Приложение Б. Методика расчета асфальтобетонного покрытия, армированного стальной сеткой, на устойчивость к образованию отраженных трещин

Приложение Б
Методика
расчета асфальтобетонного покрытия, армированного стальной сеткой, на устойчивость к образованию отраженных трещин

Б.1 В рамках данной расчетной модели рассматриваются отраженные трещины, которые возникают в асфальтобетонном покрытии над трещинами (деформационными швами) в основании по механизму усталостного трещинообразования после многократного приложения транспортной нагрузки. При этом, в результате ослабления (снижения общего модуля упругости) дорожной одежды в зоне влияния существующей в основании трещины или деформационного шва, на подошве вышележащего слоя а/б над трещиной возникает высокое ("пиковое") растягивающие напряжение. Многократное возникновение высоких растягивающих напряжений в этой зоне асфальтобетонного покрытия приводит к быстрому наступлению состояния "усталости" материала и к быстрому образованию отраженной трещины.

Б.2 Используемая расчетная модель предполагает, что после "зарождения" отраженной трещины на подошве нижнего слоя расчетной схемы в результате приложения определенного числа расчетных нагрузок, требуется дополнительное число расчетных нагрузок, в результате приложения которых трещина развивается и "прорастает" вверх сквозь дорожное покрытие. Учитывая, что транспортная нагрузка прилагается к дорожному покрытию во времени закономерно, процессы "зарождения" и "прорастания" отраженной трещины можно выразить не только в координатах числа приложенных расчетных нагрузок, но также и в координатах времени, т. е. в виде продолжительности срока службы дорожной одежды до выхода отраженной трещины на поверхность асфальтобетонного дорожного покрытия.

Наиболее медленно этот процесс "зарождения" и "прорастания" отраженных трещин протекает в армирующем слое, обладающем повышенными деформативными и прочностными характеристиками. Существенным трещинопрерывающим эффектом обладают также и смежные с армирующим слоем слои армированного асфальтобетона - вышележащий и нижележащий (в том числе выравнивающий слой). При достаточно высокой прочности армирующего материала и прилегающего к нему асфальтобетона, продолжительность "зарождения" и "прорастания" трещины через армированное асфальтобетонное покрытие может достигать нескольких десятков лет.

Б.3 Расчетная схема (см. таблицу Б.1) включает армирующий слой толщиной (см. Приложение А), нижележащий асфальтобетонный слой при условии отсутствия в нем трещин (в том числе, выравнивающий слой при его наличии) и все вышележащие слои асфальтобетона.

Таблица Б.1 - Пример расчетной схемы для проверки асфальтобетонного покрытия на образование отраженных трещин

Верхний слой а/б покрытия	Слои дорожной одежды, включаемые в расчетную схему
Нижний слой а/б покрытия
Армирующий слой
Выравнивающий слой (при наличии)
Верхний а/б слой основания с трещиновато-блочной структурой	Слои дорожной одежды, не включаемые в расчетную схему
Основание дорожной одежды

Б.4 Дополнительная проверка на устойчивость к образованию отраженных трещин в асфальтобетонном покрытии проводится для дорожных одежд, прошедших стандартную проверку по другим критериям прочности. Исходными данными для расчета служат следующие данные, принимаемые на основании результатов расчета дорожной одежды на прочность. В том числе:

- диаметр расчетного отпечатка движущегося колеса D, см;

- расчетное давление колеса р, МПа;

- суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки по рассматриваемой полосе движения (ед.) в первый год после завершения работ по армированию асфальтобетонного покрытия, определяемое по формуле:

, (Б.1)

где - средняя суточная интенсивность расчетной нагрузки по автомобильной дороге в первый год после завершения работ по армированию асфальтобетонного покрытия (принимается по данным проекта или по результатам натурных наблюдений, ед./сут.;

- число расчетных дней в году (принимается по ПНСТ 265-2018), дни;

- коэффициент полосности для рассматриваемой полосы движения (принимается по ПНСТ 265-2018);

- коэффициент неравномерности движения, принимаемый по табл. 9 ПНСТ 265-2018.

Б.5 В армированных асфальтобетонных покрытиях на устойчивость к образованию отраженных трещин проверяется армирующий слой и прилегающие к нему снизу и сверху слои из армированного асфальтобетона, не имеющие трещин. В том числе выравнивающий слой, при его наличии.

Б.6 Расчет выполняется при значениях нормативных кратковременных модулей упругости асфальтобетонов и других расчетных параметрах, соответствующих температуре 0°С. Эти расчетные характеристики принимаются в соответствии с нормативной справочной базой и рекомендациями Приложения А.

Б.7 Для каждого из слоев (с текущим номером i) расчетной схемы по методикам Приложения А определяются модуль упругости слоя или (далее по тексту ) и нормативное сопротивление растяжению или (далее по тексту ). Кроме того, по Приложению А определяются значения показателя , а также коэффициентов и .

Б.8 Расчет выполняется послойно, снизу вверх, по ходу "зарождения" и "прорастания" восходящей отраженной трещины. Первым рассчитывается самый нижний слой расчетной схемы.

Б.9 Для расчета времени (год), в течение которого на подошве нижнего i-го слоя может "зародиться" отраженная трещина, вычисляется общая толщина расчетной модели многослойной плиты дорожного покрытия (см), расположенной на трещиновато-блочном основании:

, (Б.2)

где - толщины асфальтобетонных слоев по п. Б.3 (номер конструктивного слоя i изменяется сверху вниз от 1 до номера нижнего слоя расчетной схемы), см.

Далее, вычисляется отношение .

Б.10 В качестве модуля упругости нижнего слоя расчетной модели плиты покрытия принимается модуль упругости проверяемого i-го нижнего слоя :

, (Б.3)

Б.11 На основании значений и , по номограмме на рисунке Б.1 [11], определяется растягивающее напряжение (МПа) от единичной нагрузки в нижнем слое расчетной модели многослойной плиты покрытия, лежащего над швом или трещиной блочного основания.

Для определения растягивающего напряжения от единичной нагрузки (при интерполяции или экстраполяции номограммы на рис. Б.1) допускается применять также зависимость:

, (Б.4)

где - растягивающее напряжение от единичной нагрузки в нижнем слое расчетной модели многослойной плиты покрытия, МПа;

- общая толщина расчетной модели многослойной плиты дорожного покрытия , см;

D - диаметр отпечатка колеса, см;

- модуль упругости нижнего слоя расчетной модели плиты, МПа;

t - коэффициент нормированного отклонения при заданном уровне надежности (принимается по ПНСТ 265-2018);

После чего, вычисляется расчетное растягивающее напряжение от расчетного давления колеса р на подошве проверяемого i-го слоя (МПа):

, (Б.5)

- коэффициент, учитывающий тип колеса (при однобаллонном колесе , при спаренном баллоне колеса );

- коэффициент, учитывающий условия работы асфальтобетонного покрытия на трещиновато-блочном основании (при расстоянии между трещинами в основании более 1,5 ... 2,0 м , при расстоянии между трещинами в основании менее 1,5 ... 2,0 м ).

Б.12 Определяется прогнозируемое суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки до зарождения отраженной трещины на подошве проверяемого i-го слоя:

, (Б.6)

где v и t - значения статистических параметров - коэффициент вариации и коэффициент нормированного отклонения (принимается по ПНСТ 265-2018);

- требуемый коэффициент прочности по критерию растяжения при изгибе;

и - коэффициенты, используемые для определения расчетной прочности асфальтобетона на растяжение с учетом усталости и влияния погодно-климатических факторов (принимаются по п. Б.7).

Б.13 Определяется прогнозируемый срок службы дорожного покрытия (год) до зарождения отраженной трещины на подошве проверяемого i-го слоя:

, (Б.7)

где q - показатель изменения интенсивности расчетной нагрузки;

- вычисленное ранее суммарное число приложений расчетной нагрузки по рассматриваемой полосе движения в первый год после завершения работ по армированию асфальтобетонного покрытия, ед.

Б.14 Далее определяется продолжительность периода времени (год), в течение которого образовавшаяся восходящая отраженная трещина "прорастает" вверх сквозь данный проверяемый конструктивный i-й слой. Для этого конструктивный слой толщиной условно разбивается на "n" более тонких подслоев толщиной (где номер подслоя j изменяется по ходу развития трещины снизу вверх от 1 до n, а номера границ между подслоями - от 0 до n).

Рис. Б.1 Номограмма для определения растягивающего напряжения в нижнем слое многослойной плиты покрытия, лежащего над швом или трещиной блочного основания, от единичной нагрузки: цифры у кривых - модуль упругости нижнего слоя многослойной плиты покрытия

Б.15 В данной расчетной модели принята рабочая гипотеза о том, что, в пределах рассматриваемого конструктивного слоя, продолжительность "прорастания" трещины через нижележащий подслой приближенно равна продолжительности времени, необходимого по формуле вида Б.7 для "зарождения" трещины в вышележащем подслое при условии, что в нижележащем подслое трещина уже образовалась на всю его толщину (т.е. вышележащий подслой располагается на блочно-трещиноватом основании).

Таким образом, послойно снизу вверх, с использованием формул вида Б.2 - Б.7 выполняется расчет продолжительностей "прорастания" трещины через все j-е подслои рассматриваемого i-го конструктивного слоя. При достаточно большом числе подслоев, такая расчетная схема позволяет, с использованием любого метода численного интегрирования зависимости вида Б.7 по толщине конструктивного слоя (например, с использованием метода трапеций), вычислить продолжительность (год) "прорастания" трещины через рассматриваемый конструктивный слой. При этом пределы интегрирования изменяются от (трещина "зародилась" на подошве i-го слоя, но еще не проникла в него) до 0 (трещина "проросла" на всю толщину i-го конструктивного слоя).

Б.16 После определения величин и , определяется срок службы (год) i-го конструктивного слоя до завершения в нем цикла "зарождения" и "прорастания" восходящей отраженной трещины:

, (Б.7)

Б.17 Затем, аналогичный расчет послойно выполняется для вышележащих конструктивных слоев расчетной схемы армированного асфальтобетонного покрытия. При расчете продолжительности "прорастания" отраженной трещины через армирующий слой, ввиду его малой толщины, значение принимается постоянным во всех подслоях с индексом j. Однако, при расчете продолжительности "прорастания" отраженной трещины через слои армированного асфальтобетона (имеющие толщину на порядок больше, по сравнению с армирующим слоем) необходимо учитывать изменение модуля упругости при переходе от одного подслоя с индексом j к следующему подслою. По мере "прорастания" трещины вглубь слоя армированного асфальтобетона через нижние его подслои, эти подслои исключаются из расчета оставшейся толщины , уменьшая ее. Что, в соответствии с формулами А.7 и А.8, будет приводить к изменению величины в каждом следующем подслое. Соответственно, жесткость и прочность оставшихся не треснувшими подслоев будет изменяться.

Причем в слое, лежащем ниже армирующего слоя, по мере приближения трещины к армирующему слою жесткость и прочность оставшихся подслоев будет возрастать. Соответственно, в слое асфальтобетона выше армирующего слоя, по мере прорастания трещины, жесткость и прочность оставшихся не треснувшими подслоев будут снижаться. Примерные расчетные схемы для вычисления продолжительности "прорастания" трещины через различные слои дорожной одежды представлены в таблицах Б.2 и Б.3.

Б.18 Полный срок службы дорожной одежды (год) от момента начала эксплуатации армированной дорожной одежды и до выхода отраженной трещины на поверхность дорожного покрытия составит:

, (Б.8)

Б.19 Проверяемая дорожная одежда является достаточно устойчивой к образованию отраженных трещин при выполнении условия:

, (Б.9)

где - расчетный срок службы; рекомендуется принимать равным не менее периодичности замены слоя износа дорожного покрытия, не менее межремонтного срока 12 лет при ремонте существующей дорожной одежды или не менее 24 лет при капитальном ремонте и строительстве новой дорожной одежды с армированным асфальтобетонным покрытием (допускается принимать иные сроки службы в зависимости от задач проектирования).

Таблица Б.2- Примерная расчетная схема для нижнего слоя

При расчете продолжительности "прорастания" отраженной трещины через слой армированного асфальтобетона, расположенного ниже армирующего слоя, величина (см) в формулах А.7 и А.8 принимается для каждого подслоя равной . Где - проектная толщина слоя асфальтобетона (см) и - суммарная толщина всех нижележащих подслоев.

Таблица Б.3 - Примерная расчетная схема для верхнего слоя

При расчете продолжительности "прорастания" отраженной трещины через слой армированного асфальтобетона, расположенного выше армирующего слоя, величина (см) в формулах А.7 и А.8 принимается для каждого подслоя равной . Где - суммарная толщина всех нижележащих подслоев.