Файл: Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд..pdf

модулем упругости всей конструкции и общим модулем упругости одежды без снижения минимальной толщины по условиям морозоустой­ чивости. Величины модулей упругости несвязных (зернистых) мате­ риалов определяют по табл. 11.10, а грунтов по табл. II.6.

Как указывалось выше, теоретическое решение для четырехслойной системы требует сложных вычислительных работ на счетных ма­ шинах и вряд ли является необходимым. Поэтому рекомендуется ре­ шать задачу последовательно по слоям для двухслойной системы. При этом, как показывают сравнительные расчеты (см. табл. I I I . 5), результаты отличаются очень незначительно (менее 5—10%).

Для расчета предлагается номограмма (см. рис. П. 11), построенная

следа колеса D, на кривых даны отношения общего модуля к модулю

Рис. ШЛО. Номограмма для определения общего модуля упругости двухслойной системы при £ (цифры на кривых означают отношение общего модуля упру­ гости Яобщ к модулю упругости верхнего слоя Ев)

219

верхнего слоя Ёо5щ/Ев. Номограмма связывает шесть величин, из ко­ торых одна может быть определена, если известны остальные пять.

Если задан требуемый модуль, то аналогично можно найти вели­

При расчете многослойных конструкций, состоящих из слоев тол­ щиной hlt h2, h3 и имеющих соответствующие модули упругости Еъ Е2, Е3 расчет ведут последовательно, рассматривая каждую пару

упругости и нужно определить толщину нижнего слоя оснований hn

мой,-приведенной на рис. 11.11, становится затруднительно. В этом случае можно применять номограмму, построенную для малых зна-

чений - ~ (рис. ШЛО)*.

Рассмотренная выше методика расчета полностью закономерна только для верхних слоев, способных работать на изгиб. Для несвяз­ ных слоев (из щебня, гравия, песка, шлаков, не обладающих спо­ собностью твердения, т. е. кислых), значение модуля упругости сле­ дует брать пониженным (см. табл. I I I . 4) в зависимости от соотношения модулей упругости верхнего и нижнего слоев.

§ III.11. Конструирование нежестких дорожных одежд

Во всех случаях при конструировании и расчете дорожные одежды нужно рассматривать не самостоятельно, а в комплексе с земляным полотном, с тем чтобы поднятие земляного полотна над уровнем земли, дренирование и отсыпка из более благоприятных грунтов или ук­ репление вяжущими, а также требуемая толщина и конструкция до­ рожной одежды обеспечивали минимум приведенных расходов.

Конструирование самой дорожной одежды заключается в выборе каждого из ее слоев, материалов для них и размещении этих слоев в та­ кой последовательности, чтобы полностью использовать их возмож­ ности в отношении распределения и восприятия нагрузок. Выбор от­ дельных слоев дорожной одежды должен быть подчинен следующим за кономер ностям:

1. Верхние слои (покрытие) непосредственно воспринимают воз­ действие нагрузки, поэтому они должны обладать достаточной связ-

* Номограмма составлена Б . С. Радовским, И. 3. Духовным и Е. Я . Щерба­ ковой в Госдорнии УССР.

220

ностью и сопротивлением износу. Чем больше связность (молекуляр­ ное сцепление) и меньше пустотность материала покрытия, тем оно долговечнее. Одновременно покрытие должно в достаточной степени сопротивляться изгибу и растяжению при движении тяжелых автомо­ билей и при их торможении, а также при изменении температуры, осо­ бенно в периоды, когда жесткость материала покрытия возрастает. Покрытие, как правило, проектируют из нескольких слоев, имея в виду, что верхний, наиболее тонкий, слой в основном сопротивляется износу, а нижний или два нижних должны сопротивляться изгибу под нагруз­ ками и в меньшей степени подвержены колебаниям температуры.

Как видно из табл. III.11 и рис. III.5, напряжения от изгиба тем больше, чем выше соотношение Ев/Еп. Они ничтожны при тонких слоях и достигают максимума при слоях толщиной около 8 см, а затем снова понижаются. Отношение Ев/Ея имеет наибольшую величину ранней весной, когда Ев может достигать максимального значения.

Тип покрытий выбирают исходя из размеров перспективного дви­ жения. Чем больше движение, тем больше оснований для применения в покрытии горячих асфальтобетонных смесей. При несколько мень­ шем движении (например, 250—350 автомобилей Н-Р в сутки на по­ лосу) возможно применение теплых асфальтобетонных смесей, при дви­ жении 100—200 автомобилей в сутки на полосу применяют холодный асфальтобетон или щебень, обработанный битумом.

Исходя из размера движения необходимо выбрать такую толщину слоев покрытия, при которой в них не появятся недопустимые изги­ бающие напряжения (см. § ШЛО).

Чем выше размер движения, т. е. чем выше требуемый модуль уп­ ругости конструкции, тем выше должен быть модуль упругости осно­ вания. Другими словами, при повышении требуемого модуля упругости

жем, 2,5 вместо 4). В табл. III.13 приведены величины напряжений, полученных расчетом, которые возникают на нижней поверхности по­ крытия из асфальтобетона или битумоминеральной смеси при разной толщине и различных требуемых модулях упругости.

Там же даны рекомендуемые толщины покрытий из. асфальтобетона или битумоминеральной смеси.

Для принятых значений наибольшего модуля упругости асфальто­

ским вяжущим, слой асфальтобетона при требуемом модуле более 2000 кГ/см2 должен быть не ниже 13—15 см. Более толстые слои целе­ сообразны только после экономического сопоставления при тяжелом движении большой интенсивности.

2. Верхний слой основания должен обеспечивать достаточную проч­ ность и устойчивость покрытия с тем, чтобы отношение Ев/Еи не пре­ восходило пределов, опасных с точки зрения сопротивления изгибу

221

покрытия при воздействии движущихся автомобилей, когда модуль покрытия надо брать максимальным. Поэтому при тяжелом движении обязательно следует верхний слой основания применять из укреплен­ ного вяжущими (цементом или битумом) материала как обладающего способностью сопротивляться изгибу с модулем упругости 4000— 5000 кГ/см2.

В настоящее время как у нас, так и за рубежом этому вопросу уде­ ляется все большее внимание. 20—25 лет тому назад большее распро­ странение имела конструкция в виде двух или трех слоев асфальтового бетона на основании из разгрохоченного щебня, укладываемого и ука­ тываемого по слоям с расклинкой. Для условий современного движе­ ния такой расклинки уже недостаточно. Кроме того, этот метод ста­ новится экономически невыгодным, так как щебень, получаемый при дроблении, требует дополнительной разгрохотки и раздельной транс­ портировки. Попытка усилить щебеночные слои пропиткой органи­ ческими вяжущими, чтобы повысить связность материала основания, также все больше и больше теряет смысл, так как сохраняется необ­

питки применение смешения его с вяжущим в установках, причем здесь возможна обработка как органическими, так и минеральными вяжу­ щими. Значительный эффект в процессе постройки оснований из горя­ чих битумоминеральных смесей достигают при уплотнении их толсты­ ми слоями (15—20 см) с применением тяжелых катков (особенно катков на пневмошинах). При устройстве оснований, укрепленных минераль­ ными вяжущими, возникает необходимость предотвратить распрост­ ранение усадочных трещин, неизбежных в этих слоях, на слои покры­ тия.' Как показывает практика в ряде стран, для этого необходимо, чтобы верхние слои, обработанные органическими вяжущими, не были тоньше 15—20 см, а в некоторых случаях и 25 см. Чтобы понизить опас­ ность образования трещин, рекомендуется применять медленно твер­ деющие вяжущие (золу-уноса, гранулированные шлаки и т. п.).

222

Для верхнего слоя основания, укрепленного вяжущим, могут при­ меняться щебень и гравий из каменных пород первых четырех классов.

Для I I I и IV технических категорий дорог материал верхнего слоя основания должен иметь модуль упругости не ниже 2500—3000 кГ/см2.

Все большее и большее распространение получает укрепление де­ шевыми вяжущими не только верхнего слоя основания, но и нижнего и даже верхних слоев земляного полотна. Это дает возможность пони­ зить общую толщину дорожной одежды за счет повышения модулей упругости и допускаемых сдвигающих напряжений. Целесообразно применение в южных зонах повышенного уплотнения грунтов верх­ него слоя земляного полотна. Разумеется, во всех случаях следует принимать наиболее экономичные решения.

3. Нижний слой основания выбирают исходя из двух соображений: обеспечить общий необходимый модуль основания и соблюсти толщину морозоустойчивого слоя. Как уже указывалось выше, соотношение модулей EJEn должно отвечать следующим условиям: в верхних свя­ занных слоях не должно возникать недопустимых напряжений на ра­ стяжение при изгибе, а при слоях, не обладающих сопротивлением из­ гибу, желательно, чтобы EJEn не превышало 3,5—5. Здесь широкое применение должны находить материалы местные и укрепленные вя­ жущими грунты.

Окончательно толщину верхнего и нижнего слоев назначают в ре­ зультате сравнения вариантов по экономическим соображениям. Если толщина морозоустойчивого слоя достаточно велика, то нет смысла увеличивать толщину верхнего слоя основания, так как все равно толщину нижнего слоя придется увеличивать против расчета.

4.Для уменьшения общей толщины дорожной одежды, в том числе

иморозоустойчивого слоя, необходимо при проектировании преду­ сматривать вариант улучшения верхней части земляного полотна и по­ вышения вследствие этого модуля упругости грунта при помощи за­ мены местного грунта более благоприятным привозным. Возможны ме­ роприятия по осушению (в отдельных случаях увеличение высоты на­ сыпи) и укреплению грунта вяжущими. В пределах IV и V климати­

ческих зон целесообразно повышение уплотнения грунта (до 1 — 1,1 от стандартного).

5. При реконструкции следует предварительно провести визуальное обследование и определение деформации под колесом расчетного авто­ мобиля в весенний период (см. § I I I . 20).

Определив для отдельных участков наибольшую деформацию под колесом с удельным давлением р и диаметром круга D, равновеликого следу колеса, определяют фактический модуль упругости одежды по формуле (II 1.14). Сопоставляя состояния покрытия и фактический модуль упругости одежды с требуемым по графику (см. рис. III.3), определяют необходимое утолщение.

Если обследования произведены в другой период, то нужно ввести поправки на основе испытаний аналогичных дорог в том же районе. Ориентировочно можно принять, что в весенний период деформации на 50% выше, чем во влажный период осенью. Обследования, выполнен­ ные после замерзания грунта или в сухое время лета, не могут служить

223