Часть 2. Методические рекомендации по расчету и прогнозированию колееобразования на нежестких дорожных одеждах

Часть 2. Методические рекомендации по расчету и прогнозированию колееобразования на нежестких дорожных одеждах
(утв. распоряжением Государственной службы дорожного хозяйства от 17 мая 2002 г. N ОС-441-р)

Методические рекомендации предназначены для расчета и прогнозирования колееобразования на нежестких дорожных одеждах вследствие накопления остаточных деформаций в грунте земляного полотна, слоях основания и покрытия, а также структурного разрушения каменного материала. Рекомендации следует применять для вновь проектируемых и эксплуатируемых дорог.

Методика основывается на результатах теоретических и экспериментальных исследований, выполненных на кафедре строительства и эксплуатации дорог МАДИ (ГТУ), с использованием данных исследований Союздорнии, ГУП Росдорнии и др.

Методика разработана временным творческим коллективом, созданным при ООО "МАДИ-Путь", в составе: д-ра техн. наук А.П. Васильева (научный руководитель), д-ра техн. наук Ю.М. Яковлева (ответственный исполнитель), канд. техн. наук М.Г. Горячева, инж. С.В. Лугова, инж. М.Ю. Расторгуева (МАДИ ГТУ); д-ра техн. наук А.В. Руденского (ГУП Росдорнии).

1. Общие положения

1.1. Методические рекомендации предназначены для расчета и прогнозирования колееобразования на нежестких дорожных одеждах вследствие накопления остаточных деформаций в грунте земляного полотна, слоях основания и покрытия, а также структурного разрушения каменного материала. Рекомендации следует применять для вновь проектируемых и эксплуатируемых дорог.

1.2. Методика расчета и прогнозирования колееобразования предусматривает:

1.2.1. Сбор и обработку исходных данных.

1.2.2. Расчет и прогнозирование накопления остаточных деформаций в земляном полотне.

1.2.3. Расчет и прогнозирование накопления остаточных деформаций в слоях основания, не содержащих органическое вяжущее.

1.2.4. Расчет и прогнозирование накопления остаточных деформаций в слоях асфальтобетона и других битумосодержащих слоях.

1.2.5. Определение общей глубины колеи на основе результатов, полученных в п.п. 1.2.2-1.2.4.

2. Сбор и обработка исходных данных

2.1. Сбор исходных данных включает получение сведений об интенсивности движения, конструкции дорожной одежды и фактической влажности грунта земляного полотна.

2.1.1. Фактическую интенсивность и состав движения в первый год после сдачи дороги в эксплуатацию определяют по окончании строительства или реконструкции путем непосредственных наблюдений на дороге в теплый период года (устойчивая положительная температура воздуха). При этом следует использовать методику, изложенную в приложении 6 Правил диагностики и оценки состояния автомобильных дорог ВСН 6-90.

Полученные результаты заносят в табл. 2.1.

Те же измерения производят во второй год эксплуатации.

Таблица 2.1

Результаты учета движения на дороге _______________ км ___________

Типы автомобилей	Количество автомобилей в сутки
Легковые автомобили
Легкие грузовые автомобили грузоподъемностью от 1 до 2 т
Средние грузовые автомобили грузоподъемностью от 2 до 5 т
Тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью от 5 до 8 т
Очень тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью более 8 т
Автобусы
Тягачи с прицепами

2.1.2. Конструкцию дорожной одежды (материалы слоев, их толщины и тип грунта земляного полотна) определяют по данным проекта либо бурения дорожной одежды.

2.1.3. Расчетные характеристики грунта земляного полотна (влажность, угол внутреннего трения, модуль упругости) определяют по данным полевых и лабораторных испытаний или по проектной документации.

Влажность грунта, принимаемую за расчетную, определяют путем отбора проб грунта при бурении, которое производят в весенний период наибольшего увлажнения грунта в местах нулевых отметок или выемок (при их наличии). При невозможности получения фактических данных о влажности грунта допускается ориентировочное определение расчетной влажности по приложению 2. Для полученного значения расчетной влажности по приложению 2 назначают угол внутреннего трения грунта, используемый в дальнейших расчетах.

2.2. Интенсивность движения грузовых автомобилей, приведенную к расчетной нагрузке 100 кН на ось (50 кН на колесо), вычисляют по формуле:

, (2.1)

где или , ... - количество автомобилей в сутки по типам из табл. 2.1, авт./сут;

или , ... - коэффициенты приведения автомобилей различного типа к расчетной нагрузке (см. табл. 2.2).

Таблица 2.2

Коэффициенты приведения автомобилей различных типов к расчетной нагрузке

N п/п	Типы автомобилей	Значение
1	Легковые автомобили	0
2	Легкие грузовые автомобили грузоподъемностью от 1 до 2 т	0,005
3	Средние грузовые автомобили грузоподъемностью от 2 до 5 т	0,2
4	Тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью от 5 до 8 т	0,7
5	Очень тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью более 8 т	1,25
6	Автобусы	0,7
7	Тягачи с прицепами	1,5

2.3. По данным об интенсивности движения, приведенной к расчетной нагрузке, в первый и второй годы эксплуатации вычисляют показатель изменения интенсивности движения грузовых автомобилей q, используя формулу:

, (2.2)

где и - расчетная интенсивность движения в первый и во второй годы наблюдений.

При определении величины q можно воспользоваться данными проектной документации.

3. Расчет и прогнозирование остаточных деформаций в грунте земляного полотна

3.1. Вычисление ожидаемого суммарного числа приложений расчетных нагрузок по годам эксплуатации дороги при определении остаточных деформаций в грунте земляного полотна осуществляют по формуле:

, (3.1)

где - коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним (см. табл. 3.1);

- суточная интенсивность движения автомобилей, приведенных к расчетной нагрузке, в первый год службы дорожной одежды, авт./сут;

- коэффициент суммирования, определяемый по графику рис. 3.1.

q - показатель изменения интенсивности движения по годам;

- расчетное количество дней в году, соответствующее определенному состоянию дорожной одежды (см. табл. 3.2);

- срок службы дорожной одежды (см. табл. 3.3), годы.

Если дорожная одежда рассчитана по Инструкции ВСН 46-83, то определена перспективная интенсивность движения на одну полосу, приведенная к расчетному автомобилю . В этом случае для расчета величины следует пользоваться формулой:

. (3.2)

Таблица 3.1

Значения коэффициента, учитывающего число полос движения

Число полос движения	Значения коэффициента для полосы номер
	1	2	3
1	1,0	-	-
2	0,55	-	-
3	0,5	0,5	-
4	0,35	0,2	-
6	0,3	0,2	0,05

Таблица 3.2

Количество расчетных дней в году

Примерные географические границы	Расчетные значения
Зона распространения вечномерзлых грунтов севернее семидесятой параллели	70
Севернее линии, соединяющей Онега - Архангельск - Мезень - Нарьян-Мар, до Европейской части побережья	145
Южнее линии, указанной выше, и севернее сорок восьмого меридиана - Ульяновск - Ижевск - Пермь - шестидесятый меридиан	135
Южнее линии, соединяющей Онегу - Архангельск - Мезень - Нарьян-Мар, и севернее линии, соединяющей Смоленск - Калугу - Рязань - Саранск - сорок восьмой меридиан	125
Севернее линии, соединяющей Белгород - Воронеж - Саратов - Куйбышев - Оренбург, до линии, указанной выше	135
Севернее линии, соединяющей Ростов-на-Дону - Элисту - Астрахань, до линии, указанной выше	145
Южнее линии, указанной выше (для Европейской части), южнее сорок шестой параллели (для остальных территорий)	205
Восточная и Западная Сибирь, Дальний Восток (кроме Хабаровского и Приморского краев), ограниченные с севера семидесятой широтой, с юга - сорок шестой широтой	130-150 (меньшие значения для центральной части)
Хабаровский и Приморский края	140

Таблица 3.3

Срок службы дорожной одежды

Категория дороги	Тип дорожной одежды	Срок службы дорожной одежды (лет) в различных дорожно-климатических зонах
		I, II	III	IV, V
I	Капитальный	15	18	20
II		15	15	15
III	Капитальный	15	15	15
	Облегченный	12	13	14
	Переходный	8	8	8
IV	Капитальный	15	15	15
	Облегченный	10	10	11
	Переходный	8	8	8
V	Облегченный	10	10	11
	Переходный	8	8	8

Для расчета суммарного числа приложений расчетной нагрузки в различные годы эксплуатации дорожной одежды в формулы (3.1) или (3.2) подставляют различные величины коэффициентов суммирования , которые определяют по графику (см. рис. 3.1) для соответствующего срока службы одежды .

3.2. Вычисление остаточных деформаций в грунте по годам t производят по формуле:

. (3.3)

где - остаточная осадка в грунте земляного полотна, м;

- исходное значение остаточной осадки, определяемое по графику (см. рис. 3.2), который построен для , h/D = 2 ( - средневзвешенный модуль упругости дорожной одежды, МПа; - модуль упругости грунта, МПа; h - общая толщина слоев дорожной одежды, м; D - диаметр круга, равновеликого отпечатку колеса расчетного автомобиля, равный 0,37 м);

, (3.4)

n - число слоев в дорожной одежде;

и - модуль упругости материала и толщина i-того слоя;

- коэффициент, учитывающий поправку на фактическое соотношение , определяемый по табл. 3.4 (при , принятом при построении графика на рис. 2 - =1,0);

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Имеется в виду "рис.3.2"

- коэффициент, учитывающий поправку на фактическую относительную толщину дорожной одежды h/D, определяемый по табл. 3.5 (при h/D = 2, принятом при построении графика на рис. 2 - = 1,0).

Таблица 3.4

Значения коэффициента

	2	3	4	5	7	10	15	20	25	30	35	50
	2,04	1,67	1,5	1,38	1,25	1,17	1,08	1,04	1,0	1,0	0,96	0,95

Примечание. Для промежуточных значений величину следует определять способом линейной интерполяции.

Таблица 3.5

Значения коэффициента при различных h/D

h/D	0,75	0,8	1,0	1,15	1,25	1,5	1,75	2,0	2,25	2,6	3,25
	2,34	2,08	1,54	1,33	1,25	1,13	1,04	1,0	0,96	0,94	0,91

Примечание. Для промежуточных значений h/D величину следует определять способом линейной интерполяции.

4. Расчет и прогнозирование остаточных деформаций в слоях основания, не содержащих органическое вяжущее

Расчет абсолютной остаточной деформации в слоях основания (за исключением битумосодержащих слоев) производят с помощью графиков (рис. 4.1...4.3), определяя по ним отношение:

, (4.1)

- относительная деформация i-того слоя основания;

- абсолютная остаточная деформация материала i-слоя, м;

- остаточная деформация грунта земляного полотна, м.

Отсюда:

. (4.2)

Абсолютную остаточную деформацию, накопленную в слоях основания, определяют по формуле:

, (4.3)

где m - число слоев основания.

5. Расчет и прогнозирование остаточных деформаций в слоях асфальтобетона и других битумосодержащих слоях

5.1. Расчет остаточных деформаций в асфальтобетонных и других битумосодержащих слоях производят исходя из суммарного числа приложений расчетной нагрузки по формуле (3.1). Расчетное количество сдвигоопасных дней в году (приведенное к температуре +50°С) определяют по табл. 5.1 в зависимости от среднегодовой положительной температуры воздуха:

, (5.1)

где - количество месяцев в году с устойчивой положительной температурой;

- средняя температура i-го месяца (по данным метеостанции или климатического справочника), °С.

Таблица 5.1

Приведенное количество дней в году с температурой покрытия +50°С

, °С	11	13	15	17	19	21	23	25
, дни	0,5	1,1	3,5	10,5	19	34	62	104

Примечание. Промежуточные значения следует определять линейной интерполяцией.

По графикам рис. 5.1 или 5.2 (построенным при коэффициенте вязкого сопротивления , времени воздействия одного цикла приложения расчетной нагрузки =0,01 с) определяют исходную величину остаточной деформации в битумосодержащих слоях при толщине сдвигоопасной зоны, назначенной по табл. 5.2.

Таблица 5.2

Толщина сдвигоопасной зоны H

Общая толщина битумосодержащих слоев, м	0,06...0,1	0,11...0,15	0,16...0,2	0,21...0,25	Более 0,25
H, м	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09

Фактическое суммарное число приложений расчетной нагрузки, приведенное к , необходимое для пользования графиками на рис. 5.1 и 5.2, вычисляют по формуле:

, (5.2)

где - фактическая длительность воздействия транспортной нагрузки (см. табл. 5.3), с.

Таблица 5.3

Длительность воздействия транспортной нагрузки при движении на подъем

Характер местности	Категория дороги	Длительность воздействия транспортной нагрузки , с при продольном уклоне
		<30	30...40	41...50	51...60	61...70	71...80	>80
Равнинный	Ia	0,011	0,012	0,013	0,014	0,014	0,015	0,018
	Iб	0,013	0,014	0,016	0,017	0,018	0,019	0,022
	II	0,016	0,017	0,02	0,021	0,022	0,024	0,028
	III	0,02	0,021	0,024	0,025	0,027	0,029	0,035
	IV	0,025	0,027	0,03	0,033	0,035	0,039	0,047
	V	0,035	0,038	0,044	0,047	0,052	0,057	0,073
Пересеченный	Ia	0,013	0,014	0,016	0,017	0,018	0,019	0,022
	Iб	0,016	0,017	0,018	0,02	0,021	0,022	0,026
	II	0,02	0,021	0,024	0,025	0,027	0,029	0,035
	III	0,025	0,027	0,03	0,033	0,035	0,039	0,047
	IV	0,035	0,038	0,044	0,047	0,052	0,057	0,073
	V	0,062	0,067	0,08	0,089	0,101	0,116	0,165
Горный	Ia	0,019	0,02	0,023	0,024	0,026	0,027	0,032
	Iб	0,026	0,027	0,03	0,032	0,034	0,036	0,042
	II	0,035	0,038	0,044	0,047	0,052	0,057	0,073
	III	0,045	0,048	0,056	0,062	0,068	0,076	0,101
	IV	0,062	0,067	0,08	0,089	0,101	0,116	0,165
	V	0,101	0,110	0,14	0,165	0,197	0,244	0,471

Примечание. При движении на спуск, во всех случаях, значения принимают по столбцу "<30" с понижением на 20% (умножив на 0,8).

Расчетное значение остаточной деформации в битумосодержащих слоях вычисляют по формуле:

, (5.3)

где - исходная остаточная деформация (по графику рис. 5.1 или 5.2), м;

- поправка на фактический коэффициент вязкого сопротивления , назначаемая по табл. 5.4 (фактический коэффициент вязкого сопротивления определяется в соответствии с приложением 3, ориентировочно величину допустимо назначать по табл. 5.5);

- коэффициент, учитывающий выпор асфальтобетона по краям колеи, в среднем можно принять 1,3.

Таблица 5.4

Поправка на фактический коэффициент вязкого сопротивления

,	10	20	30	50	80	100	150	200	250	300
	9,94	4,97	3,33	2,0	1,25	1,0	0,67	0,5	0,4	0,33

Таблица 5.5

Ориентировочные значения коэффициентов вязкого сопротивления для плотных асфальтобетонов при температуре +50°С на различных марках битума,

БНД40/60	БНД60/90	БНД90/130	БНД130/200	БНД200/300
130...250	70...130	50...70	30...50	10...30

Примечание. Большие значения при большем содержании щебня и минерального порошка.

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

5.4. Для определения среднего годового износа покрытия, влияющего на общую глубину колеи, необходимо располагать данными об общей фактической интенсивности (средней за ) движения на полосу:

, (5.4)

где - общая фактическая интенсивность движения на полосу средняя за , авт./сут;

- общая фактическая интенсивность движения в первый год эксплуатации (определяется путем непосредственных наблюдений);

- показатель изменения общей фактической интенсивности движения (определяется по формуле (2.2), но для общей интенсивности движения);

- коэффициент, назначаемый по табл. 5.7 в зависимости от и .

Износ покрытия за t лет составит:

, (5.5)

где - средний годовой износ покрытия (см. табл. 5.6), мм;

- количество лет службы покрытия, годы.

Таблица 5.6

Средний годовой износ асфальтобетонных покрытий

Общая фактическая интенсивность движения на полосу (средняя за ), авт./сут	Среднее значение износа асфальтобетонного покрытия за год, мм (м)		Общая фактическая интенсивность движения на полосу (средняя за ), авт./сут	Среднее значение износа асфальтобетонного покрытия за год, мм (м)
500	0,38 (0,00038)		4000	0,98 (0,00098)
1000	0,45 (0,00045)		4500	1,01 (0,00101)
1500	0,54 (0,00054)		5000	1,15 (0,00115)
2000	0,63 (0,00063)		5500	1,24 (0,00124)
2500	0,72 (0,00072)		6000	1,33 (0,00133)
3000	0,8 (0,0008)		6500	1,42 (0,00142)
3500	0,89 (0,00089)		7000	1,5 (0,0015)

Примечание. Данные табл. 5.6 соответствуют значениям износа для известнякового щебня, в случае применения в покрытии гранитного щебня значения табл. 5.6 следует уменьшить на 50%.

Таблица 5.7

Значения коэффициента

, годы	Значения при
	0,9	0,92	0,94	0,96	0,98	1,02	1,04	1,06	1,08	1,1
3	0,95	0,96	0,97	0,98	0,99	1,01	1,02	1,03	1,04	1,05
4	0,90	0,92	0,94	0,96	0,98	1,02	1,04	1,06	1,08	1,10
5	0,85	0,88	0,91	0,94	0,97	1,03	1,06	1,09	1,12	1,15
6	0,81	0,85	0,88	0,92	0,96	1,04	1,08	1,12	1,17	1,21
7	0,77	0,81	0,86	0,9	0,95	1,05	1,10	1,16	1,21	1,27
8	0,73	0,78	0,83	0,88	0,94	1,06	1,12	1,19	1,26	1,33
9	0,69	0,75	0,81	0,87	0,93	1,07	1,15	1,23	1,31	1,40
10	0,66	0,72	0,78	0,85	0,92	1,08	1,17	1,26	1,36	1,46
11	0,62	0,69	0,76	0,83	0,91	1,09	1,19	1,30	1,41	1,54
12	0,59	0,66	0,73	0,82	0,9	1,1	1,22	1,34	1,47	1,61
13	0,56	0,63	0,71	0,8	0,89	1,12	1,24	1,38	1,53	1,69
14	0,53	0,61	0,69	0,78	0,89	1,13	1,27	1,42	1,59	1,77
15	0,5	0,58	0,67	0,77	0,88	1,14	1,29	1,46	1,65	1,86
16	0,48	0,56	0,65	0,75	0,87	1,15	1,32	1,50	1,71	1,95
17	0,45	0,54	0,63	0,74	0,86	1,16	1,34	1,55	1,78	2,04
18	0,43	0,51	0,61	0,72	0,85	1,17	1,37	1,59	1,85	2,14
19	0,41	0,49	0,59	0,71	0,84	1,18	1,40	1,64	1,92	2,25
20	0,39	0,47	0,57	0,69	0,83	1,2	1,42	1,69	2,0	2,36

Примечание. Для промежуточных значений следует применять линейную интерполяцию. Для = 1,0 = 1,0 при всех .

6. Определение общей глубины колеи

6.1. Среднюю величину общей глубины колеи вычисляют на основе результатов расчета остаточных деформаций в грунте земляного полотна и слоях дорожной одежды (см. разделы 3; 4; 5):

, (6.1)

где - коэффициент, учитывающий долю неравномерной остаточной деформации от общей осадки, в среднем может быть принят 0,15;

- коэффициент перехода от средней величины остаточной деформации в продольном направлении к средней глубине колеи, равный 2,56.

6.2. Максимальную глубину колеи с 85%-ной обеспеченностью рассчитывают по формуле:

, (6.2)

где t - коэффициент доверительной вероятности при 85%-ной обеспеченности равный 1,04;

- коэффициент вариации глубины колеи ( = 0,25...0,35 большие значения для дорог низких категорий).

6.3. В процессе эксплуатации дороги, не реже одного раза в два года, для уточнения расчета глубины колеи целесообразно производить поверочный учет движения и расчет величины q в соответствии с п.п. 2.1...2.3., а также определение фактической влажности грунта.