Особенности расчета дорожных конструкций нежесткого типа в условиях вечной мерзлоты

При расчете прочности конструкции дорожных одежд в зоне вечной мерзлоты следует учитывать основные факторы водно-теплового режима земляного полотна, руководствуясь в основном ВСН 46-83 (в части проектирования дорожных одежд в зоне вечной мерзлоты), и ВСН 84-75, а также ОДН 218.046-01.

При этом дорожная конструкция (земляное полотно в комплексе с дорожной одеждой) должна удовлетворять трём условиям:

Е^общ ³ Е^тр,

s_r <= R_и,

Т_а <= [ Т_доп ], где

Е^общ - общий модуль упругости дорожной конструкции;

Е^тр - требуемый модуль упругости дорожной конструкции, определяемый в зависимости от расчетной нагрузки, состава и интенсивности перспективного движения;

s_r - наибольшее растягивающее напряжение при изгибе в материале рассматриваемого слоя одежды;

R_и - предельно допустимое растягивающее напряжение при изгибе в материале конструктивного слоя с учетом усталостных явлений;

Т_а - наибольшее активное напряжение сдвига в грунте или слабо связном материале конструктивного слоя одежды, которое слагается из активных напряжений сдвига от временной нагрузки и веса вышележащих слоев;

Т_доп - допустимое активное напряжение сдвига в грунте земляного полотна или в несвязном конструктивном слое дорожной одежды.

Величины Е^тр; s_r; R_и; Т_а; Т_доп определяют в соответствии с указаниями ОДН 218.046-01;

Е^общ - требуемый общий модуль упругости дорожной конструкции определяют по формуле:

E _min - минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции, МПа;

- требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности.

Требуемый модуль упругости дорожной конструкции для условий ММГ определяют по формуле:

- требуемый общий модуль упругости дорожной конструкции в условиях вечной мерзлоты (ВМ) с учетом длительности расчетного периода;

- коэффициент, учитывающий длительность расчетного периода для районов с наличием многолетнемерзлых грунтов.

Средние значения коэффициента для трёх дорожно-климатических подзон 1 ДКЗ - зоны вечной мерзлоты приведены в табл. 19.5, обоснованные исследованиями В.А. Давыдова.

Таблица 19.5.

Значения - коэффициента длительности расчетного периода при наличии многолетнемерзлых грунтов

Нормативные нагрузки для дорог общей сети (I-V категорий) и для городских дорог принимают по ОДН 218.046-01.

На подъездных и внутренних дорогах промышленных предприятий нормативную нагрузку принимают на основе технико-экономических расчетов из условия пропуска принятых расчетных типов автомобилей и автопоездов.

Влияние мерзлого слоя на прочность земляного полотна при известной глубине оттаивания дорожной конструкции учитывают по формуле:

где

E_у, (E_д) - общий модуль упругости (деформации) оттаявшего грунтового массива;

- расчетное значение модуля упругости (деформации) грунта, определяемое при известной расчетной влажности и соответствующей плотности (в т.ч. могут быть определены по графикам рис. 19.11, 19.12);

А_у, (А_д) - комплексные коэффициенты, учитывающие влияние мерзлого слоя в зависимости от глубины оттаивания (ее абсолютного значения Н_от или относительной величины Н_от / Д) и неоднородное увлажнение земляного полотна и сезоннооттаивающего слоя по глубине; определяют в процессе экспериментальных работ или с использованием обобщенных данных, приведенных в табл. 19.6.

Рис. 19.11. Зависимость комплексного коэффициента А_у от относительной глубины оттаявшего слоя грунта Н_от / Д для супесей

Рис. 19.12. Зависимость комплексного коэффициента А_у от относительной глубины оттаявшего слоя грунта Н_от / Д для суглинков и глин

Таблица 19.6.

Значения комплексных коэффициентов (А_у и А_д), учитывающих влияние мерзлого слоя и неоднородное увлажнение по глубине на модули упругости и деформации оттаивающего грунтового массива

Расчетные прочностные и деформативные характеристики различных материалов принимают по ОДН 218.046-01, а грунтов естественного основания по СНиП 2.02.04-88 или частично по табл. 19.7. Расчетные значения прочностных характеристик С и j грунтов естественного основания принимают по СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах».

Таблица 19.7.

Значения E_у и E_д естественных грунтов основания

Примечание. Значения модулей деформации приведены по данным Н.А. Пузакова, а модулей упругости по данным В.А. Давыдова.

В процессе этих работ также установлены эмпирические зависимости модулей деформации и модулей упругости от их влажности (см. рис. 19.11 и 19.12).

Зависимость модуля деформации грунтов от их влажности может быть выражена уравнением:

где (19.2)

- модуль деформации грунта при определенных значениях относительной деформации (l = 0,01; 0,02; 0,03 и т.д.), МПа и относительной влажности W_отн;

- значение модуля деформации грунта, которое соответствует влажности предела текучести, МПа;

п - безразмерный коэффициент, зависящий от типа грунта и его физико-механических свойств.

Значения модулей деформации грунтов на пределе текучести и коэффициентов п устанавливают экспериментально. Выполненная статистическая обработка многочисленных экспериментальных данных позволила установить значения и п для характерных грунтов зоны вечной мерзлоты (табл. 19.8).

Таблица 19.8.

Значения модуля деформации грунта на пределе текучести

Грунты	l = 0,01	l = 0,02	l = 0,03
	N		N		N
Единицы измерений	МПа	-	МПа	-	МПа	-
Супеси		2,42		2.07	4,5	1,62
Суглинки и глины		2,32	4,5	1,8	3.6	1,18

Модуль упругости грунтов земляного полотна является более стабильной характеристикой. Он в меньшей мере зависит от относительной деформации грунта. Основное влияние на величину модуля упругости грунта оказывает его влажность. Статистическая обработка фактических данных по определению модуля упругости Е_у грунта позволила вывести аналогичную зависимость:

где (19.3)

Е_у - значение модуля упругости грунта, МПа, соответствующее определенной влажности W_отн;

- значение модуля упругости грунта, соответствующее влажности предела текучести грунта, МПа;

W_отн - относительная влажность грунта;

m - безразмерный коэффициент, зависящий от вида грунта.

Формулы (19.2) и (19.3) справедливы в пределах значений относительной влажности грунта от 0,2 до 1,0 W^тек. Значения модулей упругости и на пределе текучести грунта и коэффициента m устанавливают экспериментально. На основании статистической обработки многочисленных экспериментальных данных значения и m для характерных грунтов зоны вечной мерзлоты приведены в табл. 19.9.

Таблица 19.9.

Значения модуля упругости грунта на пределе текучести

Грунт	, МПа	m
Супеси Суглинки и глины	10,6	1,59 2,40

Расчетные значения модулей упругости и деформации, сцепления и угла внутреннего трения земляного полотна автомобильных дорог установлены работами В.А. Давыдова (1974, 1977, 1979, 1981, 2001- 2005 гг.) на основе фактического материала, полученного при многолетних обследованиях дорог и обработанных методами математической статистики (табл. 19.10).

Таблица 19.10.

Расчетные прочностные и деформативные показатели грунтов земляного полотна автомобильных дорог для:

*ВП - вероятность понижения расчетных прочностных и деформативных показателей грунтов (или повышения, например, для расчетной влажности грунта): ВП 1 % - или 1:100, т.е. 1 раз за 100 лет; ВП 2 % - или 1:50, т.е. 1 раз за 50 лет возможно понижение (или повышение) расчетных показателей грунтов и т.д. (см. заголовок таблицы).

Примечания: 1. Значения модулей упругости и модулей деформации грунтов, а также показателей сдвига (С и j) даны для однородных по зерновому составу грунтов мощностью не менее 0,8 м при требуемом коэффициенте уплотнения с учетом капитальности дорожного покрытия, дорожно-климатической подзоны и от расположения слоя грунта в насыпи по высоте, учитывающего его увлажнение от природных условий. Высота насыпи должна удовлетворять всем 3-м критериям: по сохранению многолетнемерзлых грунтов на уровне, соответствующем принятому принципу проектирования и строительства на ММГ, определяемому по теплотехническому расчету - Н_м; по увлажнению местности - Н_ув; по снегонезаносимости - Н_сн.

2. Табличные значения прочностных и деформативных показателей грунтов земляного полотна дорог могут быть скорректированы при наличии расчетных значений влажности грунтов земляного полотна дорог, определенных на основе статистической обработки результатов многолетних наблюдений непосредственно на дорогах, на постах и опытных участках автомобильных дорог (по конкретным регионам, областям, районам).

Дата добавления: 2015-06-04; Просмотров: 1402; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!