3.12). Расчетные модули упругости слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее, следует принимать при температуре, указанной в п. 3.37 настоящей Инструкции. Слои, подстилающие монолитный слой, надо привести к эквивалентному по жесткости однородному полупространству с модулем упругости Е₃, который можно получить путем последовательного вычисления общих модулей каждой пары смежных слоев, как указано в п. 3.33, по номограмме (см. рис. 3.3). Затем по номограмме (рис. 3.12) надо найти растягивающее напряжение  в рассчитываемом слое от единичной нагрузки, действующей на поверхности покрытия. Для этого из точки на верхней горизонтальной оси, соответствующей отношению , следует провести вертикаль до кривой с известным отношением E₁/E₂, а из точки пересечения провести горизонтальную прямую до луча, соответствующего отношению Е₂/Е₃, откуда опустить вертикаль на нижнюю горизонтальную ось, где найти значение . Расчетное значение s_r нужно найти по формуле (3.17) при К_d = 1,0. Далее последовательность расчета полностью совпадает с последовательностью по п. 3.49.

Расчет слоев из асфальтобетона по сопротивлению сдвигу

3.51. Цель расчета (для случаев по п. 3.5 и 3.6) - проверка соответствия свойств выбранной асфальтобетонной смеси (для верхнего слоя основания или для покрытия) условию сдвигоустойчивости материала и конструкции. При неудовлетворении требований прочности по сдвигу в асфальтобетоне необходима его замена более сдвигоустойчивым материалом или перепроектирование конструкции.

3.52. Асфальтобетонный слой следует рассчитывать на сопротивление сдвигу при длительном действии нагрузки по приближенному методу. За расчетную надо принимать температуру +50° С и соответственно этой температуре выбирать расчетные характеристики обработанных битумом материалов (см. приложение 3, табл. 14).

3.53. Условия, при которых асфальтобетон работает в верхнем слое основания без накопления остаточных деформаций, определяются неравенством (3.9).

3.54. Действующее в асфальтобетоне активное напряжение сдвига t_н можно вычислить по формуле (3.11).

Рис. 3.13. Номограмма для определения активного напряжения сдвига t_н в слое асфальтобетона

Для практических расчетов составлена номограмма (рис 3.13), снизывающая относительную толщину слоев из асфальтобетона (горизонтальная ось), отношение среднего модуля упругости слоев асфальтобетона к общему модулю упругости подстилающего их основания, т.е. Е_ср.асф/Е_об.осн (кривые на номограмме) и относительное максимальное активное напряжение сдвига t_н/р в асфальтобетоне (вертикальная ось). Номограмма получена по решению теории упругости о слоистом полупространстве для случая, когда не обеспечено достаточное сцепление покрытия с основанием.

3.55. Допускаемое активное напряжение сдвига в асфальтобетоне

т_доп = Кс,                                                        (3.18)

где К - комплексный коэффициент, учитывающий зацепление зерен асфальтобетона, условия работы (см. приложение 3, табл. 15);

с - сцепление в слое асфальтобетона (см. приложение 3, табл. 15).

3.50. Порядок расчета асфальтобетона на сопротивление сдвигу следующий.

По формуле (3.12) вычисляют средний модуль упругости Е_ср.асф слоев асфальтобетона, определяют общий модуль упругости Е_об.осн на поверхности подстилающего основания и находят отношения Е_ср.асф/Е_об.осн и , где - суммарная толщина слоев асфальтобетона. Затем по номограмме (см. рис. 3.13) находят на вертикальной оси активное напряжение сдвига t_н/р от единичной нагрузки. Полное напряжение сдвига Т = (t_н/р)р, где р - расчетное давление на покрытие. Если Е_ср.асф/Е_об.осн < 2,0, то все расчеты ведутся как для отношения Е_ср.асф/Е_об.осн = 2,0. После этого вычисляют допускаемое напряжение сдвига по формуле (3.18) и отношение Т_доп/Т. Причем, если Т_доп/Т ³ 1, то условие сдвигоустойчивости асфальтобетона считается выполненным, если же 1 > Т_доп/Т, то необходимо заменить материал верхнего слоя основания из асфальтобетона более сдвигоустойчивым или переконструировать дорожную одежду с тем, чтобы снизить напряжение сдвига Т.

Особенности расчета дорожных одежд для зоны вечномерзлых грунтов

3.57 Конструкции дорожных одежд для зоны вечной мерзлоты нужно рассчитывать на прочность тоже по трем критериям, как и для других дорожно-климатических зон. При этом следует учитывать особенности водно-теплового режима земляного полотна и продолжительность расчетного периода указанного региона (приложение 2), а также влияние мерзлого донника и глубины оттаявшего слоя грунта на общий модуль упругости полупространства, подстилающего дорожную одежду.

3.58. Требуемый модуль упругости дорожной конструкции

Е_тр1 = Е_трК_п,                                                        (3.19)

где Е_тр - требуемый модуль упругости, определяемый по графику (см рис. 3.2);

К_п - коэффициент, учитывающий продолжительность расчетного периода.

Коэффициенты К_п необходимо принимать разными для различных дорожно-климатических районов вечной мерзлоты (см. приложение 2): для района I₁ К_п = 1,3; I₂ К_п = 1,2; I₃ К_п = 1,1.

3.59. На поверхности оттаявшего слоя грунта, находящегося на мерзлом основании, общий модуль упругости

Е_об.т = Е_тА,                                                           (3.20)

где Е_т - модуль упругости талого грунта при расчетной влажности (см. приложение 2, табл. 10), MПа;

А - комплексный коэффициент, учитывающий наличие мерзлого слоя и неоднородное увлажнение сезоннооттаивающего слоя и принимаемый по табл. 3.4 в зависимости от глубины оттаивания. Общий модуль упругости на поверхности покрытия или любого другого слоя одежды следует определять методом последовательно-послойного приведения с помощью номограммы (см рис. 3.3) в соответствии с указаниями п. 3.33 настоящей Инструкции.

Проектирование усиления дорожных одежд

3.60. Под усилением дорожных одежд при капитальном ремонте дорог понимается утолщение их или устройство более совершенных типов покрытий с использованием существующих одежд в качестве оснований с целью улучшения транспортно-эксплуатационных характеристик и увеличения прочности конструкций в пределах норм, соответствующих технической категории, установленной для дачной дороги.

Таблица 3.4

Обозначения: D - диаметр следа расчетного колеса; Н - толщина талого слоя.

Усиление одежд необходимо, если проезжая часть существующей дороги находится в таком состоянии, при котором их коэффициенты надежности и прочности настолько малы, что невозможно или неэкономично поддерживать эксплуатационные качества на требуемом уровне только текущим и средним ремонтами. Это бывает при коэффициенте прочности, определенном по формуле (3.6), меньшем, чем указано в табл. 3.1.

Усиление конструкции следует предусматривать и в случаях, когда по результатам оценки прочности одежды с учетом дальнейшего роста интенсивности движения можно ожидать прогрессирующего разрушения одежды в ближайшее время.

3.61. Меры по усилению дорожных одежд назначаются с использованием основных положений, изложенных применительно к проектированию новых одежд, но с учетом особенностей, связанных с наличием старой одежды, и характера исходных данных.

Если имеются достоверные данные о фактических прогибах существующих покрытий под колесом расчетного автомобиля, относящиеся к периоду наибольшего ослабления конструкции (см. приложение 5), то толщины слоев усиления следует назначать на основе расчета по упругому прогибу всей конструкции, с проверкой на растяжение при изгибе и на сдвиг только вновь укладываемых слоев. Рассчитывать слои существующей одежды и грунт земляного полотна по сопротивлению сдвигу и растяжению при изгибе не следует. Если нет достоверных данных о прогибах существующей одежды, то допускается проектировать слои усиления на основе материалов изысканий, содержащих результаты измерения толщин всех конструктивных слоев одежды, характеристику их состояния и качества, сведения о виде грунта земляного полотна и об условиях его увлажнения. В этом случае толщины слоев усиления одежды следует назначать на основе расчета по упругому прогибу всей конструкции, сопротивлению растяжению при изгибе слоев старой, и новой частей одежды и сопротивлению сдвигу всех слабосвязных слоев и грунта земляного полотна.

3.62. Вопрос о конструкции и сроке усиления одежды необходимо решать окончательно на основании технико-экономического сравнения вариантов. Если усиление одежды в данное время экономически невыгодно или невозможно усилить одежду в год проведения испытаний, то на участках дорог с недостаточной прочностью конструкции следует временно ограничить движение транспортных средств в периоды года, неблагоприятные по условиям увлажнения земляного полотна.

3.63. Требуемый модуль упругости Е_тр одежды в зависимости от интенсивности воздействия нагрузок к концу срока между капитальными ремонтами и нового типа покрытия находится по графику (см. рис. 3.2).

Таблица 3.5

Примечания: 1. Сложность климатических и грунтово-гидрологических условий: тяжелые - II дорожно-климатическая зона, 3-й тип местности по характеру и степени увлажнения, земляное полотно сложено из пылеватых супесчаных и суглинистых грунтов; сложные - II дорожно-климатическая зона, 3-й тип местности, земляное полотно из непылеватых суглинистых грунтов и глин или II зона, 2-й тип местности, земляное полотно из пылеватых супесей и пылеватых суглинков; средней сложности - II зона, 2-й тип местности, земляное полотно из суглинков (непылеватых) и глин или II зона, 1-й тип местности либо III зона, 2-3-й тип местности, земляное полотно из пылеватых супесей и пылеватых суглинков.

2. В общую толщину существующей дорожной одежды следует включать толщину всех слоев стабильных материалов, в том числе и дренирующего слоя.

Если одежды проектируются без проверки существующей конструкции на сдвиг и растяжение при изгибе, то найденное на графике (см. рис. 3.2) значение Е_тр нужно увеличить на величину А с учетом степени сложности климатических и грунтово-гидрологических условий (табл. 3.5), а также с учетом толщины песчаного слоя в существующей: конструкции одежды (табл. 3.6).

В этих случаях требуемый модуль упругости

Е_тр = ( + D)К_к,                                                   (3.21)

где  - требуемый модуль упругости по графику (см. рис. 3.2).

Значения А принимают по табл. 3.5, а К_к - по табл. 3.6. При благоприятных грунтово-гидрологических условиях, а также в III зоне 1-го типа местности по условиям увлажнения, а в IV и V зонах независимо от типа местности А=0. В случае отсутствия песчаного слоя К_к = 1,00.

3.64. Выбирая тип покрытия, следует руководствоваться предварительными данными об интенсивности воздействия расчетной нагрузки (единиц в сутки):

Усовершенствованный тип покрытия для капитальных одежд                    Более 300

То же, для облегченных одежд                                                                         100-300

Переходный тип покрытия                                                                               Менее 100

Примечание. Тип нового покрытия не должен быть менее совершенным, чем покрытие усиливаемой одежды.

Таблица 3.6

Примечание. При толщине песчаного слоя менее 0,3 м, а так же при песчаном слое толщиной более 0,5 м, 0,45 и 0,35 м и общей толщине одежды над ним более, соответственно 0,35 м, 0,30 и 0,25 м следует принимать К_к = 1,00.

3.65. Толщины слоев усиления существующей дорожной одежды по условиям формирования в начальный период эксплуатации не должны быть менее величин, указанных в п. 3.25.

Если, по данным расчета, слой усиления должен иметь толщину менее указанной в п. 3.25, но больше половины этой величины, то следует применять толщину по п. 3.25 или рассмотреть, вариант применения другого материала, из которого можно устраивать более тонкий слой.

Если результаты расчета показывают, что необходимая толщина слоя усиления из материала, содержащего органическое вяжущее, меньше половины значения, указанного в п. 3.25, то достаточно предусмотреть устройство поверхностной обработки после производства ямочного ремонта проезжей части.

3.66. При проектировании усиления существующей дорожной одежды с покрытием переходного типа, а также в случаях, когда существующее усовершенствованное покрытие находится в неудовлетворительном состоянии (на проезжей части имеются сетка трещин, отдельные частые трещины, выбоины и другие дефекты), минимальную толщину слоя усиления из материала, содержащего органическое вяжущее, нужно назначать с учетом интенсивности воздействия нагрузки:

Приведенная интенсивность нагрузки, ед./сут                                                               100                                                               200                                                               500                                                               1000                                                               2000                                                               5000                                                               >5000

Минимальная толщина покрытия из материала, содержащего органическое вяжущее, см                                                               7                                                               8                                                               10                                                               12                                                               13                                                               15                                                               17

Примечания: 1. Минимальную толщину покрытия из плотного горячего асфальтобетона следует принимать по данным п. 3.25.

2. Если существующее покрытие из материалов, содержащих органическое вяжущее, находится в хорошем состоянии и на нем имеются лишь отдельные редко расположенные трещины (см приложение 5), то в указанные толщины необходимо включать 50 % толщины существующего покрытия.

3.67. В случаях, когда полученная расчетом толщина слоя усиления больше указанной в п. 3.66, нижнюю часть его следует предусмотреть из другого, менее прочного и дорогостоящего материала, чем асфальтобетон.

4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД И ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Общие вопросы

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

4.2. 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 грунтов или слабопучинистых грунтов (см. приложение 7. табл. 30); в) в случаях, когда общая толщина дорожной одежды превышает ²/₃, глубины промерзания.

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

а) использование непучинистых или слабопучинистых грунтов (см. приложение 7, табл. 30) для сооружения верхней части земляного полотна, находящегося в зоне промерзания;

б) обеспечение достаточного возвышения покрытия над уровнем грунтовых или поверхностных вод;

в) 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;

г) применение специальных устройств, предохраняющих земляное полотно от неблагоприятного воздействия отрицательных температур воздуха;

д) понижение уровня грунтовых вод;

е) устройство капилляропрерывающих и водоизоляционных прослоек.

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

4.4. Конструкция достаточно морозоустойчива, если удовлетворяется условие:

(l_пуч + l_мз) < l_доп,                                                        (4.1)

где l_пуч - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;

l_мз - расчетное пучение морозозащитного слоя из материала, не удовлетворяющего требованиям п. 4.7 и 4.8 настоящей Инструкции, а также пучение верхней части земляного полотна, устроенной из слабопучинистых грунтов, в том числе укрепленных малыми дозами вяжущего;

l_доп - допускаемое зимнее вспучивание покрытия.

4.5. Конструкции рассчитываются на морозоустойчивость для характерных участков или групп участков дороги, сходных по грунтово-гидрологическим условиям, имеющих одинаковое покрытие, одну и ту же конструкцию земляного полотна, а так же в равной мере обеспеченных местными строительными материалами.

4.6. Метод расчета дорожных конструкции на морозоустойчивость следует выбирать с учетом: а) типа местности по условиям увлажнения; б) отношения расчетной глубины промерзания к расстоянию от поверхности покрытия до расчетного уровня грунтовых вод; в) вида материла (стабильного традиционного, теплоизоляционного, конструктивно-теплоизоляционного), применяемого для морозозащиты конструкции.

Требования к морозозащитным (стабильным) и теплоизоляционным материалам

4.7. Для устройства морозозащитных слоев нужно применять зернистые материалы, такие, как щебень, песчано-гравийные смеси, шлаки и непучинистые грунты I группы (см. приложение 7, табл. 30), характеризующиеся К_пуч < 1 %. В этом случае характеристику l_мз не следует вводить в формулу (4.1).

Материалы и грунты II группы (см. приложение 7, табл. 30) характеризующиеся К_пуч=1¸2 % и коэффициентом фильтрации не менее 1 м/с, после их проверки на морозоустойчивость (приложение 6) также могут быть использованы для устройства морозозащитных слоев. При этом характеристику l_мз надо вводить в расчет по формуле (4.1). Значение l_мз равно произведению толщины морозозащитного слоя на К_пуч.

4.8. 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: 1) коэффициент морозного пучения не должен превышать 2 %; 2) коэффициент морозоустойчивости 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. 4.1.

4.9. Теплоизоляционные слои нужно устраивать из материалов с более эффективными теплозащитными свойствами, чем у грунтов и обычных дорожно-строительных 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 смещения 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 4.1

4.10. Среди указанных в п. 4.9 материалов весьма важное место занимают такие новые прогрессивные материалы, как грунты, укрепленные вяжущим веществом, с добавкой легких (пористых) заполнителем. К этим композициям как к материалам, применяемым для устройства конструктивных теплоизоляционных слоев, предъявляются соответствующие требования в отношении физико-механических и теплофизических свойств, учитывающие вид укрепляемого грунта и пористого заполнителя, а также условия работы этого материала в конструкции - климатические и грунтово-гидрологические особенности местности, тип покрытия, интенсивность и состав движения, местоположение слоя в конструкции. Коэффициент теплопроводности их не должен превышать 0,6 Вт/мК; предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов в возрасте 28 и 7 суток - соответственно 1,0-2,0 и 0,6-1,5 МПa; предел прочности на растяжение при изгибе водонасыщенных образцов-балочек в возрасте 28 сут. - 0,1-0,2 МПа; коэффициент морозного пучения - не более 1 %.

Примечание. Коэффициент теплоусвоения материала Si определяют по формуле п. 4.35.

Рис. 4.1. Переходные клиновидные конструкции (примеры):

а - на подъезде к мосту в виде утолщения теплоизоляции; б - то же, но с утолщенным морозозащитным слоем; в - при сопряжении двух участков с разной высотой пучения; 1 - песок средней крупности; 2 - теплоизолирующий слой из битумоцементогрунта с пористым заполнителем; 3 - асфальтобетон III марки; 4 - асфальтобетон: I марки; 5 - клиновидное утолщение; 6 - то же, песчаного слоя; 7 - пучинистый грунт; 8 - слабопучинистый грунт; L - длина переходного участка

Конструктивные меры по уменьшению глубины промерзания и обеспечению морозоустойчивости конструкций

4.11. Наиболее рациональными, отвечающими требованиям в отношении морозоустойчивости, являются дорожные одежды на насыпях из непучинистых или слабопучинистых грунтов или на насыпях, в которых возвышение поверхности покрытия над расчетным уровнем Н грунтовых вод больше расчетной глубины промерзания z или равно ей, т. е. при z/H £ 1,0.

На участках, где невозможно выполнить это условие, в конструкции целесообразно вводить теплоизоляционные слои в целях уменьшения, глубины или полного предотвращения промерзания земляного полотна, или же предусмотреть меры по понижению уровня грунтовых вод. Нередко оказывается целесообразным предусматривать устройство водоизолирующих или каппиляропрерывающих прослоек для ограничения миграции влаги из нижних слоев земляного полотна в верхние, а следовательно, и пучения грунта при промерзании.

4.12. Дорожные одежды с теплоизоляционными слоями из таких дефицитных материалов, как пенопласты целесообразно назначать лишь для участков дорог, находящихся в особо неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях, таких как «мокрые» выемки, земляное полотно в нулевых отметках, низкие насыпи (z/H > 1,0).

4.13. Для пучинистых участков, находящихся в более благоприятных условиях по сравнению с перечисленными в п. 4.12, можно ограничиться конструкциями с конструктивно-теплоизоляционными слоями, позволяющими уменьшить глубину промерзания земляного полотна до допустимых пределов, отвечающих требованиям в отношении морозоустойчивости дорожной одежды и земляного полотна.

4.14. Для пучинистых участков, на которых невозможно осуществить меры, перечисленные в п. 4.11 - 4.13 настоящей Инструкции, следует разрабатывать индивидуальные мероприятия по обеспечению морозоустойчивости дорожных одежд и земляного полотна. При разработке таких проектов необходимо учитывать: 1) условия залегании грунтов с ненарушенной структурой в основании насыпи, влияющие на неравномерность пучения; 2) возможную степень переувлажнения грунтов из за недостаточного возвышения дорожной одежды над расчетным уровнем грунтовых или длительно застаивающихся поверхностных под; 3) неизбежное изменение плотности грунтов в течение года в процессе эксплуатации дороги в период между капитальными ремонтами дорожной одежды.

4.15. В местах сопряжения участков, где ожидается разный размер пучения, следует предусматривать переходный участок дорожной одежды для предотвращения перепада (ступеньки) поверхности покрытия (рис. 4.1).

4.16. Па переходном участке необходимо предусматривать теплоизоляционный или морозозащитный слой клиновидной формы с тем, чтобы пучение на концах этого участка было равно предполагаемому зимнему поднятию покрытия на сопрягаемых участках.

4.17. Клиновидный теплоизоляционный или морозозащитный слой для переходного участка следует проектировать одновременно с назначением теплоизоляции или морозозащиты на основном протяжении дороги, предусматривая те же материалы.

Расчет конструкций на морозоустойчивость

4.18. Зимнее вспучивание существенно не влияет на ровность покрытия и долговечность дорожной одежды, если общее поднятие проезжей части в процессе промерзания конструкции не превышает следующих значений l_доп (в сантиметрах) по формуле (4.1):

Капитальная одежда:

Цементобетонное монолитное покрытие ……………………………………………… 3

”               сборное покрытие …………………………………………………... 4

Асфальтобетонное покрытие (горячая и теплая смесь I и II марок) …………………. 4

Облегченная одежда:

Асфальтобетонное покрытие (горячая и теплая смесь III марки) ……………………. 6

Переходная одежда …………………………………………………………………….. 10

Примечание. В восточных районах II-III дорожно-климатических зон значения l_доп следует увеличивать на 20-40 % (большее значение - для облегченных и переходных дорожных одежд).

4.19. Ожидаемое зимнее вспучивание дорожной конструкции зависит от размера зимнего влагонакопления в грунте земляного полотна, которое, в свою очередь, в основном зависит от глубины и скорости промерзания, условий увлажнения конструкции, возвышения верха земляного полотна над поверхностью земли и над уровнем грунтовых вод, свойств грунта и степени его уплотнения, толщины слоев стабильных материалов и их теплофизических свойств и других факторов.

Рис. 4.2. Номограмма для расчета конструкции на морозоустойчивость:

1 - слои из стабильных материалов; 2 - грунт земляного полотна; 3 - глубина промерзания

4.20. Для расчета конструкций на морозоустойчивость при z/H £ 1,0 при определении по номограмме (рис. 4.2) ожидаемого пучения l_пуч нужны значения следующих параметров:

z - расчетная глубина промерзания, см;

z₁ - толщина стабильных слоев дорожной одежды, в том числе и дополнительного морозозащитного слоя, см;

e_i - эквиваленты теплотехнических свойств материалов по отношению к уплотненному щебню (приложение 9);

Н - расчетная глубина залегания уровня грунтовых вод (УГВ), см;

В - комплексная характеристика грунта по степени пучинистости (табл. 4.2), см²/сут;

a₀ - климатический показатель, см²/сут.

С помощью номограммы (см. рис 4.2) можно найти значения любого из перечисленных параметров при известных остальных. Так, общую толщину слоев z₁ из стабильных материалов можно определить следующим образом. Вычислить отношение l_пуч a₀/(Bz) при l_пуч = l_доп, найти его значение на вертикальной оси номограммы, провести горизонтальную прямую до пересечения с кривой, соответствующей z/H, и, перенося эту точку на горизонтальную ось, получить значение z₁/z; откуда, зная z, найти z₁.

Рис. 4.3. Карта изолиний глубины промерзания z_ср грунтов на территории СССР:

1 - граница сплошного распространения вечномерзлых грунтов; 2 - то же, островного (глубиной до 25 м). Поправка, добавляемая к z_ср при определении глубины промерзания дороги:

zср, м	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4
Поправка, м	0,30	0,40	0,50	0,57	0,63	0,68	0,72	0,75	0,77

При расчете конструкции на морозоустойчивость при z/H > 1,0 можно ожидаемое пучение l_пуч и общую толщину стабильных слоев дорожной одежды (в том числе и дополнительного морозозащитного слоя, z₁), необходимую для обеспечения морозоустойчивости конструкции, назначить по методу, изложенному в приложении 7.

4.21. Расчетные значения глубины промерзания z и расстояния Н до предзимнего уровня подземных вод следует определять в соответствии с ГОСТом и инструктивными указаниями с использованием многолетних данных наблюдений за изменением этих параметров в натурных условиях сходных с условиями района строительства. Допускается назначать расчетные значения z и Н по данным региональных исследований.

При отсутствии достоверных практических данных о глубине промерзания за расчетную может быть принята глубина промерзания по карте (рис. 4.3) и при этом климатический показатель следует назначать по карте изолиний a₀ (рис. 4.4).

При использовании данных непосредственных измерений глубины промерзания величина

,                                                    (4.2)

где  - средняя многолетняя глубина промерзания по данным измерения, см;

z_1.0 - толщина дорожной одежды на объекте измерения, см;

 - средняя многолетняя продолжительность промерзания грунта земляного полотна, сут.

4.22. Комплексная характеристика В (п. 4.20) зависит от влагопроводимости грунта, полной его влагоемкости при требуемой плотности (за вычетом защемленного воздуха), а так же от капиллярной влагоемкости. Значение В следует определять на основе данных испытаний грунта на морозоустойчивость.

В = К_пучa₀/1,86, (4.3)

где К_пуч - коэффициент пучения грунта, определяемый по приложению 6, в долях единицы.

Рис. 4.4. Карта изолиний климатического коэффициента a₀.

Поз. 1 и 2 - см. на рис. 4.3

Таблица 4.2

Если экспериментально определить коэффициент К_пуч невозможно, расчетное значение комплексной характеристики В грунтов можно брать по табл. 4.2.

4.23. С учетом теплотехнических свойств эквивалентная толщина (по отношению к щебню из гранитных пород) слоев из стабильных материалов:

z_1.э = h₁e₁ + h₂e₂ + h₃e₃ +...,                                                (4.4)

где h₁, h₂, h₃, … - толщины слоев дорожной одежды из стабильных материалов, см;

e₁, e₂, e₃ ... - эквиваленты теплотехнических свойств материалов по отношению к уплотненному щебню (см. приложение 9).

4.24. На дорогах с капитальными одеждами и усовершенствованными покрытиями при 2-м типе местности по условиям увлажнения необходимая общая эквивалентная толщина  слоев из стабильных материалов составляет обычно 65-80 % от толщины, получаемо по номограмме (см. рис. 4.2) при z/H » 1,0, т. е.  = (0,65 ¸ 0,80); коэффициент, равный 0,65, принимают при обеспечении безопасного расстояния от бровки земляного полотна до уреза длительно застаивающейся воды (см. п. 5.19).

4.25. На участках дорог, находящихся на местности 1-го типа по условиям увлажнения, не наблюдается значительного зимнего влагонакопления и пучения даже в районах с глубоким промерзанием. В этом случае толщина дорожной одежды, определяемая расчетом на прочность, обеспечивает также и необходимую морозоустойчивость конструкции.

Однако на дорогах с капитальной одеждой, если она подстилается пылеватыми супесями, следует предусматривать меры по ограничению поступления воды в дорожную конструкцию с поверхности.

4.26. Облегченные дорожные одежды с усовершенствованными покрытиями при 2-м типе местности по условиям увлажнения необходимо проверять на морозоустойчивость только при пылеватых супесчаных грунтах. При других подстилающих грунтах толщины дорожных одежд, определяемые расчетом на прочность, обеспечивают также и морозоустойчивость.

Облегченные конструкции дорожных одежд с усовершенствованными покрытиями при 1-м типе местности на морозоустойчивость проверять не требуется.

4.27. Если для обеспечения необходимой морозоустойчивости требуется общая толщина дорожной одежды, превышающая толщину, полученную расчетом на прочность, следует конструкцию одежды откорректировать и вновь рассчитать по критериям прочности.

4.28. Морозозащитный слой из фильтрующих материалов обычно служит и элементом дренажной конструкции, поэтому он должен быть рассчитан также на своевременный отвод поступающей воды

Расчет теплоизоляционных слоев дорожной конструкции

4.29. Для определения толщины теплоизоляционных и конструктивных теплоизоляционных слоев необходим теплотехнический расчет дорожной одежды и земляного полотна. Рассчитывают конструкцию применительно к модели дорожной одежды и земляного полотна, представляющей собой трехслойное полупространство, состоящее из материалов (слоев) с различными теплофизическими свойствами. Средний слой, материал которого характеризуется более эффективными по сравнению с другими слоями теплозащитными свойствами, называется теплоизоляционным.

При многослойной конструкции слои, находящиеся над теплоизоляционным слоем, следует приводить к эквивалентному по теплофизическим характеристикам однородному слою, а слои, лежащие под теплоизоляцией, включая земляное полотно, - к эквивалентному однородному полупространству (см. п. 4.36).

4.30. Расчет теплоизоляционного слоя сводится к удовлетворению условия:

А(h + d) £ [А(h + d)],                                                    (4.5)

где А(h + d) - ожидаемая амплитуда колебания температуры поверхности земляного полотна (низа теплоизоляции), °С;

[А(h + d)] - то же, допускаемое, °С..

4.31. Допускаемое значение амплитуды годового колебания температуры поверхности земляного полотна

[А(h + d)] = t_п.ср + [t],                                                     (4.6)

где t_п.ср - среднегодовая температура поверхности покрытия в наиболее неблагоприятный год в районах, где преобладают положительные температуры, за период между капитальными ремонтами, °С (приложение 10);

[t] - допускаемая самая низкая отрицательная температура поверхности земляного полотна в расчетный год с учетом температуры замерзания грунта, °С.

Под наиболее неблагоприятным годом понимают год с максимальной суммой отрицательных температур поверхности покрытия за период между капитальными ремонтами дорожной одежды.

4.32 Допускаемая отрицательная температура поверхности земляного полотна

[t] = /c/ + /t_зам/ при t₁ = f([it]:t_пр.с),                                          (4,7)

где t₁ - находят по графику (рис. 4.5);

t_зам - температура замерзания грунта, принимаемая для песков - минус 0,3°С, супесей - минус 0,6°С, суглинков - минус 1,0°С и для глин - минус 1,5°С.

При расчете теплоизоляционного слоя, предназначенного для полного предотвращения промерзания земляного полотна, принимают t₁ = 0°C.

4.33. Чтобы воспользоваться графиком (см. рис. 4.5), необходимо предварительно определить допускаемое значение произведения средневзвешенной отрицательной температуры t поверхности земляного полотна и продолжительности t его промерзания, используя равенство:

[t_t]=,                                                 (4.8)

где [z] - допускаемая глубина промерзания земляного полотна от низа теплоизоляционного слоя, м;

r - удельная теплота перехода воды в лед, принимаемая равной 335 000 Дж/кг;

W_т - влажность грунта при пределе текучести, доли единицы;

W_н - содержание незамерзшей воды, доли единицы;

g_м - плотность скелета мерзлого грунта, кг/м³;

l_м - коэффициент теплопроводности мерзлого грунта, Вт/(м×К).

4.34. Допускаемая глубина промерзания земляного полотна

[z] = l_доп/К_пуч,                                                           (4.9)

где l_доп - допускаемое пучение (см. п. 4.18);

К_пуч - коэффициент пучения грунта 3-го типа местности по условиям увлажнения (см. п. 4.22 и приложение 6), доли единицы.

Значения l_доп могут быть приняты меньшими по сравнению с указанными в п. 4.18, если при этом ровность поверхности покрытия обеспечит высокую экономическую эффективность работы транспортных средств, обращающихся по дороге. Но, поскольку снижение величины l_доп приводит, естественно, к удорожанию дорожной одежды, оптимальное значение l_доп должно быть определено на основании технико-экономического сравнения вариантов.

4.35 Левую часть неравенств (4.5) определяют по номограммам, связывающим следующие комплексы параметров:

; ; ; ; ; ; А_п = 0,5(t_пmax - t_пmin),

где h - толщина слоя, находящегося над теплоизоляцией, т. е. общая толщина слоев над теплоизоляцией при многослойной конструкции, м;

d - толщина теплоизоляционного слоя, м;

A_п - амплитуда годового колебания температуры поверхности покрытия, °С (см. приложение 10);

w- частота колебаний температуры, с^-1;

а₁, а₂ - коэффициенты температуропроводности материала, находящегося над теплоизоляцией и теплоизоляционного материала [a=l/(сg)], м²/с;

с_i - удельная теплоемкость материала Дж/(кг×К).

Рис. 4.5. График зависимости температур t₁/t_п.ср от [t_t]/t_п.ср для определения допускаемой суммы отрицательных температур за зиму на поверхности земляного полотна под теплоизоляцией

Рис. 4.6. Номограмма для расчета теплоизоляционных слоев дорожной конструкции при s₁/s₃ = 0,8 и N = A(h + d)/A_п при

При расчете теплоизоляционного слоя используют номограммы (рис. 4.6, 4.7). Предварительно вычисляют отношение A(h + d)/A_п, затем на нижней оси номограммы (см. рис. 4.6) находят точку, соответствующую величине A(h + d)/A_п = [A(h + d)]/A_п. Из этой точки ведут вертикаль до пересечения с лучом , откуда проводят горизонтальную пряную до кривой с заданным значением s₁/s₂. Из точки пересечения горизонтали с кривой s₁/s₂ опускают перпендикуляр на верхнюю ось абсцисс, отсекающий на ней отрезок . Зная величины а₂ и w = 2×10^{-7 с-1}, нетрудно вычислить толщину теплоизоляционного слоя d.

При расчете конструкций, для которых отношение . s₁/s₂ = s отличаемся от 0,8, наряду с номограммой (см рис. 4.6) используют другую номограмму (см рис. 4.7). В этом случае по предварительно полученной при s₁/s₃ = 0,8 (см рис. 4.6) величине  и фактическому значению s₁/s₃ находят (см рис. 4.7) значение , а затем и величину d_s.

Искомая толщина теплоизолирующего слоя

d = К_тd_s,                                                           (4.10)

где К_т = 0,8 - коэффициент, учитывающий влияние теплового потока от грунтовых вод на промерзание конструкций.

Пользуясь номограммами (см. рис. 4.6, 4.7), можно определить любой другой комплекс показателей. В частности, можно найти ожидаемую амплитуду колебания температуры на нижней границе теплоизоляционного слоя A(h + d) при известных значениях остальных показателей, связанны; между собой номограммами.

4.36. При расчете теплоизоляционного слоя, укладываемого в многослойную дорожную конструкцию, се приводят к трехслойной модели следующим образом.

Слои, лежащие над теплоизоляцией, заменяют одним слоем, эквивалентным им по термическому сопротивлению и имеющим толщину h, равную сумме толщин этих слоев . Коэффициент теплопроводности такого эквивалентного слоя

l_э,                                                            (4.11)

где u - число слоев над теплоизоляцией, приводимых к эквивалентному;

i - номер слоя.

Плотность g_э и удельную теплоемкость с_э эквивалентного слоя определяют соответственно:

g_э,                                                               (4.12)

с_э,                                                               (4.13)

Слои, находящиеся под теплоизоляцией, объединяют с грунтом земляного полотна в одно эквивалентное полупространство.

Поскольку коэффициенты теплоусвоения s_i обычных дорожно-строительных слабосвязных материалов (пески, гравийные материалы и др.) существенно не различаются, значения теплофизических характеристик при определении амплитуды колебания температуры на нижней границе теплоизоляции принимают для эквивалентного полупространства такими же, как и для грунта. Значения температуры замерзания, W_т, W_н (см. п. 4.33) и g_i (см. п. 4.35) применительно к эквивалентному полупространству также принимают равными соответствующим значениям этих параметров для грунта.

4.37. Допустимая глубина промерзания эквивалентного полупространства

[z] = Sh_ст + l_доп/К_пуч,                                               (4.14)

где Sh_ст - общая толщина слоев из стабильных материалов, находящихся между нижней границей теплоизоляции и поверхностью земляною полотна.

Рис. 4.7. Номограмма для определения толщины теплоизоляционного слоя

Таблица 4.3

Примечание. Уклон равный 1 %о соответствует неравномерному пучению 1 мм/м.

4.38. В соответствии с п. 4.4 следует проверить по формуле (4.1) условия обеспечения морозоустойчивости конструкции, содержащей теплоизоляционный слой. При этом глубину z промерзания от поверхности покрытия и общую приведенную толщину z_1,э слоев из стабильных материалов, включая толщину теплоизоляции, принимают:

z = Sh_ie_i + de_и + [z]; z_1,э = She_i + de_и;                                   (4.15)

при a_з.п = [z]²/(2t),                                                   (4.16)

t,                                        (4.17)

где e_i, e_и - эквиваленты соответственно по теплотехническим свойствам материалов слоев (см. приложение 9, табл. 32), находящихся над теплозащитой, и теплоизоляционного материала по отношению к уплотненному щебню;

a_з.п - показатель, зависящий от скорости и глубины промерзания земляного полотна, который определяют по формуле (4.16);

t - продолжительность промерзания земляного полотна в часах, определяемая по формуле (4.17).

Величину [А(h + d)] находят по формуле (4.6).

4.39. При проектировании сопряжения смежных участков, на концах которых ожидается разное пучение, длину L (в метрах) переходной клиновидной конструкции из стабильного или теплоизоляционного материала следует определять по формуле:

L = 10l_др/l_доп,                                                        (4.18)

где l_др - допустимая разность пучения на концах сопрягаемых участков (табл. 4.3), см;

l_доп - допускаемый продольный уклон поверхности покрытия переходного участка, образующийся в результате зимнего пучения (см. табл. 4.3), %о.

4.40. Толщину теплоизоляционного или морозозащитного слоя на концах переходного участка следует назначать с таким расчетом, чтобы пучение здесь не превосходило ожидаемого поднятия покрытия (на сопрягаемых участках) и не было больше допустимого.

Особенности расчета на прочность конструкций с теплоизоляционным слоем

4.41. Дорожную одежду с теплоизоляционным слоем следует рассчитывать на прочность в соответствии с указаниями раздела 3 и с учетом рекомендаций п. 4.42 - 4.45.

4.42. Расчетную влажность, от которой зависят расчетные значения деформационных и прочностных характеристик грунта, нужно устанавливать после теплотехнического расчета конструкции.

4.43. Расчетную влажность непылеватых супесей в конструкциях с теплоизоляцией, предотвращающей промерзание земляного полотна, следует принимать равной 0,7 W_r, а всех других грунтов, в том числе пылеватых супесей - 0,75 W_т, где W_т - влажность у границы текучести. Для конструкций, обеспечивающих ограничение глубины промерзания земляного полотна, значение расчетной влажности, определяемой по приложению 2, нужно уменьшать на 0,03-0,05 W_r.

Прочностные и деформационные характеристики грунта при расчетной влажности следует назначать в соответствии с указаниями приложения 3.

4.44. Расчетные значения деформационных и прочностных характеристик жесткого пенопласта, легких бетонов и других конструкционно-теплоизоляционных материалов необходимо принимать по таблицам приложения 3.

4.45. Материалы, находящиеся выше теплоизоляционного слоя, расположенного на глубине от поверхности покрытия более 35 см, обычно сохраняют свои свойства такими же, как и в традиционных конструкциях (без теплоизоляции), и значения расчетных характеристик этих материалов следует принимать по приложению 3.

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ПО ОСУШЕНИЮ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД И ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Основные предпосылки

5.1. Дренажная конструкция (дренирующий слой и водоотводящие устройства) необходима на участках с земляным полотном из слабофильтрующих грунтов (пылеватых песков, пылеватых и тяжелых супесей, суглинков и глин) и с традиционной дорожной одеждой из зернистых материалов в I и II дорожно-климатических зонах при всех типах местности по условиям увлажнения, в III зоне - только при 2-м и 3-м типах местности, в IV и V зонах - только при 3-м типе местности.

5.2. При проектировании дренирования дорожных одежд в районах сезонного промерзания грунта следует учитывать два расчетных этапа работы дренажных конструкций. Первый относится к началу весеннего периода, когда основание дорожной одежды под серединой проезжей части уже оттаяло, и образовалась талая зона, а дренирующий слой у ее краев находится еще в мерзлом состоянии, и водоотводящие устройства не работают. Второй расчетный вариант относится ко времени, когда дренирующий слой полностью оттаял, и водоотводящие устройства начали нормально работать.

5.3. Дренажная конструкция должна быть рассчитана так, чтобы на первом этапе было обеспечено временное размещение поступающей поды в дренирующем слое до начала работы водоотводящих устройств, а на втором этапе вода своевременно и полностью отводилась бы из основания.

5.4. Для предотвращения неблагоприятного гидравлического воздействия на материал и обеспечения его устойчивости и дренирующем слое под действием кратковременных повторных нагрузок от движущихся автомобилей полная толщина дренирующего слоя

h_п = h_нас + h_зап,                                                           (5.1)

где h_нас - толщина слоя, полностью насыщенного водой, м;

h_зап - дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала и равная для песков крупных 0,10-0,12 м, средней крупности 0,14-0,15 м и мелких 0,18-0,20 м.

Во всех случаях полную толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 0,20 м.

5.5. Рассчитывают дренирующий слой с учетом фильтрационных и капиллярных свойств материала, конструкции земляного полотна и тина водоотводящих устройств.

5.6. При использовании материалов с коэффициентом фильтрации К_ф < 4 м/сут дренирующий слой, полную толщину которого определяют из условия своевременного отвода воды, обеспечивает обычно и временное размещение ее до тех пор, пока не начнут работать водоотводящие устройства; при К_ф > 7 м/сут дренирующий слой, рассчитанный на временное размещение воды, обеспечивает, как правило, и своевременный отвод ее после оттаивания водоотводящих устройств; при К_ф = 4¸7 м/сут необходимо рассчитывать слой на обеспечение своевременного отвода воды и временное размещение ее.

5.7. Толщину дренирующего слоя из мелких и средней крупности песков следует определясь с учетом движения воды не только в свободном состоянии, но и в зоне капиллярного насыщения.

Требования к материалам и трубам дренажных конструкций

5.8. Для устройства 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 заведомо пригоден для устройства дренирующего слоя.

5.9. Фактический коэффициент фильтрации дренирующего материала определяют в приборе Союздорнии при максимальной плотности материала, установленной методом стандартного уплотнения.

5.10. В зависимости от коэффициента фильтрации дренирующего материала область преимущественного применения его характеризуется следующим.

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

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

5.11. Для устройства продольных и поперечных дрен применяют керамические, асбоцементные (перфорированные или с пропилами) или пластмассовые трубы, или же трубофильтры диаметром 50-100 мм. Трубофильтры керамзитобетонные дренажные применимы при неагрессивных к бетону грунтовых водах.

Трубы для устройства дрен должны удовлетворять следующим общим требованиям: а) иметь достаточную водопропускную способность для обеспечения отвода всей поступающей в них воды; б) через водоприемные отверстия в дрены не должны проникать частицы материала дренирующего слоя; в) выдерживать давление от вышележащих слоев грунта и одежды, а также от временных нагрузок; г) быть морозостойкими; д) сохранять перечисленные свойства в течение длительного времени; е) диаметр дренажных труб должен быть не менее 50 мм при глубине промерзания до 0,8 м и не менее 80 мм при более глубоком промерзании.

5.12. Весьма перспективно использование пластмассовых труб. Выпускаемые промышленностью полиэтиленовые трубы обладают значительной длиной (8 - 200 м), благодаря чему уменьшается число стыков, а также малой массой, гибкостью. Трубы стойки к воздействию агрессивных вод. Укладку их нетрудно механизировать. В целях обеспечения требуемой жесткости стенок следует применять гофрированные полиэтиленовые трубы марки ПВП диаметром 80 мм. Обычно полиэтиленовые трубы выпускаются с готовой перфорацией в виде круглых отверстий или узких прорезей. Для дренажей пригодны трубы с отверстием не более 5 мм, длина же прорезей должна быть не более 25 мм.

5.13. Вокруг дренажных труб с перфорацией или прорезями необходимо предусмотреть фильтрующую обсыпку. Необходимо, чтобы зернистые материалы, применяемые для устройства таких обсыпок, удовлетворяли следующие требования: а) область водопроницаемостью выше водопроницаемости дренирующего слоя; б) обсыпка должна препятствовать прониканию частиц грунта и песка в дрену, а сам фильтр не заливаться; в) частицы фильтра не должны проникать в водоприемные отверстия дрен; г) каменный материал обсыпки должен быть морозостойким.

Коэффициент однородности К, и междуслойности m материала для фильтровой обсыпки.

К₀ = D₆₀/D₁₀ = 5¸10: m = D₅₀/d₁₀ = 10¸20,

где D₆₀, D₅₀, D₁₀ - диаметр частиц обсыпки, меньше которых имеется 60, 50 и 10 % по массе;

d₁₀ - то же, для материала дренирующего слоя.

При трубофильтровых дренах устройства фильтровых обсыпок не требуется.

Приток воды в основание дорожной одежды и меры по его ограничению

5.14. В основание проезжей части поступает вода, освобождающаяся при оттаивании переувлажненного грунта земляного полотна под проезжей частью и обочинами, и вода от атмосферных осадков проникающая с поверхности дороги и с придорожной полосы.

Приток воды в основание традиционной конструкции, отнесенной к 1 м² проезжей части, q за сутки и Q за весь расчетный период весной принимают по табл. 5.1.

Таблица 5.1

Примечания: 1. В числителе дан общий объем воды Q (в литрах на квадратный метр), поступающей в основание за весь расчетный период, а в знаменателе - ее удельное q.

2. Для насыпей, возведенных из непылеватых грунтов, высотой более, чем требуется по техническим нормам, во II дорожно-климатической зоне принимают q=1,5 л/(м²×сут).

3. При наличии разделительной полосы, для участков, проходящих в нулевых отметках, насыпей высотой менее, чем требуется по техническим нормам, во II расчетные значения Q и q повышают на 20 %.

4. Для районов Прибалтики значения Q и q следует увеличивать на 25 %.

5. Для восточных районов страны значения притока воды следует уменьшить на 5-10 %.

Таблица 5.2

Примечания: 1. Для непылеватых грунтов К_г = 1,0.

2. В числителе указаны значения К_г для дорог I и II категорий, а в знаменателе - III и IV категорий.

5.15. С учетом коэффициентов «пик» и гидрологического запаса приток воды в дренирующий слой (в кубических метрах на 1 м²)

в сутки

q_p = qК_пК_г:1000;                                                      (5.2)

общий

Q=q_pТ_зап,

где К_п - коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков (табл. 5.2);

К_г - коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги (см. табл. 5.2);

Т_зап - средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств (см. п. 5.32).

5.16. На участках, где продольный уклон уменьшается, вода накапливается ввиду различных скоростей ее притока и оттока.

Количество воды, поступающей за сутки в основание на 1 м² проезжей части

q_вог = q_рК_вог,                                                           (5.3)

а за весь срок запаздывания оттаивания водоотводящих устройств

Q_вог = q_вогТ_зап,                                                        (5.4)

где К_вог - коэффициент, характеризующий накопление воды в местах изменения продольного уклона.

Если уклоны у перелома профиля имеют одинаковое направление, коэффициент К_вог определяют по номограмме (рис. 5.1) в зависимости от отношений:

(i₁ - i₂)/i₂ и К_фi₂/n,

i₁ и i₂ - продольные уклоны выше и ниже перелома профиля;

n - пористость материала дренирующего слоя, доли единицы;

К_ф - коэффициент фильтрации материала дренирующего слоя, м/сут.

Рис. 5.1. Номограмма для определения коэффициента К_вог увеличения объема поды в дренирующем слое в местах изменения погнутого профиля

При встречных уклонах продольного профиля

К_вог = 1 + К_ф(Т_зап + 1)(i₁ + i₂)/(2n).                                     (5.5)

5.17. Для уменьшения притока поверхностных вод в основание проезжей части и в грунт земляного покрытия следует предусматривать одно или несколько из следующих мероприятий: а) укрепление обочин с приданием им надлежащего поперечного уклона; б) устройство бордюров у краев проезжей части; в) правильное размеры берм и крутизна откосов; г) правильное размещение боковых канав; д) устройство монолитных слоев основания шире проезжей части.

5.18. Для дорог, I, II, III_п категории необходимо предусмотреть укрепление обочин усовершенствованным покрытием шириной полосы не менее 0,75 м, а для дорог III и IV_п категории с усовершенствованным покрытием - шириной не менее 0,5 м.

Укрепление остальной части обочин следует назначать в зависимости от интенсивности и характера движения, грунтов земляного полотна и особенностей климата в виде одерновки, щебеночного, гравийного или шлакового покрытия.

5.19. На участках дорог, где грунт придорожной полосы за лето просыхает на глубину до 1,5 м (до оптимальной влажности), безопасное расстояние l_у от бровки земляного полотна до уреза воды, застаивающейся осенью в придорожной полосе (рис. 5.2), можно определять по номограмме (рис. 5.3) в зависимости от

К_ф/[(W_пв - W₀)d] и t,

где К_ф - коэффициент фильтрации грунта, м/сут;

W_пв - полная влагоемкость грунта, доли единицы по массе;

W₀ - оптимальная влажность грунта, доли единицы;

d - объемная масса скелета грунта, г/см³;

t - продолжительность стояния воды у подошвы насыпи весной и осенью, сут. При отсутствии фактических данных принимают максимальное t=230 сут.

Рис. 5.2. Схемы к расчету безопасного расстояния l_у от бровки земляного полотна до уреза застоявшейся у дороги воды; Б - берма

Величина l_у для супесей обычно составляет 4-10 м, для суглинков легких и пылеватых - 2-3 м, для суглинков тяжелых и глин она не превышает 2 м.

5.20. Для участков, где летом влажность грунта на придорожной местности не уменьшается до оптимального значения, величину l_у определяют также по номограмме (см. рис. 5.3). Однако это не гарантирует от поступления в дренирующий слой воды, объем q (в литрах на квадратный метр) которой и необходимо учитывать, при назначении конструкций дренажных устройств.

5.21. Наличие в дорожных одеждах основания из монолитных материалов (цементогрунтов, битумоминеральных материалов и др.) способствует уменьшению поступления воды с поверхности дороги.

Снижение притока воды в дренирующий слой зависит от толщины слоя из монолитного материала и объема свободных пор в нем.

5.22. При окончательном установлении расчетного притока в данную конкретную дорожную конструкцию следует учитывать реализацию той или иной меры (предусмотренных п. 5.18 - 5.21) по II и III дорожно-климатических зонах, приводящей к снижению притока воды и дренирующий слой (в процентах):

Рис. 5.3. Номограмма для определения безопасного расстояния l_у от бровки земляного полотна до уреза воды в боковых канавах

Тип местности по условиям увлажнения                                                                                                              1                                                                                                              2                                                                                                              3

Меры по ограничению воды

а) водонепроницаемые обочины и надлежащий поперечный уклон                                                                                                              20                                                                                                              15                                                                                                              12

б) безопасное расстояние от бровки земляного полотна до уреза воды при влажности грунта оптимальной                                                                                                              -                                                                                                              20                                                                                                              15

в) то же, выше оптимальной                                                                                                              -                                                                                                              10                                                                                                              7

г) монолитные слои основания и свободная пористость материала до 5 %                                                                                                              20                                                                                                              20                                                                                                              20

д) то же, 5-10 %                                                                                                              10                                                                                                              10                                                                                                              10

е) теплоизоляционные слои                                                                                                              -                                                                                                              20                                                                                                              20

Примечание. Если предусмотрено два или несколько мероприятий, то соответствующие данные таблицы нужно суммировать.

Конструкции и расчет дренажных устройств

5.23. Примеры наиболее распространенных и хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации дренажных конструкции для участков дорог, проходящих и насыпях, и местах с нулевыми отметками, а также для реконструируемых участков, приведены на рис. 2.6 и 5.4.

Рис. 5.4. Дренажные конструкции (примеры):

а - на участках с малыми насыпями; б - при верхней части насыпи из дренирующих материалов; в - при подкюветном дренаже в выемке; 1 - плиты; 2 - плита у оголовка дрены; 3 - труба диаметром не менее 50 мм; 4 - подкюветный дренаж; 5 - водосточная труба; Н - высота насыпи

5.24. При назначении мероприятий по дренированию дорожной одежды и земляного полотна целесообразно соблюдать такую последовательность проектирования:

а) дорогу разделить на типичные участки по виду продольного профиля и природным условиям (характер рельефа местности, наличие водотоков, пересекающих дорогу, и др.) с учетом особенностей конструкций земляного полотна (насыпь, выемка, места с нулевыми отметками) и дорожной одежды (наличие монолитных слоев основания, а также морозозащитных или теплоизоляционных слоев из укрепленных материалов), обеспеченности материалами для дренирующего слоя и дрен; осуществления мер по ограничению притока поды в дорожную конструкцию;

б) для типичных участков определить количество воды, поступающем в основание; за сутки и за весь расчетный период (п. 5.14 - 5.16) с учетом предусмотренных мер по ограничению притока воды в дорожную конструкцию (п. 5.22);

в) наметить варианты дренажных конструкций;

г) обосновать расчетом толщину дренирующего слоя, необходимую в данных условиях, или определить, каким значением коэффициента фильтрации должен обладать дренирующий материал в заданной дренажной конструкции.

5.25. Дренажную конструкцию нужно проектировать с учетом объема притока воды, поступающей в основание дорожной одежды в расчетный период, фильтрационной способности материала, конструкции земляного полотна и т.д.

При удельном объеме притока воды в сутки q = 0,005 ¸ 0,007 м³/сут и более на 1 м² проезжей части, а также на участках с нулевыми отметками, в выемках и недостаточно высоких насыпях целесообразно устройство продольных трубчатых дрен у краев проезжей части.

Рис. 5.5. Номограмма для расчета дренирующего слоя из крупных песков:

L - длина пути фильтрации, равная 3.5 м; i - уклон низа дренирующею слоя

С целью повышения водопропускной способности дренажных устройств и тем самым более широкого использования мелких песков с коэффициентом фильтрации К_ф ³ 2 м/сут по краям основания дорожных одежд необходимо устраивать углубленные продольные ровики с трубчатыми дренами.

5.26. Поперечные выпуски из продольных дрен следует устраивать из длинномерных труб диаметром 8-10 см. Уклон труб-выпусков принимают больше уклона продольных дрен, но не менее 0,04-0,05. Расстояние между поперечными выпусками устанавливают с учетом продольного уклона дороги и рельефа местности, но оно не должно превышать 300 м. При продольном уклоне дороги 20 %о и менее выпускные трубы допускается укладывать в плане перпендикулярно к оси дороги; при уклоне до 40%о - под углом 85°, а при большем уклоне под углом 75° к ее оси.

5.27. На участках с затяжными продольными уклонами, превышающими поперечные, в местах погнутых вертикальных кривых для поперечного перехвата воды, движущейся в дренирующем слое вдоль дороги, и в местах уменьшения уклонов предусматривают поперечные трубчатые дрены диаметром 80 - 100 мм (поперечные прорези мелкого заложения), укладываемые в ровики глубиной 0,15 - 0,2 м с фильтровыми обсыпками из каменных материалов или фильтрующего нетканого синтетического материала типа Дорнита, Бидима и др. Расстояние между поперечными прорезями принимают равным 10 - 20 м.

5.28. При наличии водосточной сети предусматривают сброс воды из поперечных выпусков и поперечных прорезей непосредственно в водоприемники.

5.29. При устройстве дренирующего слоя из крупных песков и других материалов с коэффициентом фильтрации более 10 м/сут расчет его толщины на своевременный отвод воды ведут по номограмме (рис. 5.5). По известным значениям q_р (в кубических метрах за сутки на 1 м², см. формулу (5.2) и К_ф (в метрах за сутки) на оси абсцисс номограммы находят величину q_р/К_ф, а по ней на оси ординат - h_нас (в метрах). При длине пути фильтрации L > 3,5 м найденное по номограмме значение h_нас умножают на отношение L/3,5.

Рис. 5.6. Номограмма для расчета толщины h_нас дренирующего слоя из песков мелких и средней крупности

Рис. 5.7. Углубленный продольный ровик с трубчатой дреной:

1 - Труба диаметром 80 - 100 мм или трубофильтр диаметром 50 мм; 2 - зона движения свободной воды; 3 - зона движения капиллярной воды; 4 - подушка из мелкого гравия или щебня

Рис. 5.8. Номограмма для расчета дренирующего слоя в конструкции с углубленными продольными ровиками при песке:

а - мелком; б - средней крупности

Полную толщину дренирующего слоя вычисляют по формуле (5.1). По номограмме (см. рис. 5.5) можно также определить требуемый коэффициент фильтрации дренирующего материала при известных значениях q_р, h, i, h_нас, L.

5.30. Метод расчета толщины дренирующего слоя, устраиваемого из песков мелких и средней крупности, основан на закономерностях установившегося режима движения воды в двух взаимно связанных потоках, расположенных в два яруса: в нижнем потоке движется свободная, а в верхнем - капиллярная вода. Дренирующий слой в этом случае можно рассчитать с помощью номограммы (рис. 5.6). Для чего предварительно вычисляют отношение q’/К_ф (где q’ - приток воды на 1 м дороги, м³/сут; К_ф - коэффициент фильтрации дренирующего материала); (q’ - определяют с учетом расчетного объема притока воды (п. 5.14 - 5.16); при односкатном поперечном профиле проезжей части q’=q_рВ, при двухскатном q’ = 0,5q_рВ (где В - ширина проезжей части, м). Затем по номограмме (см. рис. 5.6) при известных значениях q’/К_ф и поперечного уклона грунтового основания находят отношение 3,5h_нас/L (горизонтальная ось) и по нему при заданной длине пути фильтрации определяют величину h_нас, а по формуле (5.1) находят полную толщину дренирующего слоя.

По этой же номограмме можно определить и требуемый коэффициент фильтрации материала при заданной толщине дренирующего слоя и известных других параметрах.

5.31. Дренирующий слой в дренажной конструкции с углубленными продольными ровиками, (рис. 5.7), усиливающими процесс движения воды в песке мелком и средней крупности, рассчитывают с помощью номограмм (рис. 5.8).

По этим номограммам получают сразу полную толщину дренирующего слоя h_п в зависимости от крупности песка, расчетного объема притока воды в дренирующий слой (см. п. 5.14 и 5.15) q_р, коэффициента фильтрации дренирующего материала К_ф длины пути фильтрации L (расстояние от оси дороги до внешней бровки ровика, поперечного уклона низа дренирующего слоя i). По этим номограммам можно определить требуемое значение коэффициента фильтрации песка при известных других параметрах дренажной конструкции.

5.32. Полную толщину дренирующего слоя h_п (в метрах), достаточную для временного размещения в его порах поступающей в конструкцию в начальный период ее оттаивания воды, определяют по формуле, основанной на сравнении объема воды, подлежащей размещению, и объема свободных пор в материале дренирующего слоя:

h_п = (Q/n + 0,3h_зап):(1 - j_зим),                                         (5.6)

при Q = q_pT_зап,

где j_зим - коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (табл. 5.3);

Q - количество воды, накопившейся в дренирующем слое за время запаздывания T_зап начала работы водоотводящих устройств, м³/м² (во II дорожно-климатической зоне T_зап = 4¸6 сут, в III зоне - 3¸4 сут, большие значения для мелких песков);

n - пористость материала, и долях единицы.

5.33. В процессе эксплуатации дороги выходы на откосы сплошного песчаного дренирующего слоя нередко заиливаются. В таком случае следует рассчитать дренирующий слой на кратковременное размещение воды и осушение и, кроме того, проверить достаточен ли объем незаполненных пор в этом слое для размещения в нем на продолжительное время (t_пр = 15¸20 сут в условиях II III дорожно-климатических зон) поступающего количества воды с учетом испарения влаги.

5.34. На участках дорог с многополосной проезжей частью, где невозможно обеспечить длину пути фильтрации L £ 10 м, дренирующий слой должен быть рассчитан на поглощение всего количества поды, поступающей за весь расчетный период.

Полная толщина требуемого песчаного слоя для этих участков может быть рассчитана по формуле (5.6), но количество подлежащей размещению в свободных порах воды следует принимать Q = q_рt , где t - полное число дней притока воды в подстилающий слой.

Таблица 5.3

Примечание. В III дорожно-климатической зоне величину j_зим следует принимать равной 0,8 от значений, указанных в этой таблице.

Особенности проектирования дренажа реконструируемых дорог

5.35. При назначении конструкции дренажных устройств реконструируемых дорог следует руководствоваться указаниями п. 2.53.

5.30. На участках, где дренирующий слой под каменной частью существующей дорожной одежды устроен только на ширину проезжей части, рациональна конструкция нового дренажного устройства, в котором для отвода воды служит песчаный слой, вновь уложенный на всю ширину обочин.

5.37. На участках, где в существующей одежде нет песчаного слоя (или песок заилился так, что утратил фильтрационные свойства), новый дренирующий слой нужно устраивать в пределах уширения проезжей части, укрепительных полос и обочин с некоторым заглублением относительно низа старой одежды (но не менее 5 см), если для обеспечения необходимой прочности уширяемой части одежды не требуется более толстый слой песка.

5.38. На участках, где существующий дренирующий слой уложен на всю ширину земляного полотна и фильтрационные свойства песка удовлетворяют требованиям п. 5.8, в целях максимального использования имеющихся конструкции дренажа, покрытие в пределах уширения и укрепления полосы устраивают на новом основании по существующему песчаному слою.

5.39. На участках полной перестройки дорог и значительного повышения отметок земляного полотна с засыпкой существующей дорожной одежды грунтом мероприятия по обеспечению осушения активной зоны и новой одежды существенно не отличаются от применяемых при новом строительстве.

5.40. В выемках и на участках с нулевыми отметками при неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях, обусловливающих значительный приток воды в основание проезжей части, для быстрого удаления виды из дренирующего слоя может быть применен продольный дренаж с трубчатыми поперечными выпусками.

5.41. Принципы расчета дренирующего слоя реконструируемых дорог те же, что и новых дорог - должно быть обеспечено и временное размещение воды в начале весны и своевременный ее отвод в последующей стадии. При значительных продольных уклонах необходимо предусмотреть меры по предотвращению движения воды в песчаном подстилающем слое по уклону.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ

1. При проектировании дорожных одежд в качестве расчетных (кроме случаев, указанных и п. 3.16 - 3.18 настоящей инструкции) принимают нормированные СНиП нагрузки, соответствующие предельным нагрузкам на ось автомобилей (табл. 1).

Таблица 1

Примечание. Указанные в таблице нормированные нагрузки для автобусов принимают за расчетные при количестве последних более 5 % в составе грузового и автобусного движений.

2. Основные данные о нагрузках, передаваемых на дорожное покрытие выпускаемыми в настоящее время серийными автотранспортными средствами, приведены в табл. 2.

3. При проектировании дорожных одежд для многоколёсных специализированных транспортных средств, а также при определении возможности единичных проездов таких транспортных средств по существующей дороге в качестве расчетной принимают наибольшую эквивалентную нагрузку  с параметрами р и D_э. Эквивалентную нагрузку  определяют с учетом влияния колес данной оси и соседних осей, расположенных друг от друга на расстоянии менее 2,5 м.

Для расчета дорожной одежды на воздействие движущегося многоколёсного транспортного средства эквивалентная нагрузка

,                                              (1)

при К_q = q_j-1 + 1 + q_j+1,                                                         (2)

где Q_nj - номинальная статическая, нагрузка на j-е колесо (с одиночными или спаренными шинами) n-й оси;

g_n-1, g_n+1 - коэффициенты, характеризующие соответственно влияние впереди и сзади идущих колес движущегося транспортного средства на напряженно-деформированное состояние дорожной одежды под данным колесом n-й оси и определяемые по графику (рис. 2) в зависимости от отношения расстояния L между осями к диаметру D_д следа данного колеса;

К_дин - коэффициент динамичности, учитывающий повышение нагрузки на покрытие при колебаниях транспортного средства, принимаемый равным 1,30;

q_j-1, q_j+1 - коэффициенты, характеризующие дополнительное воздействие других колес данной n-й оси и определяемые по графику (рис 3). При 1 < l/D_д <2 принимают q(l)=1.

Таблица 2

Примечания: 1. Диаметры D_н и D_д следов колес соответствуют нагрузкам на покрытие от заднего колеса при среднем удельном давлении р, равном давлению воздуха в шинах.

2. Нагрузка на заднюю ось порожнего транспортного средства в среднем составляет для распространенных грузовых автомобилей и самосвалов 0,38, для троллейбусов и автобусов 0,58 от нагрузки на заднюю ось груженого транспортного средства.

3. В разделе “Седельные тягачи” в столбце “грузоподъемность” указана максимально допустимая нагрузка на седельно-сцепное устройство.

4. В связи с тем, что автобусы Икарус-280 имеют три оси (моста), расположенные на расстояниях между собой более 2 м, параметры нагрузок от задних осей даны в виде дробей, числители и знаменатели которых соответствуют второй и третьей осям автобуса.

5. Прочерки в последних двух столбцах означают, что данное транспортное средство не следует приводить к расчетной интенсивности воздействия нагрузки транспортных средств групп А пли Б соответственно, поскольку наибольшая нагрузка на колесо данного транспортного средства превышает нормированную (см. табл. 1) более, чем на 20 %.

6. Суммарные коэффициенты S_сумм.А и S_сумм.Б для приведения воздействия транспортного средства на дорожную одежду к расчетной нормированной нагрузке от автомобиля групп А или Б определены по графику (рис. 1).

Таблица 3

Примечание. В числителе дан показатель для автопоезда груженого, а в знаменателе - порожнего.