Материал: Проектирование жестких дорожных одежд. учебное пособие. Гладышева И.А., Самодурова Т.В

Деформация сжатия прокладки шва расширения вычисляется по формуле

(3.30)

где B_пр – ширина прокладки, м; Е_пр – модуль упругости прокладки (для деревянных прокладок Е_пр = 8 МПа).

Высота прокладки рассчитывается как

(3.31)

Диаметр штырей в швах d_шт вычисляют по формуле

(3.32)

где P_шт – часть расчетной нагрузки, воспринимаемой штыревым соединением; A_d – коэффициент длины зоны обжатия бетона в месте входа в него штыря (для швов сжатия A_d = 3; для швов расширения A_d = 1,5); R_и – средняя прочность бетона на сжатие, МПа; n – количество штырей на полосе наката; K_d – коэффициент запаса, равный 0,75.

Часть расчетной нагрузки, воспринимаемой штыревым соединением, рассчитывается по формуле

(3.33)

где w_шт – податливость штырей при нагружении, мм (для швов сжатия w_шт =1,5 мм; для швов расширения w_шт =2,0 мм); w_пп – расчетный прогиб плиты от действия нагрузки, мм ( для песчаного и щебеночного основания w_пп = 5,0 мм; для цементогрунтового w_пп = 3,0 мм).

Длина штырей составляет 20d_шт плюс допуск, равный 5,0 см, плюс прибавка на установку температурного колпачка (5,0 см) и на ширину шва (3,0 см для швов расширения).

Диаметр штырей в продольных швах определяется из требуемой площади поперечного сечения арматуры:

(3.34)

где f – коэффициент трения-сцепления плиты с основанием (f = 1,5); i – поперечный уклон (i=0,05); R_s - расчетное сопротивление арматуры по [10].

Длина гладких штырей в продольных швах равна 40d_шт+5,0 см, из стержней периодического профиля – 35d_шт+5,0 см, при диаметре шпилек для крепления штырей 8-10 мм и при надежной приварке их к штырям – 22d_шт+5,0 см.

Вопросы для самопроверки

1. Какие расчетные схемы действия подвижной нагрузки применяются при проектировании жестких дорожных одежд с монолитным покрытием?

2. В каких случаях используется каждая из расчетных схем?

3. От каких факторов зависят температурные напряжения в жестких дорожных одеждах?

4. Что такое общий модуль упругости основания и какая расчетная схема используется при его определении?

5. В каких слоях дорожной одежды производится проверка на сдвигоустойчивость?

6. Как может быть записано условие прочности монолитного цементобетонного покрытия?

7. Какие расчетные схемы используются при расчете напряжений растяжения при изгибе монолитных покрытий?

8. Как производится расчет расстояния между швами сжатия?

9. Что такое продольная устойчивость плиты и как она обеспечивается?

4. Проверка конструкции дорожной одежды

НА МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТЬ

В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд и земляного полотна.

Процессы зимнего вспучивания грунтов происходят в связи с зимней миграцией влаги, приводящей к накоплению и замерзанию воды в порах грунта в виде прослоек льда. Ледяные прослойки вызывают поднятие (пучение) грунта, неравномерное поднятие покрытия и нарушение его ровности. Во время весеннего оттаивания грунта при проезде тяжелых автомобилей может происходить разрушение покрытия на ослабленном грунтовом основании.

Большое влияние на морозоустойчивость дорожной одежды оказывает тип грунтов земляного полотна. Классификация грунтов по степени пучинистости в соответствии со СНиП 2.02.02-85 [1] приведена в табл. 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1

Классификация грунтов по степени пучинистости при замерзании

Таблица 4.2

Группы грунтов по степени пучинистости

Наиболее подвержены морозному пучению пылеватые грунты. При использовании таких грунтов в земляном полотне необходимо проектировать дорожную одежду так, чтобы фактическое морозное пучение не превышало допустимой величины, установленной для каждого типа покрытия.

Конструкцию дорожной одежды считают морозоустойчивой, если выполняется условие

l_пуч  l_доп , (4.1)

где l_пуч – расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна, см; l_доп – допускаемое для данной конструкции пучение грунта, см.

Значения допускаемой величины морозного пучения приведены в табл.4.3.

Таблица 4.3

Допускаемая величина морозного пучения

Примечание. В восточных районах II – III дорожно-климатических зон значения l_доп

следует увеличивать на 20 %.

Наблюдения, проведенные СоюзДорНИИ на дорогах II и северной части III дорожно-климатических зон, показали, что фактическое морозное пучение почти ежегодно превышает допустимое значение на участках 2 и 3-го типов местности по характеру увлажнения при пылеватых суглинистых грунтах. В период оттаивания на таких участках модуль упругости грунта понижается на 20-40 % за счет его переувлажнения. При этом срок службы дорожных одежд существенно сокращается.

Теоретические расчеты и опыт эксплуатации автомобильных дорог показали, что при относительной влажности пылеватых грунтов равной или менее 0,7W_т (где W_т – влажность при нижней границе текучести) морозное пучение дорожных одежд (покрытий) не превышает допустимое. В период оттаивания модуль упругости этих грунтов несколько понижается, но остается выше расчетного на участках, где регулируется водно-тепловой режим земляного полотна.

Таким образом, на стадии проектирования разрабатываются специальные мероприятия по регулированию водно-теплового режима земляного полотна и дорожных одежд, обеспечению достаточной морозоустойчивости и предотвращению недопустимого зимнего пучения. К ним относятся:

- использование непучинистых или слабопучинистых грунтов для сооружения верхней части земляного полотна, находящегося в зоне промерзания;

- осушение рабочего слоя земляного полотна путем устройства дренажа для увеличения расстояния до уровня грунтовых вод;

- устройство гидроизолирующих или капилляропрерывающих прослоек;

- устройство морозозащитных слоев из непучинистых материалов;

- устройство теплоизолирующих слоев для снижения глубины промерзания грунта под дорожной одеждой и т.д.

При проектировании дорожных одежд не требуется специальных мер по морозной защите конструкций:

• в районах, где глубина промерзания грунтов менее 0,6 м;

• при устройстве земляного полотна на всю глубину промерзания из непучинистых или слабопучинистых грунтов;

• в случаях, когда общая толщина дорожной одежды превышает 2/3 глубины промерзания.

Расчет на морозоустойчивость выполняют для характерных участков дороги, сходных по грунтово-гидрологическим условиям, имеющих одинаковую схему увлажнения рабочего слоя грунта земляного полотна.

Величину морозного пучения грунта земляного полотна l_пуч вычисляют по формуле

l_пуч = l_пуч.ср  К_УГВ  К_пл К_гр К_нагр К_вл , (4.2)

где l_пуч.ср. – величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая в зависимости от полной толщины дорожной одежды, группы грунта по степени пучинистости и глубины промерзания z_пр(ср) (см. рис. 4.1); K_УГВ – коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых вод (УГВ) или длительно стоящих поверхностных вод (см. рис. 4.2). При отсутствии влияния грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод следует принимать: для супеси тяжелой и пылеватой и суглинка K_УГВ = 0,53; для песка и супеси легкой и крупной K_УГВ = 0,43; K_пл – коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя (табл. 4.4); K_гр – коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки (табл. 4.5); K_нагр – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт, зависящий от глубины промерзания (рис. 4.3); K_вл – коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта (табл. 4.6).

Значение l_пуч.ср при глубине промерзания от поверхности покрытия z_пр до 2 м определяют по графикам, приведенным на рис. 4.4.

Если глубина промерзания z_пр находится в пределах от 2,0 до 3,0 м, то l_{пуч. ср.} вычисляют по формуле

l_{пуч. ср} = l_{пуч.ср2,0} [a + b(z_пр -c)] , (4.3)

где l_{пуч. ср.2,0} – величина морозного пучения при z_пр = 2,0 м.

а = 1,0; b = 0,16; c = 2,0 при 2,0  z_пр  2,5;

а = 1,08; b = 0,08; c = 2,5 при 2,5  z_пр  3,0.

Глубина промерзания грунта от поверхности дорожной конструкции (z_пр) больше осредненных значений z_пр(ср), приведенных на рис. 4.1. Ее определяют экспериментальным путем. При отсутствии экспериментальных данных глубину промерзания вычисляют по формуле

z_пр = z_пр(ср) 1,38 . (4.4)

Рис. 4.2. Зависимость коэффициента К_УГВ от расстояния от низа дорожной одежды

до расчетного уровня грунтовых вод (УГВ) или уровня поверхностных вод (УПВ):

1 – супесь тяжелая и тяжелая пылеватая, суглинок;

2 – песок, супесь легкая и легкая крупная