ОДМ 218.3.043-2015. Отраслевой дорожный методический документ. Методические рекомендации по применению в слоях дорожных одежд натуральных белитовых шламов
(издан на основании Распоряжения Росавтодора от 30.11.2015 № 2283-р)
Примечание
Текст документа приведен в соответствии с публикацией на сайте https://rosavtodor.gov.ru/ по состоянию на 19.12.2024. Документ рекомендован к применению с 30.11.2015 Распоряжением Росавтодора от 30.11.2015 № 2283-р.
Издан на основании Распоряжения Федерального дорожного агентства от 30 ноября 2015 г. № 2283-р
ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ В СЛОЯХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НАТУРАЛЬНЫХ БЕЛИТОВЫХ ШЛАМОВ
1 РАЗРАБОТАН открытым акционерным обществом «Омский СоюзДорНИИ (ОАО „Омский СоюзДорНИИ“).»
Коллектив авторов: канд. техн. наук Б.В. Белоусов, ст. науч. сотрудник А.Н. Гаврилов.
2 ВНЕСЕН Управлением проектирования и строительства автомобильных дорог Федерального дорожного агентства.
3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 30.11.2015 № 2283-р.
4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.
Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее — методический документ) устанавливает рекомендации по проектированию, строительству, реконструкции, капитальному ремонту и ремонту автомобильных дорог общего пользования, внутрихозяйственных дорог, городских дорог и улиц и предусматривает применение в дорожной конструкции натурального белитового шлама.
В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия
ГОСТ 22733-2016 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности
ГОСТ 23558-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия
ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация
ГОСТ 25607-2009 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия
ГОСТ 28514-90 Строительная геотехника. Определение плотности грунтов методом замещения объема
ГОСТ 31015-2002 Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия
СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*)
СП 78.13330.2012 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85)
СП 131.13330.2012 Строительная климатология (актуализированная редакция СНиП 23-01-99)
В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 натуральный белитовый шлам: Побочный продукт, получаемый при производстве глинозема спекательным способом из нефелиновых и бокситовых руд; в зависимости от вида перерабатываемой руды натуральный белитовый шлам подразделяется на нефелиновый и бокситовый.
3.2 натуральный белитовый шлам текущего производства: Дискретный, пескообразный материал, пролежавший в шламоотвале не более одного года.
3.3 натуральный лежалый белитовый шлам: Монолитный материал, пролежавший в отвале более одного года, использование которого возможно только после рыхления и последующего дробления; лежалый шлам может образовываться и при заготовке натурального белитового шлама текущего производства на притрассовых складах.
3.4 активность натурального белитового шлама: Способность шлама после уплотнения образовывать самоупрочняющийся во влажных условиях монолитный материал.
3.5 монолитные материалы: Материалы, которые имеют структурные связи между частицами, работают на растяжение и разрушаются с разделением на части.
3.6 агрегаты: Образования разных размеров в результате цементации зерен шлама.
3.7 несвязанные (дискретные) материалы: Материалы, которые не имеют структурных связей между частицами, не работают на растяжение и при действии нагрузки разрушаются по схеме необратимого сдвига.
3.8 самоупрочнение: Самопроизвольное увеличение прочности структурных связей в монолитном материале в процессе его эксплуатации.
3.9 дорога автомобильная: Комплекс инженерных сооружений, обеспечивающий экономичные, безопасные и комфортные условия для круглогодичного, бесперебойного движения транспортных средств с установленными скоростями, нагрузками, интенсивностью и габаритами в течение заданного периода эксплуатации; при этом экологическая нагрузка на окружающую среду должна не только сохраняться в пределах существующих нормативов, но и снижаться за счет использования побочных продуктов различных производств в процессе сооружения и эксплуатации данного комплекса.
1 Комплекс включает земляное полотно; дорожную одежду; обстановку и обустройство дороги; сооружения, возводимые при пересечении дорогами различных препятствий; защитные и экологические сооружения.
2 В состав комплекса также входят участки земель, предоставленные для размещения этого комплекса, и воздушное пространство над ним в пределах установленного габарита.
3.10 земляное полотно: Геотехническое сооружение, служащее основанием для размещения дорожной одежды, элементов по обустройству дороги и защитных сооружений и обеспечивающее условия для выполнения ими своих функций в течение всего периода эксплуатации дороги при круглогодичном, бесперебойном, безопасном и комфортном движении транспортных средств с заданными габаритами и скоростями.
1 Экологическая нагрузка на окружающую среду должна не только сохраняться в пределах существующих нормативов, но и снижаться за счет использования побочных продуктов различных производств при возведении и эксплуатации земляного полотна.
2 Земляное полотно включает сооружения, обеспечивающие его устойчивость; устойчивость склонов, на которых оно располагается; а также сооружения поверхностного водоотвода (лотки, кюветы, канавы).
3.11 рабочий слой земляного полотна: Верхняя часть земляного полотна, расположенная в пределах проезжей части дороги от низа дорожной одежды до 2/3 глубины промерзания, но не менее 1,5 м от поверхности проезжей части.
3.12 обочина: Боковая полоса земляного полотна с каждой его стороны между бровкой и кромкой проезжей части, предназначенная для обеспечения устойчивости земляного полотна, предохранения краев дорожной одежды от разрушения, вынужденной остановки автомобиля в случае его неисправности, размещения остановочных полос, барьерных ограждений, средств сигнализации и других средств, обеспечивающих безопасность движения, а также для использования при чрезвычайных ситуациях.
1 Обочины могут быть необработанные (грунтовые) и укрепленные асфальто- и цементобетоном, местными материалами (щебнем, гравием, шлаком) или засевом трав.
2 Ширина обочин нормируется в зависимости от категории дороги.
3.13 дорожная одежда: Инженерное сооружение, расположенное на земляном полотне в пределах проезжей части дороги, состоящее из основания и покрытия, предназначенное для обеспечения круглогодичного, бесперебойного, безопасного и комфортного движения транспортных средств с заданными габаритами, нагрузками, интенсивностью и скоростями.
Примечание - При устройстве дорожной одежды экологическая нагрузка на окружающую среду должна не только сохраняться в пределах существующих нормативов, но и снижаться за счет использования побочных продуктов различных производств.
3.14 дорожная одежда нежесткая: Дорожная одежда, в которой используются материалы с расчетными значениями модулей упругости ниже 12000 МПа.
3.15 дорожная одежда жесткая: Дорожная одежда, в которой используются материалы с расчетными значениями модулей упругости 12000 МПа и выше.
3.16 срок службы дорожной одежды: Календарная продолжительность эксплуатации дорожной одежды от момента сдачи в эксплуатацию после завершения строительства или капитального ремонта до момента, когда хотя бы один из ее эксплуатационных показателей становится ниже установленных нормами пределов.
3.17 дорожная конструкция: Инженерное сооружение, включающее рабочий слой земляного полотна и дорожную одежду.
3.18 несущая способность: Свойство дорожной конструкции и ее слоев (основания дорожной одежды и рабочего слоя земляного полотна) сопротивляться воздействию нагрузок от транспортных средств, характеризующее их прочность.
3.19 основание дорожной одежды: Элемент дорожной одежды, расположенный непосредственно на рабочем слое земляного полотна в пределах проезжей части дороги и предназначенный для восприятия и перераспределения на подстилающий грунт давления от транспортных средств и собственного веса дорожной одежды до уровня, не вызывающего в грунте предельных напряжений, для чего основание должно обладать хорошей распределяющей способностью.
1 При наличии в рабочем слое земляного полотна пучинистых грунтов основание должно предохранять их от морозного пучения в течение всего срока службы дорожной одежды.
2 Слой основания, выполняющий функцию предохранения подстилающих грунтов от возникновения в них предельных напряжений, называется несущим.
3 Слой, выполняющий функцию предохранения пучинистых грунтов от морозного пучения, называется морозозащитным или теплоизоляционным слоем основания; при коэффициенте теплопроводности материала (в мерзлом состоянии) \lambda<0,6\text{Вт}/(\text{м } \cdot \text{К }) слой считается теплоизоляционным, при других значениях — морозозащитным.
4 При устройстве основания экологическая нагрузка на окружающую среду должна не только сохраняться в пределах существующих нормативов, но и снижаться за счет использования побочных продуктов различных производств.
3.20 пучинистый грунт: Грунт, который во влажном состоянии при замораживании увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения \text{е}_{fn} \geq 0,01 , ( \epsilon_{fn} = \frac{h_{o,f} - h_{o}}{h_{o}} , где hо,f — высота образца мерзлого грунта, см; hо — начальная высота образца талого грунта до замерзания, см).
3.21 пучение морозное: Процесс деформации вследствие увеличения объема грунта при промерзании, зависящий от свойств грунта, режима промерзания и условий увлажнения.
3.22 морозоустойчивость дорожной конструкции и отдельных ее слоев: Способность ограничивать морозное пучение до допустимых пределов.
3.23 покрытие дорожной одежды: Покрытие, расположенное на основании дорожной одежды и предназначенное для предохранения основания от непосредственного воздействия колес транспортных средств и увлажнения атмосферными осадками, чтобы основание могло выполнять свои функции в полном объеме в течение всего срока службы одежды.
1 Покрытие, как элемент дорожной одежды, должно способствовать осуществлению функций, возлагаемых на нее, в части круглогодичного, бесперебойного, безопасного и комфортного движения транспортных средств с заданными скоростями.
2 Покрытие весь период срока службы должно быть ровным и обеспечивать надежное сцепление с колесом транспортного средства в любую погоду.
3 Для сохранения продольной и поперечной ровности оно независимо от погодно-климатических факторов должно быть в течение всего срока службы сдвигоустойчивым, а для сохранения водонепроницаемости еще и трещиностойким.
3.24 сдвигоустойчивость: Свойство монолитного покрытия или других конструктивных слоев дорожной одежды противостоять сдвиговым нагрузкам, возникающим под воздействием транспортных средств.
3.25 трещиностойкость: Свойство монолитного покрытия или других конструктивных слоев дорожной одежды противостоять образованию трещин, возникающих под воздействием природно-климатических факторов и транспортных средств.
3.26 уплотняемость: Способность материалов увеличивать свою плотность под действием уплотняющей нагрузки.
3.27 срок службы покрытия дорожной одежды: Календарная продолжительность эксплуатации покрытия от момента сдачи в эксплуатацию после завершения строительства или ремонта до момента, когда оно перестает выполнять хотя бы одну функцию, на него возложенную.
3.28 проезжая часть: Элемент дороги, предназначенный для движения транспортных средств.
1 В зависимости от интенсивности движения проезжая часть может быть одно-, двух-, трех- и многополосной.
2 Ширина проезжей части измеряется между кромками покрытия, зависит от категории дороги и количества полос движения.
3.29 кромка проезжей части: Линия, отделяющая проезжую часть от обочины или разделительной полосы.
3.30 полоса движения: Продольная полоса проезжей части, по которой происходит движение транспортных средств в один ряд.
Примечание - Ширину полосы движения рассчитывают по ширине расчетного автомобиля с учетом зазоров безопасности, она нормируется в зависимости от категории дороги.
3.31 интенсивность движения: Количество автомобилей, проходящих через определенное сечение дороги в единицу времени (за сутки, авт./сут и (или) за один час, авт./ч).
4.1 Натуральный белитовый шлам и материалы, им обработанные, могут применяться во всех дорожно-климатических зонах при любых типах местности по условиям увлажнения на автомобильных дорогах всех категорий для устройства несущих, морозозащитных и других технологических слоев дорожных конструкций, используемых в качестве слоев основания дорожной одежды и земляного полотна или для устройства переходного покрытия согласно СП 34.13330.2012, а также укрепленных обочин.
4.2 Конструирование, расчет и строительство дорожных одежд со слоями из натурального белитового шлама и материалов, им обработанных, необходимо выполнять в соответствии с СП 34.13330.2012, СП 78.13330.2012, нормами [1], рекомендациями [2], а также положениями настоящего методического документа.
5 Проектирование монолитных оснований и покрытий
5.1 Требования к материалам дорожных одежд
5.1.1 Натуральный белитовый шлам содержит 30% — 85% белита (минерального вянущего вещества) и подразделяется в зависимости;
- от вида исходного сырья: на нефелиновый и бокситовый;
- активности: на высокоактивный, активный и слабоактивный;
- сроков хранения в отвале или на складе: на шлам текущего производства со сроком хранения не более одного года и шлам лежалый со сроком хранения свыше одного года.
5.1.2 Натуральный белитовый шлам текущего производства — это пескообразный продукт с модулем крупности 1,0 — 2,2, влажностью 15% — 30%, плотностью 2,7 — 3 т/м3, объемной насыпной массой 900 — 1200 кг/м3. При его заготовке в процессе складирования в нем могут образовываться агрегаты в результате уплотнения дорожно-строительной техникой и последующего длительного (до одного года) хранения.
Шлам текущего производства при использовании в качестве материала для устройства несущих, морозозащитных и технологических слоев дорожных конструкций в качестве слоев основания дорожной одежды и земляного полотна или для устройства покрытия переходного типа может содержать агрегаты размером до 120 мм. При его применении в качестве вяжущего размер таких агрегатов не должен превышать 20 мм. Во всех случаях содержание агрегатов в шламе текущего производства должно быть не более 25% по массе.
5.1.3 Натуральный лежалый белитовый шлам представляет собой монолитный материал с прочностью при сжатии до 6 МПа. Он содержит то же количество белита, имеет те же показатели влажности и плотности, что и натуральный белитовый шлам текущего производства. Натуральный лежалый белитовый шлам следует применять после рыхления и последующего дробления до размера агрегатов не более 120 мм в случае его использования в качестве материала для устройства несущих, морозозащитных и технологических слоев основания дорожной одежды и земляного полотна или покрытия переходного типа. При его применении в качестве самостоятельного вяжущего, при строительстве дорожных оснований и покрытий переходного типа из каменных материалов и грунтов, обработанных натуральным белитовым шламом, размер агрегатов шлама не должен превышать 20 мм.
5.1.4 Натуральный белитовый шлам в зависимости от активности должен отвечать требованиям, приведенным в таблице 1.
Классификация натурального белитового шлама по активности
| Показатель активности шлама | Предел прочности образцов при сжатии, МПа, после 90 сут нормального твердения |
|---|---|
| Высокоактивный (ВА) | Свыше 5,0 |
| Активный (А) | От 2,5 до 5,0 |
| Слабоактивный (СА) | Менее 2,5 |
Примечание - При определении активности образцы следует приготавливать из шлама оптимальной влажности и формовать под нагрузкой 15 МПа, при изготовлении образцов из натурального шлама (текущего производства и дробленого лежалого) необходимо использовать фракцию от 0 до 5 мм.
5.1.5 Натуральный белитовый шлам можно перевозить всеми видами транспорта, предназначенными для перевозки грузов навалом. Его допускается хранить на открытых площадках в буртах высотой до 2 м или ямах глубиной до 2 м с выполнением мероприятий, предотвращающих загрязнение шлама.
Натуральный белитовый шлам при естественной влажности не пылит. При влажности 4% — 15% становится слабопылящим. При этом попадание натурального белитового шлама на почву не угрожает ей загрязнением потенциально опасными элементами и их соединениями.
5.1.6 Для устройства дорожных оснований и покрытий переходного типа из каменных материалов и грунтов, обработанных натуральным белитовым шламом, следует применять щебеночные, гравийные и песчаные материалы, отвечающие требованиям ГОСТ 23558-94, а также все виды и разновидности крупнообломочных, песчаных и пылеватых грунтов в соответствии с классификацией, приведенной в ГОСТ 25100-2011, за исключением глин.
5.1.7 При строительстве щебеночных (гравийных) оснований и покрытий, обработанных натуральным белитовым шламом не на полную глубину способом перемешивания или пропитки (вдавливания), следует использовать каменные материалы, отвечающие требованиям ГОСТ 25607-2009. При этом морозостойкость щебня и гравия должна отвечать требованиям, приведенным в таблице 2.
Требуемая марка щебня (гравия) по морозостойкости
| Среднемесячная температура наиболее холодного месяца, °C | Марка щебня (гравия) по морозостойкости, не менее, для | |
| основания | покрытия | |
| От -15 до -30 | 25 | 50 |
| От -5 до -15 | 15 | 25 |
| От 0 до -5 | - | 15 |
Примечание — Климатические условия района эксплуатации дорожной одежды необходимо устанавливать по СП 131.13330.2012.
5.1.8 Каменные материалы и грунты, обработанные натуральным белитовым шламом, используемые для устройства оснований и покрытий во всех дорожно-климатических зонах на дорогах различных категорий, по показателям физико-механических свойств образцов после 90 сут нормального твердения должны отвечать требованиям ГОСТ 23558-94.
5.1.9 Морозостойкость натурального белитового шлама и обработанных им каменных материалов и грунтов не нормируется.
5.1.10 Натуральный белитовый шлам не токсичен, пожаробезопасен и взрывобезопасен. Удельная эффективная активность естественных радионуклидов Aэфф в шламе не превышает 370 Бк/кг и должна подтверждаться исследованиями в соответствующих центрах радиационной гигиены в установленном порядке.
5.2 Требования к конструкциям дорожных одежд
5.2.1 При конструировании дорожных одежд, устраиваемых с применением натурального белитового шлама, необходимо учитывать и максимально использовать следующие его специфические свойства:
- способность к омоноличиванию после уплотнения и набору высокой прочности;
- малую теплопроводность;
- подверженность истиранию и пылению при непосредственном воздействии колес автомобилей.
5.2.2 Покрытия переходного типа, устраиваемые с применением натурального белитового шлама, следует проектировать серповидного профиля с защитным слоем (слом износа) в виде поверхностной обработки.
5.2.3 С целью уменьшения притока воды в земляное полотно верхнюю часть основания, возводимого с использованием натурального белитового шлама, нужно укладывать на всю ширину земляного полотна. При этом толщина слоя на обочине должна быть не менее 10 см, а поверх слоя рекомендуется устраивать защитный слой из отходов камнедробления и местных материалов либо растительного грунта с последующим засевом трав.
5.2.4 При проектировании мероприятий по осушению дорожных конструкций необходимо учитывать, что применение натурального белитового шлама в дорожной одежде позволяет уменьшить расчетный приток воды в дорожную конструкцию во II и III дорожно-климатических зонах на 40%, а при укладке его на обочину (материалов, им обработанных) или при устройстве других водонепроницаемых обочин еще на 20% при 1-м типе местности по условиям увлажнения, на 15% при 2-м типе и на 12% при 3-м типе.
5.2.5 При расчете дорожных конструкций на морозоустойчивость величину коэффициента теплопроводности \lambda следует принимать:
- для бокситового шлама 0,65 Вт/(м·К) в мерзлом состоянии и 0,55 Вт/(м·К) в талом;
- нефелинового шлама 0,6 Вт/(м·К) в мерзлом и 0,5 Вт/(м·К) в талом состоянии.
5.2.6 Толщина слоев дорожных одежд из натурального белитового шлама должна быть не менее 15 см. Для покрытий серповидного профиля это ограничение распространяется на толщину покрытия в пределах проезжей части.
5.2.7 При проектировании щебеночных (гравийных) оснований и покрытий, обработанных натуральным белитовым шламом не на полную глубину, толщину обработанной части следует принимать при обработке способом:
- перемешивания — не более 15 см;
- пропитки (вдавливания) с использованием кулачкового катка — не более 18 см, виброкатка или на пневмошинах — не более 7 см.
При этом толщина обработанной части гравийных оснований и покрытий должна быть не менее 0,5 от общей толщины слоя.
5.2.8 Для предотвращения появления отраженных трещин на асфальтобетонных покрытиях, укладываемых на основания из натурального белитового активного и высокоактивного шлама, каменных материалов и песков, обработанных белитовым шламом марок 60 — 100, необходимо устраивать между покрытием и основанием трещинопрерывающую прослойку толщиной 4 — 6 см из щебня размером зерен 20 — 40 мм, которая наполовину втапливается в слой основания. Такая же прослойка, но уже как технологический слой, укладывается на слой из шлама, имеющего модуль крупности менее двух.
5.2.9 Рекомендуемые конструкции дорожных одежд для автомобильных дорог различных категорий приведены на рисунке 1.
а — дороги I — III категорий; б — дороги III — V категорий; 1 — цементобетон; 2 — щебеночно-мастичный асфальтобетон по ГОСТ 31015-2002; 3 — шероховатая поверхностная обработка; 4 — натуральный высокоактивный или активный белитовый шлам с втопленным щебнем; 5 — укрепленные натуральным белитовым шламом щебеночно-гравийно-песчаные смеси, соответствующие маркам 20, 40, 60, 75, 100; 6 — натуральный слабоактивный белитовый шлам с втопленным щебнем; 7 — укрепленные натуральным белитовым шламом пески гравелистые, крупные, средние, мелкие и пылеватые, соответствующие маркам 20 и 40, глинистые грунты
Рисунок 1 — Рекомендуемые конструкции дорожных одежд
Предложенные конструкции обладают:
- повышенным сроком службы, в связи с тем что натуральный белитовый шлам обеспечивает непрерывное повышение жесткости основания за счет постоянного роста прочности слоев, устраиваемых с его применением;
- сдвигоустойчивостью, поскольку все слои основания из натурального белитового шлама и материалов, им обработанных, являются монолитными с высокой жесткостью, не снижающейся при высоких летних температурах, а покрытия либо монолитные (цементобетонные), либо небольшой толщины и обладающие повышенной сдвигоустойчивостью (ЩМА) за счет увеличенного количества дробленых зерен и содержания армирующих волокон;
- повышенной морозоустойчивостью, в связи с тем что слои из натурального белитового шлама при оптимальной влажности в мерзлом состоянии имеют коэффициент теплопроводности почти в 3 раза ниже, чем традиционные морозозащитные слои из песка или каменного материала;
- увеличенной трещиноустойчивостью за счет устройства поверх монолитных слоев из натурального белитового шлама трещинопрерывающих прослоек из щебня, частично втопленного в слой шлама, и трещиноустойчивых покрытий в виде ЩМА;
- повышенной экологичностью дорожных одежд за счет сокращения потребления природных каменных материалов, следовательно, уменьшения нагрузки на окружающую среду, происходящей в результате нарушения экосистемы при разработке песчаных и каменных карьеров, путем использования побочных продуктов производства (белитовых шламов).
5.2.10 С целью повышения надежности дорожных конструкций при расчете нежестких дорожных одежд слой из ЩМА, как и слой из шероховатой поверхностной обработки в расчете на прочность, не учитывается.
5.2.11 Расчет нежестких дорожных одежд осуществляется в соответствии с требованиями норм [1], а жестких дорожных одежд — методических рекомендаций [2]. Особенность этих расчетов состоит в том, что при их выполнении учитывается продолжающееся в процессе эксплуатации дороги самоупрочнение слоев дорожной одежды, устраиваемых с применением натурального белитового шлама. При этом расчет можно производить:
- по сроку службы дорожной одежды с сохранением проектной толщины самоупрочняющегося слоя (вариант 1);
- толщине самоупрочняющегося слоя с сохранением проектного срока службы (вариант 2).
5.2.12 При расчете по варианту 1 эффект от применения натурального белитового шлама будет складываться в основном за счет снижения эксплуатационных затрат в результате увеличения срока службы дорожной конструкции вследствие ее упрочнения в процессе эксплуатации дороги.
5.2.13 При расчете по варианту 2 эффект от использования натурального белитового шлама будет получаться в основном от снижения строительных затрат, достигаемых в результате уменьшения проектной толщины слоя, применения увеличенных на коэффициент самоупрочнения расчетных характеристик, представленных в подразделе 5.3.
5.2.14 При расчете нежесткой дорожной одежды по варианту 1 прогнозируемый срок службы дорожной конструкции рассчитывается в такой последовательности.
1. По формуле (3.8) норм [1] определяется коэффициент суммирования Кс для проектного срока службы конструкции Tсл и проектного показателя изменения интенсивности движения q
K_{c} = \frac{q^{T_{\text{сл}}} - 1}{q - 1} . (1)
2. По формуле (3.7) норм [1] по приведенной интенсивности движения на последний год службы Nр рассчитывается суммарное расчетное число приложений приведенной расчетной нагрузки \sum N_{p} за срок службы конструкции
\sum N_{p} = \frac{0,7 \cdot N_{p} \cdot T_{\text{рдг}} \cdot k_{n} \cdot K_{c}}{q^{(T_{\text{сл}} - 1)}} , (2)
где Tрдг — расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции (определяемое в соответствии с приложением 6 норм [1]);
kn — коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения транспортных средств от среднего ожидаемого (назначается по таблице 3.3 норм [1]).
3. По формуле (3.10) норм [1] для заданных условий определяется минимальный требуемый общий модуль \text{Е}_{\text{тр}}^{min} конструкции
\text{Е}_{\text{тр}}^{min} = 98,65 \cdot [lg(\sum N_{p}) - c], (3)
где c — эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки на ось 100 кН — 3,55; 110 кН — 3,25; 130 кН — 3,05.
4. С учетом требований пункта 5.2.11 рассчитывается общий модуль упругости Eобщ на поверхности основания
E_{\text{общ}} = \text{Е}_{\text{тр}}^{min} \cdot K_{\text{пр}}^{\text{у}}, (4)
где K_{\text{пр}}^{\text{у}} — требуемый коэффициент запаса прочности дорожной одежды, назначаемый по таблице 3.1 норм [1].
5. Используя значение Eобщ, проектное значение модуля упругости рабочего слоя земляного полотна Eгр, найденное по рисунку 3.1 норм [1], и расчетное значение модуля упругости основания Eо, приведенное в таблице 3 настоящего методического документа, определяется требуемая его толщина hр.
6. Рассчитывается прогнозируемый модуль упругости материала основания Eоt по формуле
\text{Е}_{ot} = E_{o} \cdot \alpha, (5)
где \alpha — коэффициент самоупрочнения.
7. Используя значения прогнозируемого модуля упругости материала основания Eоt, проектного модуля упругости рабочего слоя земляного полотна Eгр и проектную толщину слоя hо, по рисунку 3.1 норм [1] определяется прогнозируемый после его самоупрочнения общий модуль упругости дорожной конструкции \text{Е}_{\text{тр}}^{mint} .
8. Для полученного значения \text{Е}_{\text{тр}}^{mint} рассчитывается минимальный требуемый модуль упругости по формуле
\text{Е}_{\text{тр}}^{mint} = \frac{\text{Е}_{\text{общ}}}{K_{\text{пр}}^{\text{у}}} . (6)
9. Для полученного значения \text{Е}_{\text{тр}}^{mint} , используя формулу (3.10) норм [1], находится прогнозируемое суммарное расчетное число приложений приведенной расчетной нагрузки \sum N_{p}^{t} за прогнозируемый срок службы конструкции T_{\text{сл}}^{t} по формуле
\sum N_{p}^{t} = 10^{(\text{Е}_{\text{тр}}^{mint}/98,65) + \text{с}}. (7)
10. Исходя из зависимости N_{p} = N_{1} \cdot q^{T_{\text{сл}} - 1} , рассчитывается приведенная интенсивность движения в первый год службы конструкции N1 по формуле
N_{1} = \frac{N_{p}}{q^{T_{\text{сл}} - 1}} . (8)
11. Используя формулу (3.7) норм [1] и зависимость N_{p} = N_{1} \cdot q^{T_{\text{сл}} - 1} , определяется прогнозируемый коэффициент суммирования K_{c}^{t} для прогнозируемого срока службы конструкции T_{\text{сл}}^{t} и проектного показателя изменения интенсивности движения q по формуле
K_{c}^{t} = \frac{\sum N_{p}^{t}}{0,7 \cdot N_{1} \cdot T_{\text{рдг}} \cdot k_{n}} . (9)
12. По формуле (3.8) норм [1] рассчитывается прогнозируемый срок службы дорожной конструкции
T_{\text{сл}}^{t} = \frac{lg(K_{c}^{t} \cdot (q - 1) + 1)}{lgq} . (10)
Полученный срок службы рассчитанной конструкции с натуральным белитовым шламом используется при технико-экономическом обосновании данного варианта.
5.2.15 При расчете нежесткой дорожной одежды по варианту 2 требуемая толщина слоя основания hо2 определяется в следующей последовательности.
1. Рассчитывается прогнозируемый модуль упругости несущего слоя основания E_{o}^{t} по формуле (5), используя расчетное значение Eо и коэффициент самоупрочнения \alpha , приведенные в подразделе 5.3.
2. Принимая данное значение за расчетную величину слоя и используя проектные значения Eобщ, а также величину модуля упругости рабочего слоя земляного полотна Eгр, найденную по рисунку 3.1 норм [1], определяется требуемая толщина hо2.
3. Учитывая, что принятая в расчете конструкции прогнозируемая величина модуля упругости слоя основания будет достигнута только через несколько лет после начала эксплуатации конструкции, рассчитанная толщина несущего слоя hо2 проверяется на способность конструкции с такой толщиной слоя пропускать проектное количество расчетных автомобилей Nр за проектный срок службы Tсл.
4. Проверка начинается с расчета общего модуля упругости Eобщ2 при найденных значениях hо2, Eо и Eгр.
5. Определяется минимальный требуемый модуль упругости конструкции по формуле (6).
6. Для полученного значения \text{Е}_{\text{тр}2}^{min} по формуле (7) рассчитывается возможное суммарное расчетное число приложений приведенной расчетной нагрузки \sum N_{p2} .
7. По этому значению \sum N_{p2} и с учетом проектного количества автомобилей в первый год эксплуатации N1 по формуле (9) находится коэффициент суммирования Kс2.
8. Используя формулу (10), рассчитывается возможный срок службы дорожной конструкции.
9. Исходя из полученной величины срока службы определяется коэффициент самоупрочнения модуля упругости несущего слоя, обработанного натуральным белитовым шламом, после эксплуатации в течение T_{\text{сл}}^{2} по следующей формуле:
\alpha_{2} = 0,3642 \cdot ln(T_{\text{сл}}^{2}) + 1,37. (11)
10. По формуле (5) рассчитывается модуль упругости слоя из ЩПС, обработанной шламом, после самоупрочнения в течение T_{\text{сл}}^{2} .
11. Принимая Eо2 за расчетную величину слоя по рисунку 3.1 норм [1], находится общий модуль упругости конструкции Eобщ2 для hо2 и проектной величины модуля упругости рабочего слоя земляного полотна Eгр.
12. Если Eобщ2 >= Eобщ, то hо2 сохраняется как проектная величина. Если Eобщ2 < Eобщ, то значение hо2 увеличивается до такого значения, пока не будет достигнуто равенство Eобщ2 = Eобщ.
Рассчитанная величина hо2 используется при технико-экономическом обосновании вариантов дорожной одежды.
5.2.16 При расчете жесткой дорожной одежды по варианту 1 прогнозируемый срок службы дорожной конструкции находится в следующей последовательности.
1. По формуле (1) рассчитывается коэффициент суммирования Kс для проектного срока службы конструкции Tсл и проектного показателя изменения интенсивности движения q.
2. По формуле (2) для заданных условий строительства и при проектном значении приведенной интенсивности движения на последний срок службы Nр определяется суммарное число приложений приведенной расчетной нагрузки \sum N_{p} за срок службы конструкции.
3. По формуле (3.8) рекомендаций [2] находится коэффициент усталости цементобетона при рассчитанной величине приложения приведенной расчетной нагрузки
K_{y} = 1,08 \cdot (\sum N_{p})^{- 0,063}. (12)
4. По формуле (3.7) рекомендаций [2] определяется расчетное сопротивление цементобетона на растяжение при изгибе
R_{\text{ри}}^{\text{рас}} = B_{tb} \cdot K_{\text{нп}} \cdot K_{y} \cdot K_{F}, (13)
где Btb — класс цементобетона на растяжение при изгибе;
Kнп — коэффициент набора прочности цементобетона;
Kу — коэффициент усталости цементобетона при повторном нагружении;
KF — коэффициент, учитывающий воздействие попеременного замораживания и оттаивания.
5. Для проектного коэффициента прочности рассчитывается допустимая величина напряжения при изгибе в плите покрытия по формуле
\sigma_{pt} = \frac{R_{\text{ри}}^{\text{рас}}}{K_{\text{пр}}} . (14)
6. По формуле (П.2.3) приложения 2 рекомендаций [2] рассчитывается номинальная динамическая нагрузка по формуле
где Q — проектная расчетная нагрузка, кН;
Kдин — динамический коэффициент.
7. По формуле (3.10) рекомендаций [2] находится радиус отпечатка колеса R, см
R = (\frac{Q}{0,1} \cdot \pi \cdot \rho_{\text{ш}})^{0,5}, (16)
где \rho_{\text{ш}} — давление в шинах, МПа.
8. По формуле (3.9) рекомендаций [2] определяется \sigma_{pt} для различных значений толщины слоя h и упругой характеристики плиты покрытия Lу при рассчитанном радиусе отпечатка колеса и проектном значении коэффициента, учитывающего влияние температурного коробления плиты покрытия Kt. Результаты расчетов оформляются в виде таблицы.
9. Назначается материал для основания дорожной одежды и по таблице 4 настоящего методического документа определяются его модуль упругости Eо и коэффициент самоупрочнения \alpha .
10. По формуле (5) рассчитывается прогнозируемый модуль упругости основания Eоt.
11. При полученном значении Eоt, проектном значении модуля упругости грунта рабочего слоя земляного полотна Eгр и минимально допустимой толщине основания hо = 15 см по формуле (3.12) рекомендаций [2] рассчитывается \text{Е}_{\text{о}}^{\text{э}} .
12. Зная значение \text{Е}_{\text{о}}^{\text{э}} , по формуле (3.11) рекомендаций [2] находится Lу при толщине h = 16 см.
13. Используя полученное значение Lу, по таблице, составленной по результатам расчетов, выполненных в последовательности расчета 8 настоящего пункта, определяется минимальная толщина плиты покрытия, при которой напряжение при изгибе в ней будет соответствовать допустимому его значению, рассчитанному в последовательности 5.
14. Для значений Eо (последовательность 5), проектного значения модуля упругости грунта рабочего слоя земляного полотна Eгр и \text{Е}_{\text{о}}^{\text{э}} (последовательность 11) по формуле (3.12) рекомендаций [2] путем расчета определяется требуемая толщина основания hо.
15. По полученному значению hо, Eгр и Eоt (последовательность 10) по формуле (3.12) рекомендаций [2] рассчитывается \text{Е}_{\text{о}t}^{\text{э}} .
16. Для этого значения \text{Е}_{\text{о}t}^{\text{э}} и толщины плиты покрытия (последовательность 13) по формуле (3.11) рекомендаций [2] находится Lу.
17. Для полученного значения упругой характеристики плиты покрытия и ее толщины (последовательность 13) по таблице, составленной по результатам расчетов, выполненных в последовательности 8, рассчитывается величина напряжения при изгибе в плите покрытия \sigma_{pt} .
18. По формуле (14) для проектного коэффициента прочности Kпр определяется расчетное сопротивление цементобетона на растяжение при изгибе R_{\text{ри}}^{\text{рас}} .
19. По формуле (3.14) рекомендаций [2] рассчитывается коэффициент усталости цементобетона
K_{y} = \frac{\sigma_{pt} \cdot K_{\text{п}p}}{B_{tb} \cdot K_{\text{нп}} \cdot K_{F}} . (17)
20. Используя формулу (3.8) рекомендаций [2], определяется суммарное расчетное число приложений приведенной нагрузки по формуле
\sum N_{p} = (\frac{1,08}{K_{y}})^{1/0,063}. (18)
21. По формуле (9) рассчитывается коэффициент суммирования.
22. По формуле (10) находится прогнозируемый срок службы конструкции.
Полученный срок службы рассчитанной конструкции с натуральным белитовым шламом используется при технико-экономическом обосновании данного варианта дорожной конструкции.
5.2.17 При расчете жесткой дорожной одежды по варианту 2 требуемая толщина слоя основания hо2 рассчитывается в следующей последовательности.
1. По формуле (1) определяется коэффициент суммирования Kс.
2. По формуле (2) для заданных условий строительства и проектного значения приведенной интенсивности движения на последний срок службы Nр рассчитывается суммарное число приложений приведенной расчетной нагрузки \sum N_{p} за срок службы конструкции.
3. По формуле (12) находится коэффициент усталости цементобетона Kу при рассчитанной величине приложения приведенной расчетной нагрузки \sum N_{p} .
4. По формуле (13) определяется расчетное сопротивление цементобетона на растяжение при изгибе.
5. По формуле (14) для проектного коэффициента прочности Kпр рассчитывается допустимая величина напряжения при изгибе в плите покрытия \sigma_{pt} .
6. По формуле (15) определяется номинальная, динамическая нагрузка Q.
7. По формуле (16) рассчитывается радиус отпечатка колеса R.
8. По формуле (3.9) рекомендаций [2] находится \sigma_{pt} для различных значений h и Lу при найденном R и проектном значении коэффициента, учитывающего влияние температурного коробления плиты покрытия Kt. Результаты расчетов оформляются в виде таблицы.
9. Назначается материал для основания дорожной одежды, по таблице 4 определяются его модуль упругости Eо и коэффициент самоупрочнения \alpha .
10. По формуле (5) для выбранного материала рассчитывается модуль упругости после самоупрочнения Eоt.
11. По таблице, полученной в последовательности 8, для принятой толщины покрытия h в последовательности 13 первого варианта и допустимого напряжения на растяжение при изгибе \sigma_{pt} , найденного в последовательности 5, определяется упругая характеристика плиты покрытия Lу.
12. Используя формулу (3.11) рекомендаций [2], находится эквивалентный модуль упругости на поверхности основания по формуле
E_{\text{о}}^{\text{э}} = h^{3} \cdot (\frac{E \cdot (1 - \mu_{o}^{2})}{6 \cdot L_{y}^{3} \cdot (1 - \mu^{2})}), (19)
где \mu и \mu_{o} — коэффициент Пуассона соответственно цементобетонного покрытия и основания дорожной одежды.
13. Принимая полученное значение E_{\text{о}}^{\text{э}} за проектное и используя формулу (3.12) рекомендаций [2], путем расчета определяется минимальная толщина слоя основания hо2 для значения Eоt, найденного в последовательности 10, и проектного модуля упругости грунта рабочего слоя земляного полотна Eгр.
14. Учитывая, что принятая в расчете конструкции прогнозируемая величина модуля упругости слоя основания Eоt будет достигнута только через несколько лет после начала ее эксплуатации, принятая толщина несущего слоя hо2 проверяется на способность конструкции пропускать проектное количество расчетных автомобилей \sum N_{p} за проектный срок службы Tсл. Проверка начинается с определения эквивалентного модуля упругости основания E_{\text{о}2}^{\text{э}} по формуле (3.12) рекомендаций [2] для проектных значений Eо (последовательность 9), Eгр и hо2.
15. По формуле (3.11) рекомендаций [2] рассчитывается упругая характеристика плиты покрытия Lу.
16. По таблице (последовательность 8) определяется величина допустимого напряжения на растяжение при изгибе в плите покрытия \sigma_{pt} для найденного значения Lу и проектной толщины покрытия h.
17. Принимая R_{\text{ри}}^{\text{рас}} = K_{\text{пр}} \cdot \sigma_{pt} и используя формулу (3.7) рекомендаций [2], находится коэффициент усталости цементобетона плиты покрытия Kу.
18. По формуле (18) рассчитывается суммарное число приложений приведенной расчетной нагрузки, которое может выдержать дорожная одежда с толщиной основания, равной hо2.
19. По формуле (9) определяется прогнозируемый коэффициент суммирования K_{c}^{t} .
20. По формуле (10) рассчитывается прогнозируемый срок службы конструкции T_{c\text{л}}^{t} .
21. Исходя из полученной величины срока службы T_{c\text{л}}^{t} , находится коэффициент самоупрочнения \alpha модуля упругости слоя основания.
22. Используя полученное значение \alpha по формуле (11), рассчитывается модуль упругости слоя основания Eоt.
23. По формуле (3.12) рекомендаций [2] определяется эквивалентный модуль упругости основания E_{\text{о}t}^{\text{э}} при hоt, рассчитанной в последовательности 13, проектном значении модуля упругости рабочего слоя земляного полотна и полученном значении Eоt.
Если полученная величина общего модуля упругости конструкции окажется равной или больше проектного значения E_{\text{о}}^{\text{э}} , рассчитанного в последовательности 12, то толщина основания hо2, определенная в последовательности 13, принимается за проектную толщину. Если E_{\text{о}t}^{\text{э}} окажется меньше E_{\text{о}}^{\text{э}} , то по формуле (3.12) рекомендаций [2] путем расчета находится новая толщина основания hо2, значение которой будет соответствовать значению E_{\text{о}t}^{\text{э}} при проектном значении модуля упругости грунта рабочего слоя земляного полотна Eгр и рассчитанном значении Eоt.
5.3 Расчетные характеристики материалов
5.3.1 Расчетные значения модуля упругости (статического) и коэффициента самоупрочнения натурального белитового шлама в зависимости от его активности следует принимать согласно таблице 3.
Расчетные характеристики натурального белитового шлама
| Натуральный белитовый шлам | Расчетные характеристики | |
| Модуль упругости, МПа | Коэффициент самоупрочнения | |
| Высокоактивный | 1250 | 2,0 |
| Активный | 870 | 1,7 |
| Слабоактивный | 450 | 1,4 |
5.3.2 Расчетные значения модуля упругости (статического) и коэффициента самоупрочнения для материалов, укрепленных натуральным высокоактивным белитовым шламом, следует принимать согласно таблице 4.
Расчетные характеристики материалов, укрепленных натуральным высокоактивным белитовым шламом
Примечание - При использовании натурального активного белитового шлама значения модуля упругости следует уменьшать на 30%, коэффициента самоупрочнения — на 15%.
5.3.3 Расчетные значения модуля упругости материала щебеночного или гравийного основания и покрытия, обработанного не на полную глубину натуральным высокоактивным белитовым шламом, следует принимать в зависимости от глубины обработки и вида обрабатываемого каменного материала по таблице 5.
Расчетные характеристики материалов основания и покрытия, обработанных в верхней части натуральным высокоактивным белитовым шламом
1 При применении активного шлама модуль упругости следует уменьшать на 30%, а коэффициент упрочнения — на 15%.
2 Большие значения модуля упругости следует принимать при обработке щебня карбонатных пород марки 600 и выше, меньшие — щебня прочих пород всех марок и карбонатных пород марки ниже 600.
5.3.4 Расчетные значения модуля упругости глинистых грунтов, обработанных натуральным высокоактивным белитовым шламом в количестве 25% — 30%, принимают в пределах 80 — 100 МПа, а прочности на растяжение при изгибе — 0,03 — 0,06 МПа.
При расходе такого шлама свыше 30% до 35% расчетные значения указанных характеристик принимают соответственно 110 — 155 МПа и 0,07 — 0,13 МПа. При этом бульшие значения используют при обработке супесей, меньшие — суглинков. При использовании натурального активного белитового шлама расчетные характеристики уменьшают на 30%.
5.4 Проектирование состава смесей
5.4.1 Проектирование состава натурального белитового шлама, применяемого в качестве материала монолитных слоев дорожных конструкций, заключается в определении его оптимальной влажности, которая обычно находится в пределах 16% — 25% по массе и соответствует максимальному влагосодержанию белитового шлама, уплотненного под давлением 15 МПа, определяемому лабораторным подбором. При этом первоначальное значение влажности такого шлама следует принимать равным 15% по массе и затем последовательно увеличивать его на 2%, 4% и так далее до выдавливания воды из уплотняемого шлама.
Для нахождения оптимальной влажности на приборе стандартного уплотнения по ГОСТ 22733-2016 необходимо определять его плотность во влажном и сухом состоянии. Полученное значение плотности сухого натурального белитового шлама следует принимать за стандартную плотность и использовать его при контроле коэффициента уплотнения на дороге. Ориентировочно это значение находится в пределах 1700 — 1900 кг/м3.
5.4.2 При проектировании составов смесей каменных материалов и грунтов, обработанных натуральным белитовым шламом, расход шлама и влажность смеси рекомендуется ориентировочно принимать в соответствии с данными, приведенными в таблице 6.
Ориентировочный расход натурального белитового шлама и оптимальная влажность смесей из материалов, обработанных этим шламом
1 Меньшая дозировка дана для натурального белитового высокоактивного шлама, бульшая — для активного.
2 Меньшие значения влажности приведены для меньшей дозировки шлама, бульшие — для большей дозировки.
Приведенные в таблице 6 значения рекомендуется уточнять при лабораторном подборе составов смесей и определении показателей физико-механических свойств образцов из материалов, обработанных натуральным белитовым шламом, согласно требованиям ГОСТ 23558-94.
5.4.3 Расход натурального белитового шлама, необходимый для обработки щебеночных (гравийных) оснований и покрытий в верхней части, следует назначать в зависимости от требуемой толщины обрабатываемой части слоя и уточнять опытным путем в начале производства работ.
Ориентировочно расход шлама G, т/м2, можно определять по формулам:
G = \frac{P_{d} \cdot h \cdot K_{p}}{K_{p} + 1,325} ; (20)
G = \frac{P_{d} \cdot h \cdot K_{p}}{K_{p} + 2,55} , (21)
где Pd — максимальная плотность натурального белитового шлама, уплотненного при оптимальной влажности, т/м3;
h — толщина обработанной части слоя, м;
Kр — коэффициент раздвижки зерен, который следует принимать равным 1,05 при содержании в щебне (гравии) зерен более мелких, чем принятый размер применяемой фракции (смеси фракций), в количестве менее 10% по массе и равным 1,35 при содержании таких зерен 10% — 20% по массе.
6 Строительство монолитных оснований и покрытий
6.1 Основания и покрытия из натурального белитового шлама
6.1.1 Технологический процесс устройства оснований и покрытий из натурального белитового шлама при температуре воздуха не ниже 0 °C состоит из следующих операций:
- вывоза на подготовленное земляное полотно или слой дорожной одежды;
- распределения по поверхности нижележащего слоя или земляного полотна;
- увлажнения до оптимальной влажности (в случае необходимости);
- планировки слоя из шлама;
- прикатки;
- устройства технологического и защитного слоя путем вывоза и распределения щебня по поверхности шламового слоя;
- увлажнения поверхности основания (покрытия);
- уплотнения основания (покрытия);
- ухода за основанием (покрытием).
6.1.2 Земляное полотно или слой дорожной одежды, на который укладывают натуральный белитовый шлам, должны отвечать требованиям СП 34.13330.2012 и СП 78.13330.2012.
6.1.3 Распределение шлама по нижележащему слою или земляному полотну следует осуществлять асфальтоукладчиком или щебнераспределителем. Допускается для этих целей использовать бульдозер или автогрейдер.
При применении белитового шлама, не отвечающего требованиям пункта 5.1.2 по содержанию и размеру схватившихся комьев, для их размельчения используют кулачковый каток. Неподдающиеся размельчению комья размером более 2/3 от проектной толщины укладываемого слоя необходимо удалить.
Толщину распределяемого слоя натурального белитового шлама следует назначать с учетом коэффициента запаса на уплотнение, который рекомендуется принимать в пределах 1,35 — 1,5 и уточнять по результатам пробного уплотнения.
Продолжительность разрыва во времени между вывозом шлама на дорогу и его распределением по нижележащему слою или земляному полотну не регламентируется при условии исключения наезда транспортных средств на слой из шлама и его загрязнения.
6.1.4 Увлажнение натурального белитового шлама до оптимальной влажности следует производить с помощью поливомоечной машины с установкой сопел, обеспечивающих отвесное падение струй воды. Отклонения влажности шлама от оптимальной по толщине и площади слоя допускаются не более 1% в меньшую сторону и 2% в большую.
6.1.5 Планировку шламового слоя следует выполнять профилировщиком или автогрейдером непосредственно после распределения и увлажнения шлама.
6.1.6 Прикатку слоя из натурального белитового шлама необходимо производить, как правило, катками на пневматических шинах массой 16 т и более за 2 — 3 прохода по одному следу.
6.1.7 При устройстве трещинопрерывающей прослойки и защитного (технологического) слоя на основании (покрытии) из натурального белитового шлама по прикатанному шламу с плотностью не более 0,8 от стандартной следует распределять щебень размером зерен 20 — 40 мм слоем толщиной 4 — 6 см. Россыпь щебня необходимо производить с помощью профилировщика, распределителя, асфальтоукладчика или автогрейдера. После увлажнения щебня поливомоечной машиной из расчета 1 — 1,5 л/м2 надлежит сразу же приступать к уплотнению основания (покрытия).
6.1.8 Уплотнение основания (покрытия) необходимо осуществлять катками на пневматических шинах массой 16 т и более ориентировочно за 12 — 16 проходов по одному следу. Количество проходов следует уточнять по результатам пробного уплотнения в начале производства работ. Уплотнение рекомендуется начинать от краев к середине с перекрытием следа предыдущего прохода катка не менее чем на 20 см. Плотность шлама после уплотнения должна быть не менее 0,98 от стандартной.
6.1.9 При толщине основания 18 см и более для обеспечения качественного уплотнения по всей ширине рекомендуется до его начала устраивать с краев основания упорные грунтовые валики и уплотнение основания начинать с них.
При устройстве упорных валиков в задел во избежание переувлажнения земляного полотна атмосферными осадками задел не должен превышать одну — три захватки.
6.1.10 В сухую погоду во избежание высыхания поверхности слоя из шлама необходимо осуществлять поливку его водой не реже 1 раза в сутки при расходе 1,5 — 2 л/м2.
6.1.11 При устройстве покрытия из натурального белитового шлама дорожной одежды переходного типа после его уплотнения необходимо выполнять поверхностную обработку согласно СП 78.13330.2012.
6.1.12 Защитный слой на покрытии из натурального белитового шлама дорожной одежды низшего типа, а также на обочинах, укрепленных таким шламом, следует устраивать путем вывоза и распределения на слой шлама дресвы, или отходов камнедробления, или песка и тому подобных материалов слоем толщиной 3 — 5 см, увлажнения его до оптимальной влажности и укатки гладковальцовым катком за 3 — 5 проходов по одному следу. Работы по устройству защитного слоя рекомендуется выполнять непосредственно после уплотнения слоя из шлама до степени не более 0,8 от стандартной плотности.
6.1.13 По уплотненному слою из натурального белитового шлама разрешается сразу же открывать движение транспортных средств (кроме гусеничных) с условием ограничения скорости до 20 км/ч и регулирования движения по всей ширине слоя или устраивать вышележащий слой дорожной одежды.
6.1.14 Слой основания из натурального белитового шлама до устройства по нему вышележащего слоя дорожной одежды допускается эксплуатировать в качестве временного покрытия. При этом по нему в обязательном порядке должен быть устроен защитный слой в соответствии с пунктом 5.1.7. В случае нарушения ровности основания в результате движения транспортных средств перед устройством вышележащего слоя дорожной конструкции шламовый слой следует увлажнить до влажности на 1% — 3% выше оптимальной, с помощью автогрейдера исправить неровности и уплотнить катками на пневматических шинах. Значительные углубления необходимо заполнить натуральным белитовым шламом оптимальной влажности и уплотнить.
6.2 Основания и покрытия из каменных материалов и грунтов, обработанных натуральным белитовым шламом
6.2.1 Основания и покрытия из каменных материалов и грунтов, обработанных натуральным белитовым шламом, следует укладывать при температуре воздуха не ниже 0 °C.
6.2.2 Их устройство рекомендуется осуществлять способами смешения в установке или на дороге.
6.2.3 Технологический процесс устройства оснований и покрытий способом смешения в установке состоит из следующих операций:
- приготовления смеси;
- вывоза ее на подготовленное земляное полотно или нижележащий слой дорожной одежды;
- распределения и планировки смеси;
- уплотнения слоя;
- ухода за уложенным слоем.
Работы по приготовлению смеси в установке и ее укладке следует выполнять согласно требованиям СП 78.13330.2012 и нижеследующим положениям.
6.2.4 Приготовление смесей рекомендуется производить в смесительных установках принудительного перемешивания. При использовании установок типа ДС-50А они должны быть оснащены дополнительным узлом подачи натурального белитового шлама.
6.2.5 Продолжительность транспортирования готовой смеси к месту производства работ не регламентируется.
6.2.6 Распределение и планировку вывезенной смеси к месту производства работ следует выполнять распределителем, профилировщиком, асфальтоукладчиком или автогрейдером не позднее двух суток после ее приготовления.
6.2.7 Уплотнение слоя необходимо производить непосредственно после окончания планировки смеси в соответствии с требованиями пункта 6.1.8.
6.2.8 Технологический процесс устройства оснований и покрытий способом смешения на дороге состоит из следующих операций:
- вывоза каменного материала или грунта на подготовленное земляное полотно или нижележащий слой дорожной одежды;
- распределения его по ширине слоя распределителем, профилировщиком или автогрейдером с прикаткой слоя за 2 — 4 прохода по одному следу катка на пневматических шинах массой 16 т и более;
- вывоза натурального белитового шлама и его распределения по слою каменного материала (грунта);
- перемешивания каменного материала или грунта со шламом ресайклером типа WR 2500 за 1 — 2 прохода по одному следу с одновременным увлажнением смеси через распределительную систему (перемешивание может производиться с помощью автогрейдера);
- планировки смеси профилировщиком или автогрейдером;
- уплотнения слоя в соответствии с требованиями пункта 6.1.8.
6.2.9 Стыковку смежных участков укладки смеси следует осуществлять в соответствии с требованиями СП 78.13330.2012.
6.2.10 Движение транспортных средств по устроенному основанию или покрытию из каменных материалов и грунтов, обработанных натуральным белитовым шламом, рекомендуется открывать согласно указаниям пунктов 6.1.12 и 6.1.13, уход за ними необходимо осуществлять в соответствии с требованиями СП 78.13330.2012 и пункта 6.1.10.
6.2.11 На покрытиях из каменных материалов, обработанных натуральным белитовым шламом, дорожных одежд переходного типа следует устраивать шероховатую поверхностную обработку в соответствии с требованиями СП 78.13330.2012. На покрытиях из грунтов и каменных материалов, обработанных натуральным белитовым шламом, дорожных одежд низшего типа, а также на укрепленных обочинах необходимо устраивать защитный слой согласно пункту 6.1.12.
6.2.12 Укрепленные обочины из каменных материалов или грунтов, обработанных натуральным белитовым шламом, следует возводить в соответствии с указаниями подраздела 6.2. При этом смеси необходимо готовить в установке или на полигоне с помощью ресайклера типа WR 2500.
6.3 Щебеночные (гравийные) основания и покрытия, обработанные натуральным белитовым шламом в верхней части
6.3.1 Щебеночные (гравийные) основания и покрытия, обработанные натуральным белитовым шламом в верхней части, следует устраивать при температуре воздуха не ниже 0 °C.
6.3.2 Способ обработки следует выбирать в зависимости от фракционного состава применяемого щебня (гравия). При использовании щебня размером зерен 70 — 120, 40 — 70 или 20 — 40 мм обработку его натуральным белитовым шламом необходимо выполнять способом пропитки (вдавливания); размером зерен 5 — 40 (70) мм — способом перемешивания.
6.3.3 Технологический процесс устройства оснований и покрытий способом пропитки (вдавливания) состоит из следующих операций:
- вывоза щебня на подготовленное земляное полотно или нижележащий слой дорожной одежды;
- распределения и планировки;
- увлажнения;
- вывоза натурального белитового шлама на слой щебня;
- распределения шлама по поверхности слоя щебня;
- увлажнения шлама до оптимальной влажности;
- пропитки (вдавливания) шлама в слой щебня;
- уплотнения;
- ухода за устроенным слоем.
6.3.4 Вывезенный щебень следует распределять по поверхности нижележащего слоя дорожной одежды или земляного полотна распределителем, асфальтоукладчиком, профилировщиком или автогрейдером.
При необходимости для обеспечения проезда построечного транспорта рекомендуется производить прикатку щебня гладковальцовыми катками массой 6 — 8 т за 1 — 2 прохода по одному следу. Перед укладкой шлама щебень необходимо увлажнить при расходе воды 3 — 5 л/м2.
6.3.5 Натуральный белитовый шлам следует распределять по поверхности щебня теми же механизмами, что и щебень. Влажность шлама должна быть оптимальной. При влажности менее оптимальной его нужно доувлажнить с помощью поливомоечной машины с установкой сопел, обеспечивающих отвесное падение струй воды. Отклонение влажности шлама от оптимальной допускается в пределах, указанных в пункте 6.1.4.
6.3.6 Пропитку (вдавливание) натурального белитового шлама в слой щебня надлежит осуществлять одним из следующих способов:
- вибрацией с использованием вибрационных органов укладочных машин;
- вибрацией и давлением — вибрационными катками;
- глубинным давлением — кулачковыми катками;
- поверхностным давлением — катками на пневматических шинах.
Пропитку (вдавливание) поверхностным давлением и вибрацией следует применять при использовании щебня размером зерен 40 — 70 и 70 — 120 мм, вибрацией и давлением — 20 — 40, 40 — 70 и 70 — 120 мм, глубинным давлением — 20 — 40 и 40 — 70 мм.
6.3.7 Для обработки щебня вибрацией натуральный белитовый шлам рекомендуется распределять распределителями и укладчиками, оснащенными вибрационными уплотняющими органами. В этом случае одновременно за один проход машины происходит распределение шлама и его проникание в щебеночный слой.
6.3.8 Для обработки щебня вибрацией и давлением следует использовать виброкатки, вибрационные вальцы которых способствуют прониканию распределенного шлама в пустоты щебеночного слоя. Обработку необходимо производить за 3 — 4 прохода катка по одному следу.
6.3.9 Обработку слоя щебня способом глубинного давления рекомендуется выполнять с помощью кулачкового катка, который обеспечивает увеличение глубины проникания шлама в щебеночный слой. Скорость движения кулачкового катка следует назначать 4 — 6 км/ч.
В зависимости от требуемой толщины обработанной части основания или покрытия вдавливание необходимо осуществлять одним из двух способов.
При требуемой толщине обработанной части слоя не более 13 см вдавливание шлама в щебень следует производить последовательными проходами кулачкового катка, а при толщине слоя свыше 13 см чередовать проходы кулачкового и гладковальцового катков или пневмокатка через каждый проход. Ориентировочное количество проходов кулачкового катка необходимо назначать в соответствии с таблицей 7 и уточнять по результатам пробной укатки.
Количество проходов кулачкового катка в зависимости от способов вдавливания шлама в щебень
6.3.10 Обработку слоя щебня способом поверхностного давления рекомендуется производить катками на пневматических шинах, вдавливая шлам за 2 — 3 прохода по одному следу.
6.3.11 Уплотнение основания или покрытия следует выполнять в соответствии с пунктом 6.1.8. Признаком окончания уплотнения необходимо считать отсутствие следа после прохода катка. При использовании способа пропитки (вдавливания) уплотнение осуществляют чередованием проходов кулачкового и гладковальцового катков или пневмокатка, число проходов пневмокатка при уплотнении должно составлять 5 — 8.
6.3.12 При обработке щебеночного основания или покрытия способом перемешивания после распределения шлама и его увлажнения следует производить перемешивание верхней части щебеночного слоя со шламом на заданную глубину с помощью ресайклера типа WR 2500 или шнека профилировщика. Максимальная глубина перемешивания для профилировщика не должна превышать 15 см. Перемешивание рекомендуют выполнять на рабочей скорости 5 м/мин при максимальном числе оборотов фрезы. При необходимости полученную смесь следует доувлажнить до оптимальной влажности и вторично перемешать за один проход.
Допускается производить перемешивание шлама со щебнем с помощью кирковщика автогрейдера за 8 — 12 проходов по одному следу с последующей планировкой слоя. Для увеличения ширины обрабатываемой полосы на кирковщике могут быть установлены дополнительные зубья. По окончании перемешивания следует спланировать слой автогрейдером или профилировщиком, а по окончании планировки — сразу же уплотнить в соответствии с пунктом 6.1.8.
6.3.13 Уход за устроенным слоем и открытие движения транспортных средств по нему рекомендуется осуществлять в соответствии с пунктами 6.1.10, 6.1.13 и 6.3.14.
6.3.14 На покрытиях дорожных одежд переходного типа, обработанных натуральным белитовым шламом способом перемешивания, необходимо устраивать шероховатую поверхностную обработку. Непосредственно перед ее нанесением покрытие следует тщательно увлажнить, при этом не допускается наличия луж на его поверхности.
6.3.15 На покрытиях, обработанных натуральным белитовым шламом способом пропитки (вдавливания), перед устройством поверхностной обработки необходимо произвести втапливание щебня. При этом размер зерен щебня должен быть 40 — 70, 20 — 40 или 10 — 20 мм при устройстве покрытия из щебня размером зерен 70 — 120 мм; 20 — 40 или 10 — 20 мм при устройстве покрытия из щебня размером зерен 40 — 70 мм; 10 — 20 мм при устройстве покрытия из щебня размером зерен 20 — 40 мм.
Втапливание щебня рекомендуется осуществлять в такой последовательности. После окончания уплотнения покрытия следует полить его водой из расчета 1 — 2 л/м2, а затем распределить щебень. Толщину слоя распределяемого щебня в рыхлом состоянии необходимо принимать 7 — 8 см при втапливании щебня размером зерен 40 — 70 мм; 4 — 5 см при втапливании щебня размером зерен 20 — 40 мм; 2 — 3 см при втапливании щебня размером зерен 10 — 20 мм.
Втапливание щебня следует производить с помощью гладковальцового или вибрационного катка за 2 — 3 прохода по одному следу.
6.4 Особенности производства работ при отрицательных температурах воздуха
6.4.1 При производстве работ при отрицательных температурах воздуха каменные материалы должны отвечать требованиям СП 78.13330.2012.
6.4.2 Для сохранения натурального белитового шлама в талом состоянии и предотвращения испарения из него влаги его следует хранить в специальных траншеях вместимостью 5 — 15 тыс. м3, стенки и дно которых должны иметь твердое покрытие. Допускается также хранить шлам в штабелях на открытых площадках с твердым покрытием. При этом шлам рекомендуется утеплять теплоизоляционными материалами до наступления отрицательных температур.
6.4.3 Для уменьшения теплопотерь шлама разработку траншеи или штабеля необходимо производить с одной стороны. При этом следует использовать экскаваторы (погрузчики) с ковшом вместимостью не менее 0,65 м3.
При вынужденных перерывах в работе более одних суток забой рекомендуется утеплять теплоизоляционными материалами.
6.4.4 Вывоз шлама на дорогу следует осуществлять большегрузными автомобилями-самосвалами. При температуре воздуха ниже -10 °C кузов автомобиля-самосвала должен обогреваться выхлопными газами или обрабатываться материалами, предотвращающими примерзание к ним шлама, например раствором хлорида.
6.4.5 Все технологические операции по устройству слоев дорожных конструкций с применением натурального белитового шлама должны быть закончены при его температуре не ниже -2 °C. Ориентировочно допустимое время на проведение технологических операций по устройству слоев из натурального белитового шлама следует устанавливать по номограмме, приведенной в приложении А, и уточнять в процессе производства работ.
6.4.6 При устройстве оснований и покрытий из смесей каменных материалов с натуральным белитовым шламом их приготовление рекомендуется осуществлять только в установке.
При температуре воздуха ниже 0 °C смеси необходимо готовить с противоморозными добавками. Допускается при температуре воздуха до -15 °C приготавливать смеси без противоморозных добавок, но с использованием подогретых заполнителей, шлама и воды. В этом случае температура отпускаемой с завода смеси должна быть не ниже 35 °C.
6.4.7 Ориентировочное количество вводимых в смесь хлористых солей в зависимости от температуры воздуха, а также процесс приготовления их растворов следует принимать согласно СП 78.13330.2012 и уточнять в процессе производства работ. Допускается использовать в качестве противоморозных добавок рассолы соленых озер, содержащие хлористые соли кальция и натрия. Общее количество солей не должно превышать 1,5% от массы сухой смеси. Допускается применять и другие противоморозные добавки, используемые при зимнем бетонировании.
6.4.8 Транспортирование смеси к месту производства работ следует осуществлять в соответствии с требованиями пункта 6.4.4.
6.4.9 Число перегрузок смеси должно быть сведено до минимума. Места выгрузки смеси необходимо защищать от ветра. В бункерах укладочных машин следует поддерживать положительную температуру. Для этого их рекомендуется утеплять, а перед началом работ прогревать горячим воздухом.
6.4.10 При устройстве оснований периодически на каждой захватке необходимо контролировать:
При приемке выполненных работ контролируют:
6.5 Контроль качества производства работ
6.5.1 При строительстве оснований и покрытий необходимо контролировать:
- качество исходных материалов и правильность их хранения;
- соответствие земляного полотна или нижележащего слоя дорожной одежды требованиям СП 78.13330.2012;
- качество приготовления смесей;
- температуру смеси при транспортировании, распределении и уплотнении;
- соответствие модуля упругости на поверхности слоя его проектному значению;
- уход за уложенным слоем.
6.5.2 При контроле качества исходных материалов необходимо проверять соответствие каждой их партии требованиям соответствующих нормативных документов и настоящего методического документа.
6.5.3 Контроль модуля упругости на поверхности слоя основания следует производить в соответствии с требованиями норм [3] и рекомендаций [4]. При этом измеренное его значение рекомендуется приводить к значению в 90-суточном возрасте путем деления на коэффициент приведения, величина которого дана в таблице 8.
Коэффициент приведения в зависимости от возраста испытуемого слоя
| Возраст слоя на момент испытания, сут | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Коэффициент приведения | 0,08 | 0,37 | 0,53 | 0,66 | 0,75 | 0,83 | 0,89 | 0,95 | 1,00 |
6.5.4 При контроле земляного полотна или нижележащего слоя дорожной одежды следует проверять соответствие их качества требованиям СП 78.13330.2012, а также модулей упругости на их поверхности проектным значениям.
6.5.5 Операционный контроль приготовления смеси включает проверку:
- точности дозирования составляющих смеси;
- однородности смеси;
- соответствия физико-механических свойств обработанных материалов требованиям настоящего методического документа;
- плотности растворов солей;
- температуры нагрева заполнителей и воды, а также температуры готовой смеси.
6.5.6 Точность дозирования исходных материалов определяется по ГОСТ 7473-2010 и не должна превышать для натурального белитового шлама, воды и химических добавок +/- 2%, для заполнителей — +/- 3%.
6.5.7 Однородность смеси определяют по средней плотности, которая может иметь допустимое отклонение +/- 20 кг/м3, и расслаиваемости ее по водоотделению, которое не должно превышать 0,2% (ГОСТ 7473-2010). При визуальном изменении состава смеси производится дополнительный отбор и ее испытание.
6.5.8 Приемку приготовленной смеси осуществляют партиями по ГОСТ 23558-94. Партией считают количество приготовленной смеси одной марки по прочности в течение одной смены, но не более 1000 м3.
6.5.9 При контроле правильности транспортирования натурального белитового шлама и смесей необходимо систематически проверять:
- очистку кузовов автомобилей-самосвалов от шлама или смеси после разгрузки;
- исправность утепляющей системы их кузовов;
- температуру шлама и смеси в момент выгрузки.
6.5.10 В процессе распределения материала и уплотнения слоя необходимо систематически проверять:
- толщину и ширину укладываемого слоя;
- температуру шлама, смесей и окружающего воздуха;
- соблюдение технологии уплотнения;
- толщину и плотность уплотняемого слоя.
Толщину слоя распределяемого материала следует контролировать промерами по оси и на расстоянии 1 м от краев в десяти поперечниках на каждой захватке.
Плотность уплотненного слоя из натурального белитового шлама текущего производства и укрепленных глинистых грунтов рекомендуется проверять методом режущего кольца по ГОСТ 5180-2015, а из лежалого шлама — по ГОСТ 28514-90. Плотность слоя следует определять в трех точках на одном поперечнике не менее чем в десяти поперечниках на захватке. Возможно применение и других методов контроля плотности.
6.5.11 Ровность и поперечные уклоны устроенного слоя необходимо контролировать трехметровой рейкой на расстоянии 1 м от каждого края не менее чем в пятнадцати поперечниках на каждой захватке.
6.5.12 Приемку готового слоя рекомендуется осуществлять перед устройством вышележащего слоя.
Этот слой должен быть однородным, плотным, иметь ровную поверхность с поперечными уклонами, соответствующими поперечным уклонам покрытия. Отклонения ширины, толщины слоя от проектных значений должны соответствовать требованиям СП 78.13330.2012. Модуль упругости на поверхности слоя должен быть не ниже проектного значения.
НОМОГРАММА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСТИМОЙ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ РАЗРЫВА ВО ВРЕМЕНИ МЕЖДУ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ НАТУРАЛЬНОГО БЕЛИТОВОГО ШЛАМА И ОКОНЧАНИЕМ ЕГО УПЛОТНЕНИЯ
T_{\text{ш}}^{\text{н}} — начальная температура шлама на момент начала его распределения; T_{\text{ш}}^{\text{к}} — конечная температура шлама на момент окончания его уплотнения; Wш — влажность шлама; h — толщина распределения шламового слоя; Tв — температура воздуха; t — время разрыва
Рисунок А.1 — Номограмма для ориентировочного определения допустимой продолжительности разрыва во времени между распределением натурального белитового шлама и окончанием его уплотнения
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, УСТРАИВАЕМЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ НАТУРАЛЬНОГО БЕЛИТОВОГО ШЛАМА
Б.1 Расчет нежесткой дорожной одежды
\cdot автомобильная дорога IV категории расположена во II1 дорожно-климатической зоне;
\cdot заданный срок службы дорожной одежды Tсл = 16 лет;
\cdot расчетное число расчетных дней в году Tрдг = 125;
\cdot коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого, kn = 1,31;
\cdot заданная надежность Kн = 0,95 (таблица 3.1 норм [1]);
\cdot требуемые коэффициенты запаса прочности дорожной одежды (таблица 3.1 норм [1]): по упругому прогибу K_{\text{пр}}^{\text{у}} = 1,17 , по сдвигоустойчивости K_{\text{пр}}^{\text{с}} = 1,0 и усталостному разрушению от растяжения при изгибе K_{\text{пр}}^{\text{из}} = 1,0 ;
\cdot нагрузка, приведенная к нагрузке типа A1 (нагрузка на одиночную ось F = 100 кН, P = 0,6 МПа, dштампа = 37 см);
\cdot эмпирический параметр, зависящий от нагрузки на ось расчетного автомобиля, c = 3,55;
\cdot интенсивность движения на конец срока службы Nр = 130 авт./сут;
\cdot приращение интенсивности движения q = 1,02;
\cdot грунт рабочего слоя земляного полотна — супесь пылеватая, Eгр = 46 МПа;
\cdot схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна — 3;
\cdot материал покрытия — шероховатая поверхностная обработка (ШПО);
\cdot материал основания — ЩПС оптимального состава, обработанная высокоактивным натуральным белитовым шламом марки 60 на полную толщину слоя с модулем упругости Eщпс = 930 МПа и коэффициентом самоупрочнения \alpha = 2,3 .
1. По формуле (3.8) норм [1] рассчитывается коэффициент суммирования Kс для проектного срока службы дорожной конструкции Tсл и проектного показателя изменения интенсивности движения q
K_{c} = \frac{q^{T_{\text{сл}}} - 1}{q - 1} = \frac{1,02^{16} - 1}{1,02 - 1} = 18,64.
2. По формуле (3.7) норм [1] для заданных условий строительства и при проектном значении приведенной интенсивности движения на последний срок службы Nр определяется суммарное расчетное число приложений приведенной расчетной нагрузки \sum N_{p} за срок службы дорожной конструкции
\sum N_{p} = \frac{0,7 \cdot N_{p} \cdot T_{\text{рдг}} \cdot k_{n} \cdot K_{c}}{q^{(T_{\text{сл}} - 1)}} = \frac{0,7 \cdot 130 \cdot 125 \cdot 1,31 \cdot 18,64}{1,02^{15}} = 206379.
3. По формуле (3.10) норм [1] для заданных условий рассчитывается минимальный требуемый общий модуль упругости дорожной конструкции
\text{Е}_{\text{тр}}^{min} = 98,65 \cdot [(lg(\sum N_{p}) - c)] = 98,65 \cdot [(lg(206379) - 3,55)] = 174\text{МПа}.
4. Исходя из того что покрытие в расчете дорожной конструкции не учитывается, находится общий модуль упругости на поверхности основания
\text{Е}_{\text{общ}} = \text{Е}_{\text{тр}}^{min} \cdot K_{\text{пр}}^{\text{у}} = 174 \cdot 1,17 = 204\text{МПа}.
5. Используя значения Eобщ, Eгр и расчетное значение модуля упругости основания Eщпс, по нормам [1] рассчитывается требуемая его толщина hо. Для Eобщ = 204 МПа, Eгр = 46 МПа и Eщпс = 930 МПа hо = 37 см.
6. Определяется прогнозируемый модуль упругости \text{Е}_{\text{щпс}}^{t} слоя из ЩПС, обработанной натуральным белитовым шламом, используя его расчетное значение Eщпс и коэффициент самоупрочнения \alpha
\text{Е}_{\text{щпс}}^{t} = E_{\text{щпс}} \cdot \alpha = 930 \cdot 2,3 = 2139\text{МПа}.
7. Зная значение прогнозируемого модуля упругости слоя из ЩПС, обработанной шламом, по рисунку 3.1 норм [1] находится (при проектной толщине слоя hо = 37 см) прогнозируемый, после его самоупрочнения, общий модуль упругости дорожной конструкции \text{Е}_{\text{общ}}^{t} , который равен 275 МПа.
8. Для полученного значения \text{Е}_{\text{общ}}^{t} рассчитывается минимальный требуемый модуль упругости
\text{Е}_{\text{тр}}^{mint} = \frac{\text{Е}_{\text{общ}}^{t}}{K_{\text{пр}}^{\text{у}}} = \frac{275}{1,17} = 235\text{МПа}.
9. Для этого значения \text{Е}_{\text{тр}}^{mint} , используя формулу (3.10) норм [1], определяется прогнозируемое суммарное расчетное число приложений приведенной расчетной нагрузки \sum N_{p}^{t} за прогнозируемый срок службы дорожной конструкции
\sum N_{p}^{t} = 10^{(E_{\text{тр}}^{mint}/98,65) + c} = 10^{(235/98,65) + 3,55} = 856234.
10. Исходя из зависимости N_{t} = N_{1} \cdot q^{T_{\text{сл}} - 1} , рассчитывается приведенная интенсивность движения в первый год службы дорожной конструкции N1 по формуле
N_{1} = \frac{N_{t}}{q^{T_{\text{сл}} - 1}} = \frac{130}{1,02^{15}} = 97\text{авт}./\text{сут}.
11. Используя формулу (3.6) норм [1] и зависимость N_{t} = N_{1} \cdot q^{T_{\text{сл}} - 1} , определяется прогнозируемый коэффициент суммирования K_{c}^{t} для прогнозируемого срока службы дорожной конструкции T_{c\text{л}}^{t} и проектного показателя изменения интенсивности движения q
K_{c}^{t} = \frac{\sum N_{p}^{t}}{0,7 \cdot N_{1} \cdot T_{\text{рдг}} \cdot k_{n}} = \frac{856234}{0,7 \cdot 97 \cdot 125 \cdot 1,31} = 77.
12. По формуле (3.8) норм [1] рассчитывается прогнозируемый срок службы дорожной конструкции
\text{Т}_{\text{сл}}^{t} = \frac{lg(K_{c}^{t} \cdot (q - 1) + 1)}{lgq} = \frac{lg(77 \cdot (1,02 - 1) + 1)}{lg1,02} = 47\text{лет}.
Таким образом, дорожная конструкция, рассчитанная по варианту 1, будет состоять из покрытия из ШПО; основания из ЩПС оптимального состава, обработанной натуральным белитовым шламом марки 60, толщиной 37 см; рабочего слоя земляного полотна из пылеватой супеси с модулем упругости 46 МПа.
Срок службы данной конструкции 47 лет.
1. Рассчитывается прогнозируемый модуль упругости \text{Е}_{\text{щпс}}^{t} слоя из ЩПС, обработанной натуральным белитовым шламом, при его расчетном значении Eщпс и коэффициенте самоупрочнения \alpha по формуле
\text{Е}_{\text{щпс}}^{t} = E_{\text{щпс}} \cdot \alpha = 930 \cdot 2,3 = 2139\text{МПа}.
2. Принимая данное значение за расчетную величину слоя и используя ранее вычисленное значение Eобщ = 204 МПа, а также заданную величину модуля упругости рабочего слоя земляного полотна Eгр = 46 МПа, в соответствии с нормами [1] определяется требуемая толщина ЩПС, обработанной натуральным белитовым шламом, hр. Для Eобщ = 204 МПа, Eгр = 46 МПа и \text{Е}_{\text{щпс}}^{t} = 2139\text{МПа} hо = 26 см.
3. Учитывая, что принятая в расчете дорожной конструкции величина модуля упругости слоя из ЩПС, обработанной натуральным белитовым шламом (\text{Е}_{\text{щпс}}^{t} = 2139\text{МПа}) , будет достигнута только через несколько лет после начала ее эксплуатации, рассчитанная толщина такого материала hо = 26 см проверяется на способность пропускать проектное количество расчетных автомобилей (\sum N_{p} = 206379) за проектный срок службы Tсл = 16 лет.
4. Проверка начинается с расчета общего модуля упругости при hо = 26 см, Eщпс = 930 МПа и Eгр = 46 МПа. В результате расчета, выполненного с использованием рисунка 3.1 норм [1], величина Eобщ составила 155 МПа.
5. Рассчитывается минимальный требуемый модуль упругости дорожной конструкции по формуле
\text{Е}_{\text{тр}}^{min} = \frac{\text{Е}_{\text{общ}}^{t}}{K_{\text{пр}}^{\text{у}}} = \frac{155}{1,17} = 132\text{МПа}.
6. Для полученного значения \text{Е}_{\text{тр}}^{min} , используя формулу (3.10) норм [1], находится возможное суммарное расчетное число приложений приведенной расчетной нагрузки
\sum N_{p} = 10^{(E_{\text{тр}}^{mint}/98,65) + c} = 10^{(132/98,65) + 3,55} = 78148.
7. По этому значению \sum N_{p} и с учетом проектного количества автомобилей в первый год эксплуатации (N1 = 97 авт./сут) рассчитывается коэффициент суммирования
K_{c} = \frac{\sum N_{p}}{0,7 \cdot N_{1} \cdot T_{\text{рдг}} \cdot k_{n}} = \frac{78148}{0,7 \cdot 97 \cdot 125 \cdot 1,31} = 7,03.
8. Используя формулу (3.8) норм [1], определяется возможный срок службы дорожной конструкции
\text{Т}_{\text{сл}} = \frac{lg(K_{c} \cdot (q - 1) + 1)}{lgq} = \frac{lg(7,03 \cdot (1,02 - 1) + 1)}{lg1,02} = 6,6\text{лет}.
9. Исходя из полученной величины срока службы, рассчитывается коэффициент самоупрочнения модуля упругости слоя из ЩПС, обработанной натуральным белитовым шламом,
\alpha = 0,3642 \cdot ln(T_{\text{сл}}) + 1,37 = 0,3642 \cdot ln(6,6) + 1,37 = 2,06.
10. Определяется модуль упругости слоя из ЩПС, обработанной белитовым шламом, после самоупрочнения в течение 6,6 лет
11. Принимая данное значение за расчетную величину слоя, hо = 26 м, а также заданную величину модуля упругости рабочего слоя земляного полотна Eгр = 46 МПа, в соответствии с нормами [1] рассчитывается общий модуль упругости дорожной конструкции Eобщ = 197 МПа.
Поскольку полученная величина общего модуля упругости дорожной конструкции меньше проектного значения (197 < 204), по нормам [1] для Eобщ = 204 МПа, Eгр = 46 МПа и Eщпс = 1913 МПа находится требуемая толщина слоя hо = 28 см.
Таким образом, дорожная конструкция, рассчитанная по варианту 2, будет состоять из покрытия из ШПО; основания из ЩПС оптимального состава, обработанной натуральным белитовым шламом марки 60, толщиной 28 см; рабочего слоя земляного полотна из пылеватой супеси с модулем упругости 46 МПа.
Срок службы данной конструкции 16 лет.
Б.2 Расчет жесткой дорожной одежды
\cdot расчетная нагрузка на дорожную одежду типа A1;
\cdot расчетный срок службы покрытия Tсл = 25 лет;
\cdot интенсивность расчетной нагрузки на конец срока службы Nр = 1000 ед./сут;
\cdot уровень надежности — 0,95;
\cdot коэффициент прочности Kпр = 1,0;
\cdot показатель изменения интенсивности движения по годам q = 1,02;
\cdot класс цементобетона на растяжение при изгибе Btb = 4,0;
\cdot начальный модуль упругости при Btb = 4,0 Eб = 33000 МПа;
\cdot расчетное число дней в году Tрдг = 125;
\cdot коэффициент отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого kn = 1,49;
\cdot грунт рабочего слоя земляного полотна — супесь с Eгр = 46 МПа.
1. По формуле (3.5) рекомендаций [2] рассчитывается коэффициент суммирования
K_{c} = \frac{q^{T_{\text{сл}}} - 1}{q - 1} = \frac{1,02^{25} - 1}{1,02 - 1} = 32.
2. По формуле (3.4) рекомендаций [2] определяется суммарное число приложений приведенной нагрузки \sum N_{p} при Tсл = 25 лет
\sum N_{p} = 0,7 \cdot N_{p} \cdot \frac{K_{c}}{q^{(T_{\text{сл}} - 1)}} \cdot T_{\text{рдг}} \cdot k_{n} = \frac{0,7 \cdot 1000 \cdot 32 \cdot 125 \cdot 1,49}{1,02^{25 - 1}} = 2593822.
3. По формуле (3.8) рекомендаций [2] находится коэффициент усталости цементобетона при рассчитанной величине суммарного приложения приведенной нагрузки
K_{y} = 1,08 \cdot (\sum N_{p})^{- 0,063} = 1,08 \cdot (2593822)^{- 0,063} = 0,43.
4. По формуле (3.7) рекомендаций [2] определяется расчетное сопротивление цементобетона на растяжение при изгибе
R_{\text{ри}}^{\text{рас}} = B_{tb} \cdot K_{\text{нп}} \cdot K_{y} \cdot K_{F} = 4,0 \cdot 1,0 \cdot 0,43 \cdot 0,95 = 1,63,
где Kнп — коэффициент набора прочности цементобетона, Kнп = 1,0;
KF — коэффициент, учитывающий воздействие попеременного замораживания и оттаивания, KF = 0,95.
5. Для проектного коэффициента прочности (Kпр = 1,0) рассчитывается допустимая величина напряжения при изгибе в плите покрытия
\sigma_{pt} = \frac{R_{\text{ри}}^{\text{рас}}}{K_{\text{пр}}} = 1,63.
6. По формуле (П.2.3) приложения 2 рекомендаций [2] определяется номинальная динамическая нагрузка
где Qп — расчетная нагрузка, Qп = 50 кН;
Kдин — динамический коэффициент, Kдин = 1,3.
7. Рассчитывается радиус отпечатка колеса по формуле (3.10) рекомендаций [2]
R = (\frac{Q}{0,1} \cdot \pi \cdot \rho_{\text{ш}})^{0,5} = (\frac{65}{0,1} \cdot 3,14 \cdot 0,6)^{0,5} = 18,6.
8. По формуле (3.9) рекомендаций [2] находится \sigma_{pt} для различных значений h и Lу при радиусе отпечатка колеса 18,6 см. Результаты расчетов приведены в приложении В.
9. Назначается материал для основания дорожной одежды и по таблице 4 настоящего методического документа определяется его модуль упругости Eо и коэффициент самоупрочнения \alpha .
Выбирается материал для основания дорожной одежды — щебеночно-песчаная смесь марки 20 с Eо = 560 МПа и \alpha = 2,5 .
10. Для этого материала рассчитывается модуль упругости после самоупрочнения
\text{Е}_{ot} = E_{o} \cdot \alpha = 560 \cdot 2,5 = 1400.
11. При полученном значении Eоt, проектном значении модуля упругости грунта рабочего слоя земляного полотна Eгр = 46 МПа и минимально допустимой толщине основания hо = 15 см по формуле (3.12) рекомендаций [2] определяется \text{Е}_{o}^{\text{э}} . В результате расчетов установлено, что \text{Е}_{o}^{\text{э}} = 91\text{МПа} .
12. При этом значении \text{Е}_{o}^{\text{э}} по формуле (3.11) рекомендаций [2] рассчитывается упругая характеристика плиты покрытия Lу при ее толщине h = 16 см
L_{y} = h \cdot (\frac{E \cdot (1 - \mu_{o}^{2})}{6 \cdot E_{\text{о}}^{\text{э}} \cdot (1 - \mu^{2})})^{0,33} = 16 \cdot (\frac{33000 \cdot 0,96}{\cdot 91 \cdot 0,94})^{0,33} = 62.
13. Используя полученное значение Lу, по таблице В.1 приложения В определяется минимальная толщина плиты покрытия, при которой напряжение при изгибе в ней будет соответствовать допустимому значению, равному 1,63 МПа. Эта толщина равна 17 см.
14. Для значений Eо = 560 МПа, Eгр = 46 МПа и \text{Е}_{o}^{\text{э}} = 91\text{МПа} по формуле (3.12) рекомендаций [2] путем перебора определяется требуемая толщина основания hо. Результаты расчетов показали, что эта толщина должна составлять 24 см.
15. По полученному значению hо, Eгр = 46 МПа и Eоt = 1400 МПа по формуле (3.12) рекомендаций [2] рассчитывается \text{Е}_{ot}^{\text{э}} . В результате расчетов установлено \text{Е}_{ot}^{\text{э}} = 130\text{МПа} .
16. Для полученного значения \text{Е}_{ot}^{\text{э}} и толщины плиты, равной 17 см, по формуле (3.11) рекомендаций [2] находится Lу
L_{y} = h \cdot (\frac{E \cdot (1 - \mu_{o}^{2})}{6 \cdot E_{\text{о}t}^{\text{э}} \cdot (1 - \mu^{2})})^{0,33} = 17 \cdot (\frac{33000 \cdot 0,96}{6 \cdot 130 \cdot 0,94})^{0,33} = 60.
17. Для этого значения упругой характеристики плиты покрытия и ее толщины, равной 17 см, по приложению В определяется величина напряжения при изгибе \sigma_{pt} , которая соответствует 1,57 МПа.
18. Для проектного коэффициента прочности Kпр = 1,0 рассчитывается расчетное сопротивление цементобетона на растяжение при изгибе
R_{\text{ри}}^{\text{рас}} = K_{\text{пр}} \cdot \sigma_{pt} = 1,57\text{МПа}.
19. По формуле (3.14) рекомендаций [2] определяется коэффициент усталости цементобетона
K_{y} = \frac{\sigma_{pt} \cdot K_{\text{п}p}}{B_{tb} \cdot K_{\text{нп}} \cdot K_{F}} = \frac{1,57 \cdot 1,0}{4,0 \cdot 1,0 \cdot 0,95} = 0,413.
20. Используя формулу (3.8) рекомендаций [2], рассчитывается суммарное расчетное число приложений приведенной нагрузки
\sum N_{p} = (\frac{1,08}{K_{y}})^{1/0,063} = (\frac{1,08}{0,413})^{1/0,063} = 4219953.
21. По формуле (3.4) рекомендаций [2] определяется коэффициент суммирования
K_{c} = \frac{\sum N_{p}}{0,7 \cdot N_{1} \cdot T_{\text{рдг}} \cdot k_{n}} = \frac{4219953}{0,7 \cdot 621 \cdot 125 \cdot 1,49} = 52,1.
22. Используя формулу (3.5) рекомендаций [2], рассчитывается прогнозируемый срок службы дорожной конструкции
\text{Т}_{\text{сл}} = \frac{lg(K_{c} \cdot (q - 1) + 1)}{lgq} = \frac{lg(52,1 \cdot (1,02 - 1) + 1)}{lg1,02} = 36.
Таким образом, дорожная конструкция, рассчитанная по варианту 1, будет состоять из покрытия из цементобетона класса на растяжение при изгибе Btb = 4,0, с начальным модулем упругости Eб = 33000 МПа и толщиной 17 см; основания из ЩПС оптимального состава, обработанной натуральным белитовым шламом марки 20, с начальным модулем упругости 560 МПа, толщиной 24 см; рабочего слоя земляного полотна из пылеватой супеси с Eгр = 46 МПа.
Срок службы данной конструкции составляет 36 лет.
С первого по десятый шаг выполняются те же расчеты, что и в первом варианте.
11. По приложению В настоящего методического документа для принятой толщины покрытия h, равной 17 см, и допустимого напряжения на растяжение при изгибе, равного 1,63 МПа (\sigma_{pt} = R_{\text{ри}}^{\text{рас}}/K_{\text{пр}}) , определяется упругая характеристика плиты покрытия Lу = 64,6 см.
12. Используя формулу (3.11) рекомендаций [2], рассчитывается эквивалентный модуль упругости на поверхности основания
E_{\text{о}}^{\text{э}} = h^{3} \cdot (\frac{E \cdot (1 - \mu_{o}^{2})}{6 \cdot L_{y}^{3} \cdot (1 - \mu^{2})}) = 17^{3} \cdot (\frac{33000 \cdot 0,96}{6 \cdot 64,6^{3} \cdot 0,94}) = 103,3\text{МПа}.
13. Принимая рассчитанное значение E_{\text{о}}^{\text{э}} = 103,3\text{МПа} за проектное и используя формулу (3.12) рекомендаций [2], путем перебора определяется минимальная толщина слоя основания hо2 для Eоt = 1400 МПа и проектного модуля упругости грунта рабочего слоя земляного полотна Eгр = 46 МПа. Расчетом установлено, что минимальная толщина слоя основания hо2 = 18 см.
14. Учитывая, что принятая в расчете дорожной конструкции прогнозируемая величина модуля упругости слоя основания Eоt будет достигнута только через несколько лет после начала ее эксплуатации, толщина несущего слоя hо2 проверяется на способность конструкции с такой толщиной слоя основания пропускать проектное количество расчетных автомобилей (\sum N_{p} = 2593822\text{авт}.) за проектный срок службы Tсл = 25 лет. Проверка начинается с определения эквивалентного модуля упругости основания E_{\text{о}2}^{\text{э}} , которое осуществляется по формуле (3.12) рекомендаций [2] для проектных значений Eо = 560 МПа, Eгр = 46 МПа и hо2 = 18 см. В результате расчета установлено, что E_{\text{о}2}^{\text{э}} = 80\text{МПа} .
15. По формуле (3.11) рекомендаций [2] рассчитывается упругая характеристика покрытия
L_{y} = h \cdot (\frac{E \cdot (1 - \mu_{o}^{2})}{6 \cdot E_{\text{о}}^{\text{э}} \cdot (1 - \mu^{2})})^{0,33} = 17 \cdot (\frac{33000 \cdot 0,96}{6 \cdot 80 \cdot 0,94})^{0,33} = 69.
16. По приложению В определяется величина допустимого напряжения на растяжение при изгибе в плите покрытия \sigma_{pt} ; для Lу = 69 см и проектной толщины покрытия h = 17 см \sigma_{pt} = 1,69\text{МПа} .
17. Принимая R_{\text{ри}}^{\text{рас}} = K_{\text{пр}} \cdot \sigma_{pt} = 1,0 \cdot 1,69\text{МПа} и используя формулу (3.7) рекомендаций [2], рассчитывается коэффициент усталости цементобетона
K_{y} = R_{\text{ри}}^{\text{рас}}/B_{tb} \cdot K_{\text{нп}} \cdot K_{F} = 1,61/4,0 \cdot 1,0 \cdot 0,95 = 0,444.
18. Используя формулу (3.8) рекомендаций [2], определяется суммарное число приложений приведенной расчетной нагрузки, которое может выдержать дорожная одежда с толщиной основания, равной 18 см,
\sum N_{p} = (\frac{1,08}{K_{y}})^{1/0,063} = (\frac{1,08}{0,444})^{1/0,063} = 1322586.
19. По формуле (3.4) рекомендаций [2] находится прогнозируемый коэффициент суммирования
K_{c}^{t} = \frac{\sum N_{p}}{0,7 \cdot N_{1} \cdot T_{\text{рдг}} \cdot k_{n}} = \frac{1322586}{0,7 \cdot 621 \cdot 125 \cdot 1,49} = 16,3.
20. Используя формулу (3.5) рекомендаций [2], определяется прогнозируемый срок службы дорожной конструкции
\text{Т}_{c}^{t} = \frac{lg(K_{c} \cdot (q - 1) + 1)}{lgq} = \frac{lg(16,3 \cdot (1,02 - 1) + 1)}{lg1,02} = 14.
21. Исходя из полученной величины срока службы, рассчитывается коэффициент самоупрочнения модуля упругости слоя основания после 14 лет эксплуатации
\alpha = 0,3642 \cdot ln(T_{\text{сл}}) + 1,37 = 0,3642 \cdot ln(14) + 1,37 = 1,79.
22. Определяется модуль упругости слоя основания после его самоупрочнения в течение 14 лет
23. По формуле (3.12) рекомендаций [2] рассчитывается эквивалентный модуль упругости основания E_{\text{о}t}^{\text{э}} при hоt = 18 см, модуле упругости рабочего слоя земляного полотна Eгр = 46 МПа и Eоt = 1002 МПа. В результате выполненных расчетов установлено, что E_{\text{о}t}^{\text{э}} = 95\text{МПа} .
Поскольку полученная величина общего модуля упругости дорожной конструкции меньше проектного значения (95<E_{\text{о}}^{\text{э}} = 103\text{МПа}) , по формуле (3.12) рекомендаций [2] для E_{\text{о}t}^{\text{э}} = 103\text{МПа} , Eгр = 46 МПа и Eоt = 560·1,79 = 1002 МПа вычисляется требуемая толщина слоя основания, которая будет составлять hоt = 20 см.
Таким образом, дорожная конструкция, рассчитанная по варианту 2, будет состоять из покрытия из цементобетона класса на растяжение при изгибе Btb = 4,0, с начальным модулем упругости Eб = 33000 МПа и толщиной 17 см; основания из ЩПС оптимального состава, обработанной натуральным белитовым шламом марки 20, с начальным модулем упругости 560 МПа, толщиной 20 см; рабочего слоя земляного полотна из пылеватой супеси с модулем упругости 46 МПа.
Срок службы данной конструкции составит 25 лет.
РАСТЯЖЕНИЯ ПРИ ИЗГИБЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТОЛЩИНЫ И УПРУГОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛИТЫ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ II ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ С РАСЧЕТНОЙ НАГРУЗКОЙ A1
Значения растяжений при изгибе в зависимости от толщины и упругой характеристики плиты покрытия для II дорожно-климатической зоны с расчетной нагрузкой A1
| [1] | ОДН 218.046-01 | Проектирование нежестких дорожных одежд |
|---|---|---|
| [2] | Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд (взамен ВСН 197-91), 2004 | |
| [3] | ОДН 218.1.052-2002 | Оценка прочности нежестких дорожных одежд (взамен ВСН 52-89) |
| [4] | ОДМ 218.2.024-2012 | Методические рекомендации по оценке прочности нежестких дорожных одежд |
| ОКС 91.100.15 |
|---|
| Ключевые слова: натуральный белитовый шлам, активность натурального белитового шлама, самоупрочнение |
Руководитель организации-разработчика ОАО «Омский СоюзДорНИИ» Генеральный директор О. Г. Бабак