Ведомственные строительные нормы ВСН 197-91 Инструкция по проектированию жестких дорожных одежд.
ВСН 197-91
ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ
ИНСТРУКЦИЯ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
Дата введения 1992-01-01
РАЗРАБОТАНЫ СоюздорНИИ при участии МАДИ, РосдорНИИ, ВЗИСИ, СибАДИ, ХАДИ, Гипротюменнефтегаза, ТюмИСИ, БелдорНИИ.
ИСПОЛНИТЕЛИ: В.С. Орловский, П.И. Теляев, А.О. Салль, А.М. Шейнин, А.М. Симановский, В.П. Серов, В.А. Зельманович, Ю.Н. Высоцкий, И.В. Басурманова (СоюздорНИИ); Г.И. Глушков, А.Я. Тулаев, М.С. Коганзон, В.П. Носов, А.П. Степушин, С.В. Суханов, В.В. Плужников, Н.В. Эфендиева, В.К. Федулов (МАДИ); Л.Б. Каменецкий, С.В. Лапшин, О.Н. Нагаевская (РосдорНИИ); Ю.Р. Макачев (ВЗИСИ); А.А. Новиков (Союздорпроект); А.В. Смирнов, В.П. Никитин, В.П. Филимендиков, В.М. Сикаченко (СибАДИ); В.Г. Кравченко, А.К. Пономарев (ХАДИ); В.В. Табаков, В.Р. Мейер (Гипротюменнефтегаз); А.В. Линцер, Ю.Н. Богомолов (ТюмИСИ); В.П. Корюков (БелдорНИИ); И.Н. Пономарев.
ВНЕСЕНЫ СоюздорНИИ.
ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ СоюздорНИИ.
УТВЕРЖДЕНЫ Министерством транспортного строительства N АВ-156 от 19 августа 1991 г.
С введением в действие "Норм проектирования жестких дорожных одежд" ВСН 197-91 утрачивают силу ВСН 197-83.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящие Нормы распространяются на проектирование жестких дорожных одежд автомобильных дорог СССР общего пользования, подъездных дорог к промышленным предприятиям, внутрихозяйственных сельских дорог различных категорий с покрытиями:
цементобетонными на различных видах основания;
асфальтобетонными на основаниях из бетона разной прочности;
сборными на различных видах основания.
1.2. В дорожных одеждах различают следующие конструктивные слои (рис. 1):
покрытие - верхняя часть одежды, воспринимающая усилия от колес автомобилей и подвергающаяся непосредственному воздействию атмосферных факторов;
основание - часть одежды, обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на нижележащие дополнительные слои или грунт земляного полотна;
дополнительные слои основания - слои между основанием и подстилающим грунтом. Дополнительные слои основания выполняют морозозащитную, дренирующую и теплоизолирующую функции.
Рис. 1. Поперечные разрезы типовых дорожных одежд с цементобетонным
покрытием для дорог I-IV категории:
1 - покрытие; 2 - основание; 3 - нижний слой основания; 4 - земляное полотно;
5 - выравнивающий слой; 6 - краевая укрепительная полоса; 7 - укрепленная часть обочины;
8 - неукрепленная часть обочины; 9 - откос
Между покрытием и основанием при необходимости укладывают выравнивающий слой из обработанных вяжущими зернистых материалов, который в качестве конструктивного слоя одежды не рассматривается и в расчетах не учитывается.
Дорожные одежды сооружают на земляном полотне, верхняя часть которого носит название рабочего слоя.
Кроме конструктивных слоев одежды, различают краевую укрепительную полосу, обочину, откосы.
1.3. Проектирование дорожных одежд с учетом свойств земляного полотна представляет собой единый процесс конструирования и расчета их на прочность, деформативность, морозоустойчивость и осушаемость, а также технико-экономического обоснования вариантов. Конструированию и расчету посвящены соответствующие разделы норм.
1.4. Основными положениями раздела конструирования надлежит пользоваться при назначении вида покрытия и его минимально необходимой толщины, швов сжатия и расширения в покрытии, их конструкции, предельных расстояний между швами; при выборе материалов для устройства слоев основания и назначении их минимальной толщины; при выборе материалов для устройства дополнительных слоев основания.
1.5. В расчетной части норм определяют расчетные и нормативные нагрузки, размеры основных конструктивных элементов (толщина и длина плит, толщина слоев основания, армирование плит и швов, необходимость устройства швов расширения и расстояние между ними) для различных видов покрытия, категорий дорог, для любых величин транспортных нагрузок и любых грунтовых и природно-климатических условий.
Расчетом определяют рациональные варианты конструкции по ряду показателей технико-экономического сравнения, а также конструкцию дренирующих и морозозащитных слоев.
1.6. Для определения приведенной стоимости при вариантном проектировании руководствуются сроками службы, вытекающими из долговечности материала верхнего слоя покрытия, которые для дорожных одежд капитального типа с цементобетонным покрытием составляют не менее 25 лет, облегченного типа - 20 лет, а для дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием на слое из бетона - не менее 20 лет.
Расчетный срок службы при определении конструкции дорожной одежды и расчетных параметров конструктивных слоев устанавливают не менее 25 лет или менее 25 лет, но с учетом работы в раннем возрасте на воздействие построечного транспорта.
Конструктивные параметры дорожной одежды, приведенные в главе 2, обеспечивают долговечность дорожной одежды по прочности конструкции более 25 лет.
2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
2.1. Цель конструирования дорожной одежды - выбрать материалы, определить количество слоев и их размещение по глубине. При этом необходимо:
предусматривать максимальное использование местных строительных материалов;
стремиться к уменьшению количества слоев;
предусматривать проезд построечного транспорта по основанию;
обеспечивать соответствие конструкции дорожной одежды технологии ее строительства и наибольшую механизацию работ;
учитывать категорию дороги, состав транспортного потока, интенсивность движения, напряженное состояние и механизм деформирования отдельных слоев и конструктивных элементов;
устанавливать срок службы покрытия и всей дорожной одежды до капитального ремонта;
учитывать природно-климатические и гидрологические условия местности (включая возведение высоких насыпей); наличие скальных грунтов, болот и т.д.
2.2. Выравнивающий слой предназначен для устранения неровностей основания и обеспечения возможности перемещения плит покрытия при изменении температуры. Если неровности основания не превышают 1 см, то допускается не устраивать выравнивающий слой, а применять слой, прерывающий сцепление плит с основанием и служащий изолятором против высыхания бетона в раннем возрасте и появления в покрытии усадочных трещин.
Выравнивающие слои устраивают из укрепленного вяжущим песка. Если этот слой впитывает воду из бетонной смеси, то его закрывают изолирующим слоем или увлажняют, непосредственно перед укладкой бетонной смеси в покрытие.
Толщину и вид основания определяют расчетом.
При низкой интенсивности автомобильного движения и при строительстве покрытий легкими бетоноукладочными машинами с боковой или центральной загрузкой основание может быть песчаным, выполняющим одновременно роль дренажного и морозозащитного слоя.
Для исключения образования в слое песчаного основания колей от автомобилей-самосвалов основание должно быть укреплено путем устройства слоя из щебня, шлака или гравия толщиной 10 - 12 см, причем только в местах пропуска автомобилей-самосвалов, подвозящих цементобетонную смесь.
Минимальная толщина основания из бетона низкой прочности - 14 см; из нерудных материалов, укрепленных неорганическими вяжущими, 16 см; из щебня, шлака или гравия - 15 см.
В ряде случаев возможен вариант устройства основания из щебня, укрепленного слоем цементопесчаного раствора толщиной 4 - 5 см, выполняющим одновременно роль выравнивающего слоя.
При бетонировании покрытия гусеничными бетоноукладчиками со скользящими формами ширина укрепленного основания должна быть шире покрытия на 0,80 - 1,05 м с каждой стороны (см. рис. 1).
Ширина укрепленного технологического слоя для подвоза бетонной смеси - 3,0 - 3,5 м.
В слое укрепленного вяжущими основания рекомендуется устраивать поперечные швы через каждые 20 - 30 м, смещенные относительно швов в покрытии не менее чем на 1 м, путем закладки в нижнюю часть основания деревянных брусков высотой 4 - 7 см.
Во избежание появления трещин в основании под поперечными швами покрытия основание не должно сращиваться с плитами покрытия, что достигается укладкой прерывающих материалов.
2.4. Дополнительный слой основания устраивают из дренирующих, не подверженных пучению материалов (песок, шлак, вывески, ракушечник и пр.).
Дополнительный слой основания должен иметь водослив - сплошные или прерывистые выходы дренирующего материала на откосы земляного полотна и нижнюю плоскость (поверхность земляного полотна) с поперечным уклоном.
Для улучшения водоотвода можно применять геотекстиль в виде сплошного или прерывистого слоя. Для уменьшения подтока влаги снизу можно предусматривать прерывающие прослойки из синтетических пленок.
При небольшой интенсивности движения дополнительный слой основания может одновременно выполнять роль основания и выравнивающего слоя.
Толщина дополнительного слоя основания определяется расчетом.
Дополнительный слой, выполняющий морозозащитную функцию, может быть заменен грунтом, обработанным (в смесителе) гидрофобизирующими материалами. При небольшой интенсивности движения он может работать и в качестве основания.
2.5. Краевые укрепленные полосы устраивают из цементо- или асфальтобетона на бетонном основании. Для дорог низких категорий (V-III-с) краевые полосы устраивают из щебня.
Ширина краевых полос на дорогах I - III категорий 75 см, более низких категорий - 50 см. Толщина краевых полос должна быть равна толщине покрытия.
Бетонные полосы разделяют поперечными швами, которые должны быть продолжением швов в покрытии. При устройстве бетонных покрытий со шпунтами на боковых гранях и при отсутствии штырей в поперечных швах бетонных покрытий в швах краевых полос ставят штыри - по одному - два стержня длиной 50 см и диаметром 16 - 18 мм по типу штырей в швах сжатия и расширения в покрытии (с обмазкой и с колпачками в швах расширения).
Бетонные краевые полосы пазами от покрытия не отделяются. При устройстве вместо краевых полос уширения шириной более 3 м последние отделяются от бетонного покрытия пазами с заполнением их по типу шва сжатия. Поперечные швы полос уширения по конструкции и по месту расположения должны совпадать с поперечными швами покрытия.
Конструкция монолитных цементобетонных покрытий
2.6. Толщина бетонных покрытий должна быть, как правило, одинаковой по всей ширине проезжей части. На шестиполосных покрытиях толщину крайних внешних полос допускается увеличивать на 2 см для обеспечения проезда тяжелых автомобилей. Бетонные покрытия могут быть однослойными или при наличии соответствующего технологического оборудования - двухслойными с толщиной верхнего слоя не менее 6 см. В нижнем слое двухслойного бетонного покрытия могут быть применены менее прочные и менее морозостойкие местные каменные материалы.
Таблица 1
|
|
|
|
|
|
Основание |
Минимальная толщина, см, покрытия при интенсивности движения расчетной нагрузки, ед/сут, на полосу | ||||
| более 2000 | 1000-2000 | 500-1000 | 100-500 | менее 100* |
____________________ * Сооружаются при соответствующем технико-экономическом обосновании. | |||||
Бетонное (мелкозернистый бетон, шлакобетон) |
22 |
20 |
18 (16) |
18* (16) |
15* |
Из материалов, укрепленных органическими вяжущими | 22 | 20 | 18 (16) | 18* (16) | 15* |
Из щебня, гравия, шлака | - | 22 | 20 (18) | 18* (16) | 16* |
_____________________ * Толщина основания в этих случаях может быть на 2 см меньше указанной в п. 2.3. | |||||
Из песка, песчано-гравийной смеси | - | - | 20 (18) | 18 (16) | 16 |
Примечания. 1. В скобках приведена толщина покрытия для облегченного типа дорожной одежды.
2. Если в поперечных швах штыри не применяются, толщину покрытия увеличивают на 2 см.
2.7. В покрытии устраивают продольные и поперечные швы (сжатия и расширения), делящие покрытие на плиты определенной длины и ширины. В конце рабочей смены или при длительных перерывах в бетонировании (более 2 - 4 ч) устраивают рабочие швы по типу швов сжатия и при необходимости швы расширения. Для предохранения покрытия от трещинообразования в раннем возрасте часть швов сжатия устраивают как контрольные и в первую очередь в свежеуложенном бетоне.
В швах предусматривают штыревые соединения. Пазы швов заполняют герметизирующим материалом.
Контрольные швы, по конструкции аналогичные швам сжатия, обеспечивающие температурно-усадочную трещиностойкость в раннем возрасте, устраивают через каждые 2 - 3 плиты.
2.9. При устройстве швов расширения руководствуются данными табл. 2. Ширину швов расширения (толщину прокладки) принимают равной 3 см.
Таблица 2
|
|
|
|
|
|
|
Ожидаемая температура нагрева покрытия в летнее время, °С |
Толщина покрытия, см |
Расстояние между швами расширения, число плит, при температуре воздуха во время бетонирования, °С | ||||
|
| менее 5 | 5 - 10 | 10 - 15 | 15 - 20 | более 20 |
Менее 40 |
20-24 |
9 |
9 |
-* |
- |
- |
| Менее 20 | 9 | 9 | 9 | -* | - |
Более 40 | 20-24 | 9 | 9 | 9 | -* | - |
| Менее 20 | 9 | 9 | 9 | 9 | - |
___________________
* См. п. 2.11.
Примечание. При устройстве контрольных швов через две плиты швы расширения устраивают через 10 плит.
2.10. Для повышения продольной устойчивости, лучшей совместной работы плит, увеличения динамической устойчивости основания и повышения транспортно-эксплуатационных качеств рекомендуется поперечные швы устраивать наклонными в плане или в виде "елочки" с уклоном к перпендикуляру 1:10 (рис. 2). Количество штырей в продольном шве рассчитывают с учетом массы соседних плит без штырей в продольном шве.
|
|
а) | б) |
в) | |
Рис. 2. Варианты расположения швов сжатия в плане для повышения комфортности движения, для уменьшения уступов между плитами (а, б и в), ровности покрытия в жаркое время года (б и в)
2.11. Штыри в продольных и поперечных швах располагают в соответствии с рис. 3. Конструкции швов расширения и сжатия принимают по рис. 3 и 4.
|
|
а) | б) |
|
Рис. 3. Расположение штырей в швах покрытий на
цементогрунтовом (а), щебеночном и песчаном (б) основаниях:
Рис. 4. Конструкция шва расширения:
1 - прокладка из выдержанной в воде древесины; 2 - каркас для фиксации прокладки и штырей, свариваемых в кондукторе;
3 - штыри в битумной изоляции, привязываемые к каркасу; 4 - температурный компенсатор (колпачок),
обеспечивающий смещение штыря в бетоне не менее чем на 2 см; 5 - заполнитель (герметик)
При устройстве покрытий на цементогрунтовом основании толщиной не менее 18 см бетоноукладчиками со скользящими формами и допущении проектной организацией уступов между плитами в поперечных швах высотой 3 мм (см. расчет основания) допускается в поперечных швах штыри не применять. Толщину покрытия в этом случае увеличивают на 2 см, а швы расширения при температуре бетонирования более 10°С допускается не устраивать.
Для повышения продольной устойчивости рекомендуется в примыкающих к шву расширения швах сжатия, а также в швах сжатия для случаев, отмеченных в табл. 2 звездочкой, применять в нижней части деревянные прокладки треугольного сечения высотой 5 - 6 см.
2.12. При устройстве швов сжатия и расширения не допускается отклонения перекосов и наклонов штырей и прокладок от проектного положения более чем на 1 см. При устройстве пазов швов сжатия и расширения в свежеуложенном бетоне радиус закругления кромок швов не должен превышать 8 мм. Длина зоны обмазки штырей в поперечных швах разжиженным битумом составляет 2/3 длины штырей, толщина обмазки не должна превышать 0,3 мм.
Температурные колпачки, надеваемые на штыри швов расширения, должны обеспечивать свободное смещение штыря в бетоне не менее чем на 2 см.
Штыри в продольных швах устанавливают без битумной обмазки, с допущением перекосов не более чем на 5 см.
Ширина паза над швом расширения принимается равной 33 - 35 мм, глубина до верха доски - 40 - 60 мм.
Расстояние между верхней частью доски шва расширения, снимаемой после бетонирования, и поверхностью сооружаемого покрытия должна быть не менее 10 мм.
Перед мостами и путепроводами устраивают не менее трех швов расширения без штырей и прокладок, шириной по 6 см каждый, через 15 - 30 м друг от друга. Швы заполняют сильно сжимаемым материалом, например песком, обработанным битумом; вверху шва устанавливают готовую резиновую пустотелую или пористую прокладку высотой 6 см.
Конструкция асфальтобетонных покрытий с цементобетонным основанием
2.15. Асфальтобетонные покрытия на цементобетонном основании могут быть одно-, двух- и трехслойными. Толщина слоя асфальто- и цементобетона определяется расчетом, но не должна быть менее значений, указанных в табл. 3.
Таблица 3
|
|
|
|
|
|
Класс бетона |
Предел прочности бетона на растяжение при изгибе кгс/см (МПа) |
Толщина, см, асфальтобетона (цементобетона) при интенсивности расчетной нагрузки, авт./сут. | |||
|
| более 2000 | 1000-2000 | 500-1000 | 100-500 |
1,5 |
20 (2,0) |
18,0 --------- 22 |
17,0 -------- 21 |
17,0 -------- 20 |
16,0 --------- 19 |
1,75 | 25(2,5) | 18,0 --------- 19 | 18,0 -------- 18 | 18,0 ------- 17 | 16,0 --------- 17 |
2,4 | 30 (3,0) | 17,0 --------- 18 | 16,5 --------- 17 | 16,5 --------- 16 | 16,0 --------- 16 |
2,8 | 35 (3,5) | 16,5 --------- 17 | 16,0 --------- 17 | 16,0 --------- 16 | 14,0 --------- 16 |
4. При устройстве трещинопрерывающих слоев толщину асфальтобетонного слоя уменьшают на 30%.
Допускается применять в основании укатываемый бетон (тощий, перпакт-бетон) с обеспечением максимального срока службы основания в качестве покрытия.
2.16. В слое цементобетона поперечные швы устраивают как контрольные, без армирования, через 15 м. Перед мостами и у пересечения дорог устраивают не менее трех шагов расширения через 10 - 20 м, так же как и при сооружении монолитных цементобетонных покрытий.
2.17. Для повышения трещиностойкости асфальтобетонного покрытия над поперечными швами в основании рекомендуется армировать асфальтобетон над швами сетками, располагая их симметрично вдоль шва; ширина сеток 80 - 160 см.
Сетки из стали, стекловолокна или стеклопластика размещают в слое асфальтобетона не ближе 8 см от поверхности покрытия.
2.18. Продольные швы в основании устраивают при ширине покрытия более 9 м и на участках с ожидаемыми неравномерными осадками земляного полотна. Продольные швы не армируются.
Ширина слоя цементобетона принимается такой же, как и при строительстве цементобетонных покрытий.
2.19. Кроме асфальтобетона, в качестве верхнего слоя могут применяться сборные плиты толщиной 6 - 8 см, поверхностная обработка, черный щебень, шлам. Для повышения сцепления верхнего слоя с цементобетонным поверхность последнего должна быть повышенной шероховатости и обработана грунтовкой. Грунтовку наносят на чистую и сухую поверхность цементобетона.
Конструкция колейных покрытий
2.20. Для дорог с интенсивностью движения расчетной нагрузки менее 100 ед./сут могут применяться колейные покрытия в виде полос бетона, в том числе имеющих слои износа. Толщина колейного покрытия определяется расчетом. Рекомендуемые минимальные толщины приведены в табл. 4.
Таблица 4
|
|
|
|
|
Основание | Толщина колейного покрытия, см, при проектном классе бетона | |||
| В15* | В20 | В25 | В30 |
Песчаное | 20 | 19 | 18 | 17 |
Цементогрунтовое, шлаковое, щебеночное толщиной 14 см | 18 | 17 | 16 | 16 |
___________________
* В том числе из тощего бетона или щебня, пропитанного и закатанного цементным раствором.
Поперечные швы в колейных покрытиях устраивают со смещением 30 - 50 см. На песчаном основании в швах ставят штыри - по два стержня диаметром 16 мм длиной 40 см на колею.
Конструкция дорожных одежд со сборными покрытиями
2.21. Дорожные одежды со сборными покрытиями целесообразны на дорогах в северных и труднодоступных районах, в том числе на дорогах нефтяных и газовых промыслов, а также на дорогах промышленных предприятий и сельскохозяйственного назначения.
2.22. Проектирование дорожных одежд со сборным покрытием следует производить, как правило, исходя из применения выпускаемых типовых плит, учитывая особенности работы покрытия путем расчета и конструирования основания.
Типовые плиты проектируют с учетом возможности их изготовления на одном и том же оборудовании для возможно большего количества сходных расчетных случаев, а в некоторых вариантах и с обеспечением возможности успешной работы при отклонениях от расчетной жесткости основания в меньшую сторону. Типовые плиты проектируют после их опытно-производственной проверки, элементы типовых плит (стыки, надрезы) - после экспериментально-опытной проверки с учетом особенностей технологии изготовления плит и их элементов.
Разработку и применение новых конструкций плит производят с учетом опыта эксплуатации аналогичных конструкций, при соответствующем технико-экономическом обосновании.
2.23. Минимальные размеры плит в плане определяют из условия обеспечения устойчивости работы основания под торцами плит, с учетом или без учета работы стыковых соединений, максимальные размеры - из условия работы плит на монтажные нагрузки.
Плиты могут работать в покрытии, в основании, под защитным слоем какого-либо вида или выполнять функции защитного слоя основания повышенной жесткости и прочности, но недостаточной износо- или морозостойкости.
2.24. При строительстве нефтепромысловых и промышленных дорог с интенсивностью движения более 1000 авт./сут целесообразно применять предварительно-напряженные плиты длиной 5 - 6 м и шириной 1,75 - 2,30 м; при меньшей интенсивности движения - ненапряженные сочлененные плиты длиной 4,5 - 5,5 м и шириной 1,75 - 2,30 м.
Для внутрихозяйственных и вспомогательных дорог применимы как предварительно-напряженные, так и ненапряженные сочлененные плиты. При этом учитывается, что напряженные плиты могут изготовляться без пропаривания, снижающего морозостойкость бетона, и без металлоемкого оборудования. При работе плит на слабом основании сочлененные плиты армируют двухслойной арматурой.
Плиты могут быть ребристыми, ячеистыми, двухслойными или многослойными.
2.25. На боковых поперечных гранях плит предусматривают стыковые соединения, конструкция которых зависит от величины колесной нагрузки, вида основания и конструкции формы или опалубки. Некоторые из конструкций стыковых соединений для предварительно-напряженных плит показаны на рис. 5, для ненапряженных плит - на рис. 6.
Рис. 5. Стыковые соединения для предварительно-напряженных плит:
а - соединение из свариваемых скоб с прочностью стыков 20 кН;
б - то же, с увеличением сечения сварного шва, 40 кН; в - из скоб,
соединяемых двумя промежуточными шпунтовыми элементами с
омоноличиванием раствором, 70 кН; г - несвариваемое из трех скоб, 70 кН;
д - из скобы и паза в бетоне соседней плиты, 60 - 70 кН;
е - из свариваемых пластин, имеющих анкерные стержни, 130 кН при податливости 2 мм
Рис. 6. Варианты стыковых соединений для ненапряженных плит:
а, б - на углах плит, изготавливаемых в матричных формах (с неоткидными бортами);
в, г, д - на боковых гранях плит, изготавливаемых в формах с неоткидными бортами
На боковых продольных гранях плит предусматривают монтажно-стыковые устройства в виде горизонтальных или вертикальных скоб.
2.26. Для повышения долговечности сборного покрытия на поворотах, в местах примыкания или уширения целесообразно применять "доборные" плиты или плиты-вставки. Эти плиты изготавливают в тех же формах, что и плиты основного размера. Часть монтажных скоб может быть установлена на поверхности этих плит или на их боковых гранях, примыкающих к бортам формы. Монтажные и стыковые устройства при этом сохраняются.
2.27. Основания под сборные покрытия могут устраиваться различных типов (рис. 7). Конструкция основания определяется по расчету.
|
Рис. 7. Виды оснований под сборное покрытие:
1 - песчаное; 2 - то же, со слоем геотекстиля (СНМ); 3 - песчаное, в том числе с СНМ, с прокладками
под углами и торцами плит; 4 - цементогрунтовое; 5 - песчаное с продольными полосами
из цементогрунта или сухой цементопесчаной смеси; 6 - из сухой цементопесчаной смеси;
7 - из шлака или шлама; 8 - из нефтегрунта, нефтецементогрунта или грунта с добавкой
отработанных буровых растворов; 9 - из сборных, в том числе некондиционных плит
Швы в покрытии можно заполнять в нижней части или на всю высоту раствором, в верхней части - мастикой. Для большей сохранности кромок плит, работающих на первой стадии при двухстадийном строительстве, швы на первой стадии должны быть заполнены песком.
3. РАСЧЕТ ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
3.1. Дорожные одежды рассчитывают с учетом состава транспортного потока перспективной интенсивности движения к концу срока службы, грунтовых и природно-климатических условий.
Расчет производят в следующих случаях:
при проектировании дорожных одежд;
при определении возможности разового пропуска тяжелых нагрузок по существующему покрытию;
при определении рациональности новых конструктивных или технологических решений.
Расчет выполняют по предельным состояниям, определяющим потерю работоспособности того или иного элемента конструкции, на основании расчетных схем, используя нормируемые расчетные параметры.
3.2. Расчет ведется путем проверок предварительно назначенной конструкции дорожной одежды:
по прочности верхних слоев дорожной одежды;
по прочности и устойчивости земляного полотна и слоев основания на сдвиг и по накоплению уступов в поперечных швах покрытия;
по устойчивости и продольном направлении покрытия в жаркое время года, по прочности стыковых и монтажных соединений;
по устойчивости дорожной одежды к воздействию морозного пучения;
по способности дренирующего слоя основания отводить влагу в весенний период.
Расчетом определяются толщины покрытия и слоев основания, расстояние между поперечными швами, количество штырей в швах расширения и сжатия.
3.3. Исходные данные для расчета дорожной одежды включают:
параметры дороги (категория, ширина проезжей части, срок службы дорожной одежды до капитального ремонта);
параметры движения (интенсивность, нагрузка);
параметры земляного полотна и условия его работы (тип местности, разновидности грунтов, уровень грунтовых вод);
дорожно-климатическую зону.
3.4. Жесткие дорожные одежды рассчитывают с учетом надежности (вероятности безотказной работы конструкции в течение намеченного срока эксплуатации), принимаемой в соответствии с табл. 5.
Таблица 5
|
|
|
Интенсивность расчетной нагрузки, ед./сут. |
Уровень надежности |
Коэффициент прочности К |
Более 1000 |
0,95 |
1,00 |
500-1000 | 0,90 | 0,94 |
Менее 500 | 0,80 | 0,87 |
Расчетные нагрузки
3.6. Все полосы проезжей части и боковые укрепленные полосы проектируют на одну и ту же нагрузку. Исключением являются полосы дорог с ограничениями по условиям движения по направлениям (дороги карьеров, подъездов к промышленным и строительным объектам).
Таблица 6
|
|
|
|
Число полос движения | Значения для полосы, считая справа по направлению движения | ||
| 1-й | 2-й | 3-й |
1 | 1,00 | - | - |
2 | 0,55 | - | - |
3 | 0,50 | 0,50 | - |
4 | 0,35 | 0,20 | - |
6 | 0,30 | 0,20 | 0,01 |
Расчет монолитных цементобетонных покрытий
3.9. Расчет проводят путем проверки прочности покрытия по формуле
Напряжения растяжения при изгибе определяют по одной из двух расчетных схем, учитывающих условия контакта плиты с основанием и место расположения нагрузки.
Первая расчетная схема применяется для определения толщины покрытия при условии гарантированной устойчивости земляного полотна и отсутствия неравномерных осадок или выпучивания; характеризуется наличием полного контакта плит с основанием под всей площадью плиты. Расчетное место приложения нагрузки в дорожном покрытии - продольный внешний край в центре по длине плиты.
Вторая расчетная схема применяется для определения расстояния между поперечными швами, а также толщины плит в особых условиях для дорог низких категорий при заданной их длине на участках с ожидаемыми неравномерными осадками или неравномерным пучением земляного полотна.
Таблица 7
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дорожно-климатическая |
Значения , при толщине плиты, см | ||||||||||
зона |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
II |
0,95 |
0,93 |
0,90 |
0,87 |
0,85 |
0,83 |
0,80 |
0,77 |
0,73 |
0,70 |
0,67 |
III | 0,95 | 0,93 | 0,90 | 0,87 | 0,84 | 0,92 * | 0,79 | 0,76 | 0,72 | 0,69 | 0,66 |
IV | 0,94 | 0,92 | 0,89 | 0,86 | 0,84 | 0,82 | 0,78 | 0,75 | 0,71 | 0,68 | 0,65 |
V | 0,94 | 0.92 | 0.89 | 0,85 | 0,83 | 0,81 | 0,77 | 0,74 | 0,70 | 0,66 | 0,63 |
или
Расчет асфальтобетонных покрытий с цементобетонным основанием
3.18. Толщину нижнего слоя покрытия рассчитывают из условия прочности:
Толщина слоя при этом определяется в зависимости от величины сцепления между слоями асфальто- и цементобетона.
При гарантированном надежном во времени сцеплении учитывается совместная работа слоев на изгиб, при которой расчетная или эквивалентная толщина слоя
При работе нижнего слоя без верхнего в течение более 2 мес. расчет ведут как для однослойного покрытия с учетом повторности нагружения в течение срока службы без верхнего слоя.
Длину плит назначают равной 15 м, продольный шов предусматривают при ширине покрытия 9 м и более. Все швы устраивают без штырей.
где
Расчет колейных покрытий
3.20. Расчет колейных покрытий ведется так же, как и цементобетонных. Изгибающий момент в колейных покрытиях определяют с учетом ширины колей, используя существующие методы расчета балок на упругом и упругопластическом основании, учитывая перераспределение реакций отпора основания за счет его пластических деформаций под торцами плит и приложение нагрузки через штамп (см. ниже расчет сборных покрытий из плит).
Расчет сборных покрытий из плит
3.22. Расчет толщины плит и количества арматуры выполняют исходя из следующих условий:
а) для бетонных плит и элементов сочлененных плит - из условия прочности бетона на изгиб краевых участков плит:
в) для слабоармированных плит или плит с вероятностью образования одиночных трещин и для мест надрезов в сочлененных плитах - дополнительно из условия прочности сечения с узкой трещиной на действие изгибающего момента от монтажных нагрузок:
При работе плит на ровных основаниях, не дающих неравномерных осадок, расчет проводят из условия ограничения раскрытия трещин сверх пределов, указанных в СНиП 2.03.01-84, но не более 0,3 мм, а при работе на неустойчивых или неровных основаниях, из условия работы арматуры в трещине или надрезе в качестве штыревого соединения;
д) для предварительно-напряженных плит или сечений на действие монтажных нагрузок:
по прочности напряженного бетона на растяжение при изгибе с одновременной работой на изгиб напряженной арматуры (1-я стадия) и по прочности на изгиб с появлением узких трещин (2-я стадия) по СНиП 2.03.01-84.
При действии колесных нагрузок дополнительно расчет ведут исходя из условия работы арматуры в узких трещинах в качестве штырей (3-я стадия).
3.23. Изгибающие моменты определяют при приложении нагрузки в центре, на краю, на углу и на торце, в продольном и поперечном направлениях.
в центральной части плиты
на торце и на углу с обратным выгибом
Рис. 9. Расчетные места приложения нагрузки и расчетные точки определения
изгибающих моментов в плитах сборных покрытий
Изгибающий момент определяют по формулам:
а) в центре плиты:
в продольном направлении
в поперечном (для плит шириной не более 2,2 м)
б) на краю плиты:
продольном
поперечном
в) на поперечном торце плиты в продольном направлении:
г) на углу плиты в продольном направлении:
За счет того, что при центральном нагружении краевые участки плит при пластических деформациях основания недогружены, продольный изгибающий момент в центре плиты уменьшается до величины, определяемой по формуле
а поперечный изгибающий момент - до величины
3.25. Количество арматуры в железобетонных и предварительно-напряженных плитах определяется исходя из изгибающих моментов, вычисленных по СНиП 2.03.01-84.
Расход арматуры в сочлененных плитах рассчитывают по колесной нагрузке с помощью формулы (47), а из действия монтажной нагрузки - исходя из формулы (46). Арматуру, рассчитанную на монтажные нагрузки, располагают в верхней и в нижней зонах.
3.26. Толщину бетонных плит определяют из формулы (28), плит с краевым армированием - (29).
Прочность сварки скоб определяют по нормам расчета стальных конструкций на повторную нагрузку исходя из площади поперечного сечения сварного шва.
Допустимое усилие на вертикальную скобу рассчитывают по прочности анкерной заделки скобы в бетон:
Допустимое усилие на горизонтальную монтажную скобу при подъеме плит определяют по формуле
Это усилие должно составлять не менее половины веса плиты.
Расчет основания
3.28. Критерием устойчивости основания является устойчивость его по сдвигу и отсутствие недопустимых деформаций под торцами плит к концу расчетного срока службы. Для дорог I - III категорий величину предельно допустимых деформаций или высоту уступов между плитами в поперечных швах устанавливают равной 0,3 см.
Толщину дорожной одежды в целом определяют также из условия обеспечения отвода влаги из основания и из расчета на морозное пучение.
3.29. Устойчивость основания по сдвигу допускается оценивать по двум вариантам.
Таблица 8
|
|
|
|
Угол внутреннего трения грунта |
Безразмерные коэффициенты | ||
, град | |||
4 |
0,06 |
1,25 |
3,51 |
8 | 0,10 | 1,39 | 3,71 |
10 | 0,18 | 1,73 | 4,17 |
24 | 0,72 | 3,87 | 6,45 |
26 | 0,84 | 4,37 | 6,90 |
28 | 0,98 | 4,93 | 7,40 |
30 | 1,15 | 5,59 | 7,95 |
32 | 1,34 | 6,35 | 8,55 |
34 | 1,55 | 7,21 | 9,21 |
36 | 1,81 | 8,25 | 9,98 |
38 | 2,11 | 9,44 | 10,80 |
40 | 2,46 | 10,84 | 11,74 |
Из формулы (58) получаем:
Подшовные подкладки следует располагать на такой высоте, чтобы после прикатки покрытия несколькими проходами крана по сборному покрытию подкладки находились заподлицо с поверхностью основания.
Таблица 9
|
|
|
|
|
Основание |
Толщина основания |
Материал выравнивающего слоя | Значение , когда стыки | |
| , см |
| не работают | работают |
Песчаное |
- |
Песок |
5,7** |
1,6** |
| - | СНМ | 2-3*/** | 1,3** |
| - | Подшовные подкладки | 2-3* | 1,2-1,5* |
Песчато-гравийное | 20 | Песок | 2,0 | 1,2 |
| 20 | Цементопесчаная смесь | 1,2 | 1,0 |
Цементогрунтовое | 16 | Песок | 1,5 | 1,1 |
| 16 | Цементопесчаная смесь | 1,1 | 1,0 |
Нефтегрунтовое | 20 | Нефтегрунт | 2,2 | 1,3 |
| 20 | СНМ | 1,8 | 1.2 |
Нефтецементо- грунтовое | 20 | Нефтегрунт | 1,2 | 1,1 |
Грунтовое с добавкой отработанных буровых растворов | 20 | СНМ | 1,1 | 1,0 |
_______________
* Меньшее значение - для более сухого грунта земляного полотна, уплотненного в летнее время.
** Для песчаных оснований из однозернистых (барханных) песков.
3.30. При расчете на работу конструкции в упругой стадии при заданном уровне надежности устойчивость основания считается обеспеченной при условии:
Таблица 10
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Класс бетона на растяжение при изгибе |
4,4 |
4,0 |
3,6 |
3,2 |
2,8 |
2,4 |
1,6 |
1,2 |
, МПа |
1770 |
1600 |
1600 |
1520 |
1420 |
1310 |
930 |
780 |
Расчет морозозащитных и дренирующих слоев основания
3.31. Расчет морозозащитных слоев основания проводят по Инструкции по проектированию дорожных одежд нежесткого типа исходя из следующих допустимых величин общего приподнятия от выпучивания:
при отсутствии в поперечных швах стыков - 4 см;
при их наличии - 6 см.
Меньшие значения уменьшения толщины дренирующего слоя принимают при использовании средне- и крупнозернистых песков и при содержании гравия в ПГС более 50%, большие - при использовании мелкозернистых песков и при содержании гравия в ПГС менее 50%.
Приложение 1
Обязательное
НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕМЕНТОБЕТОНА
1. Нормативные значения прочностей и модулей упругости материалов для бетона покрытия и основания отражают условия работы конструктивных слоев и особенности технологии их устройства.
Расчетные значения характеристик отражают особенности расчетных схем, влияние действия повторных, подвижных и динамических нагрузок, особенности совместного действия внешних факторов (нагрузка и перепад температур) или совместного проявления отклонений по нескольким конструктивным параметрам (толщина слоя и прочность, модули упругости покрытия и основания).
2. Нормативная прочность бетона, указываемая в проектах, принимается в зависимости от назначения конструктивного слоя.
Для устройства монолитного цементобетонного покрытия принимают тяжелый бетон (табл. П.1.1 настоящего приложения). Бетон для покрытий и оснований должен соответствовать требованиям ГОСТ 26633-85 и СНиП 2.05.02-85.
Таблица П.1.1
|
|
|
|
Назначение слоя |
Интенсивность расчетной нагрузки |
Минимальный проектный класс МПа, (марка бетона, кгс/см ) | |
| нагрузки, ед./сут.
| сжатие | на растяжение при изгибе
|
Однослойное покрытие или верхний слой двухслойного |
Более 2000 |
35,0 |
4,4 ( 55) |
цеменобетонного покрытия | 1000 - 2000 | 30,0 | 4,0( 50) |
| 500 - 1000 | 27,5 | 3,6 ( 35) |
| Менее 500 | 25,0 | 3,2 ( 40) |
Нижний слой двухслойного цементобетонного покрытия | Более 2000 | - | 3,6 ( 45) |
| 1000 - 2000 | - | 3,2 ( 40) |
| 500 - 1000 | - | 2,8 ( 35) |
| Менее 500 | - | 2,4 ( 30) |
Основание под покрытие: |
|
|
|
цементобетонное | - | 5,0 | 1,0 ( 12) |
|
| ( 75) |
|
|
| 7,5 | 1,2 ( 15) |
|
| ( 100) |
|
|
| 10,0 | 1,5 ( 20) |
|
| ( 120) |
|
асфальтобетонное | - | 7,5 | 1,5( 20) |
|
| ( 100) |
|
|
| 25,0 | 3,6 ( 45) |
|
| ( 300) |
|
Прочность бетона слабоармированных сборных плит принимают в соответствии с табл. П.1.1, железобетонных и предварительно-напряженных - по табл. П.1.2.
Таблица П.1.2
|
|
|
|
Назначение плит |
Нагрузка |
Проектный класс (марка бетона) | |
|
| на сжатие | на растяжение при изгибе |
Для покрытий со сроком службы: |
|
|
|
1 - 2 года | Колесная | 15,0 ( 200) | 2,4 ( 30) |
| Колесная и гусеничная | 20,0 ( 250) | 2,8 ( 35) |
до 10 лет | Колесная | 20,0 ( 250) | 2,8 ( 35) |
| Колесная и гусеничная | 25,0 ( 300) | 3,6 ( 45) |
более 10 лет | Колесная | 25,0 ( 300) | 3,6 ( 45) |
| Колесная и гусеничная | 30,0 ( 350) | 4,0 ( 50) |
Для оснований | Колесная | 17,5 ( 200) | 2,4 ( 30) |
3. Морозостойкость бетона, работающего в покрытии, должна быть не менее значений, приведенных в табл. П.1.3. В условиях солевой и кислотной агрессии бетон должен быть устойчивым к действию этой агрессивной среды.
Морозостойкость материала основания под цементобетонным, асфальтобетонным и сборным покрытием должна быть также не ниже указанной в табл. П. 1.3.
Таблица П. 1.3
|
|
|
Среднемесячная температура воздуха наиболее холодного |
Марка по морозостойкости | |
месяца, °С | бетона в покрытии при оттаивании в 5%-ном растворе NaCl | материала основания в воде |
От 0 до минус 5 |
100 |
25 |
От минус 5 до минус 15 | 150 | 50 |
Ниже минус 15 | 200 | 50 |
Модули упругости бетона принимают по табл. П.1.4 в зависимости от прочности бетона на растяжение при изгибе. При расчете плит сборных покрытий используют также модули упругости бетона в зависимости от прочности бетона на сжатие (табл. 18 СНиП 2.03.01-84).
Бетон, применяемый при строительстве цементобетонных покрытий или для изготовления сборных плит, не должен быть склонным к появлению усадочных и температурных трещин. Бетонная смесь должна легко отделываться ручными гладилками, щебень при отделке поверхности покрытия или плит должен легко втапливаться в бетонную смесь.
Таблица П.1.4
|
|
|
|
Класс бетона по прочности на |
Средняя прочность на растяжение при изгибе |
Расчетный модуль упругости , МПа, бетона | |
растяжение при изгибе
| , МПa | тяжелого (с щебнем) | мелкозернистого* (песчаного) |
____________________ * Для определения модуля упругости мелкозернистого бетона, приготовленного из песков с модулем крупности менее 2, следует соответствующие табличные значения уменьшать на 10%. | |||
4,4 |
5,5 |
36000 |
- |
4,0 | 5,0 | 33000 | 26000 |
3,6 | 4,5 | 32000 | 25000 |
3,2 | 4,0 | 30000 | 23000 |
2,8 | 3,5 | 28000 | 22000 |
2,4 | 3,0 | 26000 | 20000 |
2,0 | 2,5 | 23000 | 17000 |
1,6 | 2,0 | 19000 | 14000 |
1,2 | 1,5 | 16000 | 12000 |
4. Расчетное сопротивление бетона определяют по формуле
Приложение 2
Обязательное
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ И АСФАЛЬТОБЕТОНА
2. Расчетные характеристики грунта можно определить как при непосредственных испытаниях образцов в лаборатории, так и при пробном нагружении подстилающего грунта в конструкции при расчетном состоянии. При невозможности выполнить испытания расчетные характеристики допускается устанавливать в зависимости от вида грунта и его расчетной влажности по таблицам и графикам, приведенным в настоящем приложении.
4. Влажность грунта в активной зоне земляного полотна зависит от природно-климатических условий местности (табл. П.2.1), а также от конструктивных особенностей участка дороги (вида грунта, конструкции земляного полотна).
Таблица П.2.1
|
|
Дорожно-климатическая зона и подзона |
Примерные географические границы и краткая характеристика дорожно-климатических зон и подзон |
I |
Севернее линии Мончегорск - Поной - Лесь - Ошкурья - Сухая - Тунгуска - Канск - граница СССР - Биробиджан - Де-Кастри. Включает зоны тундры, лесотундры и северо-восточную часть лесной зоны с распространением вечномерзлых грунтов |
II | От границы I зоны до линии Львов - Житомир - Тула - Нижний Новгород - Ижевск - Кыштым - Томск - Канск - Биробиджан - Де - Кастри - граница СССР с КНР. Включает зону лесов с избыточным увлажнением грунтов |
II-1 (северная подзона) | Севернее линии Барановичи - Рославль - Клин - Рыбинск - Котлас - Березники - Ивдель |
II-2 (южная подзона) | Южнее линии Барановичи - Рославль - Клин - Рыбинск - Котлас - Березники - Ивдель |
III | От границы II зоны до линии Кишинев - Кировоград - Белгород - Самара - Магнитогорск - Омск - Бийск - Туран. Включает лесостепную зону со значительным увлажнением грунтов |
IV | От границы III зоны до линии Джульфа - Степанакерт - Буйнакск - Кизляр - Волгоград и далее южнее на 200 км линии Уральск - Актюбинск - Караганда до северного побережья оз. Балхаш. Включает степную зону с недостаточным увлажнением грунтов |
V | К юго-западу и югу от границы IV зоны. Включает пустынную и пустынно-степную зоны с засушливым климатом и распространением засоленных грунтов |
Примечание. Кубань и западную часть Северного Кавказа следует относить к III дорожно-климатической зоне.
Таблица П.2.2
|
|
|
|
|
|
|
| Расчетная влажность , доли , грунта | |||
Дорожно-климатичес- кая зона и подзона (по табл. П.2.1) | Схема увлажнения рабочего слоя |
супеси легкой |
песка пылеватого |
суглинка легкого и тяжелого, глины | супеси пылеватой и тяжелой пылеватой, суглинка пылеватого |
II-1 |
1 |
0,70 |
0,70 |
0,75 |
0,80 |
| 2 | 0,75 | 0,75 | 0,80 | 0,85 |
| 3 | 0,75 | 0,80 | 0,85 | 0,90 |
II-2 | 1 | 0,65 | 0,65 | 0,70 | 0,75 |
| 2 | 0,70 | 0,70 | 0,75 | 0,80 |
| 3 | 0,70 | 0,70 | 0,75 | 0,85 |
III | 1 | 0,60 | 0,65 | 0,70 | 0,70 |
| 2-3 | 0,65 | 0,70 | 0,75 | 0,75 |
IV | 1 | 0,60 | 0,60 | 0,65 | 0,75 |
| 2-3 | 0,60 | 0,65 | 0,70 | 0,75 |
V | 1 | 0,60 | 0,60 | 0,65 | 0,65 |
| 2-3 | 0,60 | 0,65 | 0,70 | 0,70 |
Примечания: 1. В основу дифференциации грунтов положена их классификация по степени пучинистости, поскольку пучинистость грунта зависит от его склонности к водонасыщению при промерзании.
2. Приведенные данные относятся к незасоленным грунтам. При возведении земляного полотна из засоленных грунтов расчетную влажность следует повышать при средней степени засоленности на 5%, при сильной - на 15% и при избыточной - на 25%.
3. В особых случаях расчетная влажность определяется специальным расчетом.
5. Расчетная влажность грунта, приведенная в табл. П.2.2, дифференцирована в зависимости от дорожно-климатических зон и подзон по признаку примерно одинаковой влажности грунтов земляного полотна автомобильных дорог, находящихся в сходных по схеме увлажнения рабочего слоя условиях (табл. П.2.3), но в различных подзонах одной и той же климатической зоны. По этому признаку II дорожно-климатическая зона разделена на две подзоны - северную (II-1) и южную (II-2) с общей границей между ними, проходящей примерно через Барановичи - Рославль - Клин - Рыбинск - Котлас-Березники - Ивдель (см. табл. П.2.1 и рис. П.2.1).
Рис. П.2.1. Дорожно-климатические зоны СССР
В приморских районах расчетную влажность надо увеличивать на 5%.
Расчетную влажность грунта земляного полотна дорог, проходящих вблизи границ дорожно-климатических зон и подзон (±50 км), можно принимать равной промежуточному значению между соответствующими влажностями грунтов в смежных зонах и подзонах.
6. Внутри каждой зоны отдельные участки дорог характеризуются тремя схемами увлажнения рабочего слоя земляного полотна (см. табл. П.2.3).
Таблица П.2.3
|
|
Схема увлажнения рабочего слоя |
Источник увлажнения |
1 |
Атмосферные осадки |
2 | Кратковременно стоящие (до 30 суток) поверхностные воды; атмосферные осадки |
3 | Грунтовые или длительно (более 30 суток) стоящие поверхностные воды; атмосферные осадки |
Примечание. Условия отнесения к данному типу увлажнения указаны в табл. 13 приложения СНиП 2.05.02-85 "Автомобильные дороги".
Схемы увлажнения рабочего слоя устанавливают при изысканиях на основании оценки условий притока и отвода воды, положения уровня грунтовых вод и их режима, а также по признакам оглеения, заболоченности и типа растительности.
7. Расчетная влажность грунта (см. табл. П.2.2) действительна для равнинного рельефа. В предгорных и горных районах ее устанавливают по данным региональных схем дорожно-климатического районирования, разрабатываемых в дополнение к карте дорожно-климатических зон.
8. Для отдельных, хорошо изученных регионов страны расчетная влажность (см. табл. П.2.2) может быть откорректирована проектной организацией с учетом местных условий.
9. При расчете конструкций, для которых предусмотрены такие мероприятия, как устройство монолитных оснований дорожных одежд, водонепроницаемых обочин, обеспечение безопасного расстояния от бровки земляного полотна до уреза застаивающейся воды, устройство дренажа и теплоизолирующих слоев, полностью предотвращающих промерзание земляного полотна, расчетную влажность грунта следует уменьшать на значения, указанные в табл. П.2.4.
Таблица П.2 4
|
|
|
|
|
|
Конструктивное мероприятие |
Снижение расчетной влажности, доли в дорожно-климатической зоне | ||||
| II | III | IV | V | |
Устройство основания одежды или морозозащитных слоев на границе раздела с грунтом земляного полотна из укрепленных материалов и грунтов на основе: |
|
|
|
| |
крупнообломочного грунта и песка | 0,04 | 0,04 | 0,03 | 0,03 | |
супеси | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,04 | |
пылеватых песков и супесей, суглинка, зологрунтов | 0,08 | 0,08 | 0,06 | 0,05 | |
Укрепление обочин (не менее чем на 2/3 их ширины): |
|
|
|
| |
асфальтобетоном | 0,05 | 0,04 | 0,03 | 0,02 | |
щебнем (гравием) | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | |
Дренаж с продольными трубчатыми дренами | 0,05 | 0,03 | - | - | |
Обеспечение безопасного расстояния от уреза застаивающейся воды до бровки земляного полотна | 0,03 | 0,02 | - | - | |
Устройство в земляном полотне прослоек из полимерных рулонных материалов | 0,05 | 0,05 | 0,03 | 0,03 | |
Устройство теплоизолирующего слоя, предотвращающего промерзание грунта | На величину зимнего влагонакопления (по расчету) | ||||
Грунт в рабочем слое земляного полотна в "обойме" | До оптимального значения | ||||
Грунт, уплотненный до , в слое на глубине 0,3 0,5 м от низа дорожной одежды | 0,03-0,05 | 0,03-0,05 | 0,03-0,05 | 0,03-0,05 |
10. Для районов, характеризующихся влажностью грунта, не превышающей оптимальной, в расчетах используют значения влажности, определенные экспериментальным путем.
Таблица П.2.5
|
|
|
Грунт |
, МПа |
, град |
Песок: |
|
|
крупный и гравелистый
| 130 | 42 |
средней крупности
| 120 | 40 |
мелкий
| 100 | 38 |
барханный
| 70 | 33 |
Супесь легкая крупная | 60 | 40 |
Деформативные и прочностные характеристики глинистых грунтов и пылеватых песков существенно зависят от их влажности. Расчетные значения этих характеристик приведены в табл. П.2.6.
Таблица П.2.6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Грунт |
Показатель |
Расчетные значения характеристик при влажности грунта, доли, | |||||||||
|
|
0,50 |
0,55 |
0,6 |
0,65 |
0,7 |
0,75 |
0,8 |
0,85 |
0,90 |
0,95 |
Супесь легкая |
, МПа |
70 |
60 |
56 |
53 |
49 |
45 |
43 |
42 |
41 |
40 |
| , град | 37 | 36 | 36 | 35 | 35 | 34 | 34 | 34 | 33 | 33 |
| , МПа | 0,015 | 0,015 | 0,014 | 0,013 | 0,012 | 0,011 | 0,010 | 0,009 | 0,008 | 0,007 |
Песок пылеватый | , МПа | 96 | 90 | 84 | 78 | 72 | 66 | 60 | 54 | 48 | 43 |
| , град | 38 | 38 | 37 | 37 | 36 | 35 | 34 | 33 | 32 | 31 |
| , МПа | 0,025 | 0,024 | 0,022 | 0,018 | 0,014 | 0,012 | 0,011 | 0,010 | 0,009 | 0,008 |
Суглинок легкий и | , МПа | 108 | 90 | 75 | 50 | 41 | 34 | 29 | 25 | 24 | 23 |
тяжелый, глина | , град | 32 | 27 | 24 | 21 | 18 | 15 | 13 | 11 | 10 | 9 |
| , МПа | 0,045 | 0,036 | 0,030 | 0,024 | 0,019 | 0,015 | 0,011 | 0,009 | 0,006 | 0,004 |
Супесь пылеватая, | , МПа | 108 | 90 | 72 | 54 | 46 | 38 | 32 | 27 | 26 | 25 |
тяжелая пылеватая, | , град | 32 | 27 | 24 | 21 | 18 | 15 | 13 | 11 | 10 | 9 |
суглинок легкий пылеватый | , МПа | 0,045 | 0,036 | 0,030 | 0,024 | 0,016 | 0,013 | 0,010 | 0,008 | 0,005 | 0,004 |
13. Прочностными характеристиками дорожно-строительных материалов являются:
14. Деформативные и прочностные характеристики, приведенные в табл. П.2.7 и П.2.8, представляют собой наименьшие, часто встречающиеся значения для материалов, соответствующих нормативно-техническим требованиям.
Эти значения можно принимать в качестве расчетных для наиболее распространенных условий. По мере накопления экспериментальных данных их следует уточнять и дифференцировать.
15. Модули упругости материалов, не укрепленных вяжущими, а также материалов и грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими, сравнительно мало зависят от режима нагружения - скорости возрастания нагрузки и длительности ее действия.
В табл. П.2.5 - П.2.8 приведены расчетные значения модулей упругости таких материалов, получаемые обычно как при статическом (длительном), так и при динамическом (кратковременном) нагружении.
Таблица П.2.7
|
|
|
Материал, класс прочности | Расчетные значения характеристик материалов и грунтов, укрепленных вяжущим | |
| Модуль упругости, , МПа | Предел прочности на растяжение при изгибе , МПа |
Щебень и гравий, укрепленные цементом, марок: |
|
|
75 | 1000 | 0,7 |
60 | 900 | 0,6 |
40 | 700 | 0,5 |
Крупнообломочные грунты и песчано-гравийные смеси оптимального или близкого к оптимальному составов, укрепленные комплексными вяжущими: |
|
|
I | 900-700 | 0,55-0,45 |
II | 650-500 | 0,42-0,35 |
III | 450-300 | 0,32-0,25 |
То же, укрепленные цементом: |
|
|
I | 800-550 | 0,46-0,34 |
II | 530-350 | 0,33-0,25 |
III | 320-280 | 0,22-0,20 |
То же, укрепленные активной золой уноса или гранулированным шлаком, известью, фосфатными вяжущими и другими композиционными вяжущими из них с добавками ПАВ либо без них: |
|
|
I | 700-530 | 0,40-0,32 |
II | 500-330 | 0,31-0,22 |
III | 300-250 | 0,20-0,18 |
Крупнообломочные грунты и песчано-гравийные смеси неоптимального состава, пески (кроме мелких, пылеватых и одноразмерных), супесь легкая крупная, щебень малопрочных пород и отходы камнедробления, укрепленные комплексными вяжущими: |
|
|
I | 800-650 | 0,50-0,42 |
II | 600-450 | 0,40-0,32 |
III | 420-280 | 0,31-0,24 |
То же, укрепленные цементом: |
|
|
I | 700-500 | 0,40-0,30 |
II | 480-330 | 0,28-0,22 |
III | 300-250 | 0,19-0,18 |
То же, укрепленные активной золой уноса или гранулированным шлаком, известью, фосфатными вяжущими и другими композиционными вяжущими из них с добавками ПАВ либо без них: |
|
|
II | 450-300 | 0,25-0,17 |
III | 280-200 | 0,16-0,12 |
Пески мелкие и пылеватые, супесь легкая и пылеватая, укрепленные комплексными вяжущими: |
|
|
I | 750-600 | 0,47-0,40 |
II | 550-400 | 0,37-0,30 |
III | 380-250 | 0,28-0,22 |
То же, укрепленные цементом: |
|
|
I | 650-480 | 0,35-0,26 |
II | 450-300 | 0,25-0,18 |
III | 260-220 | 0,16-0,13 |
То же, укрепленные активной золой уноса или гранулированным шлаком, известью, фосфатными вяжущими и другими композиционными вяжущими из них с добавками ПАВ либо без них: |
|
|
II | 430-280 | 0,22-0,11 |
III | 280-180 | 0,08-0,07 |
Побочные продукты промышленности (каменные материалы и крупнообломочные грунты, сопутствующие рудным ископаемым: золошлаковые смеси; формовочные смеси; фосфоритные хвосты и т.п.), укрепленные комплексными вяжущими: |
|
|
I | 700-550 | 0,45-0,37 |
II | 540-350 | 0,36-0,28 |
III | 320-200 | 0,26-0,12 |
То же, укрепленные цементом: |
|
|
I | 600-420 | 0,30-0,22 |
II | 400-250 | 0,20-0,14 |
III | 220-180 | 0,12-0,09 |
То же, укрепленные активной золой уноса или гранулированным шлаком, известью, фосфатными вяжущими и другими композиционными вяжущими из них с добавками ПАВ либо без них: |
|
|
II | 350-220 | 0,15-0,09 |
III | 200-130 | 0,08-0,06 |
Супеси тяжелые, пылеватые, суглинки легкие, укрепленные комплексными вяжущими: |
|
|
I | 600-500 | 0,40-0,35 |
II | 450-300 | 0,32-0,25 |
III | 280-150 | 0,24-0,10 |
То же, укрепленные неорганическими вяжущими - цементом, золой уноса или гранулированным шлаком: |
|
|
I | 500-350 | 0,22-0,16 |
II | 350-230 | 0,16-0,12 |
III | 200-120 | 0,09-0,07 |
Суглинки тяжелые пылеватые, глины песчанистые и пылеватые, укрепленные неорганическими и комплексными вяжущими: |
|
|
II | 330-200 | 0,12-0,08 |
III | 180-80 | 0,08-0,05 |
Таблица П.2.8
|
|
|
|
|
Материал | Расчетные значения характеристик естественных материалов и грунтов, укрепленных на дороге |
Примечание | ||
| , МПа | , МПа |
| |
Щебень фракционированный 1-3 классов прочности, уложенный по |
- |
- |
350-450 |
- |
способу заклинки, из прочных осадочных и изверженных пород |
|
| 400-350 |
|
Фракционный щебень, укрепленный цементопесчаной смесью по способу пропитки | - | - | 500 | - |
Шлак 1-4 классов прочности, однородный по качеству, с подобранным зерновым (гранулометрическим) составом: |
|
|
| Большие значения при устойчивой структуре шлака |
активный
| - | - | 350-450 |
|
малоактивный
| - | - | 200-300 |
|
Рядовой шлаковый щебень | - | - | 150-200 | - |
Каменная мостовая и пакеляж | - | - | 400-500 | - |
Грунт, укрепленный жидким битумом |
|
|
|
|
Супесь непылеватая | 25-35 | 0,02-0,035 | 150-200 | Большие значения при смешении в установке и при применении битумной эмульсии |
Суглинок, супесь пылеватая | 15-25 | 0,02-0,035 | 80-150 |
|
Песчано-гравийные смеси N 1, 2, 4 (по ГОСТ 25607-83) | 45 | 0,02 | 180 | Показатели и при остаточной пустотности |
Песок: |
|
|
| уплотненного песка (%) 26<п<32 - |
крупный и гравелистый
| 43 | 0,008 | 130 | снижаются на 20%, а при п>32 - на 40% |
средней крупности
| 40 | 0,006 | 120 |
|
мелкий
| 38 | 0,005 | 100 |
|
16. Расчетные значения характеристик неукрепленных малопрочных каменных материалов устанавливают по рис. П.2.2.
Упругодеформативные и прочностные свойства малопрочных материалов зависят в основном от процентного содержания в смеси и пластичности фракций размером мельче 0,63 мм; для щебня число пластичности этих фракций определяется после его стандартного испытания на дробимость или износ.
17. Расчетные характеристики слоев из щебеночных смесей и щебня для дорог во II - III дорожно-климатических зонах устанавливают по рис. П.2.2; для дорог в IV - V дорожно-климатических зонах эти значения следует увеличивать на 25%.
Расчетные характеристики из гравийных и песчано-гравийных смесей для дорог в IV - V дорожно-климатических зонах устанавливают по графику рис. П.2.2; для дорог во II - III дорожно-климатических зонах эти значения следует уменьшать на 30%.
18. Расчетные модули упругости слоев основания и асфальтобетона, не вошедшие в таблицы настоящего приложения, а также их расчетные сопротивления растяжению при изгибе принимаются по приложению 9 СНиП 2.05.08-85.
Рис. П.2.2. Зависимость расчетных характеристик малопрочных каменных материалов от содержания в них частиц мельче 0,63 мм или показателя дробимости малопрочного щебня (цифры у кривых - число пластичности частиц мельче 0,63 мм)
Таблица П.2.9
|
|
|
|
Асфальтобетон |
Марка битума |
Характеристика при расчете верхнего слоя асфальтобетона | |
|
| Модуль упругости , МПа | Среднее сопротивление растяжению при изгибе , Mпa |
Плотный I- |
БНД 40/60 |
6000 |
3,2 |
II марок | БНД 60/90 | 4500 | 2,8 |
| БНД 90/130 | 3600 | 2,4 |
| БНД 130/200 | 2600 | 2,0 |
| БНД 200/300 | 2000 | 1,8 |
| БГ 70/130 | 1700 | 1,7 |
| СГ 130/200 | 1500 | 1,6 |
Пористый | БНД 40/60 | 3600 | 1,8 |
| БНД 60/90 | 2800 | 1,6 |
| БНД 90/130 | 2200 | 1,4 |
| БНД 130/200 | 1800 | 1,2 |
| БНД 200/300 | 1400 | 1,1 |
Таблица П.2.10
|
|
|
Вид асфальтобетонной смеси |
Характеристика асфальтобетона для расчета на сдвиг | |
|
Комплексный коэффициент |
Сцепление , МПа |
Крупнозернистая |
1,6 |
0,30/0,27 |
Мелкозернистая | 1,1 | 0,20/0,17 |
Песчаная | 0,9 | 0,15/0,13 |
Примечание. В числителе - для горючих смесей на вязких битумах (40/130), в знаменателе - для смесей с битумами марок 130/300.
Таблица П.2.11
|
|
|
Административный район |
Расчетная амплитуда колебаний температуры, за сутки на поверхности покрытия | |
| цементо- бетонного | асфальто- бетонного |
Мурманская обл., Ненецкий нац. округ |
10,5 |
11,5 |
Архангельская, Ленинградская, Псковская, Нижегородская, Кировская, Костромская, Ярославская, Камчатская области, Коми и Карельская АССР | 12,0 | 13,0 |
Новгородская, Вологодская, Пермская, Тверская, Калининградская, Московская, Смоленская, Брянская, Тульская, Орловская, Ульяновская, Магаданская области, Марийская, Мордовская, Чувашская, Башкирская АССР, Хабаровский кр. | 14,0 | 15,0 |
Калужская, Рязанская, Курская, Белгородская, Воронежская, Тамбовская, Пензенская, Саратовская, Татарстан, Свердловская, Челябинская, Томская области, Бурятская, Якутская АССР (южная часть), Приморский кр., Белорусская ССР | 14,5 | 15,5 |
Ростовская, Волгоградская, Астраханская, Оренбургская, Курганская, Омская, Кемеровская, Иркутская, Амурская, Сахалинская области, Северо-Осетинская, Дагестанская АССР, Красноярский, Алтайский кр., Украинская ССР | 15,5 | 16,5 |
Читинская обл., Краснодарский, Ставропольский кр., Чечено-Ингушская АССР, республики Закавказья, Средней Азии, ССР Молдова | 16,5 | 17,5 |
Горно-Алтайский АО | 18,0 | 19,5 |
Таблица П.2.12
|
|
|
|
Географическая широта местности (град. сев. ш) |
Исходная расчетная температура бетона (Т , ° С) при укладке |
Максимальная расчетная температура бетона (на глубине10 см), Т , ° С | |
| в апреле | в мае |
|
56 (г. Москва) |
18,0 |
32,5 |
48,0 |
53 (г. Самара) | 19,5 | 39,0 | 48,5 |
49 (г. Волгоград) | 25,5 | 45,0 | 53,0 |
42 (г. Ташкент) | 39,0 | 55,5 | 65,0 |
Для основания, работающего на изгиб (бетон, цементогрунт),
Приложение 3
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
Пример 1
Требуется запроектировать дорожную одежду с цементобетонным монолитным покрытием на магистральной дороге общегосударственного значения.
Исходные данные:
ширина проезжей части для движения в одном направлении - 7,5 м;
ширина земляного полотна (с учетом обочин) - 15 м;
расчетный срок службы покрытия - 25 лет;
давление в шинах - 0,6 МПа;
интенсивность движения ед/сут в первый год службы характеризуется следующими данными:
|
|
ГАЗ-53А | 1080 |
ЗИЛ-130 | 950 |
МАЗ-500А | 1040 |
КамАЗ-5511 | 900 |
Икарус-250 | 500 |
дорожно-климатическая зона - II-I;
схема увлажнения рабочего слоя - 2;
грунт земляного полотна - суглинок легкий пылеватый;
глубина промерзания - 1,5 м;
глубина залегания уровня грунтовых вод - 1,8 м;
материал основания - песок, укрепленный цементом, нижний слой - песок среднезернистый;
Назначение расчетных характеристик грунтов и материалов дорожных одежд
Для проведения расчетов назначаем следующие показатели:
1) требуемый уровень надежности и соответствующий ему коэффициент прочности по табл. 5 Норм:
2) расчетный модуль упругости грунта по табл. П.2.6:
3) расчетные характеристики сопротивления грунта сдвигу по табл. П.2.6:
6) модуль упругости материала верхнего слоя основания (песок, укрепленный цементом) по табл. П.2.7:
7) модуль упругости песчаного слоя основания по табл. П.2.5:
8) характеристики сопротивления сдвигу песчаного слоя по табл. П.2.8:
11) модуль упругости и сопротивление растяжению при изгибе бетона по табл. П.1.4:
12) характеристики для расчета конструкций на морозоустойчивость:
а) допустимое морозное поднятие одежды:
для цементобетонных покрытий с условиями эксплуатации по 1-й расчетной схеме допустимая величина общего приподнятия от выпучивания 3 см;
в) показатель пучинистости грунта В’ по ВСН 46-83 (табл. 4.2):
Определение расчетной интенсивности нагрузки
Определение необходимости проведения расчета конструкции на морозоустойчивость
Так как грунт земляного полотна (суглинок тяжелый пылеватый) является очень пучинистым по ВСН 46-83 (табл. 30), глубина промерзания конструкции 1,5 м, что меньше 0,6 м и толщина дорожной одежды не превышает 2/3 глубины промерзания, то расчет выполняем согласно разделу 4 ВСН 46-83.
По ВСН 46-83 (прил. 9, табл. 32) определяем эквиваленты теплотехнических свойств материалов по отношению к уплотненному щебню:
Кроме того, для расчета необходимы следующие данные:
Определяем отношения:
Расчет необходимой толщины дренирующего слоя
По формуле (62) Норм находим толщину дренирующего слоя:
Принимаем толщину дренирующего слоя равной 35 см.
Назначение конструкции дорожной одежды
Назначаем следующую конструкцию дорожной одежды:
Конструкции швов принимаем в соответствии с рис. 3 Норм. Согласно п. 2.11 Норм поперечные швы устраивают без штырей, при температуре бетонирования более 10°С швы расширения в данной конструкции допускается не устраивать.
Определение эквивалентного модуля упругости
1. На уровне дренажного слоя песка:
По формуле (1) прил. 2.
2. На уровне слоя цементогрунта:
Определение расчетной прочности бетона
По формуле (1) прил. 1:
Определение толщины покрытия
1) по формуле (1) Норм определяем расчетную нагрузку
Значения указанных величин приведены в табл. П.3.1.
Таблица П.3.1
|
|
|
|
|
Значение , см |
,см |
|
, МПа |
|
20 |
80,71 |
0,85 |
2,22 |
0,42 |
22 | 88,78 | 0,80 | 2,01 | 0,38 |
24 | 96,85 | 0,73 | 1,95 | 0,37 |
Расчет по сдвигу в грунте земляного полотна
Расчет производится в соответствии с п. 3.36-3.42 ВСН 46-83:
1) по формуле (3.12)
6) по формуле (3.14)
7) по формуле (3.13)
Рассчитываем промежуточный слой (песка) из слабосвязного материала на устойчивость против сдвига (по ВСН 46-83):
1) по формуле (3.12)
6) по формуле (3.14)
7) по формуле (3.13)
Определение ожидаемых пластических деформаций основания под поперечными швами
1. Рассчитываем полудлину и полуширину отпечатка колеса, отнесенного к нейтральной оси плиты по формуле (35) Норм:
2. Определяем расчетную длину и ширину эпюр отпора основания:
3. Вычисляем расчетное давление под углом плиты на уровне низа слоя основания по формуле (53) Норм:
4. Определяем коэффициенты, учитывающие площадки нагружения по формуле (57) Норм:
5. Рассчитываем допустимые напряжения на уровне низа основания по формуле (56) Норм:
Пример 2
Требуется запроектировать дорожную одежду с цементобетонным покрытием на местной дороге.
Исходные данные:
дорога имеет две полосы движения шириной по 3 м;
ширина земляного полотна -10 м;
расчетный срок службы - 25 лет;
общая суточная интенсивность движения расчетной нагрузки по проектируемой дороге на конец срока ее службы - 500 ед/сут различных марок на полосу;
схема увлажнения рабочего слоя - 1;
грунт земляного полотна - супесь легкая;
глубина промерзания - 0,5 м;
дорожно-климатическая зона - IV;
материал основания - песок среднезернистый: коэффициент фильтрации - 6 м/сут.
Назначение расчетных характеристик грунтов и материалов дорожной одежды
Для проведения расчетов назначаем следующие показатели:
1) требуемый уровень надежности и соответствующий ему коэффициент прочности по табл. 5 Норм:
6) модуль упругости материала верхнего слоя основания (песок среднезернистый) по табл. П.2.5.
Определение расчетной повторности нагружения
Так как общая интенсивность движения расчетной нагрузки на полосу на конец срока ее службы - 500 ед./сут, находим интенсивность движения в первый год:
по формуле (3) определяем расчетную повторность нагружения:
Определение необходимости проведения расчета конструкции на морозоустойчивость
Глубина промерзания конструкции 0,5 м, что меньше 0,6 м, поэтому расчет дорожной одежды на морозоустойчивость не производится.
Расчет необходимой толщины дренирующего слоя
По формуле (62) Норм находим толщину дренирующего слоя:
Согласно исходным данным ширина земляного полотна 10 м
Принимаем толщину дренирующего слоя равной 20 см.
Назначение конструкции дорожной одежды
Назначаем следующую конструкцию дорожной одежды:
Определение эквивалентного модуля упругости на поверхности основания
Определение расчетной прочности бетона
Определение толщины покрытия
По формуле (1) Норм определяем расчетную нагрузку:
Таблица П.3.2
|
|
|
|
|
Значения , см |
, см |
, МПа |
|
|
14 |
59,25 |
3,46 |
0,95 |
0,70 |
16 | 67,71 | 2,87 | 0,94 | 0,58 |
18 | 76,18 | 2,54 | 0,89 | 0,51 |
20 | 84,64 | 2,30 | 0,84 | 0,46 |
24 | 101,57 | 2,05 | 0,71 | 0,41 |
Расчет по сдвигу в грунте земляного полотна
Расчет производим в соответствии с пп. 3.36-3.42 ВСН 46-83:
1) по формуле (3.12)
Расчет промежуточного слоя (песка) из слабосвязного материала на устойчивость против сдвига
Определение ожидаемых пластических деформаций основания под поперечными швами (расчет уступов)
1. Определяем полудлину и полуширину отпечатка колеса, отнесенного к нейтральной оси плиты, по формулам (35) Норм:
|
|
|
=0,87 | +0,5 | =25,3 см; |
=1,15 | +0,5 | =36,7 см. |
2. Находим расчетную длину и ширину эпюр отпора основания:
по формуле (32)
по формуле (33)
по формулам (34)
3. Определяем расчетное давление на основание по формуле (53) Норм:
4. Рассчитываем коэффициенты, учитывающие размеры площадки нагружения по формуле (57) Норм:
5. Определяем допустимые напряжения на поверхности песчаного основания по формуле (56) Норм
6. Определяем допустимые напряжения на поверхности грунта земляного полотна (т. е. под слоем песка толщиной 20 см):
Условие устойчивости против сдвига выполняется.
7. Находим величину ожидаемых пластических деформаций основания в местах поперечных швов по формулам (58) Норм:
13. Находим диаметр штырей в швах сжатия:
Длина штырей равна 20·1,5+5,0=35 см.
Пример 3
Требуется запроектировать дорожную одежду с асфальтобетонным покрытием на цементобетонном основании.
Исходные данные:
дорога имеет две полосы движения по 3,5 м при ширине обочины 5 м;
интенсивность движения расчетной нагрузки на полосу в конце срока эксплуатации дорожной одежды - 1000 ед/сут;
дорожно-климатическая зона - III;
схема увлажнения рабочего слоя - I;
грунт земляного полотна - песок мелкий;
материал покрытия - асфальтобетон на основе БНД 60/90;
Глубина промерзания и уровень залегания грунтовых вод значения не имеют, так как расчета конструкции на морозоустойчивость не требуется.
Назначение расчетных характеристик грунтов и материалов дорожной одежды
Для проведения расчетов назначаем следующие показатели:
1) требуемый уровень надежности и соответствующий ему коэффициент прочности по табл. 5 Норм:
2) модуль упругости грунта по табл. П. 2.10:
3) характеристики сопротивления сдвигу песчаного слоя по табл. П.2.10:
4) модуль упругости и сопротивление растяжению при изгибе бетона по табл. П. 1.4.
Определение необходимости проведения расчета конструкции на морозное воздействие
Расчета конструкции на морозоустойчивость не требуется. Расчет необходимой толщины дренирующего слоя
Расчет не производится, так как грунт земляного полотна - песок мелкозернистый.
Назначение конструкции дорожной одежды
Согласно табл. 3 Норм для интенсивности 1000 ед/сут назначаем следующую конструкцию дорожной одежды:
Согласно пп. 2.16 и 2.18 длину плит назначаем равной 15 м; продольный шов не устраиваем; поперечные швы устраиваем без штырей.
Проверка расчетом необходимости и достаточности выбранной толщины асфальтобетонного покрытия
По формуле (1) вычисляем расчетную нагрузку:
Тогда
Таким образом, условие прочности для покрытия дорожной одежды выполняется.
Проверка расчетом необходимости и достаточности толщины слоя основания
По формуле (25) Норм определяем эквивалентную толщину слоя:
По формуле (11) Норм рассчитываем упругую характеристику:
По формуле (9) Норм определяем напряжения, возникающие от нагрузки:
По формуле (26) Норм вычисляем напряжения от перепада температуры по толщине нижнего слоя:
Находим интенсивность движения расчетных автомобилей в 1-й год:
По формуле (3) Норм определяем расчетную повторность нагружений:
По формуле (1) прил. 1 находим:
По формуле (24) и с учетом данных табл. 5 Норм
Таким образом, условие прочности для нижнего слоя выполнено.
Пример 4
Требуется запроектировать дорожную одежду со сборным железобетонным покрытием из предварительно-напряженных плит размером 0,14х2х6 м.
Плита рассчитывается как типовая, с учетом возможности ее работы на первой стадии при двухстадийном строительстве, т. е. на земляном полотне из мелкого песка, модуль упругости которого с учетом пластических деформаций (см. п. 3.23) на первой стадии равен 37 МПа, а на второй, после укладки укрепленного слоя основания, - 100 МПа (для Западной Сибири).
Определение количества арматуры в плите
Для определения количества арматуры рассматриваем работу плиты на первой стадии - до появления в бетоне узких "железобетонных" трещин - и на второй стадии - после появления этих трещин.
Для продольного направления
Для поперечного направления
Для первой стадии
для второй стадии
в продольном направлении
в поперечном направлении
В продольном направлении в центре плиты с учетом работы ненагруженных краевых полос плит по формуле (44) находим:
изгибающие моменты на второй стадии:
Определяем количество арматуры на первой стадии.
Для продольного направления находим площадь поперечного сечения арматуры:
На второй стадии без учета арматуры верхней зоны
С учетом арматуры верхней зоны при симметричном армировании
где
Определяем количество поперечной арматуры, исходя из второй стадии работы плиты.
В центральной части по длине плиты
Из условия работы арматуры в качестве штырей по формуле (47)
Определение прочности стыковых соединений
При расчетной величине напряжения в сварке 75 МПа площадь сечения сварки скоб
Определение величины накапливаемых уступов между плитами
Определяем величину накапливаемых уступов между плитами на первой стадии строительства, т. е. при условии, что стыки не работают, основание не укреплено.
Для этого по формулам (57) рассчитываем:
Тогда
По формуле (60) Норм определяем коэффициент нагруженности основания:
Определение требуемого эквивалентного модуля упругости основания и его толщины на второй стадии строительства.
По формулам (32)-(34) находим:
на уровне низа укрепленного основания (толщиной 16 см)
Расчетное давление под углом плиты равно (стыки не работают) пo формуле (53):
В этом случае
что находится в допустимых пределах.
Приложение 4
Рекомендуемое
ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ КОНСТРУКЦИИ ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
Рациональные конструкции жестких дорожных одежд, а иногда и рациональная технология их изготовления определяются по следующим показателям:
приведенной стоимости (стоимости, отнесенной к сроку службы покрытия);
стоимости технологического оборудования, отнесенной к стоимости дорожной одежды;
трудоемкости;
сроку строительства;
материалоемкости;
объему привозных материалов и объему фондируемых или дефицитных материалов.
А. Определение стоимости конструкций
где
Б. Определение приведенной стоимости дорожной одежды
Если данные по качеству строительства дорог в аналогичных условиях имеются, то для дорожной одежды с цементобетонным покрытием
В. Определение стоимости и приведенной стоимости технологического оборудования
Г. Определение трудоемкости
Для оценки трудоемкости определяют относительную трудоемкость
или выработку на одного рабочего
Д. Определение материалоемкости
Минимум материалоемкости устанавливают путем сравнения альтернативных конструкций, уже определенных как рациональные по другим показателям. Этими альтернативными конструкциями могут быть:
цементобетонное и асфальтобетонное покрытия;
покрытия на разных видах основания (с учетом применения в зависимости от жесткости основания разных по конструкции и по стоимости бетоноукладчиков);
асфальтоцементобетонные покрытия с применением разных по составу верхних асфальтобетонных и нижних цементобетонных слоев;
цементо- и асфальтобетонные покрытия с разным расстоянием между поперечными и продольными швами;
сборные покрытия из плит различной конструкции (разной толщины, длины и ширины, с наличием надрезов в сочлененных плитах для экономии арматуры);
цементобетонные покрытия различной морозостойкости (с разным количеством воздухововлекающих добавок) и пр.
Большое разнообразие сравниваемых вариантов и зависимостей позволяет рекомендовать для определения оптимума расчетные зависимости Норм и подсчет расходов материалов исходя из данных соответствующих инструкций и рекомендаций. При этом следует обратить внимание на объемы привозных и фондируемых материалов, на влияние, оказываемое последними на долговечность конструкции.
Е. Общие рекомендации по выбору рациональных вариантов конструкции жестких дорожных одежд
При выборе рациональных вариантов конструкций дорожных одежд следует ориентироваться прежде всего на создание долговечных конструкций, так как стоимость сравниваемых видов конструкций отличается по вариантам в меньшей степени, чем приведенная к сроку службы, а последняя является объективным показателем для оценки экономичности дорожного строительства в целом и определения максимально возможной протяженности дорожной сети для данного уровня финансирования.
Приложение 5
Рекомендуемое
МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКЦИИ ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
Такие параметры конструкции жестких дорожных одежд, как эквивалентный модуль упругости основания под покрытием, толщина покрытия, модуль упругости и прочность бетона, а также коэффициенты вариации по этим параметрам, могут дополнительно контролироваться с помощью замеров прогибов нагруженных углов плит или замеров кривизны изгиба плит под колесной нагрузкой в точках контроля. Прогиб угла плит определяется с помощью консольного прогибомера, опирающегося на обочину, кривизна изгиба плиты - с помощью трехточечных прогибомеров, устанавливаемых возле колес нагружения или между ними (pиc. П.5.1). Первый отсчет снимают, когда нагрузка находится в точке контроля, второй - после съезда нагрузки с этой точки за пределы зоны прогиба, т. е. на 4-6 м.
Рис. П.5.1. Расположение колесной нагрузки трехточечных прогибомеров (1, 2 и, как вариант, 3) -
индикатор прогибомера (4); направление съезда автомобиля с точки испытания
Если толщина покрытия в базовых точках неизвестна, то толщина плиты в контрольных точках с достаточной для определения коэффициента вариации точностью определяется по следующим формулам:
для центра плиты
для края плиты
вытекающей из табличных данных СНиП 2.05.08-85.
Если толщину покрытия в контрольных точках можно определить параллельно непосредственным замером, то появляется возможность: