Расчет по условию сдвигоустойчивости в подстилающем грунте и малосвязных слоях дорожной одежды

Дорожную одежду проектируют с таким расчетом, чтобы под действием кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации формоизменения.

При расчете по условию сдвигоустойчивости значения модулей упругости слоев асфальтобетона принимают соответствующим температурам: в I-II дорожно-климатических зонах – 20 ⁰С, в III – 30 ⁰С , IV – 40 ⁰С, V – 50 ⁰С (табл. 7, прил. 2).

Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в грунте земляного полотна и в малосвязных (песчаных) слоях обеспечено условие

где Т– активное напряжение сдвига от действующей временной нагрузки;

Т_пр– предельное напряжение сдвига, превышение которого вызывает нарушение прочности на сдвиг;

– требуемый коэффициент прочности, зависящий от принятого уровня надежности (табл. 17).

Предельное (допускаемое) напряжение сдвига Т_пр на кратковременную нагрузку в грунте рабочего слоя (или в песчаном материале промежуточного слоя) определяется по формуле

,

где – сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), принимаемое с учетом повторности нагрузки, МПа;

Z – глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см;

– средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, равная приближенно 0,002 кг/см³;

– угол внутреннего трения материала нижнего слоя при статическом действии нагрузки, град;

– коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе несвязных слоев.

Коэффициент принимают:

при устройстве нижнего слоя несущего основания из укрепленных материалов или при укладке на границе несущее основание -песчаный слой (или песчаный грунт) разделяющей геосинтетической прослойки: = 4,5 – для песка крупного; 4,0 – средней крупности; 3,0 – мелкого;

при устройстве нижнего слоя несущего основания из неукрепленных материалов и без разделительной геосинтетической прослойки = 2;

при укладке геосинтетического материала на грунт в основании дорожной одежды = 1,5 [6];

для подстилающего дорожную одежду связного грунта земляного полотна = 1,0.

При расчете по условию сдвигоустойчивости в подстилающем грунте многослойную дорожную одежду приводят к двухслойной расчетной модели (рис. 15).

Рис. 15. Приведение многослойной дорожной одежды

к двухслойной при расчете по критерию сдвига

Толщину дорожной одежды принимают равной сумме толщин слоев одежды h = ∑ h_i.

Модуль упругости многослойной дорожной одежды вычисляют как средневзвешенный по формуле

,

где Е_i – модуль упругости -го слоя;

h_i– толщина -го слоя.

При расчете по условию сдвигоустойчивости в песчаном подстилающем слое Е_сропределяют по приведенной выше формуле для всех слоев, кроме нижнего слоя дорожной одежды.

Нижний слой двухслойной конструкции имеет параметры удельное сцепление с и угол внутреннего трения φ, принятые для нижнего несвязного (или малосвязного) слоя дорожной одежды. Общий модуль упругости на уровне верха песчаного основания принимается равным общему модулю упругости на поверхности песчаного основания.

Активное напряжение сдвига определяют по номограмме рис. 16 и 17.

Рис. 16. Номограмма для определения активного напряжения сдвига от временной нагрузки в нижнем слое двухслойной системы (при h/D = 0÷2,0)

Рис. 17. Номограмма для определения активного напряжения сдвига от временной нагрузки в нижнем слое двухслойной системы (при h/D = 0÷4,0)

Номограммами пользуются следующим образом: по отношениям , и при известном угле внутреннего трения нижнего слоя определяютудельное активное напряжение сдвига при давлении р = 1 МПа.

Действующие активные напряжения сдвига определяют по формуле

где – расчетное давление колеса на покрытие от расчетного автомобиля, равное 0,60 МПа.

Отличие расчета по критерию сдвигоустойчивости на статическую нагрузку (для стоянок и остановок транспорта, участков перекрестков) заключается в следующем:

средний модуль упругости определяют при статических значениях модулей упругости асфальтобетона (табл. 9, прил. 2).

предельное (допускаемое) напряжение сдвига Т_пр и действующие активные напряжения сдвига Т в грунте рабочего слоя и в песчаном материале промежуточного слоя определяют при статических значениях удельного сцепления и угла внутреннего трения . .

Если условие прочности по критерию сдвигоустойчивости не обеспечено, возможны следующие решения:

увеличивается толщина одного или нескольких вышележащих слоев;

заменяется материал одного или нескольких вышележащих слоев более жестким материалом, имеющим более высокий модуль упругости;

заменяется или укрепляется грунт с целью повышения его сдвиговых характеристик: С и φ;

укладывается геосинтетическая прослойка на грунт или между несвязными слоями дорожной одежды.