Расчет модуля упругости существующей дорожной одежды

Реконструкцию дорожной одежды выполняют на основе тщательной проверки конструкции и состояния одежды существующей дороги и расчетов необходимой толщины усиления.

Расчеты ведут по теории прочности нежестких дорожных одежд, принимая за характеристики прочности одежды в целом ее эквивалентный модуль деформации или эквивалентный модуль упругости.

Многие старые дороги были построены без соблюдения правил размещения грунтов в насыпях и в очень низких отметках, не соответствующих климатическим и почвенно-грунтовым условиям местности.

Усиливать одежду в этих условиях без изменения высоты насыпей нерационально. Поэтому должна быть предусмотрена предварительная досыпка земляного полотна. При значительном износе и неудовлетворительном состоянии тонкослойная старая одежда не представляет ценности и расходы по ее разборке не оправдываются стоимостью полученного материала. В этом случае насыпь отсыпают непосредственно на старое покрытие.

На участках дороги, где разборка старой одежды в связи с повышением бровки земляного полотна экономически оправдывается, материал старой одежды после кирковки сортируют и складывают в стороне.

Наиболее целесообразно, чтобы при реконструкции старая одежда использовалась в качестве основания. Если после соответствующего ремонта и усиления дорожная одежда будет отвечать требованиям перспективного движения, следует рассмотреть способы улучшения гидрогеологических условий земляного полотна в результате углубления боковых канав и устройства водоотводных канав. При высоком стоянии грунтовых вод должны быть запроектированы понижающие боковые дренажи.

На старых дорогах, ранее подвергавшихся улучшению путем устройства усовершенствованных покрытий, прочность одежды часто меняется на коротких участках. Для надежности проектируемого усиления очень важно получить данные об условиях работы дороги в периоды избыточного увлажнения дороги. Поэтому желательно использовать при изысканиях разработанную в последние годы методику оценки прочности дорожных одежд путем измерения балочными прогибомерами их прогибов при наезде колеса автомобиля. Быстрота проведения испытаний дает возможность испытать весной в период оттаивания и наибольшего снижения прочности одежды участки дороги большого протяжения.

На основе определения конструкции и прочности дорожной одежды вычерчивают эпюру ее прочности (рис. 11.2). Показав на ней требуемый эквивалентный модуль деформации дорожной одежды устанавливают участки, на которых требуется усиление одежды.

Рис. 11.2. Эпюры прочности существующей дорожной одежды

Уширение одежды выполняют полосами, разбирая существующую одежду у края покрытия на 10-20см. На уширениях проектируют равнопрочную одежду с существующей, предусматривая обеспечение отвода воды из дренирующих слоев одежды.

Поскольку конструкция и состояние дорожной одежды существующей дороги могут существенно различаться на протяжении дороги, способы реконструкции также могут быть разным. Необходимо, стремиться к использованию на протяжении всего реконструируемого участка одного оборудования, применяемых материалов и однотипности технологических процессов.

РАСЧЕТ СЛОЯ УСИЛЕНИЯ

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 данной дороги.

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), меньшем, чем указано в табл. 11.1.

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.

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, 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.

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 конструкций следует временно ограничить движение транспортных средств в периоды года, неблагоприятные по условиям увлажнения земляного полотна.

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. 11.1).

Если одежды проектируются без проверки существующей конструкции на сдвиг и растяжение при изгибе, то найденное на графике (см. рис. 11.1) значение Е_тр нужно увеличить на величину Δ с учетом степени сложности климатических и грунтово-гидрологических условий (табл. 11.4), а также с учетом толщины песчаного слоя в существующей конструкции одежды (табл. 11.5).

Таблица 11.4.

Типы покрытия существующей одежды	Общая толщина существующей дорожной одежды, м, для климатических и грунтово-гидрологических условий	Δ, МПа
тяжелых	сложных	средней сложности
Усовершенствованный для капитальных одежд	Более 0,95 0,90—0,95 0,85—0,89 0,80—0,84 0,75—0,79	Более 0,75 0,70—0,75 0,65—0,69 0,60—0,64 0,55—0,59	Более 0,45 0,40—0,45 0,35—0,39 0,30—0,34 Толщина не ограничена
Усовершенствованный для облегченных одежд: на вязком битуме     на жидком битуме	Более 0,80 0,75—0,80 0,70-0,74 Более 0,75 0,70—0,75 0,65—0,69	Более 0,70 0,60—0,70 0,50—0,59 Более 0,65 0,55-0,65 0,45—0,54	Более 0,40 0,35—0,40 0,30—0,34 Более 0,40 0,35—0,40 0,30—0,34

Примечания: 1. Сложность климатических и грунтово-гидрологических условий: тяжелы – 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.

Таблица 11.5.

Тип покрытия существующей одежды	Приведенная интенсив-ность воздействия нагрузок, ед./сут.	Коэффициент К при толщине песчаного слоя, м
Более 0,50	0,45	0,35
Общая толщина существующей одежды над песчаный слоем, м
0,35	0,30	0,25	0,20	0,30	0,25	0,20	0,25	0,20
Усовершенствованный для капитальных одежд	Более 5000	1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00	1,10 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00	1,40 1,35 1,25 1,20 1,12 1,00 1,00	1,60 1,45 1,30 1,24 1,15 1,05 1,00	1,00 1,00 1,001,00 1,00 1,00 1,00	1,25 1,11 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00	1,40 1,25 1,12 1,07 1,00 1,00 1,00	1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00	1,02 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Усовершенствованный для облегченной одежды		1,00 1,00 1,00 1,00	1,20 1,10 1,00 1,00	1,65 1,50 1,40 1,25	2,00 1,80 1,60 1,40	1,00 1,00 1,00 1,00	1,40 1,30 1,15 1,00	1,60 1,45 1,30 1,10	1,00 1,00 1,00 1,00	1,12 1,04 1,00 1,00

Примечание: При толщине песчаного слоя менее 0,3м, а также при песчаном слое толщиной более и 5м, 0.45 и 0,35м иобщей толщине одежды над ним более соответственно 0,35м, 0,30 и 0,25м следует принимать К_к =1,00.

В этих случаях требуемый модуль упругости:

где: - требуемый модуль упругости по графику (см. рис. 11.1).

Значения Δ принимают по табл. 11.4, а К_к - по табл. 11.5. 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 Δ=0. В случае отсутствия песчаного слоя К_к =1,00.

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

Усовершенствованный тип покрытия для капитальных одежд	Более 300
Усовершенствованный тип покрытия для облегченных одежд	100-300
Переходный тип покрытия	Менее 100

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

Толщины слоев усиления существующей дорожной одежды по условиям формирования в начальный период эксплуатации не должны быть менее величин, указанных в таблице 11.6.

Если, по данным расчета, слой усиления должен иметь толщину менее указанной в таблице 11.6. но больше половины этой величины, то следует принять толщину по таблице 11.6. 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 таблице 11.6., то достаточно предусмотреть устройство поверхностной обработки после производства ямочного ремонта проезжей части.

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

Таблица 11.6.

Асфальтобетон (дегтебетон) крупнозернистый	6-7
То же, мелкозернистый	3-5
То же, песчаный	3-4
То же, холодный
Щебеночные (гравийные) материалы, обработанные органическими вяжущими
Щебень, обработанный по способу пропитки
Щебеночные и гравийные материалы, не обработанные вяжущими, на песчаном основании
То же, на прочном основании (каменном или из укрепленного грунта)
Грунты и малопрочные каменные материалы, обработанные органическими, комплексными или неорганическими вяжущими
Грунт повышенной прочности

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

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).

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 воздействия нагрузки, ед./сут.							>5000
Минимальная толщина покрытия из материала, содержащего органическое вяжущее, см

Примечания:1. Минимальную толщину покрытия из плотного горячего асфальтобетона следует принимать по данным таблицы 11.6.

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

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной лекции представлено определение требуемого модуля упругости дорожной одежды и расчет модуля упругости существующей дорожной одежды, а также расчет слоя усиления. После рассмотрения вышеизложенных вопросов вы уже имеете представление о методах определений и расчетов дорожных одежд для ее реконструкции.

Старший преподаватель кафедры №4

подполковник А.Химич.