ВСН 197-91 ИНСТРУКЦИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД - Расчетные характеристики грунтов и асфальтобетона Приложение 2

Приложение 2

Обязательное

РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ И АСФАЛЬТОБЕТОНА

1. В расчетах дорожных конструкций на прочность используют модуль упругости грунта Е_гр, коэффициент Пуассона m_гр, угол внутреннего трения j_гр, и удельное сцепление С_гр.

2. Расчетные характеристики грунта можно определить как при непосредственных испытаниях образцов в лаборатории, так и при пробном нагружении подстилающего грунта в конструкции при расчетном состоянии. При невозможности выполнить испытания расчетные характеристики допускается устанавливать в зависимости от вида грунта и его расчетной влажности по таблицам и графикам, приведенным в настоящем приложении.

3. Значения характеристик грунтов определяют в два этапа: сначала - расчетную влажность W_p, а затем параметры Е_гр, j_гр и С_гр при расчетной влажности. Начальная плотность грунта, для которой устанавливают расчетную влажность W_p, должна соответствовать требованиям, СНиПа по проектированию автомобильных дорог.

4. Влажность грунта в активной зоне земляного полотна зависит от природно-климатических условий местности (табл. П. 2.1), а также от конструктивных особенностей участка дороги (вида грунта, конструкции земляного полотна).

Таблица П. 2.1

Примечание. Кубань и западную часть Северного Кавказа следует откосить к III дорожно-климатической зоне.

В табл. П. 2.2 приведена расчетная влажность грунта W_p в активной зоне (верхней части земляного полотна от низа дорожной одежды до глубины 1,3 - 1,6 м от поверхности покрытия) земляного полотна автомобильных дорог в наиболее неблагоприятный (весенний) период года. Расчетные влажности действительны для дорог с земляным полотном, удовлетворяющим требованиям СНиПа в отношении плотности грунта и возвышения низа дорожной одежды над уровнем грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод. При возвышении низа одежды, превышающем более чем на 50 % требуемое СНиПом, расчетную влажность во всех случаях следует принимать как для 1-й схемы увлажнения активной зоны (рабочего слоя). На участках дорог, проходящих в выемках и нулевых отметках с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями, расчетную влажность грунта следует увеличивать на 0,03 W_т, где W_т - влажность на границе текучести.

Таблица П. 2.2

Примечания: 1. В основу дифференциации грунтов положена их классификация по степени пучинистости, поскольку пучинистость грунта зависит от его склонности к водонасыщению при промерзании.

2. Приведенные данные относятся к незасоленным грунтам. При возведении земляного полотна из засоленных грунтов расчетную влажность следует повышать при средней степени засоленности на 5 %, при сильной - на 15 % и при избыточной - на 25 %.

3. В особых случаях расчетная влажность определяется специальным расчетом.

5. Расчетная влажность грунта, приведенная в табл. П. 2.2, дифференцирована в зависимости от дорожно-климатических зон и подзон по признаку примерно одинаковой влажности грунтов земляного полотна автомобильных дорог, находящихся в сходных по схеме увлажнения рабочего слоя условиях, (табл. П. 2.3), но в различных подзонах одной и той же климатической зоны. По этому признаку II дорожно-климатическая зона разделена на две подзоны - северную (II-1) и южную (II-2) с общей границей между ними, проходящей примерно через Барановичи - Рославль - Клин - Рыбинск - Котлас - Березники - Ивдель (см. табл. П. 2.1 и рис. П. 2.1.

В западных районах II - III дорожно-климатических зон, находящихся западнее линии Псков - Орел - Смоленск - Воронеж, следует учитывать влияние продолжительных зимних оттепелей и морского климата. Расчетную влажность грунтов (см. табл. П. 2.2) в этом районе следует увеличивать на (0,02 - 0,06) W_т в зависимости от продолжительности оттепелей; расчетная влажность возрастает с востока на запад (большее значение принимается для района, лежащего западнее линии Рига - Вильнюс - Минск - Харьков, меньшее - для района, находящегося восточнее этой линии).

В приморских районах расчетную влажность надо увеличивать на 5 %.

Расчетную влажность грунта земляного полотна дорог, проходящих вблизи границ дорожно-климатических зон и подзон (± 50 км), можно принимать равной промежуточному значению между, соответствующими влажностями грунтов в смежных зонах и подзонах.

6. Внутри каждой зоны отдельные участки дорог характеризуются тремя схемами увлажнения рабочего слоя земляного полотна (см. табл. П. 2.3).

Таблица П.2.3

Примечание. Условия отнесения к данному типу увлажнения указаны в табл. 13 приложения СНиП 2.05.02-85 "Автомобильные дороги".

Схемы увлажнения рабочего слоя устанавливают при изысканиях на основании оценки условий притока и отвода воды, положения уровня грунтовых вод и их режима, а также по признакам оглеения, заболоченности и типа растительности.

7. Расчетная влажность грунта (см. табл. П. 2.2) действительна для равнинного рельефа. В предгорных и горных районах ее устанавливают по данным региональных схем дорожно-климатического районирования, разрабатываемых в дополнение к карте дорожно-климатических зон.

При отсутствии региональных схем районирования, расчетную влажность для горных (выше 1000 м) и предгорных (до 1000 м) районов увеличивают по сравнению с рекомендуемой в табл. П. 2.2 соответственно на 0,03 W_т и 0,06 W_т.

Рис. П. 2.1. Дорожно-климатические зоны СССР

8. Для отдельных, хорошо изученных регионов страны расчетная влажность (см. табл. П. 2.2) может быть откорректирована проектной организацией с учетом местных условий.

9. При расчете конструкций, для которых предусмотрены такие мероприятия как устройство монолитных оснований дорожных одежд, водонепроницаемых обочин, обеспечение безопасного расстояния от бровки земляного полотна до уреза застаивающейся воды, устройство дренажа и теплоизолирующих слоев, полностью предотвращающих промерзание земляного полотна, расчетную влажность грунта следует уменьшать на значения, указанные в табл. П. 2.4.

Таблица П. 2.4

10. Для районов, характеризующихся влажностью грунта, не превышающей оптимальной, в расчетах используют значения влажности, определенные экспериментальным путем.

11. Деформативные и прочностные характеристики песков (кроме пылеватых и супеси легкой крупной) мало зависят от их влажности (во всяком случае в интервале до полной влагоемкости) и, следовательно, мало изменяются в зависимости от климатических условий. Деформативные и прочностные расчетные характеристики таких грунтов принимают по табл. П. 2.5 (при К_у = 1, определенном по методу стандартного уплотнения).

Таблица П. 2.5

Примечание. Значение С_гр принимается равным 0,005 МПа.

Деформативные и прочностные характеристики глинистых грунтов к пылеватых песков существенно зависят от их влажности. Расчетные значения этих характеристик приведены в табл. П.2.6.

Таблица П. 2.6

Значения характеристик суглинка и глины даны применительно к гидрослюдистому и каолинитовому минералогическому составу глинистых частиц. Характеристики суглинков и глин монтмориллонитового состава при влажности (0,6 - 0,75) W_т, а также некоторых засоленных грунтов следует определять экспериментальным путем. При влажности выше 0,75 W_т такие грунты практически не способны сопротивляться нагрузкам, поэтому они должны быть заменены или защищены от чрезмерного увлажнения.

12. В качестве деформативных характеристик дорожно-строительных материалов при расчетах дорожных одежд используют модуль упругости Е и коэффициент Пуассона m.

Модули упругости большинства материалов определяют при испытании на полигонах, непосредственно в дорожных одеждах, а отдельных материалов - по результатам испытания образцов в лаборатории. Значение коэффициента Пуассона принимается среднее, часто встречающееся у наиболее распространенных дорожно-строительных материалов, m = 0,30.

13. Прочностными характеристиками дорожно-строительных материалов являются:

зернистых материалов, характеризующихся отсутствием прочных связей между частицами (щебеночных, гравийных, песчаных и т.п.), а также материалов, укрепленных жидкими битумами, - параметры, определяющие сопротивление сдвигу, j и С;

монолитных материалов с достаточно прочным и невосстанавливающимися связями (смесей с цементом и другими вяжущими неорганического происхождения, с вязкими битумами) - сопротивление растяжению, при изгибе R_ри.

Значения параметров j, С и R_ри получают в результате испытаний образцов в лаборатории или из таблиц, приведенных в настоящем приложении.

14. Деформативные и прочностные характеристики, приведенные в табл. П. 2.7 и П. 2.8, представляют собой наименьшие, часто встречающиеся значения для материалов, соответствующих нормативно-техническим требованиям.

Эти значения можно принимать в качество расчетных для наиболее распространенных условий. По мере накопления экспериментальных данных их следует уточнять и дифференцировать.

15. Модули упругости материалов, не укрепленных вяжущими, а также материалов и грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими, сравнительно мало зависят от режима нагружения - скорости возрастания нагрузки и длительности ее действия.

В табл. П. 2.5 - П. 2.8 приведены расчетные значения модулей упругости таких материалов, получаемые обычно как при статическом (длительном), так и при динамическом (кратковременном) нагружении.

Таблица П. 2.7

Таблица П. 2.8

16. Расчетные значения характеристик неукрепленных малопрочных каменных материалов устанавливают по рис. П. 2.2.

К малопрочным каменным материалам относятся гравий, щебень, гравийные, щебеночные и гравийно(щебеночно)-песчаные смеси, в которых содержится (или может образоваться в процессе строительства и эксплуатации основания) избыточное по сравнению с нормируемым количество мелких частиц с J_р < 7. Предусматривается применение природных или искусственно составленных смесей с содержанием зерен гравия (щебня) крупнее 5 мм не менее 20 %, щебня из осадочных пород марок по дробимости 400; 300 и 200, щебня из изверженных и метаморфических пород марки по дробимости 600, дресвы, опоки, грунтощебня и др.

Упругодеформативные и прочностные свойства малопрочных материалов зависят в основном от процентного содержания в смеси и пластичности фракций размером мельче 0,63 мм; для щебня число пластичности этих фракций определяется после его стандартного испытания на дробимость или износ.

17. Расчетные характеристики слоев из щебеночных смесей и щебня для дорог во II - III дорожно-климатических зонах устанавливают по рис. П. 2.2; для дорог в IV - V дорожно-климатических зонах эти значения следует увеличивать на 25 %.

Расчетные характеристики из гравийных и песчано-гравийных смесей для дорог в IV - V дорожно-климатических зонах устанавливают по графику рис. П. 2.2; для дорог во II - III дорожно-климатических зонах эти значения следует уменьшать на 30 %.

18. Расчетные модули упругости слоев основания и асфальтобетона, не вошедшие в таблицы настоящего приложения, а также их расчетные сопротивления растяжению при изгибе принимаются по приложению 9 СНиП 2.05.08-85.

Рис. П. 2.2. Зависимость расчетных характеристик малопрочных каменных материалов от содержания в них частиц мельче 0,63 мм или показателя дробимости малопрочного щебня (цифры у кривых - число пластичности частиц мельче 0,63 мм)

Таблица П.2.9

Таблица П.2.10

Примечание. В числителе - для горючих смесей на вязких битумах (40/130), в знаменателе - для смесей с битумами марок 130/300.

Таблица П. 2.11

Таблица 12

Рис. П. 2.3. Зависимость коэффициента усталости асфальтобетона. К_уа от суточной интенсивности движения N_c

Эквивалентный модуль упругости основания Е^э_о определяется по формуле

, (1)

где ; i ¾ номер рассматриваемого слоя дорожной одежды, считая сверху вниз; h_i - толщина 1-го слоя, см; - общий модуль упругости полупространства, подстилающего i-й слой, МПа; Е_i - модуль упругости материала i-го слоя, МПа; Д - диаметр отпечатка колеса или площадки силового контактирования верхнего слоя с нижележащим; принимается Д = 50 см; для сборного покрытия Д = 2а + h или Д = 2в + h.

Для основания, работающего на изгиб (бетон, цементогрунт),

, (2)

где Д_ш - условный диаметр штампа, применяемый при определении модуля упругости грунта, см; Д_ш = 50 см.