Материал: Проектирование автомобильных дорог. Ч. 1

Наибольшее значение активное напряжение сдвига имеет обыч­ но под центром нагруженной площадки, на контакте между слоя­ ми или несколько ниже.

Активное напряжение сопротивления сдвигу от временной на­ грузки, соответствующее согласно критерию прочности Мора ус­ ловию предельного равновесия в наиболее напряженной точке под­ стилающего одежду грунта под центром отпечатка колеса, выра­ жается зависимостью

I

где Ci, аз — максимальное и минимальное главные напряжения в данной точ­ ке, определяемые после приведения дорожной одежды к эквивалентной двух­ слойной; ф — угол внутреннего трения.

На активное напряжение сдвига оказывает также влияние соб­ ственный вес слоев дорожной одежды, расположенных выше рас­ сматриваемого. Для учета этого фактора вводится поправка тв- В зависимости от угла внутреннего трения и толщины одежды она может быть как положительной, так и отрицательной.

Таким образом, за критерий устойчивости одежды против сдви­ га принимается окончательное условие

коэффициенты запаса; k\ — снижение сцепления с при кратковременном импуль­ сивном приложении подвижной нагрузки (&i = 0,6 при кратковременных нагруз­ ках, A*i = 0,91при длительном действии нагрузок с малой повторностью нагруже­ ния); k2— коэффициент запаса, учитывающий нарушение технологии строитель­ ства, особо неблагоприятные условия погоды. В зависимости от интенсивности движения он меняется от 1,23 при проезде менее 50 авт./'сут до 0,55 при 5000 авт./сут; k3— коэффициент, учитывающий особенности работы разных грун­ тов в конструкции дорожной одежды. Для песков в зависимости от их крупно­ сти £3=3,о4-7,0; для глинистых грунтов Л3= 1,5.

На рис. 16.14 представлена номограмма для определения актив­ ного напряжения сдвига хакт от единичной нагрузки (р=1) для случая совместной работы слоев в зоне контакта. Для учета влия­ ния веса дорожной одежды дана вспомогательная номограмма (рис. 16.15). Коэффициенты Пуассона ц приняты для материалов дорожной одежды 0,25 и грунта 0,35.

Проверку на устойчивость конструктивного слоя на сопротив­ ление сдвигу ведут следующим образом:

определяют средний расчетный модуль упругости слоев, рас­

на которых соответственно равна hi, h2.

332

Рис. 16.14. Номограмма для расчета двухслойных дорожных одежд при свобод­ ном смещении слоев в плоскости контакта (при ЛД>=0ч-4)

Расчеты показали, что напряженное состояние, вычисленное ис­ ходя из этой предпосылки, обычно близко к рассчитанному по точ­ ным способам;

вычисляют допустимое сопротивление сдвигу Тлои по уравнению- (16.13).

m

Находят по номограмме (см. рис. 16.11) максимальное удельное

.активное напряжение сдвига т аКт в проверяемом слое исходя из из­ вестных отношений 2 h/D и Еср/Егр и угла внутреннего трения <р и вводят к нему поправку на влияние веса дорожной одежды (см. рис. 16.15).

Сопоставляя активное сопротивление сдвигу с вычисленным по ■формуле (16.11) допускаемым, судят о том, правильно ли назна­ чена конструкция одежды.

Если расчет указывает на возможность появления пластических сдвигов, необходимо изменить толщину или жесткость вышележа­ щих слоев или использовать в проверяемом слое материал с боль­ шим сопротивлением сдвигу.

Оценку устойчивости слоев из слабосвязных гравийных и пес­ чаных материалов, из материалов и грунтов, укрепленных жидким вяжущим, рассчитывают аналогичным методом*. При этом коэф­ фициент къ принимают равным 1,5.

16.5.Проверка на растягивающие и сдвигающие напряжения

всвязных слоях дорожной одежды

При прогибе дорожной одежды в ее отдельных слоях могут воз­ никать растягивающие напряжения, приводящие к образованию трещин.

Для определения напряжений в связном слое, лежащем на упругом полупространстве, д-ром техн. наук М. Б. Корсунским предложена формула

(рис. 16.17), которая связывает относительную толщину покрытия h/D, отношение модуля упругости материала покрытия к общему модулю на поверхности подстилающего покрытие основания ^,/Еоб.осн с максимальным растягивающим напряжением при изги- ■бе в материале покрытия а'т от распределенной по круглой пло­ щадке нагрузки, равной 1 МПа.

В запас прочности номограмма исходит из наиболее опасного случая, когда отсутствует сцепление покрытия с основанием.

334

Проверку проводят следую­ щим образом:

находят общий модуль упру­ гости £ 0б.осн конструктивных СЛО- ев одежды, подстилающих покры­ тие по номограмме (см. рис. 16.9);

щих слоев дорожной одежды, а расположенные ниже слои приводят к эквивалентному полупрост­ ранству.

Асфальтобетонные покрытия также проверяют на сдвиг по ме­ тодике, аналогичной описанной (см. п. 16.4), с использованием спе­ циальных номограмм.

Следует иметь в виду, что изменение в результате одной из про­ верок толщины какого-либо из слоев вызывает необходимость конт­ рольного перерасчета одежды в целом.

16.6. Расчет толщины дорожных одежд из условия предупреждения деформаций при промерзании

В северных и центральных районах Советского Союза, для ко­ торых характерно избыточное увлажнение и глубокое зимнее про­ мерзание, должна быть обеспечена устойчивость дорожных одежд для всех типов против нарушения ровности при неравномерном вспучивании грунтов земляного полотна. Проверку проводить из­ лишне, если земляное полотно на всю глубину промерзания состо­ ит из непучинистых и слабопучинистых грунтов или толщина до­ рожной одежды превышает 2/3 глубины промерзания.

33&

Процессы зимней миграции влаги, рассмотренные в п. 7.4, приводят к накоплению и замер­ занию воды в порах грунта, вы­ зывая неравномерные поднятия покрытия и нарушение его ров­ ности, а в бетонных покрытиях появление трещин и ступеней между плитами. При весеннем оттаивании грунта может проис­ ходить разрушение покрытия при проездах тяжелых автомобилей.

Расчеты дорожных одежд с учетом деформаций вспучивания основаны на теории зимнего влагонакопления в земляном полот­ не. Определенное расчетом вспу­ чивание грунта земляного полот­ на и морозозащитного слоя дол­ жно быть меньше вспучивания, допускаемого покрытием.

Максимальное, без разрушения неравномерное вспучивание не­ жестких дорожных одежд определяют исходя из простейшего долущения, что вспучившийся участок образует цилиндрическую по­ верхность. При допустимом удлинении материала покрытия еДоп минимальный радиус кривизны вспучивания дорожной одежды мо­ жет быть определен из схемы на рис. 16.18.

Из подобия треугольников CDE и АВО

где Н — общая толщина каменных слоев дорожной одежды, см.

Неравномерное вспучивание захватывает только часть общей (ширины проезжей части L/m.

По данным наблюдений за процессом зимнего пучения на доро­ гах т = 2 при относительно благоприятных гидрогеологических ус­ ловиях и т= 1 ,5 на участках дорог, проходящих по косогорам, при высоком уровне грунтовых вод.

Из геометрических соображений

/пред = 1/4Я ( L / m ) 2.

Подставляя в это выражение значение R из уравнения (16.16), получаем предельное значение неравномерного вспучивания покры-

336

т и я , п о с л е к о т о р о г о м о ж е т н а с т у п и т ь его р а з р у ш е н и е ,

Для асфальтобетона еДОп=0,0010.

Расчетную высоту пучения определяют для каждого участка до­ роги, отличающегося по гидрогеологическим условиям от смежных. Для 1-го типа местности по условиям увлажнения пучение проверя­ ют только при пылеватых грунтах.

При проверке дорожных одежд на устойчивость против мороз­ ного пучения считают, что допустимое неравномерное вспучивание /доп не должно превышать 0,2—0,6 предельного для дорожной одеж­ ды и составляет для II и III дорожно-климатических зон СССР:

Согласно п. 7.4 пучение зависит от количества Q воды, нахо­ дящейся в толще промерзшего слоя, и составляет

/п у ч = 1 1 IQ-

Значение Q может быть определено по формулам Н. А. Пузакова (см. п. 7.4).

В местах с глубоким залеганием грунтовых вод (1-й и 2-й типы местности по условиям увлажнения) значение /пу, можно опреде­ лить по упрощенной формуле

ги, которую можно принимать по приведенным в Строительных нормах н пра­ вилах нормативным картам глубин промерзания для закладки фундаментов со­ оружений, увеличивая ее на 0,5 м для учета большей глубины промерзания до­ роги, очищаемой от снега, по сравнению с прилегающей местностью. Она также может быть определена по формуле Н. А. Пузакова (см. п. 7.4):

коэффициент, учитывающий гидрогеологические условия местности (для сырых участков с необеспеченным водоотводом р=1,5, для сухих участков Р = 1 ); у — коэффициент, учитывающий тип земляного полотна (для насыпей с рабочей от­ меткой ^ 1 м v = l , для малых насыпей и выемок у = 1,5),

Если определенное расчетом пучение превышает допустимое, в дорожную одежду должен быть введен дополнительный слой из не