Методические рекомендации по применению геоячеек «Прудон-494» при строительстве сельских (местных) автомобильных дорог в композиции с местными материалами и отходами промышленности (стр. 4 )

Конструктивные слои из малопрочных материалов (слабых известняков, гравийных материалов, дресвы, ракушечника и т. п.) и побочных продуктов промышленности (шлаковый щебень) рекомендуется армировать объемными геоячейками без обработки вяжущими материалами. При этом в основание геоячеек следует укладывать преимущественно тканый геотекстиль, геосетку или плоскую георешетку прочностью не менее 30кН/м.

7.1.12 Особенности расчета прочности сельских дорог, армированных геоячейками

Таблица 7.4 - Варианты конструкции дорожных одежд для сельских дорог категорий IIс – IIIс (переходные и низшие) в соответствии с рисунком 7.2 и соответствующие конструкции с геоячейками «ПРУДОН-494». Численные значения коэффициента армирования Ка

Типовые конструкции (рисунок 7.2)	Конструкции с геоячейками «ПРУДОН-494»
1	2	3	4	5
№ позиции на рис.7.2	Материалы конструктивных слоев в соответствии с рисунком 7.2	№ позиции на рис. 7.2	Материалы конструктивных слоев, армированных геоячейками (на рисунке 7.2 геоячейки не показаны)	Ка
1	Поверхностная обработка щебня	1а 1б	Щебень+геоячейки «ПРУДОН-494» Щебень+геоячейки+геотекстиль	1,4 1,8
2	Подобранные гравийные или песчаные смеси, укрепленные портландцементом	2а 2б 2в 2г	Гравий+геоячейки Гравий+геоячейки+геотекстиль Песок+геоячейки Песок+геоячейки+геотекстиль	1,4 1,8 1,7 2,0
3	Песок, гравий, шлак	3а 3б 3в 3г	Песок+геоячейки Песок+геоячейки+геотекстиль Гравий (шлак)+геоячейки Гравий (шлак)+ геоячейки+ +геотекстиль	1,7 2,0 1,4 1,8
4	Грунт повышенной плотности	4а 4б	Местный грунт+геоячейки Местный грунт+геоячейки+ +геотекстиль	1,5 1,9
5	Грунт, укрепленный неорганическим или жидким органическим вяжущим	5а 5б	Местный грунт+геоячейки Местный грунт+геоячейки+ +геотекстиль	1,5 1,9
6	Щебень	6а 6б	Щебень+геоячейки Щебень+геоячейки+рулонный ГМ	1,4 1,8
7	ЩГПС	7а 7б	ЩГПС+геоячейки ЩГПС +геоячейки+геотекстиль	1,4 1,8
8	ЩГПС, укрепленная малыми дозами цемента	8а 8б	ЩГПС +геоячейки ЩГПС +геоячейки+геотекстиль	1,4 1,8
9	Гравийно-песчаная смесь	9а 9б	Гравий+геоячейки Гравий+геоячейки+геотекстиль	1,4 1,8
10	Грунт с добавлением щебня	10а 10б	Местный грунт+геоячейки Местный грунт+геоячейки+ +геотекстиль	1,5 1,9
Примечания 1 Объемные геоячейки устанавливаются в нижней части конструктивного слоя из зернистых материалов. Рулонный армирующий геосинтетик укладывается в основании геоячеек «ПРУДОН-494». 2 При армировании верхнего слоя покрытия над геоячейками устраивают защитный слой толщиной 5-7 см из материала засыпки. Защитный слой из грунта упрочняют утапливанием щебня (гравия). 3 При армировании конструктивных слоев геоячейками «ПРУДОН-494» вяжущие материалы не применяют.

Под прочностью дорожной одежды понимают ее способность сопротивляться процессу развития остаточных деформаций и разрушений под воздействием касательных и нормальных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от расчетной нагрузки (кратко - временной, многократной или длительно действующей однократной), приложенной к поверхности покрытия.

В качестве расчетной следует принимать нагрузку на одиночную ось двухосного автомобиля, равную 100 кН (10 тс). Остальные нагрузки приводят к расчетной [1].

7.1.12.1 При выполнении расчетов и конструирования дорожных одежд следует руководствоваться следующими значениями проектных сроков их службы до капитального ремонта [1]:

а) дорожные одежды капитального типа с покрытиями:

- из цементобетона - не менее 25 лет;

- из асфальтобетона - не менее 20 лет;

б) дорожные одежды облегченного типа - не менее 15 лет;

в) дорожные одежды переходного типа - не менее 6 лет.

7.1.12.2 Общую толщину дорожной одежды и ее отдельных конструктивных слоев следует определять расчетом в соответствии с ожидаемыми интенсивностью и составом движения, модулем упругости грунта земляного полотна и повторностью воздействия подвижных нагрузок за период службы покрытия, а также с учетом фактической влажности грунта в период наибольшего увлажнения земляного полотна.

Минимально допустимые толщины конструктивных слоев дорожной одежды в уплотненном состоянии приведены в таблице 7.5.

Таблица 7.5 - Минимально допустимые толщины конструктивных слоев дорожной одежды из разных материалов в уплотненном состоянии

Материалы конструктивных слоев дорожной одежды	Минимальная толщина, см
Цементобетон монолитный	16
Асфальтобетон	4 - 8
Щебень или гравий, обработанные в установке или методами пропитки и смешения на дороге	8
Грунты и малопрочные каменные материалы, обработанные органическими и минеральными вяжущими	10
Щебеночные и гравийные материалы, не обработанные вяжущими:
а) на песчаном основании	15
б) на прочном (каменном или из укрепленного грунта) основании:
- для щебня	8
- для гравия	10
Грунты и каменные материалы, укрепленные геоячейками «ПРУДОН-494»	10

Расчет на прочность дорожных одежд сельских дорог, армированных геоячейками «ПРУДОН-494», выполняют в соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85* [7] и ОДН 218.046-01 [9] c введением в расчет коэффициентов армирования конструктивных слоев, численные значения которых зависят от деформативных свойств материала слоя, свойств геосинтетика и композита в целом (таблицы 7.3-7.4).

Для обеспечения требуемой надежности коэффициент прочности проектируемой дорожной конструкции по каждому из расчетных критериев не должен быть ниже минимального требуемого значения (ОДН 218.046-01 [9], таблица 3.1).

Материалы нежестких дорожных одежд должны удовлетворять требованиям СНиП 2.05.02-85* [7] и требованиям раздела 5 настоящих Рекомендаций. Расчетные значения деформационных характеристик (модуль упругости) материалов конструктивных слоев, а также расчетные значения прочностных характеристик (угол внутреннего трения и коэффициент сцепления) песчаных грунтов и песков, а также глинистых грунтов принимают по ОДН 218.046-01 [9] (приложения 2 и 3).

Эффект упрочнения конструктивных слоев дорожной одежды при их армировании геосинтетическими материалами оценивают соответствующим увеличением модуля упругости. Приведенный модуль упругости слоя дорожной одежды, армированной геоячейками (Еа) определяют по эмпирической зависимости

Еа = Ка х Ес, МПа (7.1)

где	Ес	__	модуль упругости неукрепленного слоя, уплотненного в соответствии с требованиями [8], МПа;
Ка	__	коэффициент армирования характеризует увеличение модуля упругости конструктивного слоя дорожной одежды, армированной геоячейками.

Коэффициент Ка определяют по результатам штамповых испытаний фрагментов неукрепленных и укрепленных геоячейками дорожных одежд по методике, изложенной в [14]. По данным экспериментальных исследований [10] получены численные значения коэффициента Ка для слоев дорожной одежд из дискретных материалов (таблицы 7.3-7.4).

В качестве расчетной схемы дорожной одежды принимается многослойное упругое полупространство, равномерно нагруженное по площади круга. Дорожную одежду рассчитывают методом приведения многослойной упругой конструкции к эквивалентной двухслойной модели. Расчетными характеристиками слоев являются: толщина hi, модуль упругости Еi, коэффициент Пуассона µi,. При этом должно выполняться неравенство Е1>Е2>Ез, где i=1, 2, 3 - номера слоев, начиная с верхнего.

Грунт земляного полотна характеризуется: модулем упругости Ег, коэффициентом Пуассона µг, углом внутреннего трения φг и удельным сцеплением Сг.

В ходе расчета на прочность определяют толщину слоев одежды в вариантах конструкции, выбранных при проектировании, а также выбирают материал, в том числе тип геоячеек «ПРУДОН-494», с требуемыми деформативными и прочностными характеристиками в зависимости от их функционального назначения.

Расчет дорожной одежды сельских дорог на прочность следует выполнять в следующей последовательности:

1) Расчитывают дорожную одежду по критерию упругого прогиба на основе зависимости требуемого общего модуля упругости конструкции от суммарного числа приложений нагрузки. По результатам расчета назначают толщины конструктивных слоев и их модули упругости таким образом, чтобы расчетный общий модуль упругости дорожной одежды был не ниже требуемого с учетом соответствующего коэффициента прочности по ОДН [9] (п.3.6 и таблица 3.1).

Конструкция дорожной одежды удовлетворяет требованиям по прочности (по критерию упругого прогиба), если выполняется неравенство

Еобщ ³ Етр х Кпр (7.2)

где	Еобщ	__	общий модуль упругости конструкции, определяемый расчетом, МПа;
Етр	__	минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции, МПа;
Кпр	__	коэффициент прочности дорожной одежды определяемый в соответствии с ОДН [9] (п.3.6 и таблица 3.1).

Расчетные значения модулей упругости грунта и материалов слоев, армированных геосинтетиками, определяют непосредственно по результатам штамповых испытаний [14] или принимают в соответствии с указаниями ОДН 218.046-01 [9] с учетом соответствующих коэффициентов армирования, приведенных в таблицах 7.3-7.4.

Минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции (Етр ) вычисляют по формуле

Етр = 98,65 х [lg(∑ Nр) - С], (7.3)

где	∑Nр	__	суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды, определяемое в соответствии с ОДН 218.046-01 [9], (п.3.23 и формулы 3.6; 3.7);
С = 3,55	__	эмпирический параметр для расчетной нагрузки на ось автомобиля 100кН.

Формула (7.3) действительна при ∑ Nр > 4 х104.

Независимо от результата, полученного по формуле (7.3), в соответствии с ОДН 218.046-01 [9],численное значение модуля Етр должно быть не менее указанного в таблице 7.6.

Таблица 7.6 - Минимальные значения требуемого модуля упругости дорожной одежды

Категория дороги	∑ Nр	Етр, МПа для дорожной одежды
капитальной	облегченной	переходной
Iс	375000	200	200	-
IIс	110000	150	150	-
IIIс	40000	-	100	50

Общий модуль упругости конструкции (Еобщ) определяют по номограмме (рисунок 7.3), построенной по решению модели многослойной среды в рамках теории упругости [7]. Приведение многослойной дорожной конструкции к эквивалентной однослойной выполняют послойно, начиная с рабочего слоя земляного полотна.

Расчет по упругому допустимому прогибу (требуемому модулю деформации) ведут в такой последовательности:

- определяют требуемый минимальный общий модуль конструкции по формуле 6.3 и таблице 7.3-7.4;

- назначают модули и предварительно толщину слоев конструкции (кроме грунтового основания);

- устанавливают с помощью номограммы (рисунок 7.3) расчетные модули на поверхности каждого конструктивного слоя, выполняя расчет конструкции сверху вниз;

Рисунок 7.3 - Номограмма для определения общего модуля упругости Еобщ двухслойной системы

- выполняют расчет конструкции снизу вверх и определяют толщину основания (при заданном его модуле), обеспечивающую необходимый модуль на поверхности основания, полученный при расчете сверху.

2) Выполняют расчет дорожной одежды по критерию устойчивости конструктивных слоев из малосвязных материалов и грунта к сдвигу от касательных напряжений. Коэффициент прочности по этому критерию должен

быть не менее значений, указанных в п.7.3. В противном случае конструкцию корректируют.

Расчет слоев одежды, армированных объемными георешетками, на устойчивость против сдвига не проводят, так как в этом случае устойчивость обеспечена конструктивно.

Дорожную одежду проектируют с таким расчетом, чтобы под действием эксплуатационных нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации. Условие прочности в этом случае записывают в виде

, (7.4)