Приложение 9. Расчет дорожных одежд с переходными типами покрытий по сдвигу в подстилающем грунте

Приложение 9

Расчет дорожных одежд с переходными типами покрытий по сдвигу в подстилающем грунте

Дорожные одежды с переходными типами проектируются с учетом возможности накопления в подстилающих грунтах остаточных деформаций, не превышающих заданной величины за расчетный срок эксплуатации (за определенное количество воздействий расчетных нагрузок).

Задача расчета - определение толщины слоев одежды или выбор материалов подстилающих слоев с соответствующими прочностными характеристиками при заданных толщинах дорожной одежды.

Расчет дорожной одежды основан на следующих предпосылках:

1. Напряженное состояние дорожной одежды под действием транспортной нагрузки определяется решениями теории упругости для однородного полупространства.

2. Деформации материала самого покрытия исправляются в процессе содержания автомобильной дороги и в расчете не учитываются.

3. За расчетные принимаются наибольшие нагрузки на ось от автомобилей, которые систематически обращаются по дороге в неблагоприятный период года. Нагрузки на ось, отличающиеся от расчетных, приводятся к расчетным с помощью соответствующих коэффициентов приведения.

4. Силы инерции, действующие на одежду и земляное полотно в процессе деформирования, расчетом не учитываются (задача квазистатическая).

5. Влияние горизонтальной составляющей подвижной нагрузки на закономерности накопления остаточных деформаций в подстилающем грунте расчетом не учитывается (осесимметричная задача).

6. Вследствие достаточной уплотненности подстилающих грунтов возникающие в них под действием транспортных нагрузок остаточные деформации имеют в основном характер деформаций сдвига (бокового выдавливания).

Характер накопления остаточных деформаций зависит от количества приложений расчетных нагрузок и уровня напряженного состояния грунта, выраженного коэффициентом , представляющим отношение фактического девиатора напряжений, действующего в грунте на различиях горизонтах к предельному:

, (1)

где - наибольшее главное напряжение; - наименьшее главное напряжение; - расчетная величина угла внутреннего трения грунта; - расчетная величина сцепления в грунте.

Величина накопленной под действием транспортных нагрузок остаточной деформации устанавливается в соответствии с зависимостью

, (2)

где - параметр, представляющий остаточную деформацию при единичном приложении нагрузки, %; - параметр, характеризующий интенсивность накопления остаточной деформации, %:

, (3)

- количество воздействий расчетных нагрузок.

Параметры и зависимости (2) представляют собой при прочих равных условиях функции уровня напряженного состояния:

; (4)

. (5)

Примечание. Для учета влияния напряжений от собственного веса конструктивных слоев следует принимать:

,   ,

где и - большие и меньшие главные напряжения от внешней (подвижной) нагрузки, возникающие в данной точке; - средневзвешенный удельный вес слоев конструкции, расположенных выше рассматриваемого горизонта ; - расстояние от поверхности покрытия до рассматриваемого горизонта; - коэффициент уровня напряженного состояния, соответствующий началу накопления остаточных деформаций (при значении накопление остаточных деформаций отсутствует); - параметр, характеризующий увеличение остаточной деформации с ростом уровня напряженного состояния при однократном приложении нагрузки, - параметр, характеризующий рост интенсивности накопления остаточной деформации с увеличением уровня напряженного состояния.

Подставляя выражения (4) и (5) в (2) имеем:

. (6)

Для однородного грунтового массива, к поверхности которого приложена нагрузка через штам диаметром , вертикальная относительная деформация элемента грунта, расположенного на глубине от поверхности, выражается зависимостью (2). Абсолютная его деформация составит:

. (7)

Осадка поверхности массива грунта:

, (8)

, - пределы интегрирования (размер активной зоны), определяемые из условия .

Учитывая выражение (6) имеем:

. (9)

Величины и находят из зависимостей:

; (10)

, (11)

где - удельная величина расчетной нагрузки; - удельный вес грунта; - коэффициент Пуассона,  = 0,5; - глубина рассматриваемой точки; - радиус нагруженной площадки.

Величины , и определяют по результатам испытаний образцов грунтов в условиях трехосного сжатия при повторном воздействии нагрузок.

Расчет дорожной одежды производится следующим образом:

1. В зависимости от величины удельной расчетной нагрузки , диаметра нагруженной площадки и прочностных характеристик грунта и оценивается изменение по глубине напряженного состояния дорожной одежды и подстилающего грунта как однородного полупространства, используя зависимости (1), (10) и (11).

Для этого строится эпюра изменения в зависимости от относительной глубины расположения рассматриваемой точки грунтового массива до уровня, где . На участке, где >1, эпюра изменения спрямляется и принимается равным 1.

2. Задаваясь определенной толщиной дорожной одежды, определяется величина накопленной осадки поверхности подстилающего грунта, используя зависимость (9).

Для этого строятся эпюры изменения и в зависимости от относительной глубины рассматриваемой точки грунтового массива при соответствующих значениях для заданного количества приложений расчетной нагрузки .

Сумма площадей эпюр изменения и соответствует величине накопленной осадки поверхности грунта.

3. Рассчитанная накопленная остаточная деформация поверхности подстилающего грунта не должна превышать допустимой величины (табл. П.9.1).

Таблица П.9.1

Тип дороги	l_доп
Внутрипромысловые	2 см
Подъезды к скважинам	4 см
Временные	6 см

Если остаточная деформация больше или меньше , следует соответственно увеличить или уменьшить толщину дорожной одежды и повторно провести определение , используя эпюру изменения и .

При расчете осадки поверхности песчаных подстилающих грунтов величины и могут быть определены по следующим экспериментальным зависимостям:

Величины прочностных характеристик песчаных грунтов и , а также величины приведены в табл. П.9.2.

Таблица П.9.2

Грунт	фи, град.	С, МПа	н K у.н.с
Песок крупный Песок средней крупности Песок мелкий	42 40 38	0,007 0,006 0,005	0,25 0,23 0,21

Для удельной расчетной подвижной нагрузки q = 0,6 МПа расчет дорожных одежд производится с помощью номограммы (рис. П.9.1), связывающей между собой относительную толщину дорожной одежды (верхняя горизонтальная шкала), угол внутреннего трения подстилающего грунта (наклонные прямые номограммы), суммарное количество воздействий расчетных нагрузок за срок службы (лучи на номограмме) и относительную накопленную остаточную деформацию подстилающего грунта (нижняя горизонтальная шкала). Задаваясь толщиной дорожной одежды , в зависимости от угла внутреннего трения подстилающего грунта и суммарного количества воздействий расчетных нагрузок можно определить относительную величину накопленной остаточной деформации .

Расчет може# быть выполнен и в обратном порядке: задаваясь величиной накопленной остаточной деформации , в зависимости от суммарного количества воздействий расчетной нагрузки и угла внутреннего трения подстилающего грунта можно определить требуемую относительную толщину дорожной одежды .