Материал: Проектирование автомобильных дорог. Ч. 1

пающей в него из подстилающего грунта воды можно использовать уравнение Дарси, которое для плоской задачи при наклонном водоупоре и равномерном движе­ нии воды с переменным расходом, нарастающим по длине к, имеет вид

Интегрирование его в пределах для х от 0 до L и для h от h\ до h2 приводит к выражению, которое дает возможность опреде­ лить необходимый коэффициент фильтрации песка или, наоборот, проверить исходя из коэффициента фильтрации песка, имеющегося в районе строительства, достаточность намеченной толщины пес­ чаного основания:

Глубину фильтрационного потока h2 у дрены обычно принимают равной 0,05 м.

342

16.8. Методы расчета толщины дорожных одежд, применяемые за рубежом

Весьма сложный вопрос о расчете толщины дорожных одежд еще не получил общепризнанного решения, и обоснование необхо­ димой толщины слоев в разных странах ведут различными мето­ дами. В отличие от СССР, где на первое место ставится разработ­ ка теоретической стороны вопроса, за рубежом находят еще широ­ кое распространение полуэмпирические методы, которые основыва­ ются на учете практики и опытов по испытаниям прочности дорож­ ных одежд пропуском тяжелых автомобилей.

Многочисленные методы расчета толщины нежестких дорожных одежд, применяемые за рубежом, могут быть сведены к следую­ щим трем группам.

1. Аналогично методике, принятой в СССР, при расчете толщи­ ны дорожных одежд исходят из допустимого прогиба дорожной одежды, который определяют, используя зависимости теории упру­ гости для многослойных систем и учитывая на основе опытов раз­ ными способами влияние интенсивности движения.

Иногда многослойные одежды приводят к двухслойным, прини­ мая средневзвешенные модули упругости всех слоев с учетом их толщины.

2. Использование графиков эквивалентных толщин дорожных одежд, составленных на основе учета службы построенных дорог и специальных экспериментов на опытных участках. В зависимости от суточной интенсивности движения или общего числа автомоби­ лей, которые должны пройти по дороге за межремонтный период, определяют приведенную толщину дорожной одежды. Необходимую толщину отдельных слоев подбирают с учетом коэффициентов при­ ведения слоев из разных материалов к эквивалентной толщине. В ряде случаев опыты, проводившиеся для построения таких графи­ ков, были очень обширными и выполнялись на специально постро­ енных испытательных полигонах с длительными проездами колонн тяжелых автомобилей до полного разрушения дорожных одежд (испытания, организованные Американской ассоциацией сотруд­ ников дорожных организаций штатов — AASHO, так называемые «опыты Эйшо»).

Известны также графики Корпуса инженерных войск США, Управления гражданской авиации США, фирмы «Шелл», Асфаль­ тового института США и др.

3. Использование альбомов типовых конструкций равнопрочных дорожных одежд для разных интенсивностей движения при усло­ вии обязательного и строго контролируемого обеспечения строите­ лями заданной прочности земляного полотна, проверяемой перед началом укладки дорожной одежды (Япония, ФРГ, Франция).

Для характеристики прочности грунтов широко используется особый показатель CBR («Си-би-ар», сокращенное California Веа-

343

ring Ratio — калифорнийское число несущей способности). Его оп­ ределяют путем вдавливания цилиндрического штампа в образец грунта или другого материала конструктивных слоев, уплотненного Ь цилиндрической форме высотой и диаметром 20 см. Штамп диа­ метром 5 см вдавливают со скоростью 1,25 мм/мин на глубину 2,5 см. Измеренное давление, деленное на 100, принимают за харак­ теристику прочности грунта. Чаще всего грунт увлажняют путем капиллярного насыщения водой в течение 4 сут. В некоторых стра­ нах, особенно с жарким климатом, варьируют методику увлажне­ ния образцов грунтов. Это испытание, по сути являющееся опреде­ лением модуля деформаций в лабораторных условиях при постоян­ ной для всех материалов глубине вдавливания штампа, дает условную характеристику прочности, которая может существенно отличаться от аналогичных показателей грунта в основании дорож­ ной одежды.

Глава 17

РАСЧЕТ ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД И ОСНОВАНИЯ

17.1.Особенности работы жестких дорожных одежд

Кжестким дорожным одеждам относят цементобетонные1 и же­ лезобетонные покрытия и основания, которые хорошо сопротивля­

ются растягивающим напряжения^, возникающим при их прогибах под нагрузкой от автомобилей. Распределяя давление колес авто­ мобиля на большую площадь, бетонные покрытия передают срав­ нительно малое давление на подстилающий грунт. Несмотря на это, прочность бетонных покрытий во многом зависит от однородности сопротивления грунта по всей площади основания плиты. Неравно­ мерное уплотнение песчаного слоя или грунта земляного полотна приводит к тому, что из-за неравномерных просадок грунта часть плиты, находящаяся на весу, работает без поддержки грунтового основания, в результате чего напряжения в ней возрастают по срав­ нению с расчетными.

При расчете толщины бетонных покрытий приходится учиты­ вать ряд факторов, связанных с особенностями работы самих по­ крытий, а также со свойствами бетона как строительного материа­ ла. Помимо напряжений от проезжающих автомобилей, в бетонных плитах возникают температурные напряжения, вызываемые про­ тиводействием веса плит и их взаимной заклинки короблению под влиянием разности температур нижней и верхней поверхно­ стей.

Поэтому толщину бетонных покрытий рассчитывают на сумму напряжений от температурных колебаний и внешней нагрузки та-

1 Цементобетонные покрытия в дальнейшем будем называть бетонными.

344

ким образом, чтобы при заданной интенсивности движения и рас­ четных нагрузках за срок службы покрытия в них возникали лишь единичные трещины.

Кроме того, при назначении допускаемых напряжений в бето­ не необходимо считатьтся с тем, что от величины зависит интен­ сивность развития при повторных нагрузках усталостных явлений, в бетоне, в конце концов приводящих к возникновению трещин в плитах.

Для бетонных покрытий и оснований рекомендуются дорожные бетоны, прочность которых соответствует данным, приведенным в табл. 17.1 (ГОСТ 26633—85).

Расчетные нагрузки для бетонных покрытий и оснований при­ нимают такие же, как и при расчете нежестких дорожных одежд. Для покрытий вводится динамический коэффициент 1,25.

17.2. Расчет плит на действие внешней нагрузки

Для расчета жестких дорожных покрытий и оснований под дей­ ствием внешних нагрузок используют теорию балок и плит на уп­ ругом основании. В ее создание значительный вклад внесли акад. А. Н. Крылов, профессора М. И. Горбунов-Посадов, Б. Н. Жемочкин, В. А. Киселев, Б. Г. Коренев, И. А. Медников, А. П. Синицын, О. Я. Шехтер и другие советские исследователи.

Предложенные многочисленные методы расчета толщины бе­ тонных плит исходят из общего дифференциального уравнения, свя­ зывающего прогиб плиты под нагрузкой и осадку поверхности ос­ нования. Решения разных авторов различаются в связи с тем, что принимаются разные виды функции, характеризующей отпор грунта.

Наибольшее распространение получили гипотеза коэффициента постели Фусса — Винклера, согласно которой реактивное давление основания на плиту пропорционально ее осадке в рассматриваемой

345

точке, т. е. p = ky, и гипотеза линейно деформируемого полупрост­ ранства, характеризуемого модулем упругости.

Еще не накоплено достаточно данных, чтобы отдать преиму­ щество тому или иному методу, тем более, что при правильном на­ значении характеристик прочности грунта результаты расчетов раз­ ными методами бывают весьма близки и выбор расчетной формулы часто определяется удобством пользования ею.

В связи с этим различны и выражения для характеристик жест­ кости бетонных плит, используемые в методах расчета, предложен­ ных разными авторами.

При расчетах толщины бетонных покрытий возможны три рас­ четные схемы приложения нагрузки от колеса на прямоугольную плиту: в центре плиты, на угол и на край плиты.

Наибольшие напряжения в плите бетонных покрытий возникают при действии нагрузки на край. Однако в ряде случаев толщину рассчитывают на случай приложения нагрузки в центральной час­ ти плиты, а моменты, возникающие при угловом или краевом при­ ложении нагрузок, определяют путем введения основанных на опыте или полученных теоретически поправочных коэффициентов.

Плиты, лежащие на упругом основании, по проф. М. И. Горбу- нову-Посадову могут быть разделены по жесткости на три кате­ гории в зависимости от значения показателя:

346