Лекція 2
Тема 2. Принципи розрахунків дорожнього одягу.
Товщини конструктивних шарів нежорсткого дорожнього одягу в
ущільненому стані. Товщини конструктивних шарів жорсткого дорожнього
одягу. Область використання асфальто- та цементобетонних покриттів.
Методи розрахунків дорожніх одягів. Розрахунок дорожнього одягу на
міцність. Забезпечення морозостійкості дорожнього одягу та земляного
полотна.
Цементобетонне покриття може бути одношаровим, або за наявності
відповідного технологічного устаткування - двошаровим, що улаштовується
методом зрощування шарів з одночасним ущільненням верхнього і нижнього
шарів за один прохід бетоноукладача, з товщиною верхнього шару не менше
ніж 6 см. Для доріг I категорії, при автоматичному зануренні штирів,
застосовується технологія влаштування двошарового покриття. При
влаштуванні одношарового покриття на дорогах I категорії автоматичне
занурення штирів не застосовується, штирі деформаційних швів
встановлюються на каркас-корзинах та забезпечується бокова подача
цементобетонної суміші.
Товщина цементобетонного покриття повинна бути однаковою по всій
ширині проїзної частини. Товщину цементобетонного покриття (h)
визначають розрахунком, але вона повинна бути не менше мінімально
допустимих значень згідно з таблицею Ж ДБН В.2.3-4.
Дорожній одяг розраховують з урахуванням складу транспортного
потоку, перспективної інтенсивності руху до наступного капітального
ремонту, ґрунтових і природо-кліматичних умов.
Розрахунок виконують по граничних станах, що визначають втрату
працездатності конструкції, на основі розрахункових схем, використовуючи
нормовані розрахункові характеристики.
Розрахунок ведеться шляхом перевірок заздалегідь призначеної
конструкції дорожнього одягу:
- за міцністю верхніх шарів дорожнього одягу;
- за стійкістю незв’язних матеріалів в шарах основи і ґрунту земляного
полотна на зсув та за накопиченням уступів у поперечних швах
цементобетонного покриття;
- за стійкістю дорожнього одягу до впливу морозного здимання;
- за здатністю дренувального шару основи відводити вологу.
Жорсткий дорожній одяг розраховують з урахуванням надійності.
Припустимий (необхідний) коефіцієнт надійності Кн, що визначає
мінімальне значення коефіцієнта міцності Кмц, який дорожній одяг
повинний мати до кінця строку служби між капітальними ремонтами,
нормований у залежності від категорії дороги з врахуванням капітальності
одягу (таблиця 6.1) ГБН В.2.3-37641918-557:2016 та врахуванням
досягнутого рівня якості.
Розрахунком визначається товщина покриття і шарів основи, відстань
між швами розширення та діаметр штирів у швах.
Вихідні дані для розрахунку дорожнього одягу включають:
- параметри транспортного навантаження (розрахункова інтенсивність,
розрахункове навантаження);
- параметри дороги (категорія, ширина проїзної частини, строк служби
дорожнього одягу до капітального ремонту);
- параметри земляного полотна і умови його роботи (тип місцевості за
зволоженням, різновиди ґрунтів, рівень ґрунтових вод);
- дорожньо-кліматичний район.
Обмежене застосування дорожнього одягу жорсткого типу на вулицях
міст і сільських населених пунктів обумовлене головним чином
особливостями транспортних потоків. Дорожній одяг цього типу проектують
переважно при високій інтенсивності та вантажонапруженості руху на
під’їзних дорогах. Для головних вулиць найбільш доцільним є застосування
збірних цементобетонних покриттів.
Плиту монолітного цементобетонного покриття за сприятливих
ґрунтових і гідрогеологічних умов, а також невеликій вантажонапруженості
руху вкладають на піщану основу з проміжним прошарком з промащеного
картону. В усіх інших випадках необхідно влаштовувати штучну основу з
необроблених мінеральних матеріалів (щебеню, гравію, шлаків), маломіцних
мінеральних матеріалів або ґрунтів, оброблених в’яжучим. По штучній
основі вкладається вирівнюючий шар піску (необробленого або з обробкою
бітумом) та проміжний прошарок з промащеного картону або іншого
водонепроникного матеріалу.
Частіше в населених містах застосовується дорожній одяг нежорсткого
типу.
Нежорстким дорожнім одягом звуться шаруваті конструкції, матеріал
яких характеризується модулем пружності та граничним опором розтягу при
згині або параметрами опору зсуву, що істотно залежать від температури та
вологості, режиму навантаження. До них належить також одяг з шарами
основи, в яких допускається утворення тріщин, та з покриттями, не здатними
чинити достатній опір розтягу при згині.
Нежорсткий дорожній одяг влаштовують з різних видів асфальто- та
дьогтебетонів, інших сумішей з в’яжучими, з кам’яних матеріалів, побічних
продуктів промисловості або ґрунтів, укріплених мінеральними чи
комплексними в’яжучими, а також з кам’яних матеріалів без обробки їх
в’яжучими тощо.
Схемою конструкції нежорсткого дорожнього одягу є шарувате
середовище, що має необмежені розміри в плані та за глибиною (шаруватий
напівпростір).
Нежорсткий дорожній одяг це конструкція, що складається з низки
шарів з різних матеріалів. Найпростіші конструкції можуть мати один шар з
щебеневих, гравійних та інших мінеральних матеріалів, не оброблених або
укріплених в’яжучим.
Проектування дорожнього одягу складається із взаємопов'язаних
етапів:
конструювання (розроблення альтернативних варіантів конструкцій
дорожнього одягу);
розрахунок альтернативних варіантів конструкцій дорожнього одягу
на міцність з врахуванням характеристик ґрунту земляного полотна, за двома
групами граничних станів, а також на морозостійкість та осушення.
Дорожній одяг проектують з урахуванням надійності згідно з
ДБН В.2.3-4.
Загальна товщина конструкції нежорсткого дорожнього одягу, товщини
окремих шарів повинні забезпечувати міцність і морозостійкість всієї
конструкції. Матеріали і спосіб їх застосування призначаються згідно з ДБН
В.2.3-4.
Розрахунок дорожнього одягу здійснюють за двома групами граничних
станів:
а) за першою групою ─ несучою здатністю:
1) для шарів з монолітних матеріалів за критерієм опору розтягу при
згині;
2) для ґрунтів і шарів з незв’язних та малозв`язних матеріалів за
критерієм опору зсуву;
б) за другою групою граничними деформаціями: за опором
пружному прогину всієї конструкції.
Також дорожній одяг розраховують на морозостійкість та дренування.
Конструювання нежорсткого дорожнього одягу
Проектування дорожнього одягу це єдиний процес конструювання і
розрахунку дорожньої конструкції.
При конструюванні нежорсткого дорожнього одягу визначають:
тип дорожнього одягу і матеріал дорожнього покриття;
кількість конструктивних шарів, матеріали, розміщення шарів у
конструкції, а також попередньо призначають їх товщини;
необхідність влаштування додаткового морозозахисного шару з
урахуванням дорожньо-кліматичної зони, виду ґрунту та схеми зволоження
робочого шару земляного полотна;
необхідність призначення заходів з осушення конструкції дорожнього
одягу;
необхідність призначення заходів з підвищення тріщиностійкості
конструкції;
доцільність укріплення верхної частини робочого шару земляного
полотна;
альтернативні варіанти з урахуванням місцевих умов влаштування та
експлуатації дорожнього одягу.
Варіанти конструкцій дорожнього одягу приймають типовими або
розробляють індівідуально для кожної ділянки або ряду ділянок
автомобільної дороги, що характеризуються тотожними показниками
інтенсивності та складу руху і призначені для експлуатації за подібними
природними умовами. Перевагу надають перевіреній на практиці конструкції
дорожнього одягу.
Під час конструювання дорожнього одягу для нового будівництва
враховують:
категорію автомобільної дороги;
інтенсивність руху та склад транспортного потоку;
дорожньо-кліматичну зону та регіон проектування;
властивості ґрунтів, які передбачається використовувати в робочому
шарі земляного полотна;
підвищення поверхні дорожнього покриття над рівнем ґрунтових або
поверхневих вод;
тип місцевості за умовами зволоження земляного полотна.
При конструюванні дорожнього одягу для реконструкції або
капітального ремонту додатково враховують:
транспортно-експлуатаційний стан існуючої автомобільної дороги;
інформацію про будівництво та ремонтні заходи щодо об’єкта;
загальний модуль пружності дорожнього одягу згідно з [ДСТУ Б
В.2.3-42:2016] у розрахунковий період.
У випадках значної неоднорідності величин фактичного загального
модуля пружності (понад 25 % від середнього значення), потрібно визначити
товщини шарів і пошарово модуль пружності дорожнього одягу та на
поверхні земляного полотна згідно з [ДСТУ Б В.2.3-42:2016].
Якщо інформація відсутня щодо значень фактичного модуля пружності
існуючого одягу, допускається проектувати дорожній одяг на основі даних
обстежень:
товщин конструктивних шарів дорожнього одягу;
характеристик матеріалу конструктивних шарів;
властивостей ґрунту земляного полотна, його вологості та умов
зволоження.
Розрахунок нежорсткого дорожнього одягу на міцність
Розрахунок нежорсткого дорожнього одягу виконують за критеріями:
опір пружному прогину всієї конструкції (за мінімальним
допустимим загальним модулем пружності);
опір зсуву в ґрунті та шарах з незв'язних або малозв’язних матеріалів
(за максимальним допустимим напруженням зсуву);
опір шарів з монолітних матеріалів розтягу при згині (за
максимальним допустимим напруженням на розтяг при згині).
При розрахунках дорожнього одягу враховується тривалість і
повторність дії навантажень від транспортних засобів.
Дорожній одяг на перегінних ділянках доріг розраховують на
короткочасну багаторазову дію рухомих навантажень. Тривалість дії
навантаження від рухомого автотранспорту приймають рівним 0,1 с.
Дорожній одяг на зупинках громадського транспорту, перехрещеннях
доріг, на підходах до пересічень із залізничними і трамвайними коліями,
розраховують на багаторазову короткочасну дію рухомого навантаження, а
також на тривале статичне навантаження, час дії якого приймають рівним
600 с.
Дорожній одяг на стоянках автотранспортних засобів розраховують на
тривале статичне навантаження.
Для розрахунку конструкції дорожнього одягу значення коефіцієнтів
запасу міцності для відповідних критеріїв призначається у залежності від
категорії дороги за ГБН В.2.3-37641918-559:2019 таблицею 6.1.
Розрахунок нежорсткого дорожнього одягу на морозостійкість
Метою розрахунку конструкції дорожнього одягу на морозостійкість є
забезпечення необхідної стійкості дорожнього покриття проти порушення
рівності при нерівномірному набряканні ґрунтів земляного полотна, тобто
недопущення появи деформацій від морозного здимання, які перевищують
допустимі.
Спеціальні заходи з забезпечення морозостійкості конструкції
дорожнього одягу не проектують:
у районах з глибиною промерзання менше ніж 0,7 м;
при земляному полотні, яке влаштоване на всю глибину промерзання
з нездимальних або слабоздимальних ґрунтів;
у випадках, коли необхідна за умовами міцності товщина дорожнього
одягу перевищує 2/3 глибини промерзання;
на ділянках з першим типом місцевості за зволоженням (за винятком
ділянок з капітальним дорожнім одягом при пилуватих суглинистих і
супіщаних ґрунтах земляного полотна), які не потребують регулювання
водно-теплового режиму роботи конструкції.
Зимове здимання суттєво не впливає на рівність дорожнього покриття і
довговічність дорожнього одягу, якщо загальне нерівномірне підняття
проїзної частини у процесі промерзання конструкції не перевищує
допустимих значень lдоп (у метрах), залежно від типу дорожнього одягу:
а) капітальний – 0,04;
б) удосконалений полегшений – 0,06;
в) перехідний – 0,10.