книги / Основы организации дорожно-строительного производства

Эквивалентный модуль упругости всей системы может рассматриваться как показатель прочности всей одежды. Для облегчения расчетов составлена номограмма (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Номограмма для определения общего модуля упругости Еэкв двухслойной системы: цифры на кривых означают отношение Е2/Еэкв – модуля упругости нижнего слоя Е2

к эквивалентному модулю двухслойной системы Еэкв

Если известен эквивалентный модуль упругости дорожной одежды, ее прогиб может быть найден по формуле Буссинеска для определения просадки поверхности упруго-изотропного полупространства при действии на него нагрузки р, равномерно распределенной по круглой площадке:

= рD(1− μ2 ),

Eэкв

где μ – коэффициент Пуассона, принимаемый для материалов дорожных одежд, обычно равный 0,35.

11

Рассмотренная схема деформации нежесткой дорожной одежды исходит из однократного статического приложения нагрузки. Однако в действительности по дорогам движется большое число автомобилей. В процессе службы дороги под влиянием многократно прилагаемых нагрузок и температурных колебаний в дорожных одеждах возникают явления усталости. Зерна минеральных материалов истираются и дробятся, причем трение и сцепление между ними уменьшаются, а органические вяжущие материалы, которыми они связаны, выветриваясь, становятся хрупкими, их прилипаемость к камню ухудшается. Многократное динамическое воздействие проездов автомобилей в периоды опасного переувлажнения грунтового основания приводит к постепенному накоплению усталостных пластических деформаций в дорожной одежде и подстилающем грунте, к нарушению внутренней связи материалов и в конце концов к разрушению дорожной одежды при нагрузках, меньших расчетной.

Опыт эксплуатации дорог показывает, что дорожные одежды, имеющие значительную прочность при расчете на однократное приложение нагрузки, разрушались при многократном воздействии нагрузки, значительно меньшей расчетной.

На основании многочисленных опытных данных была установлена эмпирическая зависимость

где Еэкв.N – эквивалентный модуль упругости одежды при воздействии N автомобилей в сутки по одной полосе движения; Еэкв. стат – эквивалентный модуль только что построенной одежды, еще не подвергавшейся многократному воздействию нагрузки; а и b – параметры, характеризующие интенсивность накопления деформаций в одеждах.

Отсюда следует, что если по одной полосе ежедневно должно проезжать N автомобилей, то для обеспечения прочности дорожная одежда должна иметь эквивалентный модуль упругости

12

Еэкв.N = рD(а+ b lg N )(1− μ2 ).

доп

Поскольку по дорогам всегда движутся автомобили различных типов, при расчетах фактическую интенсивность приводят к одному типу автомобилей, принимаемому за основной.

Допустимые интенсивности движения автомобилей разных типов по дороге, одежда которой имеет эквивалентный модуль Eэкв, не будут одинаковы:

– для автомобилей первого типа (расчетных)

Еэкв.стат = р1D1 (а+ b lg N1 )(1− μ2 ); доп

– для автомобилей второго типа

Еэкв.стат = р2 D2 (а+ b lg N2 )(1− μ2 ). доп

Приравнивая эти выражения, получаем, что интенсивность движения автомобилей одного типа может быть приведена к интенсивности движения автомобилей другого типа посредством выражения

Значения коэффициентов а и b были определены по данным обобщения результатов наблюдений за службой различных дорожных одежд в условиях эксплуатации и специальных опытов по испытаниям дорог последовательно прилагаемыми нагрузками. В результате была построена номограмма, связывающая принятые в России расчетные нагрузки, число их приложений и предельно допустимый прогиб дорожной одежды

(рис. 1.5).

13

Городские скоростные дороги рассчитывают на нагрузки Н-30, магистральные улицы общегородского и районного значения на Н-10 и Н-30, улицы в жилых кварталах на Н-10.

Дорожные одежды улиц с интенсивным автобусным движением проектируют на нагрузки группы А.

Усредненные значения коэффициентов приведения автомобилей к расчетным даны в табл. 1.2.

Таблица 1 . 2

Усредненные значения коэффициентов приведения количества автомобилей к расчетным

15

Таким образом, например, при проектировании дорожной одежды для автомобилей группы А (и приведения всех транспортных средств к группе А) проезд 100 автомобилей ЗИЛ-130 с нагрузкой на заднюю ось 59,5 кН эквивалентен всего лишь 10 проходам расчетного автомобиля группы А.

Для оценки прочности дорожной одежды расчетным путем необходимо знать ее конструкцию и толщину отдельных слоев и значения расчетных параметров прочности дорожной одежды.

Точные значения модулей упругости материалов дорожных одежд и подстилающих грунтов приведены в специальных инструкциях по расчету толщины дорожных одежд. При ориентировочных расчетах прочности дорожных одежд и проверке допускаемых разными типами дорожных одежд интенсивностей движения можно пользоваться следующими осредненными зна-

Большие значения модулей соответствуют лучшему качеству работ, большему количеству введенных вяжущих материалов, лучшим климатическим условиям. На них ориентируются также при расчетах дорожных одежд, предназначенных для кратковременного использования. При назначении расчетного модуля

16

упругости подстилающих грунтов учитывают условия увлажнения и просыхания земляного полотна дороги. Сопротивление грунтов нагрузкам в осенние и весенние периоды снижается тем сильнее, чем выше бывает в это время их влажность.

На основе учета опыта службы дорог в различных районах территорию России делят на пять дорожно-климатических зон,

примерно соответствующих распространению типов почв и географических ландшафтов:

I зона – северная тундровая полоса в пределах распространения многолетнемерзлых грунтов. В ней на небольшой глубине от поверхности расположен мерзлый грунт, не оттаивающий в летнее время. Он препятствует просачиванию вглубь дождевых и талых вод. Поверхностные слои грунта большей частью сильно переувлажнены и заболочены.

IIзона – районы таежных и смешанных лесов. Почвы преимущественно подзолистые. Зона характеризуется избыточным увлажнением вследствие значительного количества выпадающих осадков, недостаточным испарением и близким расположением уровня грунтовых вод от поверхности земли. Встречается много заболоченных участков, расположенных в пониженных местах рельефа.

IIIзона (лесостепь) – переходная зона от подзолистых почв к черноземам. Она характеризуется избыточным увлажнением весной и осенью.

IV зона – обширные территории, покрытые черноземами.

Всеверной части эта зона относится к лесостепи, в южной – к степи. Зона характеризуется умеренным увлажнением верхних слоев грунта вследствие значительной испаряемости и небольшого количества осадков. Грунтовые воды расположены на большой глубине и не играют существенной роли в процессе увлажнения земляного полотна.

Vзона характеризуется незначительным увлажнением грунтов вследствие сильной испаряемости. Она включает в себя ландшафтную зону полупустынь и пустынь, отличающихся рас-

17

пространением бурых и каштановых почв со значительными включениями солонцов и солончаков.

Дорожно-климатическое районирование дает лишь общую характеристику географического района строительства. Проложение трассы дороги, продольный профиль и обеспечение водоотвода могут вносить изменения в условия водного режима земляного полотна, типичные для той или иной климатической зоны. Для учета этого обстоятельства вводится понятие гидрологических групп земляного полотна характеризующих степень обеспеченности отвода воды от поверхности дороги.

Различают три гидрологические группы – три типа местности по характеру поверхностного стока и степени увлажнения:

1-й тип. Сухие места – рельеф местности обеспечивает сток поверхностных вод, грунтовые воды расположены глубоко, возвышение насыпей и продольный профиль дороги удовлетворяют требованиям технических условий.

2-й тип. Сырые места с избыточным увлажнением в от-

дельные периоды – рельеф не обеспечивает стока поверхностных вод, весной и осенью на поверхности грунта происходит застой дождевых и талых вод, имеются признаки заболачивания, при этом возвышение полотна удовлетворяет требованиям технических условий. К этой же группе относятся участки, высота насыпей на которых не соответствует требованиям технических условий при обеспеченном водоотводе.

3-й тип. Сырые места с постоянным избыточным ув-

лажнением – рельеф не обеспечивает отвода воды, высота насыпей не удовлетворяет требованиям технических условий, грунтовые воды стоят близко от поверхности грунта, почвы торфянистые, болотные, солончаки. К этой же группе относятся участки постоянного орошения в засушливой зоне.

Модули упругости песчаных грунтов практически не меняются в течение года и одинаковы во всех климатических зонах (МПа): крупнозернистые пески – 130; пылеватые пески – 50; среднезернистые – 120; супесь легкая – 60; мелкозернистые – 100.

18

У остальных грунтов сопротивление зависит от влажности, характерные значения которой различны в разных климатических зонах. Средние значения модулей упругости для этих грунтов приведены в табл. 1.3.

Таблица 1 . 3 Средние значения модулей упругости грунтов

Модули упругости грунтов в зоне I, а также в горных районах меняются в широких пределах в зависимости от ориентировки склонов по отношению к странам света, условий увлажнения и т.д., поэтому в каждом конкретном случае их значения принимают применительно к особенностям местности на основе тщательного анализа грунтово-гидрологических условий.

Для расчетной оценки предельной нагрузки, выдерживаемой дорожной одеждой в тот или иной период года, необходимо знать соответствующие значения модулей упругости. Их определяют путем испытаний дорожных одежд и грунта земляного полотна при помощи прогибомеров или так называемыми пробными нагрузками, измеряя деформации при передаче давления через круглые площадки, площадь которых равна отпечатку колеса расчетного автомобиля на покрытии. Такие испытания дорожные организации проводят систематически для уточнения расчетных значений модулей упругости и накопления данных для дальнейшего развития теории расчета (табл. 1.4).

19

Таблица 1 . 4

Статическая наибольшая нагрузка на одиночную ось у разных марок транспортных средств

Более подробно теоретические вопросы необходимо изучить, используя учебники, приведенные в списке литературы в конце пособия.

Контрольные вопросы

1.Назовите типы дорожных одежд. Чем они характери-

зуются?

2.Назовите процессы, протекающие в дорожной одежде при действии внешней нагрузки.

3.Что является основным показателем прочности дорожной одежды?

20