Приложение 7. Расчет дорожных конструкций на прочность при использовании торфяных грунтов в основании и нижней части насыпи

Приложение 7

Расчет дорожных конструкций на прочность при использовании торфяных грунтов в основании и нижней части насыпи

Данный расчет может применяться для конструкций, суммарная толщина слоев из минеральных грунтов и материалов в которых не превышает 2,0-2,5 м.

Соблюдение условий настоящего расчета обеспечивает для условий дорог Среднего Приобья работу конструкций в стадии упруго-пластических деформаций при сроке службы между капитальными ремонтами для одежд с покрытиями из щебня и гравия 6-7 лет, а для одежд с покрытиями из сборных плит типа ПАГ-14 - 10-12 лет.

Расчетная схема дорожной конструкции - пакет из слоев конечной мощности на недеформируемом основании (дно болота), включающий связные (сплошные) слои и зернистые слои с коэффициентом распределительной способности = 0,33.

Мощность системы ограничивается снизу уровнем минерального дна болота.

К связным слоям относят мерзлые слои торфа и минерального грунта, бетон, асфальтобетон и т. п. материалы, к несвязным - слои талого торфа, песков, супесей, гравия, щебня и т. п.

Дорожные одежды из предварительно-напряженных плит рассчитываются по критериям сопротивления растяжению при изгибе материала плиты и допустимому упругому прогибу всей конструкции. Дорожные одежды из щебня и гравия рассчитываются только по критерию допустимого упругого прогиба всей конструкции.

Расчетная нагрузка - автомобиль группы А. Приведение фактического движения к интенсивности движения расчетного автомобиля группы А производится для жестких одежд - по ВСН 197-83, для нежестких - по ВСН 46-83. Диаметр штампа эквивалентного круга для нежестких одежд - 37 см (движущийся автомобиль по ВСН 46-83), для жестких - 33 см.

Конструкции с нежесткими одеждами переходного типа

Толщина отдельных конструктивных слоев одежды и земляного полотна уточняется расчетом. При этом с ошибкой не более 5% должно быть достигнуто равенство между расчетным прогибом проектируемой конструкции и допустимым прогибом по условиям движения, который определяется по рис. П.7.1.

Допустимый прогиб и требуемый модуль упругости всей конструкции связаны между собой соотношением

, (1)

где - удельное давление по площади следа расчетного автомобиля, ; - диаметр круга, равновеликого следу колеса расчетного автомобиля, см; - коэффициент Пуассона, принимается 0,3; - допустимый упругий прогиб дорожной одежды, см.

Расчетный прогиб проверяемой конструкции определяется графоаналитически с использованием вспомогательного графика на рис. П.7.2 в три приема.

Первый шаг. Определяются для каждого слоя ( слоя, считая сверху) вспомогательные величины по формуле

, (2)

где, помимо прежних обозначений, - расстояние в дорожной конструкции от нагрузки до низа -го слоя, см

Второй шаг. По графику на рис. П.7.2 для каждой величины находится функциональный коэффициент .

Третий шаг. Вычисляется упругий прогиб по формуле

, (3)

где, помимо прежних обозначений, - штамповый модуль упругости -го слоя, .

Для торфа в болоте I и II типов следует принимать значения штампового модуля упругости торфа, приведенные в прил. 13

Если в конструкции имеется один или несколько слоев из связных материалов, способных воспринять растягивающие усилия при изгибе, то при использовании формул (2), (3) толщины этих слоев должны быть приведены к эквивалентной по формуле

, (4)

где - эквивалентная толщина связного слоя, см; - фактическая толщина связного слоя, см; - модуль упругости материала связного слоя, ; - эквивалентный модуль упругости слоев, подстилающих связный слой, . Для слоев дорожной одежды, с достаточной степенью точности, можно принять его равным требуемому модулю упругости одежды.

Слой мерзлого торфа следует относить к связным слоям. При определении его эквивалентной толщины следует принимать, как для торфа, по прил. 13, а - 4000 .

Модули упругости слоев земляного полотна из минеральных грунтов в зависимости от влажности даны в прил. 13. Там же указаны расчетные характеристики новых местных материалов для устройства дорожных одежд.

Конструкции с жесткими дорожными одеждами из сборных предварительно-напряженных плит ПАГ-14 и ПДГ

В результате расчета уточняется толщина слоев искусственного основания и земляного полотна. При этом с ошибкой не более 5% должно быть:

а) достигнуто равенство между допустимым прогибом (рис. П.7.1) и расчетным прогибом проверяемой конструкции;

б) обеспечено превышение или равенство допустимого напряжения на изгиб плиты и расчетного напряжения в плите.

Прогиб и напряжение в плите проверяемой конструкции рассчитывается графоаналитически с использованием вспомогательных графиков (рис. П.7.3, П.7.4). При этом прогиб рассчитывается, как прогиб нежесткой дорожной конструкции от нагрузки круглым штампом диаметром , зависимым от эквивалентного модуля упругости основания, на которое опирается плита. Расчет рекомендуется выполнять в четыре приема.

Для расчетной интенсивности движения по графику (рис. П.7.1) определяется допустимый упругий прогиб и требуемый эквивалентный модуль упругости . В дальнейшем эти значения бдут# контрольными для проверяемых конструкций.

В зависимости от по рис. П.7.3 находится требуемый эквивалентный модуль упругости основания , подстилающего плиту, и определяется растягивающее напряжение в плите, соответствующее найденному модулю упругости основания. Полученное по графику значение умножается на коэффициент 1,20 (учет динамики). Результат сравнивается с допустимыми напряжениями для плиты данной марки (49 для ПДГ и 55 для ПАГ-14). Если растягивающее напряжение с учетом коэффициента 1,20 превышает допустимое напряжение более чем на 5%, увеличивают .

В зависимости от по рис. П.7.4 для данной марки плиты определяется диаметр условного круга передачи нагрузки на основание после чего рассчитывается среднее давление на основание по площади условного круга по формуле

, (6)

где - нагрузка на расчетное колесо (5000 кгс).

По формуле (3) вычисляются упругая осадка основания от нагрузки в виде условного круга и соответствующий эквивалентный модуль упругости - по формуле, которая в этом случае имеет вид

. (7)

Если разница с требуемым модулем более 5%, то корректируют конструкцию в нужную сторону Может быть изменена толщина минеральной части насыпи или слоев искусственного основания (гравия, цементогрунта и т. п.), проведено частичное выторфовывание на коротком участке.