Приложение К (справочное). Методика расчета дорожных одежд нежесткого типа для карьерных автосамосвалов грузоподъемностью 30-450 т

Информация об изменениях:

Свод правил дополнен приложением К с 15 июня 2018 г. - Изменение N 2

Приложение К
(справочное)

Методика
расчета дорожных одежд нежесткого типа для карьерных автосамосвалов грузоподъемностью 30-450 т

К.1 Общие положения по методике расчета дорожных одежд

К.1.1 Общие положения по методике расчета и конструированию дорожных одежд необходимо принимать в соответствии с [6].

Типы местности по характеру и степени увлажнения принимают в соответствии с СП 34.13330.

К.2 Расчет дорожных одежд на прочность

К.2.1 Общие положения при расчете дорожных одежд

К.2.1.1 Дорожную одежду следует проектировать в соответствии с требуемым уровнем надежности, под которой понимают вероятность безотказной работы в течение межремонтного периода.

В качестве количественного показателя отказа дорожной одежды как элемента инженерного сооружения линейного характера используют предельный коэффициент разрушения , представляющий собой отношение суммарной протяженности (или суммарной площади) участков дороги, требующих ремонта из-за недостаточной прочности дорожной одежды, к общей протяженности (или общей площади) дороги между корреспондирующими пунктами. Значения на последний год службы в зависимости от капитальности дорожной одежды и категории дороги следует принимать в соответствии с таблицей К.1.

К.2.1.2 Коэффициент прочности вновь проектируемой конструкции должен быть таким, чтобы в заданный межремонтный период не наступил отказ по прочности с вероятностью более заданной, т.е. чтобы была обеспечена заданная (требуемая) надежность. Требуемые минимальные коэффициенты прочности при заданных уровнях надежности для расчета дорожных одежд по различным критериям прочности приведены в таблице К.1.

Таблица К.1

Критерии прочности	Тип дорожной одежды
	Капитальный				Облегченный				Переходной
	для дорог категорий				для дорог категорий				для дорог категорий
	I-к	II-к	III-к	IV-к	I-к	II-к	III-к	IV-к	I-к	II-к	III-к	IV-к
Предельный коэффициент разрушения	0,05	0,10	0,10	-	0,15	0,15	0,15	-	0,30	0,30	0,30	0,30
Заданная прочность	0,95	0,95	0,95	-	0,95	0,95	0,95	-	0,95	0,90	0,80	0,70
Требуемый коэффициент прочности по условию:
- упругого прогиба	1,20	1,15	1,10	-	1,15	1,15	1,10	-	1,15	1,10	1,00	1,00
- сдвига и растяжения при изгибе	1,00	1,00	1,00	-	1,00	1,00	1,00	-	1,00	1,00	0,85	0,80

К.2.1.3 Для обеспечения заданной надежности (обеспеченности по прочности) коэффициент прочности проектируемой конструкции по каждому из расчетных критериев не должен быть ниже минимального требуемого значения, определяемого по таблице К.1.

К.2.2 Расчет дорожных одежд на прочность

К.2.2.1 Последовательность расчета:

- определяют требуемый модуль упругости конструкции в зависимости от суммарного числа приложений расчетной нагрузки;

- определяют сдвигоустойчивость слабосвязных материалов конструктивных слоев и грунта;

- определяют растягивающие напряжения в монолитных слоях.

Коэффициенты прочности по этим критериям должны быть не менее значений, указанных в таблице К.1.

Если конструкция не удовлетворяет требованиям прочности, необходимо или увеличить толщины слоев, или заменить материалы на более прочные.

К.2.2.2 Дорожные одежды переходного и облегченного типов рассчитывают по упругому прогибу и сдвигоустойчивости.

В качестве расчетной нагрузки принята нагрузка на заднее колесо груженого автомобиля грузоподъемностью 130 т.

Параметры подвижного состава приведены в таблицах К.2 и К.3.

К.2.2.3 Учет характера действующей нагрузки (кратковременное многократное нагружение, статическое нагружение) осуществляется через принятие соответствующих расчетных характеристик конструктивных слоев, а также через введение коэффициента динамичности при назначении величины нагрузки.

Таблица К.2

Грузоподъемность автомобиля, т	Нагрузка на колесо, кН				Удельное давление на покрытие, МПа	Диаметр отпечатка, см
	Порожний автомобиль		Груженый автомобиль			Порожний автомобиль		Груженый автомобиль
	Переднее колесо	Заднее колесо	Переднее колесо	Заднее колесо		Переднее колесо	Заднее колесо	Переднее колесо	Заднее колесо
30	55	58	87	176	0,6	34	32	43	55
45	74	91	129	262	0,57	41	37	45	59
90	186	179	269	546	0,6	63	48	76	78
130	275	265	403	817	0,5	84	67	101	108
180	343	357	528	1072	0,55	89	77	110	120
240	363	441	662	1345	0,7	81	75	110	120
360	639	665	1025	2030	0,7	108	95	137	161
450	1300	500	2025	2025	0,7	173	82	158	158

Таблица К.3

Грузоподъемность автомобиля, т	Нагрузка на колесо, кН				Удельное давление на покрытие, МПа	Диаметр отпечатка, см
	Порожний автомобиль		Груженый автомобиль			Порожний автомобиль		Груженый автомобиль
	Переднее колесо	Заднее колесо	Переднее колесо	Заднее колесо		Переднее колесо	Заднее колесо	Переднее колесо	Заднее колесо
30	69	73	109	220	0,6	38	34	48	57
45	93	114	161	328	0,57	46	41	60	66
90	233	224	336	682	0,6	70	54	84	88
130	344	331	504	1021	0,5	94	78	113	124
180	429	446	660	1340	0,55	100	90	124	140
240	454	551	828	1681	0,7	91	88	123	139
360	799	831	1281	2600	0,7	121	120	153	191
450	1625	625	2531	2531	0,7	210	96	187	187

Расчет конструкции по упругому прогибу

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

К.2.2.3 Расчет по допустимому упругому прогибу (по требуемому модулю упругости) ведут в такой последовательности:

1) определяют минимальный требуемый общий модуль конструкции по формулам (К.2) - (К.4);

2) назначают модули и толщины слоев конструкции (предварительно);

3) вычисляют общий модуль упругости всей конструкции по формуле (К.8);

4) при необходимости увеличивают толщины слоев, начиная с наиболее дешевых материалов.

К.2.2.4 Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба, если соблюдается условие

, (К.1)

где - общий расчетный модуль упругости конструкции, МПа;

- минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции, МПа;

- требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности (таблица К.1).

К.2.2.5 Минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции вычисляют по эмпирическим формулам:

- для капитальных дорожных одежд

; (К.2)

- для облегченных дорожных одежд

; (К.3)

- для переходных дорожных одежд

; (К.4)

где для постоянных дорог определяют по формуле

, (К.5)

здесь , , ..., , - интенсивность движения карьерных самосвалов различных типов, включая передние и задние оси;

, , ..., , - коэффициент приведения нагрузок на колеса передней и задней осей к расчетной нагрузке на заднее колесо груженого самосвала грузоподъемностью 130 т;

S - коэффициент приведения, определяемый по формуле

, (К.6)

здесь - диаметр отпечатка колеса приводимого автомобиля, см;

- удельное давление на покрытие, Мпа;

- коэффициент приведения;

Коэффициент приведения принимают равным:

4,4 - для капитальных дорожных одежд;

3,0 - для облегченных дорожных одежд;

2,0 - для переходных дорожных одежд.

Если колесные нагрузки приводимых автомобилей соответствуют данным, приведенным в таблице К.4, то коэффициенты приведения допускается принимать по таблице К.4;

- число расчетных дней в году, принимают по [6, приложение 6, таблица 1];

- срок службы дороги в годах, принимают по таблице К.5.

Таблица К.4

Грузоподъемность, т	Порожний автомобиль						Груженый автомобиль
	Переднее колесо			Заднее колесо			Переднее колесо			Заднее колесо
	капитальные дорожные одежды	облегченные дорожные одежды	переходные дорожные одежды	капитальные дорожные одежды	облегченные дорожные одежды	переходные дорожные одежды	капитальные дорожные одежды	облегченные дорожные одежды	переходные дорожные одежды	капитальные дорожные одежды	облегченные дорожные одежды	переходные дорожные одежды
30	-	-	0,01	-	-	-	-	-	0,03	-	0,02	0,06
45	-	-	0,03	-	-	0,02	-	0,02	0,07	0,01	0,03	0,10
90	0,02	0,06	0,15	0,01	0,01	0,05	0,07	0,17	0,30	0,11	0,22	0,37
130	0,09	0,19	0,33	0,02	0,06	0,16	0,44	0,57	0,69	1,00	1,00	1,00
180	0,15	0,37	0,51	0,09	0,20	0,34	1,52	1,33	1,21	4,43	2,76	1,97
240	0,29	0,43	0,57	0,22	0,40	0,50	4,09	2,61	1,90	12,01	5,44	3,09
360	3,54	2,37	1,78	3,29	2,25	1,72	27,93	9,68	4,54	196,76	36,65	11,03
450	453,30	64,74	16,12	0,46	0,59	0,70	163,33	32,28	10,14	163,33	32,28	10,14

Таблица К.5

Категория дороги	Тип дорожной одежды	Срок службы в дорожно-климатических зонах , лет
		I, II	III	IV, V
I-к	Капитальные	10-12	11-14	12-15
II-к	Капитальные	8-10	9-11	10-12
	Облегченные	7-9	7-9	5-11
III-к	Капитальные	8-10	9-11	10-12
	Облегченные	7-9	7-9	8-11
IV-k	Переходные	3-4	3-4	4-5
	Переходные	3-4	4-5	4-5

К.2.2.6 Интенсивность движения карьерных самосвалов для временных дорог рассчитывают по формуле

, (К.7)

где Т - срок использования дороги, сут.

К.2.2.7 Независимо от результата, полученного по формулам (К.2-К.4), требуемый модуль упругости должен быть не менее указанного в таблице К.6.

Таблица К.6

Категория дороги	Суммарное минимальное расчетное число приложений расчетной нагрузки	Требуемый модуль упругости дорожной одежды, МПа
		капитальной	облегченной	переходной
I-к	115000	315	-	-
II-к	38500	270	220	-
III-к	7000	-	-	100
IV-к	-	-	-	100

К.2.2.8 Общий расчетный модуль упругости всей конструкции определяют по формуле

, (К.8)

где - средневзвешенный модуль упругости конструкции, МПа, определяемый по формуле

, (К.9)

h/D - отношение общей толщины дорожной конструкции к расчетному диаметру отпечатка;

- модуль упругости грунта, МПа.

Полученное значение сопоставляют с , определенным по формулам (К.2)-(К.4).

К.2.2.9 Расчетные значения модулей упругости асфальтобетона при растяжении на изгиб следует принимать по таблице К.7, при расчете конструкции на прочность - по таблице К.8, при расчете на статистическую нагрузку - по таблице К.9.

Расчетные значения модулей упругости дорожно-строительных материалов принимают по таблицам К.10-К.18.

Расчетные модули упругости грунтов принимают по таблице К.18.

Таблица К.7

Асфальтобетон*	Расчетные значения модуля упругости Е, МПа	m	**	Нормативные значения сопротивление растяжению при изгибе , МПа
Высокоплотный на битуме нефтяном дорожном (БНД) марки:
40/60	7500	6,0	5,0/5,6	8,7
60/90	5200	5,5	5,2/5,9	8,5
90/130	4000	5,0	5,4/6,3	8,3
130/200	3000	4,5	5,8/6.8	8,1
200/300	2200	4,3	5,9/7,1	7,8
Плотный на БНД марки:
40/60	5200	6,0	5,0/5,6	8,7
60/90	3900	5,5	5,2/5,9	8,5
90/130	3100	5,0	5,4/6,3	8,3
130/200	2300	4,5	5,8/6,8	8,1
200/300	1700	4,3	5,9/7,1	7,8
Пористый на БНД марки:
40/60	3100	4,5	5,8/6,8	7,2
60/90	2400	4,3	5,9/7,1	7,0
90/130	1900	4,0	6,3/7,6	6,8
130/200	1600	3,75	6,6/8,2	6,6
200/300	1200	3,7	6,7/8,2	6,2
Высокопористый на БНД марки:
40/60	2600	4,3	5,9/7,1	4,8/5,7***
60/90	1800	4,0	6,3/7,6	4,9/5,4
90/130	1500	3,8	6,5/7,9	4,8/-
Холодные асфальтобетоны:
	2300	3,0	8,0/10,3	4,3
	1900	2,5	9,8/13,4	4,0
	1600	2,0	13,2/19,5	3,7
	1300	2,0	13,2/19,5	3,4
* Марки асфальтобетона - по ГОСТ 22245. ** В числителе - для II дорожно-климатической зоны, в знаменателе - для III-V дорожно-климатических зон. *** Для песчаного асфальтобетона.

Таблица К.8

Материал*	Марка битума*	Кратковременный модуль упругости Е, МПа, при температуре покрытия, °С
		10	20	30	40	50 (60)
Плотный асфальтобетон и высокоплотный асфальтобетон	Вязкого БНД и БН:
	40/60; 60/90; 90/130 ---------------------------- 130/200; 200/300	3800; 2800; 2100 ------------------------ 1300; 1000	2300; 1600; 1000 ------------------------ 700; 520	1350; 1000; 480 ---------------------- 580; 430	740; 570; 480 -------------------- 400; 370	450; 400; 370 ------------------ 330; 310
	Жидкого:
	БГ-70/130; СГ-130/200 --------------------------------- СГ-70/130; МГ-70/130	870; 870 -------------------- 700; 700	370; 370 -------------------- 310; 310	350; 350 --------------- 300; 300	300; 300 --------------- 300; 300	300; 300 ------------- 300; 300
Пористый и высокопористый асфальтобетон	Вязкого БНД и БН:
	40/60; 60/90; 90/130 ------------------------------- 130/200; 200/300	2400; 1700; 1200 ------------------------ 1000; 850	1500; 1000; 700 ----------------------- 520; 390	780; 600; 440 -------------------- 350; 300	470; 400; 330 -------------------- 300; 290	340; 310; 300 ------------------ 300; 290
Асфальтобетоны холодные:
	-	1100	-	-	-	-
	-	1000	-	-	-	-
	-	780	-	-	-	-
	-	650	-	-	-	-
* Марки БНД, БН, БГ, МГ, СГ - по ГОСТ 22245; , , , - по ГОСТ 9128.
Примечания 1 Модули упругости пористого и высокопористого асфальтобетонов даны применительно к песчаным смесям. При температуре от 30°С до 50°С модули упругости для мелкозернистых смесей следует увеличить на 10%, а для крупнозернистых смесей - на 20%. 2 При расчете на упругий прогиб принимают t = 10°С.

Таблица К.9

Вид асфальтобетона	Тип смеси*	Расчетный модуль упругости Е при статическом действии нагрузки, МПа, при расчетной температуре, °С
		20	30	40	50
Плотные смеси	А	480	420	360	300
	Б	400	350	300	250
	В	320	280	240	200
	Г	300	270	220	200
	Д	200	180	160	150
Пористые и высокопористые смеси	Крупнозернистая	360	320	280	250
	Мелкозернистая	290	250	220	200
	Песчаная	250	225	200	190
Холодные асфальтобетоны		180	-	-	-
		170	-	-	-
		160	-	-	-
		150	-	-	-
* Типы смесей - по ГОСТ 9128.
Примечание - Модуль упругости высокоплотного асфальтобетона принимают, как для плотного асфальтобетона типа А.

Таблица К.10

Материал слоя	Нормативные значения модуля упругости для грунтов оптимального/неоптимального состава Е, МПа
1 Щебеночно-гравийно-песчаные смеси и крупнообломочные грунты, обработанные:
- жидкими органическими вяжущими или вязкими, в т.ч. эмульгированными органическими вяжущими	450/350
- жидкими органическими вяжущими совместно с минеральными или эмульгированными органическими вяжущими совместно с минеральными	950/700
2 Пески гравелистые, крупные, средние, мелкие, супесь легкая и пылеватая, суглинки легкие обработанные:
- жидкими органическими вяжущими или вязкими, в т.ч. эмульгированными органическими вяжущими	430/280
- жидкими органическими вяжущими совместно с минеральными или эмульгированными органическими вяжущими совместно с минеральными	700/600

Таблица К.11

Материал	Нормативные значения модуля упругости Е, МПа
1 Черный щебень, уложенный по способу заклинки	600-900
2 Слой из щебня, устроенного по способу пропитки вязким битумом и битумной эмульсией	400-600
Примечание - Большие значения - для покрытий, меньшие - для оснований.

Таблица К.12

Материал	Нормативные значения модуля упругости для грунтов оптимального/неоптимального состава Е, МПа
1 Щебеночно-гравийно-песчаные смеси, крупнообломочные, обработанные цементом, соответствующие марке по ГОСТ 23558:
20	500/400
40	600/550
60	800/700
75	870/830
100	1000/950
2 То же, обработанные зольным или шлаковым вяжущим, соответствующие марке по ГОСТ 23558:
20	450/350
40	550/500
60	750/650
75	870/780
100	950/910
3 Пески гравелистые, крупные, средние/пески мелкие и пылеватые, супесь легкая и тяжелая, суглинки легкие, обработанные цементом, соответствующие марке по ГОСТ 23558:
20	400/250
40	550/400
60	700/550
75	870/750
100	950/870
4 То же, обработанные зольным или шлаковым вяжущим, соответствующие марке по ГОСТ 23558:
20	300/200
40	450/300
60	600/450
75	730/600
100	870/750

Таблица К.13

Материал	Нормативные значения модуля упругости E, МПа
1 Основание из подобранных оптимальных смесей из высокоактивных материалов с максимальной крупностью зерен до 40 мм, уплотненных при оптимальной влажности	650-870
2 То же, из активных материалов	480-700
3 Основание из рядовых неоптимальных смесей из высокоактивных материалов с максимальной крупностью 70 мм	450-650
4 То же, из активных материалов	370-480
Примечание - К высокоактивным материалам относятся материалы, имеющие прочность при сжатии от 5 до 10 МПа в возрасте 90 сут, к активным материалам - имеющие прочность при сжатии от 2,5 до 5 МПа в том же возрасте.

Таблица К.14

Материал слоя		Нормативные значения модуля упругости для щебеночных/гравийных смесей Е, МПа
Щебеночные (гравийные) смеси (С) для покрытий:
- непрерывная гранулометрия (ГОСТ 25607)
при максимальном размере зерен:	- 40 мм	300/280
	- 20 мм	290/265
Смеси для оснований
- непрерывная гранулометрия:	- 80 мм	280/240
	- 80 мм	275/230
	- 40 мм	260/220
	- 20 мм	240/200
	- 20 мм	260/180
Шлаковая щебеночно-песчаная смесь из неактивных и слабоактивных шлаков (ГОСТ 3344)
	- 70 мм	275
	- 70 мм	260
	- 40 мм	250
	- 20 мм	210

Таблица К.15

Материал слоя	Нормативные значения модуля упругости Е*, МПа
Щебень фракционированный 40-80 (80-120) мм с заклинкой:
- фракционированным мелким щебнем	450 ----- 350
- известняковой мелкой смесью или активным мелким шлаком	400 ------ 300
- мелким высокоактивным шлаком	450 ------ 400
- асфальтобетонной смесью	500 ------ 450
- цементопесчаной смесью М75 по ГОСТ 23558 при глубине пропитки 0,25h-0,75h слоя	450-700 ------------- 350-600
Примечание - В числителе - для слоя из легкоуплотняемого щебня, в знаменателе трудноуплотняемого щебня.

Таблица К.16

Материал	Нормативные значения модуля упругости Е, МПа
Пенопласт	13,0-33,5
Стиропорбетон	500-800
Аглопоритовый щебень, обработанный вязким битумом	400
Керамзитовый гравий, обработанный вязким битумом	500
Гравий (щебень) с легкими заполнителями, обработанные вязким битумом	500
Цементогрунт с перлитом	130
То же, с полистиролом, состава: гранулы полистирола - 3%-2%; песок - 97%-98% (% массы);
цемент - 7%-6%	300
То же, с керамзитом, состава: песок - 75%; керамзит - 25%; цемент - 6%	300
Битумоцементогрунт с перлитом, состава: перлитовый щебень - 25%-20%; песок - 75%-80%;
цемент - 4%-6%; битум 12%-10% (от массы песка, перлита и цемента)	250-350
Цементогрунт с аглопоритом, состава: супесь или песок - 70%-80%; аглопорит - 30%-20%; цемент - 6%	250-350
Золошлаковые смеси, укрепленные цементом	150
Грунт, укрепленный золой-уносом	200
Цементогрунт, обработанный битумной эмульсией	200

Таблица К.17

Наименование грунта	Модули упругости при относительной влажности , МПа
	0,5	0,6	0,7	0,8
Пески крупные	120
Пески средней крупности	110
Пески мелкие	90
Пески пылеватые	81	70	58	45
Супесь пылеватая	92	60	37	24
Суглинок легкий и тяжелый	87	54	30	19
Суглинок легкий пылеватый	90	57	34	20
Глина	90	57	34	20
Крупнообломочные грунты с содержанием мелкозема 25%	160	140	120	100
Супесь легкая	58	44	38	30
Крупнообломочные грунты с содержанием мелкозема 50%	80	70	60	50
Примечание - Влажность грунтов следует определять на основании многолетних и лабораторных данных для района расположения объекта строительства.

Значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, необходимо принимать во всех климатических зонах при температуре 10°С.

Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев

К.2.2.10 Расчет дорожной одежды по сопротивлению сдвигу в грунте земляного полотна, а также в песчаных материалах промежуточных слоев дорожных одежд ведут в такой последовательности:

- по таблицам К.7, К.8 назначают модуль упругости асфальтобетонов, по таблицам К.10-К.16 - модули упругости дорожно-строительных материалов, по таблице К.17 - модули упругости грунтов;

- по формулам (К.11), (К.13)-(К.16) определяют активное напряжение сдвига;

- по формуле (К.17) определяют предельное напряжение сдвига;

- по формуле (К.10) проверяют выполнение условия прочности;

- при необходимости изменяют толщины или материалы конструктивных слоев.

К.2.2.11 Сдвигоустойчивость в конструктивных слоях из малосвязных материалов и грунте будет обеспечена при соблюдении условия

, (К.10)

где - активное напряжение сдвига в расчетной точке конструкции от действующей временной нагрузки;

- предельное активное напряжение сдвига, определяемое по формулам (К.11), (К.13)-(К.16);

- требуемое минимальное значение коэффициента прочности, определяемое с учетом заданного уровня надежности (см. таблицу К.1).

К.2.2.12 Активное значение сдвигающих напряжений определяют в зависимости от типа грунта по формулам:

- для суглинистых грунтов

, (К.11)

где - отношение средневзвешенного модуля упругости слоев, лежащих выше рассматриваемого слоя, к модулю упругости грунта или общему модулю упругости системы "грунт - слой из малосвязных материалов" (песок, песчано-гравийная смесь и т.п.);

h - общая толщина слоев, см;

D - диаметр отпечатка, см;

- общий модуль упругости двух слоев или грунта, определяемый по формуле

; (К.12)

- для супесчаных грунтов

; (К.13)

- для крупнообломочных грунтов с содержанием каменного материала 75% и глинистого заполнителя 25%

; (К.14)

- для крупнообломочных грунтов с содержанием каменного материала 50% и глинистого заполнителя 50%

; (К.15)

- для песчаных грунтов

; (К.16)

К.2.2.13 При расчете дорожных одежд по условию сдвигоустойчивости значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, принимают в соответствии с температурами, указанными в таблице К.18, для конкретной дорожно-климатической зоны.

Таблица К.18

Дорожно-климатическая зона	I-II	III	IV	V
Расчетная температура, °С	20	30	40	50

К.2.2.14 Предельное активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя (песчаном материале промежуточного слоя) определяют по формуле

, (К.17)

где - сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), МПа; принимают:

0,007 - для суглинистых грунтов и глин,

0,005 - для супесчаных грунтов,

0,003 - для песка,

0,03 - для крупнообломочных грунтов с содержанием каменного материала 75% и глинистого заполнителя 25%,

0,004 - для крупнообломочных грунтов с содержанием каменного материала 50% и глинистого заполнителя 50%;

- коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания. При устройстве нижнего слоя из укрепленных материалов, а также при укладке на границе "основание - песчаный слой" разделяющей геотекстильной прослойки следует принимать равным:

4,5 - при использовании в песчаном слое крупного песка,

4,0 - при использовании в песчаном слое песка средней крупности,

3,0 - при использовании в песчаном слое мелкого песка,

1,0 - во всех остальных случаях;

- средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, ;

- глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см;

- расчетный угол внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки.

Значение угла внутреннего трения материала с учетом повторности приложения нагрузки принимают:

7° - для глинистых грунтов и глин;

14° - для супесчаных грунтов;

28° - для песчаных грунтов;

35° - для крупнообломочных грунтов с содержанием каменного материала 75% и глинистого заполнителя 25%;

26° - для крупнообломочных грунтов с содержанием каменного материала 50% и глинистого заполнителя 50%.

Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе

К.2.2.15 Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе осуществляют в такой последовательности:

- по формулам (К.19)-(К.22) определяют расчетное значение растягивающего напряжения;

- вычисляют предельное растягивающее напряжение по формуле (К.23). В пакете асфальтобетонных слоев за предельное растягивающее напряжение принимают значение, соответствующее материалу нижнего слоя асфальтобетонного пакета;

- проверяют условие прочности по формуле (К.18) и, при необходимости, корректируют конструкцию.

К.2.2.16 Целостность монолитных слоев дорожной одежды будет обеспечена при соблюдении условия

, (К.18)

где - прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений [формула (К.23)];

- требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности (таблица К.1).

К.2.2.17 Наибольшее растягивающее напряжение (от единичной нагрузки) при изгибе определяют по формулам:

- при толщине слоев асфальтобетона до h / D = 0,1

; (К.19)

- при толщинах до h / D = от 0,1 до 0,35

; (К.20)

- при толщинах до h / D более 0,35

; (К.21)

где - средневзвешенный модуль упругости пакета слоев, способных воспринимать растягивающее напряжение при изгибе;

- общий модуль упругости слоев, лежащих ниже монолитных слоев, определяемый по формуле (К.12).

Расчетное растягивающее напряжение определяют по формуле

, (К.22)

где р - расчетное давление, МПа.

К.2.2.18 Прочность материала монолитного слоя при многократном растяжении при изгибе определяют по формуле

, (К.23)

где - нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки, принимаемое по табличным данным (таблица К.8);

- коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;

- коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (таблица К.19);

- коэффициент вариации прочности на растяжение (таблица К.20);

t - коэффициент нормативного отклонения (таблица К.21).

Таблица К.19

Материал расчетного слоя
1 Высокоплотный асфальтобетон	1,0
2 Плотный асфальтобетон:
- марки I	0,95
- марки II	0,90
- марки III	0,80
3 Пористый и высокопористый	0,80
4 Органоминеральные смеси	0,80

Таблица К.20

Характеристика
Относительная влажность грунта рабочего слоя, сцепление грунта и песчаных слоев, угол внутреннего трения грунтов и песчаных слоев, прочность асфальтобетонных слоев на растяжение при изгибе	0,10

Таблица К.21

	0,85	0,90	0,95	0,98
t	1,06	1,32	1,71	2,19

К.2.2.19 Коэффициент , отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляют по формуле

, (К.24)

где - коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности, определяемый по таблице К.7;

m - показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя (таблица К.7);

- расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия (срок использования дороги), определяемое по формуле (К.5) с учетом числа расчетных суток за срок службы (срок использования дороги) (таблица К.5).

Требования к проверке на морозоустойчивость дорожных конструкций и осушению приведены в [57].

К.2.2.20 Примеры расчета

Пример 1

Требуется запроектировать автомобильную дорогу из карьера на обогатительную фабрику при следующих исходных данных:

- дорога располагается в в дорожно-климатической зоне III, подзона 1;

- категории дороги - I-к;

- заданный срок службы - 10 лет;

- заданная надежность - ;

- грузоподъемность автомобиля - 90 т;

- интенсивность движения на последний год службы - 600 ед./сут;

- расчетный автомобиль-самосвал грузоподъемностью 130 т (заднее колесо груженого автомобиля);

- грунт рабочего слоя земляного полотна - крупнообломочный с содержанием каменных частиц 75% и 25%, дисперсный грунт (глина) с расчетной влажностью ;

- материал основания - щебеночно-гравийно-песчаная смесь;

- высота насыпи - 2,0 м;

- толщина дорожной одежды - 1,5 м;

- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - 1;

- глубина залегания грунтовых вод - 2 м.

Предварительно назначают конструкцию дорожной одежды.

Материалы слоя	Толщина слоя, см	Расчет по упругому прогибу, Е, МПа	Расчет на сдвигоустойчивость, E, МПа	Расчет на растяжение при изгибе
				Е, МПа	, МПа		m
Плотный асфальтобетон на битуме БНД 60/90	6	2800	1600	3900	8,5	5,0	5,5
Пористый асфальтобетон на битуме БНД 60/90	25	1700	1000	2400	7,0	7,1	4,3
Черный щебень	30	600	600	600	-	-	-
Щебеночно-гравийно-песчаная смесь оптимального состава с заклинкой	100	450	450	450	-	-	-
Крупнообломочный грунт с содержанием 75% щебеночного материала	-	120	МПа	-	-	-	-

I Расчет на прочность (расчет по упругому прогибу)

Определяют суммарную интенсивность движения груженых автомобилей по формуле

ед.

Определяют требуемый модуль упругости дорожной конструкции по формуле

МПа.

Общий модуль упругости дорожной конструкции вычисляют по формуле

,

где МПа.

МПа.

Требуемый минимальный коэффициент прочности при расчете по допускаемому прогибу .

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

II Расчет на сдвигоустойчивость в грунте

Фактическое напряжение сдвига в грунте определяют по формуле

МПа.

Предельное допускаемое напряжение сдвига в грунте вычисляют по формуле

МПа.

Предельное допускаемое напряжение сдвига превышает фактическое напряжение. Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности на сдвиг.

III Расчет на растягивающее напряжение при изгибе

Растягивающие напряжения при изгибе (при h / D от 0,1 до 0,35) определяют по формуле

,

где - модуль упругости на поверхности слоя из черного щебня, определяемый по формуле

;

МПа;

МПа;

МПа;

МПа.

Допускаемое напряжение растяжения при изгибе определяют по формуле

,

где - нормативное значение предельного сопротивления растяжения (таблица К.7);

- коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки, определяемый по формуле

,

здесь - коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режиме повторной нагрузкой;

m - показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого слоя;

- коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов; для данного случая принимают .

,

МПа.

Допускаемое напряжение растяжения при изгибе больше фактического напряжения

.

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности на растяжение при изгибе.

IV Проверка конструкции на морозоустойчивость

Конструкция считается морозоустойчивой, если соблюдается условие

,

где - расчетное пучение грунта земляного полотна;

- допускаемое для данной конструкции пучение грунта, принимают см.

,

где - величина морозного пучения при осредненных условиях, принимают см;

- коэффициент, учитывающий влияние глубины залегания уровня грунтовых вод, принимают ;

- коэффициент, зависящий от степени уплотнения, принимают ;

- коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта, принимают ;

- коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса, принимают ;

- коэффициент, зависящий от расчетной влажности, принимают .

Для определения необходимо определить глубину промерзания по формуле

м.

Таким образом,

см;

см

Так как , а , т.е. , конструкция удовлетворяет требованиям обеспечения морозоустойчивости.

V Проверка конструкции на осушение дорожных одежд и земляного полотна

Полную толщину дренирующего слоя определяют по формуле

,

где - толщина слоя, насыщенного водой, м;

- дополнительная толщина слоя, зависящая от капилярных свойств материала и принимаемая: для крупных песков - 0,10-0,12 м; песков средней крупности - 0,14-0,15 м; мелких песков - 0,18-0,20 м.

Толщину слоя, насыщенного водой, , м, определяют по [6, рисунки 5.1 и 5.2] с учетом расчетной величины притока воды в дренирующий слой, , определяемой по формуле

,

где q - осредненное значение притока воды в дренирующий слой, принимают q = 1,5 ;

- коэффициент, учитывающий неустановившийся регион работы, принимаемый ;

- коэффициент гидрогеологического запаса, принимаемый ;

- коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона, принимаемый ;

- коэффициент, учитывающий снижение притока воды, принимаемый ;

,

,

.

По [6, рисунок 5.2] находят

; м.

Полная толщина дренирующего слоя:

.

Так как , представленная конструкция удовлетворяет всем условиям прочности.

Пример 2

Требуется запроектировать дорожную одежду на внутриплощадочной дороге при следующих исходных данных:

- категория автомобильной дороги - II-к;

- заданный срок использования дороги - 2 года;

- заданная надежность ;

- тип самосвала - самосвал грузоподъемностью 180 т;

- расчетная нагрузка - нагрузка 1021 кН на заднее колесо груженого самосвала грузоподъемностью 130 т;

- расчетный диаметр отпечатка - 124 см;

- грузооборот - 12 млн нетто т/год;

- грунт рабочего слоя земляного полотна - крупнообломочный с содержанием каменных частиц 75% и глинистых частиц 25%;

- высота насыпи - 2,0 м.

I Расчет на прочность

Вычисляют суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки

ед.

Предварительно назначают конструкцию дорожной одежды.

Материал	Толщина, см	Модули упругости слоя, МПа
Фракционированный щебень с заклинкой	50	400
Щебеночно-гравийно-песчаная смесь неоптимального состава	120	300
Крупнообломочный грунт с содержанием каменных частиц 75%		МПа E = 120 МПа

Определяют требуемый модуль упругости по формуле

МПа.

Фактический модуль упругости всей конструкции определяют по формуле

.

МПа.

МПа.

Коэффициент прочности определяют по формуле

.

Таким образом, условие соответствия фактической прочности конструкции по упругому прогибу нормативному значению выполнено.

Проверяют конструкцию на сдвиг в грунте.

Определяют фактическое напряжение сдвига в грунте по формуле

.

МПа.

МПа.

Предельное допускаемое напряжение сдвига определяют по формуле

;

МПа.

Коэффициент прочности при расчете на сдвигоустойчивость определяют по формуле

.

Таким образом, коэффициент прочности превышает минимально допускаемый.