Утверждены распоряжением

Росавтодора

от 30.05.2008 № 203-р

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПОЛИМЕРНЫХ ГЕОСЕТОК
(ГЕОРЕШЕТОК) ДЛЯ УСИЛЕНИЯ СЛОЕВ ДОРОЖНОЙ
ОДЕЖДЫ ИЗ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Москва 2008

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. РАЗРАБОТАНЫ специалистами ФГУП «РосдорНИИ» (канд. техн. наук Ю.Р. Перков, А.П. Фомин, А.Е. Мерзликин, инженеры Е.В. Никанычева, О.Б. Коренков, О.В. Труфанова, Ю.И. Косарев, Н.Д. Еременко) и ООО НТЦ «Геотехнологии» (канд. техн. наук С.О. Гунин, Г.В. Киселев, А.В. Стрельцов). При разработке рекомендаций учтены результаты исследований, выполненных СПб. БИТУ и ОАО «СоюздорНИИ». В качестве основы методики проектирования армированных дорожных одежд принята методика расчета ООО НТЦ «Геотехнологии».

2. ВНЕСЕНЫ Управлением строительства и проектирования автомобильных дорог Федерального дорожного агентства Министерства транспорта РФ.

3. ИЗДАНЫ распоряжением Федерального дорожного агентства от 30.05.2008 г. № 203-р.

4. ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ.

5. ИМЕЮТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

Содержание

1 Область применения

Настоящие Рекомендации предназначены для нормирования применения полимерных геосеток (георешеток) для усиления несущих оснований нежестких дорожных одежд автомобильных дорог общего пользования или переходного типа покрытий, устраиваемых из необработанных зернистых материалов. Они могут быть также использованы при регламентации усиления дорожных одежд других объектов транспортного строительства, в частности, городских дорог, автомобильных дорог промышленных и сельскохозяйственных предприятий, временных автомобильных дорог, подъездных путей, площадок для остановки и стоянки автомобилей и т.д.

Рекомендации дополняют положения действующих документов, касающихся проектирования нежестких дорожных одежд (ОДН 218.046-01) и применения геосинтетических материалов (2.16), в части нормирования применения геосеток (георешеток) для усиления дорожных одежд. ОДМ рекомендуется использовать при:

- проектировании дорожных одежд строящихся автомобильных дорог;

- проектировании дорожных одежд участков уширения существующих автомобильных дорог;

- выполнении ремонтных работ на отдельных ослабленных участках существующих автомобильных дорог, если предусмотрена замена дорожной одежды.

Рекомендации содержат методику проектирования армированных дорожных одежд и технологию производства работ. Применение армирования слоев дорожных одежд из зернистых материалов позволяет продлить сроки службы, повысить эксплуатационную надежность дорожных конструкций, уменьшить толщины слоев дорожной одежды.

2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы ссылки на следующие нормативно-технические документы:

2.1. ГОСТ Р 50275-92 Материалы геотекстильные. Методы отбора проб.

2.2. ГОСТ Р 50277-92 Материалы геотекстильные. Метод определения поверхностной плотности.

2.3. ГОСТ 9.049-91 Единая система защиты от старения. Материалы полимерные и их компоненты. Методы лабораторных испытаний к воздействию плесневых грибов.

2.4. ГОСТ 2678-94 Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные. Методы испытаний.

2.5. ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.

2.6. ГОСТ 12020-72 Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред.

2.7. ГОСТ 25607-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия.

2.8. СНиП 2.05.02-85* Автомобильные дороги.

2.9. СНиП 3.06.03-85 Автомобильные дороги.

2.10. СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве. Часть 1.

2.11. СНиП 12-04-2002 Безопасность труда в строительстве. Часть 2.

2.12. ВСН 8-89 Инструкция по охране природной среды при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог.

2.13. ВСН 19-89 Правила приемки работ при строительстве и ремонте автомобильных дорог.

2.14. ВСН 37-84 Инструкция по организации движения и ограждению мест производства работ.

2.15. ОДН 218.046-01 Проектирование нежестких дорожных одежд.

2.16. Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог (взамен ВСН 49-86). ФГУП «Информавтодор», - М., 2003.

2.17. Руководство по строительству оснований и покрытий автомобильных дорог из щебеночных и гравийных материалов. СоюздорНИИ. - М., 1999.

_________________

Примечание. При пользовании настоящими Рекомендациями целесообразно проверить действие ссылочных стандартов, классификаторов и других документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году, или по другим источникам. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящими Рекомендациями следует руководствоваться заменённым (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Определения

В настоящем документе применены следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 Термины, определяющие вид материала:

георешетка: плоский полимерный материал жесткой сетчатой структуры, жестко скрепленный в узлах с образованием ячеек размерами, большими, чем размеры ребер (выделяется также по параметрам «относительный показатель деформативности в плоскости георешетки» и «относительная прочность узлов» - таблица 5.1 и Приложение Б.2);

геосетка: плоский полимерный материал, состоящий из параллельных рядов ребер, перекрытых и сплетенных, как правило, элементами той же структуры под различными углами с образованием эластичной сетчатой структуры (выделяется также по параметрам «относительный показатель деформативности в плоскости георешетки» и «относительная прочность узлов» - таблица 5.1 и Приложение Б.2);

геосетка (георешетка) одноосноориентированная: геосетка (георешетка), имеющая повышенные показатели механических свойств в одном направлении - продольном (направлении раскатки рулона);

геосетка (георешетка) двухосноориентированная: геосетка (георешетка), имеющая близкие (отличающиеся не более чем на 20%) механические свойства в продольном и поперечном направлениях;

ребра геосетки (георешетки): основные элементы геосетки (георешетки) в виде плоских пластин, объединяемых в узлах с образованием ячеек;

узлы геосетки (георешетки): места объединения ребер, имеющие (для георешеток) повышенную по отношению к ребрам толщину;

ориентирование: технологический процесс, позволяющий повысить механические свойства полимера;

экструзия: процесс плавления и выдавливания под давлением термопластического полимера с рядом добавок со специальными функциями;

геокомпозит: многослойный материал из скрепленных в плоскости слоев (не менее двух слоев) геосетки (георешетки) и нетканого материала.

3.2 Термины и условные обозначения, определяющие геометрические параметры геосеток (георешеток) - см. также п. Г.1 Приложения Г:

размер ячейки в продольном (поперечном) направлении A_L (А_Т): расстояние между осями ребер в направлении длины (ширины) материала;

ширина ребер в продольном (поперечном) направлении W_LR (W_ТR): минимальная ширина ребер, расположенных в направлении длины (ширины) материала;

толщина ребер в продольном (поперечном) направлении t_LR (t_ТR): минимальная толщина ребер, расположенных в направлении длины (ширины) материала;

t_j - толщина узлов;

B_R - ширина рулона;

L_R - длина рулона;

F_IR (F_TR) - площадь сечения ребер, расположенных в направлении длины (ширины) материала.

3.3 Термины и условные обозначения, определяющие основные механические свойства геосеток (георешеток):

прочность при растяжении в продольном (поперечном) направлении R_LR (R_TR) - максимальное растягивающее усилие при одноосном растяжении образца в направлении длины (ширины) материала с постоянной скоростью растяжения, отнесенное к ширине образца (выражается в кН/м, определяется по методике п. Б.1 Приложения Б);

ε_LRmax (ε_TRmax) - относительная деформация в продольном (поперечном) направлении при разрыве (см. Приложение Б.1);

ε_LRR (ε_TRR) - относительная деформация при максимальном растягивающем усилии в направлении длины (ширины) материала, %;

R_LR(ε) и R_TR(ε) - усилие в образце в направлении длины (ширины) материала, отнесенное к ширине образца, возникающее при определенной относительной деформации ε (как правило, ε = 2 % и ε = 5 %, см. Приложение Б.1), кН/м;

E'_LR(ε) и Е'_TR(ε) - условный показатель деформативности в направлении длины (ширины) материала, определяемый при фиксированном значении относительной деформации по Приложению Б.1, кН/м;

R_jR - относительная прочность узлов сетки, определяемая по Приложению Б.2 (в % к R_LR или R_TR);

G_LR (G_TR) - условный показатель жесткости в плоскости материала по направлению его длины (ширины), определяемый по Приложению Б.2 (в % к R_LR или R_TR);

Р_LR (Р_TR) - условный показатель сопротивляемости местным повреждениям в направлении длины (ширины) материала, определяемый по Приложению Б.3 (в % к R_lr или R_TR).

3.4 Термины и условные обозначения, определяющие дополнительные механические свойства геосеток (георешеток), не регламентируемые требованиями раздела 5 (определяются по методике Приложения Б.1)

E"_LR, Е"_TR - условное значение модуля упругости для геосетки (георешетки), МПа;

E'"_LR, Е'"_TR - условное значение модуля упругости для ребра сетки, МПа;

E'"_LR×F_LR, E'"_TR×F_TR - показатель деформативности материала, Н.

3.5 Термины, определяющие отдельные показатели геосеток (георешеток), не упомянутые в п.п. 2.2, 2.3:

поверхностная плотность γ_R - отношение массы образца определенного размера к его площади, определяемая по ГОСТ Р 50277 (г/м²);

стойкость к агрессивным воздействиям - группа показателей, характеризуемая в разделе 5;

K_LR (K_TR) - число ребер геосетки (георешетки) на 1 пог.м материала по направлению длины (ширины). Может определяться нецелым числом (с точностью до десятых долей).

4 Общие положения

4.1 Введение в конструкцию дорожной одежды георешетки (геосетки) позволяет усилить дорожную одежду и предупредить взаимопроникновение материалов контактирующих слоев. Усиление достигается благодаря совместной работе георешетки (геосетки) с зернистым материалом основания (покрытия переходного типа), приводящей к блокировке (ограничению перемещений) отдельных зерен этого материала в ячейках геосетки (георешетки). Образованный композитный слой «зернистый материал + георешетка» обладает лучшими механическими свойствами, прежде всего, повышенной устойчивостью к воздействию динамических нагрузок.

4.2 С позиций критериев расчета на прочность ОДН 218.046-01 наибольшее влияние образование композитного слоя (армирование) оказывает на величину активных напряжений сдвига, возникающих в грунтовом слое, расположенном непосредственно под композитным слоем основания.

4.3 Область рационального использования георешеток (геосеток) с учетом положений п.п. 4.1, 4.2:

- дорожная одежда имеет в своем составе слой несущего основания из неукрепленных зернистых материалов (щебень, гравий, щебеночно-гравийно-песчаные смеси, шлаки др.) или имеет покрытие переходного типа из таких материалов;

- определяющим критерием при расчете дорожной одежды является условие сдвигоустойчивости грунта дополнительного слоя основания или грунта рабочего слоя земляного полотна при его отсутствии, то есть условие (3.11) ОДН 218.046-01. Этот критерий является, как правило, определяющим при расположении под несущим основанием песчаного слоя (непылеватые пески), а также при проектировании дорожных одежд под расчетные нагрузки групп А2, A3.

4.4 Выбор армирующего материала и получаемый в результате армирования эффект зависит от свойств армирующего материала и материала основания. Они должны отвечать требованиям раздела 5 настоящих Рекомендаций.

4.5 Проектирование нежестких дорожных одежд постоянных автомобильных дороге армированными основаниями выполняют в соответствии с разделом 6. Применяемый при проектировании полуэмпирический метод расчета справедлив при следующих условиях:

- для армирования используются георешетки в определении п. 3.1 настоящих Рекомендаций с размерами ячеек в пределах 33÷41 мм;

- несущий слой основания создается из зернистых материалов с максимальной крупностью зерен до 80 мм.

4.6 Проектирование дорожных одежд временных дорог может выполняться в соответствии с Приложением А.

4.7 Получаемый в результате армирования оснований (покрытий переходного типа) эффект выражается в:

- продлении сроков службы, повышении эксплуатационной надежности дорожных конструкций, улучшении транспортно-эксплуатационных показателей автомобильных дорог;

- возможности уменьшения толщин слоев дорожной одежды, материалоемкости, транспортных расходов, сроков строительства.

4.8 Выбор конструкций дорожных одежд выполняют на основе технико-экономического сопоставления вариантов. При этом следует учитывать возникающий в сопоставлении с традиционными решениями технический эффект, связанный с повышением надежности дорожных конструкций, качества строительства, долговечности, что не всегда может быть точно оценено количественно. При строительстве и ремонте автомобильных дорог, особенно высоких технических категорий, а также в сложных погодно-климатических и грунтово-гидрологических условиях, наличие такого эффекта при его надлежащем техническом обосновании может оказаться более существенным с точки зрения работоспособности, транспортно-эксплуатационных качеств дорожной конструкции, чем получение единовременной экономии средств по другим из сопоставляемых вариантов.

4.9 Отдельные положения настоящих Рекомендаций могут уточняться на основе опыта строительства, новых данных исследований, обобщенных применительно к конкретным разновидностям и маркам армирующих материалов в соответствующих технических документах, утвержденных в установленном порядке.

5 Требования к материалам

5.1 Дополнительные требования к материалам дорожных одежд не предъявляются, однако рекомендуется соблюдать определенные соотношения между крупностью зерен материала армируемого основания и размером ячеек георешеток (геосеток), обеспечивающие совместность их работы.

Для зернистых фракционированных материалов должны соблюдаться следующие соотношения:

0,5(d + D) >0,7A,                                                                                                       

D≤2,0A,                                                                                                              (5.1)

d≥0,5A,                                                                                                                       

где d и D - наименьшие и наибольшие номинальные размеры зерен материала основания;

А - средний размер ячейки (среднее между значениями A_L и А_Т в определении п. 3.2).

5.2 При армировании оснований георешетками (геосетками) с размерами ячейки в пределах 33÷41 мм допустимо применение в качестве материала оснований фракционированного щебня по ГОСТ 8267 фракций 20-40 мм, 40-70 (80) мм или готовых щебеночно-песчаных, гравийно-песчаных и щебеночно-гравийно-песчаных смесей С4 и С5 по ГОСТ 25607.

5.3 Применяемые для армирования дорожных одежд постоянных автомобильных дорог георешетки (геосетки) должны отвечать требованиям по наличию технической документации (п. 5.4) и параметрам, определяющим технологичность применения (п. 5.5), долговечность (п. 5.6), возможность применения (п. 5.7) и эффективность применения (п. 5.8). Перечень и общая характеристика параметров по п.п. 5.5-5.8 представлены в таблице 5.1.

5.4 Применение армирующих материалов возможно при наличии:

5.4.1 Стандартов организаций на армирующий материал, содержащих область применения, нормативные ссылки, термины и определения (рекомендуется придерживаться терминологии, представленной в разделе 3), технические требования (рекомендуется характеризовать все параметры по п.п. 5.5-5.8, в том числе не определяемые при текущем контроле производителем), требования безопасности, охраны окружающей среды, правила приемки, методы контроля (рекомендуется применение методов контроля по таблице 5.1), правила транспортирования и хранения (рекомендуется учитывать положения п. 5.6), указания по эксплуатации, гарантии изготовителя;

5.4.2 Документов, регламентирующих область применения материала конкретной марки, составляемых на основе оценки параметров свойств по п.п. 5.5-5.8, разработанных или согласованных организациями, представляющими отрасль потребителя (заключения, рекомендации по применению и др.);

5.4.3 Сертификатов соответствия, выданных с учетом положений документов по п. 5.4.2 и протоколов испытаний организаций, представляющих отрасль потребителя.

5.5 Форма поставки армирующих материалов должна обеспечивать возможность немеханизированной их укладки на объекте строительства и отсутствие или минимальный перерасход материалов. Возможность соблюдения этого условия обеспечивается регламентацией параметров по п.п. 2.1, 2.2 таблицы 5.1.

5.6. Применяемые в дорожных конструкциях постоянных автомобильных дорог армирующие материалы должны иметь срок службы, превышающий срок службы дорожных одежд. Возможность соблюдения этого условия косвенно обеспечивается регламентацией параметров по п.п. 1.1, 1.2, 1.3 таблицы 5.1, а также учетом положений п. 5.7.

Таблица 5.1

Перечень и общая характеристика регламентируемых параметров полимерных армирующих материалов при применении в конструкциях постоянных автомобильных дорог

Примечание. Условные обозначения по разделу 2 Рекомендаций.

5.7 Возможность применения армирующих материалов определяется их сохранностью при укладке на контакте зернистый материал - грунт при воздействии нагрузок от занятой на строительстве техники (стойкостью ктехнологическим воздействиям, которые обычно превышают эксплуатационные). Соблюдение этого условия обеспечивается регламентацией параметров по п.п. 1.5, 3.1, 3.3.

5.8 Эффективность применения определяется показателями, характеризующими деформативность армирующих материалов (п.п. 3.3, 3.4, 3.6 таблицы 5.1) и структурные особенности (п.п. 2.3, 3.5 таблицы 5.1), Регламентация этих параметров выполнена в таблице 5.1 в минимальной степени, поскольку выбор армирующего материала определяется эффектом применения в конкретном проектном решении (раздел 6 Рекомендаций).

5.9 При проектировании армированных дорожных одежд рекомендуется использовать значения показателей механических свойств, представленные в Приложении Г или документах по п.п. 5.4.1, 5.4.2.

6 Методика проектирования

6.1 Конструктивные решения

Армирование применяют при новом строительстве и в случаях, когда предусмотрена замена существующей дорожной одежды (рисунок 6.1, а), а также на участках уширения автомобильных дорог (рисунок 6.1, б). Георешетку (геосетку) располагают на контакте между несущим слоем основания из необработанных зернистых материалов и песчаным дополнительным слоем основания или грунтом земляного полотна при его отсутствии в дорожных одеждах с усовершенствованными типами покрытия (рисунок 6.1, в). Для дорожных одежд с переходным типом покрытия георешетку (геосетку) располагают под покрытием из зернистых материалов (рисунок 6.1, г).

Рисунок 6.1. Армирование оснований дорожных одежд при новом строительстве (а), выполнении работ по уширению (б) и конструкции армированных дорожных одежд усовершенствованного (в) и переходного (г) типов: 1 - асфальтобетонное покрытие; 2 - щебеночное основание; 3 - песчаный дренирующий слой; 4 - грунт земляного полотна; 5 - георешетка; 6 - связный грунт на обочине; 7 - подломка края основания; 8 - контур уширения; 9 - контур старого откоса; 10 - уступы

Решение по армированию принимают с учетом области рационального использования георешеток (геосеток) по п. 4.3 и следующих дополнительных положений:

- рекомендуется применение георешеток (геосеток) под несущими основаниями капитальных дорожных одежд для дорог с тяжелым и интенсивным движением;

- рекомендуется применение георешеток (геосеток) в дорожных одеждах переходного типа как первоочередной конструкции стадийного строительства.

В этих случаях определяющим фактором для принятия решения о применении георешеток (геосеток) может оказаться выполнение ими не только армирующих функций, но и функций разделения (предотвращение взаимопроникновения материалов смежных слоев, ведущего к снижению долговечности конструкции).

Выбор материалов выполняют с учетом требований раздела 5, назначение толщин слоев дорожной одежды - на основе расчета по п. 6.2.

6.2 Методика расчета

6.2.1 Расчет армированных дорожных одежд выполняют по ОДН 218.046-01 с введением коэффициентов усиления, зависящих от деформативных свойств георешеток, толщин слоев, механических свойств материалов дорожных одежд и грунтов рабочего слоя земляного полотна. Приводимые коэффициенты усиления справедливы для материалов, отвечающих требованиям п. 4.5 и раздела 5.

6.2.2 Коэффициенты усиления вводятся при расчете дорожных одежд по критерию упругого прогиба (п.п. 6.2.3, 6.2.6), критерию сдвигоустойчивости грунта, подстилающего зернистое основание (п.п. 6.2.4, 6.2.7), и критерию сопротивления материалов монолитных слоев возникающим в них растягивающим напряжениям (п. 6.2.5).

6.2.3 Расчет армированных дорожных одежд капитального и облегченного типов по допускаемому упругому прогибу (расчетная схема по рисунку 6.2).

Рисунок 6.2. Расчетная схема дорожной одежды капитального и облегченного типов, армированной георешеткой

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба при условии

                                                                                                   (6.1)

где Е_общ - расчетный общий модуль упругости неармированной конструкции определяется по п. 3.27 [2.15] либо вычисляется по формуле (6.2) послойно, снизу вверх, начиная с рабочего слоя:

                                          (6.2)

где  - общий модуль упругости полупространства, подстилающего i-й слой, МПа;

i - номер рассматриваемого слоя дорожной одежды (i = 1,…,n);

E_i - модуль упругости i-го слоя дорожной конструкции, МПа.

E_min - минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции (определяется по п. 3.25 [2.15]), МПа;

 - требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба (определяемого по п. 3.6 [2.15]);

h - толщина i-го слоя дорожной одежды, м;

h_э - эквивалентная толщина слоя дорожной одежды, м.

 - требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба (определяемого по п. 3.6 [2.15]);

α₁ - коэффициент усиления (коэффициент увеличения общего модуля упругости армированной дорожной конструкции), определяемый по уравнению

α₁ = (а₀ + а₁Х₁ +а₂Х₂ + а₃Х₃ +а₄Х₄ +а₅Х₅ +a₁₁X₁² + а₁₂Х₁Х₂ +                                  

+а₁₃Х₁Х₃ + a₁₄X₁X₄ +а₁₅Х₁Х₅ +а₂₂Х₂² +а₂₃Х₂Х₃ +а₂₄Х₂Х₄ +                                        (6.3)

+_а25Х₂Х₅ +а₃₃Х₃² + a₃₄X₃X₄ +a₃₅X₃X₅ + а₄₄X²₄ + а₄₅Х₄Х₅ + а₅₅Х²₅)^-1,                         

где  - отношение суммарной толщины монолитных слоев покрытия (h₁) к диаметру отпечатка колеса расчетного автомобиля (D) (рисунок 6.2);

 - отношение суммарной толщины несущих слоев основания дорожной одежды (h₂) к диаметру отпечатка колеса расчетного автомобиля (D) (рисунок 6.2);

 - отношение средневзвешенного значения модуля упругости монолитных слоев покрытия (Е₁) к условному модулю упругости композитного слоя «зернистый материал + георешетка» (E₄). Величина Е₄ принимается по таблице Д 7;

 - отношение средневзвешенного значения модуля упругости несущих слоев основания (E₃) к условному модулю упругости композитного слоя «зернистый материал + георешетка» (E₄);

 - отношение общего модуля упругости основания (E₃), подстилающего композитный слой «зернистый материал + георешетка», к условному модулю упругости композитного слоя «зернистый материал + георешетка» (Е₄);

а₀, а₁, а₂, а₃, а₄, а₅, а₁₁, а₁₂, а₁₃, а₁₄, а₁₅,

а₂₂, а₂₃, а₂₄, а₂₅, а₃₃, а₃₄, а₃₅, а₄₄, а₄₅, а₅₅, - коэффициенты уравнения, принимаемые по таблице Д 1.

E_min = 98,65[lg(ΣN_p)-c], МПа,                                                                                    (6.4)

где с - эмпирический коэффициент, зависящий от расчетной нагрузки на ось;

ΣN_p - суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы дорожной одежды.

6.2.4 Расчет по условию сдвигоустойчивости грунта, подстилающего композитный слой «зернистый материал + георешетка».

Сдвигоустойчивость (отсутствие накопления недопустимых деформаций сдвига) при динамическом воздействии нагрузки для дорожной одежды с армированным основанием обеспечивается при соблюдении условия

                                                                                                              (6.5)

Сдвигоустойчивость (отсутствие накопления недопустимых деформаций сдвига) при статическом воздействии нагрузки для дорожной одежды с армированным основанием обеспечивается при соблюдении условия

                                                                                                              (6.6)

где Т - активное расчетное напряжение сдвига (принимается по п. 3.34 [2.15]);

Т_пp - предельная величина активного напряжения сдвига (определяется по п. 3.35 [2.15]);

К_пс^mр - требуемый коэффициент прочности (принимается по п. 3.6 [2.15]);

α₃, α₄ - коэффициенты усиления (коэффициенты снижения активных напряжений сдвига), определяемые по уравнению вида (6.7) при значениях коэффициентов уравнения для различных значений угла внутреннего трения основания, представленных в таблице Д 2.

α_3,4 = (а₀ + а₁Х₁ +а₂Х₂ + а₃Х₃ + а₄Х₄ + а₅Х₅ +a₁₁X₁² + а₁₂Х₁Х₂ +                                

+ а₁₃Х₁Х₃ + a₁₄X₁X₄ + а₁₅Х₁Х₅ + а₂₂Х₂² + а₂₃Х₂Х₃ + а₂₄Х₂Х₄ + (6.7)

+ а₂₅Х₂Х₅ + а₃₃Х₃² + a₃₄X₃X₄ + a₃₅X₃X₅ + а₄₄X²₄ + а₄₅Х₄Х₅ + а₅₅Х²₅)^-1,                        

Здесь обозначения те же, что и в выражении (6.3). Коэффициенты уравнений принимаются: для вычисления α₃ - по таблице Д 3, для вычисления α₄ - по таблице Д 4.

T_np = k_д(c_N + γ_cpztgφ_cm),                                                                                              (6.8)

где c_N - удельное сцепление в грунте земляного полотна (промежуточном песчаном слое), принимаемое с учетом повторности нагрузки, МПа;

k_д - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания, а также на границе грунта земляного полотна (при отсутствии песчаного слоя) - с нижним слоем несущего основания. Принимается по п. 3.35 [2.15]. При укладке георешетки на границе песчаного слоя (грунта земляного полотна) и нижнего слоя несущего основания k_д = 2;

z - глубина расположения поверхности слоя (от верха конструкции), проверяемого на сдвигоустойчивость, м;

γ_cp - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев одежды, расположенных выше проверяемого слоя, МН/м³.

6.2.5. Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (обозначения - по ОДН 218.046-01).

В монолитных слоях дорожной одежды напряжения, возникающие при прогибе одежды под действием повторных кратковременных нагрузок, не должны в течение заданного срока службы приводить к образованию трещин от усталостного разрушения. Для этого должно быть обеспечено условие: - для неармированных конструкций

                                                                                                                   (6.9)

- для конструкций, армированных георешеткой

                                                                                                                (6.10)

где К^тр_пр - требуемый коэффициент прочности по данному критерию;

R_N - прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений;

σ_r, σ_r^арм. - наибольшие растягивающие напряжения в рассматриваемых слоях.

Наибольшие растягивающие напряжения при изгибе в монолитном слое неармированной конструкции от единичной нагрузки -  либо армированной конструкции - определяются по рис. 3.4. [2.15], либо по формулам (6.11), (6.12) после приведения реальной конструкции к двухслойной модели:

                                                          (6.11)

                                                  (6.12)

где h₁ - суммарная толщина монолитных слоев покрытия, м;

D - расчетный диаметр отпечатка колеса, м;

Е₁ - средневзвешенный модуль упругости монолитных слоев покрытия, МПа;

h_э - эквивалентная толщина искусственного основания, м.

Значение h_э вычисляется по формулам:

Е_{осн.общ.} - общий модуль упругости неармированного основания, подстилающего рассматриваемый монолитный слой, МПа;

Е_{осн.общ.арм} - общий модуль упругости армированного основания, подстилающего рассматриваемый монолитный слой, МПа.

При армировании несущего слоя основания георешеткой общий модуль основания определяется по выражению:

Е_{осн.общ.арм} = α₂·Е_{осн.общ.},                                                                                              (6.13)

где Е_{осн.общ.} - общий модуль упругости основания, подстилающего покрытие, МПа;

α₂ - коэффициент усиления (коэффициент увеличения общего модуля упругости основания армированной дорожной конструкции), определяемый по уравнению:

α₂ = (а₀ + а₁Х₁ +а₂Х₂ + а₃Х₃ + а₄Х₄ + а₅Х₅ +a₁₁X₁² + а₁₂Х₁Х₂ +                                 

+ а₁₃Х₁Х₃ + a₁₄X₁X₄ + а₁₅Х₁Х₅ + а₂₂Х₂² + а₂₃Х₂Х₃ + а₂₄Х₂Х₄ + (6.14)

+ а₂₅Х₂Х₅ + а₃₃Х₃² + a₃₄X₃X₄ + a₃₅X₃X₅ + а₄₄X²₄ + а₄₅Х₄Х₅ + а₅₅Х²₅)^-1,                        

Здесь обозначения те же, что и в выражении (6.3). Коэффициенты уравнения принимаются по таблице Д 2.

Наибольшее растягивающее напряжение σ_r определяется по формуле:

                                                                                                                 (6.15)

где  - растягивающее напряжение в монолитном слое от единичной нагрузки;

р - давление колеса расчетного автомобиля на покрытие, МПа;

k_в - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном, k_в = 0,85 (при расчете под однобаллонное колесо k_в = 1,00).

Прочность материала монолитного слоя при многократном воздействии нагрузок определяется по формуле:

R_N = R₀k₁k₂ (l - υ_Rt),                                                                                                    (6.16)

где R₀ - нормативное значение предельного сопротивления растяжению при изгибе в условиях расчетной весенней температуры и однократного приложения нагрузки, МПа (см. табл. 1 прил. 3 [2.15]);

k₁ - коэффициент, учитывающий снижение прочности материалов вследствие усталостных явлений при многократных нагружениях, определяемый по формуле (6.17);

k₂ - коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов, определяемый по табл. 3.6 [2.15];

υ_R - коэффициент вариации прочности материала на растяжение (см. прил. 4 [2.15]);

t - коэффициент нормативного отклонения (см. прил. 4 [2.15]).

Коэффициент k₁ отражающий влияние усталостных процессов на прочность материалов, вычисляется по формуле

                                                                                                              (6.17)

где  - расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия с учетом числа расчетных суток за срок службы;

т - показатель, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя (см. табл. 1 прил. 3 [2.15]);

ω - коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности (см. табл. 1 прил. 3 [2.15]).

6.2.6 Расчет армированных дорожных одежд переходного и низшего типов по допускаемому упругому прогибу.

Рисунок 6.3. Расчетная схема дорожной одежды переходного и низшего типов, армированной георешеткой

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба при условии

α₅·Е_общ ≥ Е_min·К^тр_пу                                                                                                     (6.18)

где К^тр_пу - требуемый коэффициент прочности;

α₅ - коэффициент усиления (коэффициент увеличения общего модуля упругости армированной дорожной конструкции), определяемый по уравнению

α₅ = (а₀ + а₁Х₁ +а₂Х₂ + а₃Х₃ + a₁₁X₁² + а₁₂Х₁Х₂ + а₁₃Х₁Х₃ +                                       

+а₂₂Х₂² +а₂₃Х₂Х₃ + а₃₃Х₃²)^-1,                                                                                        (6.19)

где  - отношение суммарной толщины слоев дорожной одежды, расположенных над георешеткой (h₁), к диаметру отпечатка колеса расчетного автомобиля (D) (рисунок 6.3);

 - отношение значения общего модуля упругости основания (Е₂), подстилающего композитный слой «зернистый материал + георешетка», к условному модулю упругости композитного слоя «зернистый материал + георешетка» (Е₃). Величина Е₃ принимается по таблице Д 7;

 - отношение средневзвешенного модуля упругости слоев дорожной одежды, расположенных над георешеткой (Е₁), к условному модулю упругости композитного слоя «зернистый материал + георешетка» (Е₃);

а₀, а₁, а₂, а₃, а₁₁, а₁₂, а₁₃, а₂₂, а₂₃, а₃₃ - коэффициенты уравнения, принимаемые по таблице Д 5.

6.2.7 Расчет по условию сдвигоустойчивости грунта, подстилающего композитный слой «зернистый материал + георешетка».

Сдвигоустойчивость (отсутствие накопления недопустимых деформаций сдвига) при воздействии нагрузки для дорожных одежд с армированными основаниями обеспечивается при соблюдении условия:

                                                                                                              (6.20)

где Т - активное расчетное напряжение сдвига (принимается по п. 3.34 [2.15]);

Т_пp - предельная величина активного напряжения сдвига (определяется по п. 3.35 [2.15]);

К_пс^тр - требуемый коэффициент прочности (принимается по п. 3.6 [2.15]);

α₆ - коэффициент усиления (коэффициент снижения активных напряжений сдвига), определяемый по уравнению

α₆ = (а₀ + а₁Х₁ +а₂Х₂ + а₃Х₃ + a₁₁X₁² + а₁₂Х₁Х₂ + а₁₃Х₁Х₃ +                                       

+а₂₂Х₂² +а₂₃Х₂Х₃ + а₃₃Х₃²)^-1,                                                                                        (6.21)

Здесь обозначения те же, что и в выражении (6.19). Коэффициенты уравнения для различных значений угла внутреннего трения основания принимаются по таблице Д 6.

6.2.8 Оценка срока службы армированных дорожных одежд. Расчеты по п.п. 6.2.3, 6.2.6 приводят к снижению толщин слоев дорожной одежды или к увеличению срока ее службы. При сохранении толщин слоев армированной дорожной одежды без изменения при выполнении условия прочности по сопротивлению материалов монолитных конструктивных слоев возникающим в них растягивающим напряжениям при изгибе, соответствующий увеличенный срок службы может быть определен по зависимости

                                                                            (6.22)

где  - суммарное расчетное число приложений нагрузки за расчетный срок службы для армированной дорожной одежды, определяемое по рисунку 6.4 при значении Е_{общ.арм.} = α₁·Е_общ. (см. п. 6.2.3) или исходя из зависимости 3.10 [2.15]; N_p, К_с, Т_рдг, К_п и q - по п.п. 3.22, 3.23 [2.15].

Рисунок 6.4. Зависимость общего расчетного модуля упругости конструкции Е_общ. от суммарного расчетного числа приложений нагрузки за расчетный срок службы, ΣN_р, Q - нормативная статическая нагрузка на ось расчетного автомобиля (к п. 6.2.8)

6.2.9 Общий порядок расчета может быть принят в соответствии с примером расчета, представленным в Приложении В.

7 Особенности технологии производства работ

7.1 Технология и организация строительного процесса при применении армирования, включая подготовку объекта, схему организации рабочей зоны в период производства работ, организацию труда, контроль качества и техники безопасности, подчиняются общим правилам при производстве земляных работ и работ по устройству дорожной одежды. При производстве работ следует руководствоваться требованиями СНиП 2.05.02-85*, СНиП 3.06.03-85, СНиП 12-03-2001, СНиП 12-04-2002, ВСН 8-89, ВСН 19-89, ВСН 37-84, а также положениями Рекомендаций (п.п. 2.16, 2.17).

7.2 Особенности технологии производства работ связаны с введением дополнительной операции по укладке георешетки (геосетки) и введением дополнительных требований к выполнению работ по устройству слоя основания, расположенного непосредственно над георешеткой. Общая технологическая схема производства работ представлена на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1. Технология производства работ:

а - при новом строительстве; б - при уширении; в - схема расположения анкеров; г - конструкция анкера

7.3 Укладку георешетки выполняют на выровненном и уплотненном грунтовом основании (песчаном дополнительном слое основания) путем раскатки рулона с периодическим (через 10-15 м) выравниванием полотна и легким его натяжением без образования складок (рисунок 7.2, а). Как правило, крепления георешетки к нижележащему слою не требуется и нежелательно, поскольку препятствует натяжению полотна при образовании «волны» в процессе отсыпки вышележащего слоя (рисунок 7.2,г, п. 7.4).

Рисунок 7.2. Отдельные рабочие операции при армировании дорожных одежд:

а - укладка георешетки; б - отсыпка материала несущего основания; в - разравнивание материала по способу «от себя»; г - образование «волны» перед разравниваемым слоем

Однако в отдельных случаях для сохранения проектного положения георешеток при возможном воздействии технологических нагрузок, возникающих при отсыпке и разравнивании вышележащего слоя (начало рулона, отсыпка материала основания с существующего покрытия при уширении), а также при сильных ветровых воздействиях, георешетка может крепиться анкерами по рисунку 7.1, г. Расположение анкеров при разных способах устройства вышележащего слоя показано на рисунке 7.1, в (анкера располагаются через 10-15 м по длине со снижением этого расстояния в случае устройства уширения до 6 м у края полотна, ближайшего к направлению отсыпки вышележащего слоя; в начале рулона и в местах перекрытия рулонов устанавливаются 3 анкера по ширине, в других местах - 2 анкера по ширине).

Перекрытие полотен по длине и по ширине не менее 30 см. Направление перекрытия назначают с учетом направления отсыпки и разравнивания материала вышележащего слоя для исключения «задирания» полотна на перекрытии (при отсыпке по способу «от себя» конец полотна засыпаемого слоя располагается над началом следующего полотна; при отсыпке с существующего покрытия в случае устройства уширения ближайшее к стороне отсыпки полотно располагают выше).

Георешетка (геосетка) укладывается на ширину слоя основания с запасом не менее толщины слоя зернистого материала плюс 0,1 м в каждую сторону.

7.4 Отсыпку на уложенную георешетку крупнофракционного материала основания выполняют по способу «от себя» (рисунок 7.2, б, в). Основные условия устройства слоя основания - недопущение заезда построечного транспорта на открытую поверхность полотна, постепенное разравнивание отсыпанного материала основания за несколько проходов с последовательной надвижкой материала основания на георешетку. При образовании волны (рисунок 7.2, г) следует выполнять натяжение геосетки (георешетки). В процессе надвижки рекомендуется по возможности соблюдать минимальное расстояние по потоку между операциями по устройству слоя основания и раскатке рулонов (но не ближе 20 м) для обеспечения больших возможностей по натяжению геосетки (георешетки). Материал основания должен быть отсыпан на георешетку в течение рабочей смены.

7.5 При выполнении работ по п.п. 7.3, 7.4 визуально оценивается качество укладываемых полотен. Фиксируются дефекты внешнего вида (разрывы, вырывы, другие нарушения сплошности ребер и узлов, перекос ячеек, наличие включений, загрязнений, наличие перегибов или следов перегибов на ребрах, ровность кромок). Также фиксируется величина перекрытия смежных полотен по ширине и длине, длина материала в рулоне и ширина, их соответствие документации (маркировке на рулонах, данным паспорта на партию материала). По результатам контроля составляется акт на скрытые работы.

Приложение А

Особенности применения полимерных георешеток при строительстве временных дорог

1 Положения настоящего Приложения могут быть применены для проектирования временных автомобильных дорог со сроком службы, не превышающим трех лет при значении модуля деформации на поверхности грунта, подстилающего армирующий материал, не ниже 8 МПа.

2 При строительстве временных дорог требования к армирующим материалам могут быть приняты по разделу 5 Рекомендаций с учетом следующих уточнений:

- параметры по п.п. 1.2, 1.3, 1.4 (в части дополнительных требований к полиэфирным материалам) таблицы 5.1 не регламентируются;

- при возможности возникновения на поверхности создаваемого покрытия в период строительства или в начальный период эксплуатации деформаций (колейности), превышающих 10 см, должна быть выполнена пробная укладка армирующих материалов на объекте для уточнения возможности их применения, исходя из технологических воздействий (визуальная оценка состояния армирующего материала после снятия уложенного и уплотненного материала покрытия; при наличии повреждений - также оценка механических свойств отобранных образцов с учетом регламентации по п. 1.5 таблицы 5.1).

3 Конструктивные решения для временных автомобильных дорог аналогичны представленным конструкциям дорожных одежд с переходным типом покрытия (рис. 6.1). Назначение дорожных одежд выполняют на основе расчета по допустимой величине деформации покрытия (п. 4), допустимому давлению на поверхности грунтового основания (п. 5) и допустимой относительной деформации армирующего материала (п. 6).

4 Расчет по допустимой величине деформации покрытия. Конструкция дорожной одежды удовлетворяет требованиям прочности и надежности при соблюдении условия

Е_экв ≥ Е_тр,                                                                                                                    (А.1)

где Е_экв - расчетный эквивалентный модуль деформации на поверхности покрытия, МПа;

Е_тр - требуемый модуль деформации на поверхности покрытия с учетом допустимой величины деформации покрытия, МПа.

Требуемый модуль деформации дорожной одежды определяется из условия, чтобы накапливающаяся под действием повторных нагрузок деформация S не превысила нормированную величину. Требуемый модуль деформации назначается по зависимости:

                                                                                                    (А.2)

где Р - удельное давление на покрытие от расчетной нагрузки, МПа;

D - диаметр отпечатка колеса расчетного автомобиля, м;

S - допускаемая вертикальная осадка поверхности покрытия, м;

k - коэффициент, отражающий агрессивность повторных нагрузок, вызывающих нарастание остаточных деформаций;

k = 0,5 + 0,65·lgN_c,                                                                                                     (A.3)

где N_c - число проходов (воздействий) расчетной нагрузки в грузовом направлении за расчетный период.

Независимо от результатов расчета Е_тр ≥ 30 МПа.

Расчетный эквивалентный модуль деформации на поверхности покрытия Е_экв определяется послойно снизу вверх, начиная с грунта земляного полотна, по зависимости (А.4):

                                                       (А.4)

где Е_гр - модуль деформации фунтового основания, МПа;

Е_од - средневзвешенный модуль деформации слоев дорожной одежды, МПа.

h_oд - общая толщина слоев дорожной одежды, м.

Эквивалентный модуль деформации армированной дорожной конструкции определяется по зависимости:

Е_{экв.арм.} = К_а·Е_экв.,                                                                                                        (А.5)

где Е_{экв.арм} - эквивалентный модуль деформации армированной дорожной конструкции, МПа;

Е_экв. - эквивалентный модуль деформации неармированной дорожной конструкции, МПа.

Значения коэффициентов упрочнения К_а определяются с помощью выражений (А.6÷А.8).

- для георешеток типа СД-20:

               (А.6)

для георешеток типа СД-30:

                (А.7)

для георешеток типа СД-40:

                (А.8)

5 Расчет дорожных одежд по допустимому давлению на поверхность грунтового основания. Конструкция дорожной одежды удовлетворяет требованиям прочности при соблюдении условия:

σ ≤ σ_доп,                                                                                                                       (А.9)

где σ - вертикальные напряжения, возникающие в грунте с учетом распределяющей способности дорожной одежды, МПа;

σ_доп - максимальное допускаемое напряжение в грунте, при котором сохраняется линейная зависимость между давлением и осадкой, МПа.

Действующие вертикальные напряжения определяются по зависимости:

                                                                                                                         (А.10)

где Р - давление на покрытие от расчетной нагрузки, МПа;

ω - коэффициент, характеризующий убывание вертикальных напряжений в дорожной одежде и определяемый по зависимости:

                                                                                                       (А.11)

где а = 1,7; 1,8; 1,9 - для дорожных одежд, армированных георешетками СД-20, СД-30, СД-40 с условными показателями деформативности Е'(ε) 350, 525, 700 кН/м, соответственно, отвечающих также требованиям п.п. 3.5, 3.6 таблицы 5.1;

а = 1,0 - для неармированных дорожных одежд;

h_экв - эквивалентная толщина слоев дорожной одежды, м, определяемая по зависимости:

где  - общая толщина слоев дорожной одежды, м;

E_i - модуль деформации i-го слоя дорожной одежды, МПа;

Е_гр - модуль деформации грунтового основания, МПа.

Допускаемые напряжения σ_доп определяются по зависимости:

                                                                           (A.12)

где с - удельное сцепление грунта основания, МПа;

φ - угол внутреннего трения грунта основания, град;

γ_i - средневзвешенный удельный вес слоев дорожной одежды, МН/м³.

6 Расчет по допустимой относительной деформации армирующего материала. Для исключения возникновения пластических деформаций армирующих материалов должно выполняться условие:

ε ≤ ε_пр,                                                                                                                         (A.13)

где ε - относительная деформация геосетки (георешетки) в конструкции;

ε_пр - предельная относительная деформация георешетки, равная 0,1 (10 %) для полипропиленовых материалов.

Значение относительной деформации ε определяется по формуле:

                                                                           (А.14)

где ε₀ - деформация, возникающая в период строительства (ε₀ = 0,015);

h_экв - эквивалентная толщина слоев дорожной одежды, м.

Остальные обозначения - по п. 4 Приложения А.1.

7 Общий порядок расчета может быть принят в соответствии с примером расчета, представленным в Приложении Е. Ориентировочные значения модулей деформации материалов в конструкциях дорожной одежды представлены в таблице А.1.

8 Технология производства работ при строительстве временных дорог может быть принята по разделу 7 настоящих Рекомендаций с учетом следующих особенностей:

- предпочтительный способ укладки георешетки - поперек оси земляного полотна с перекрытием соседних полотен не менее чем на 30 см. Допустима укладка вдоль оси земляного полотна при увеличении перекрытия соседних полотен (не менее 50 см);

- рекомендуется производить распределение зернистого материала над георешеткой бульдозером легкого и среднего типа с постепенным перемещением под углом к оси дороги по способу «от себя».

Таблица А.1

Ориентировочные значения модулей деформации материалов в конструкциях дорожных одежд

Примечание. Уточнение модулей деформации местных дорожно-строительных материалов возможно на основе выполнения послойных штамповых испытаний.

Приложение Б

Основные положения методов оценки механических свойств георешеток (геосеток), применяемых для армирования зернистых материалов

Б.1 Метод испытаний на растяжение (испытания по «схеме 1»)

Сущность метода испытания состоит в одноосном растяжении образцов геосетки с постоянной скоростью деформирования 20 мм/мин до их разрыва (допускаемая скорость при текущем контроле производителя 20-50 мм/мин при обязательном указании принимаемой скорости). Схема испытаний - по рисунку Б.1, б.

Рисунок Б.1. Испытания по «схеме 1»

Применяемые образцы - прямоугольные размером 200 мм (ширина b) на 100 мм («рабочая» длина в направлении растяжения l), содержащие не менее 5 ребер геосетки по ширине и не менее одного ребра по длине, не считая ребер, расположенных под зажимами установки для растяжения (допустимо испытание одного ребра при текущем контроле производителя, допустимо испытание образца из двух ребер по ширине при размере ячеек материала выше 75 мм). Количество образцов - не менее 5 в каждом направлении (подлине рулона, по ширине рулона).

Применяемое оборудование должно обеспечивать получение полной диаграммы деформирования образцов при погрешности измерения нагрузки и удлинения не более 1 % от измеряемой величины.

Результирующая зависимость представлена на рисунке Б.1, а.

Обозначения в результирующей зависимости (рисунок Б.1, а):

                                                                                                             (Б.1)

где R_R - растягивающее усилие на 1 пог. м материала, кН/м;

К_р - количество ребер на 1 пог. м материала;

К_р(1) - количество ребер по ширине b испытываемого образца;

R₍₁₎ - усилие по направлению растяжения, кН.

                                                                                                                  (Б.2)

где ε_R - относительная деформация образца (l₀ - начальная длина образца, l₁ - длина образца после приложения нагрузки R₍₁₎), отн. ед. или %.

Оцениваемые параметры свойств:

R_LR (R_TR) - прочность при кратковременном растяжении в направлении длины (ширины) материала - максимальное зафиксированное в испытаниях значение R_R, кН/м;

ε_LRRmax (ε_LRRmax) - относительная деформация при разрыве, %;

ε_LRR (ε_LRR) - относительная деформация при максимальном растягивающем усилии;

R_LR(ε) и R_TR(ε) - усилие R_R в направлении длины или ширины материала при определенной деформации ε (определяется при деформации 2%, 5% или дополнительно при другом технически обоснованном значении ε);

E'_LR(ε) - условный показатель деформативности в направлении длины материала (оценивается при значении ε = 2% или при другом технически обоснованном значении).

                                                                                                        (Б.3)

E"_LR = E'_LR/t_LR, МПа (условное значение модуля упругости в направлении длины материала, t_IR - толщина ребра);

E'"_LR = Е'/(F_LRK_LR), МПа (условное значение модуля упругости для ребра материала в направлении его длины, F_LR - площадь поперечного сечения ребра, K_LR - число ребер, отнесенное на единицу длины материала);

Е'"_LR F_LR = Е'/K_LR, H (условный показатель жесткости материала).

Показатели E'_TR, E"_TR, E'"_TR в направлении ширины материала определяются аналогично.

При текущем контроле производителя могут оцениваться только показатели R_LR (R_TR) и ε_LRmax (ε_TRmax).

Б.2 Метод испытаний на диагональное растяжение (метод РосдорНИИ, испытания по «схеме 2»)

Сущность метода - по п. Б.1. Схема испытаний - по рисунку Б.2, б.

Применяемые образцы - ячейка геосетки, закрепляемая в зажимах (при размере ячейки менее 35 мм испытывается большее количество ячеек, расстояние между зажимами при закреплении образца - не менее 50 мм).

Применяемое оборудование - по п. Б.1.

Результирующая зависимость представлена на рисунке Б.2, а.

Обозначения в результирующей зависимости (рисунок Б.2):

Рисунок Б.2. Испытания по «схеме 2»

R_j - усилие при растяжении, кН;

R_j(тaх) - максимальное усилие при растяжении, кН;

ε - см. п. Б.1 при / по рисунку Б.2, б (l₀ - диагональ ячейки).

Оцениваемые параметры свойств:

- относительная прочность узлов:

                                                                (Б.4)

- условный показатель деформативности в плоскости материала:

                                                                   (Б.5)

где K_LR, K_TR - пo п. Б.1;

R_lr(10), R_Tr(10) - усилие в образце, отнесенное к ширине образца при испытаниях по «схеме 1», возникающее при относительной деформации 10 %.

Принимается минимальное из значений R_jR и G_LR. Метод может не применяться при текущем контроле производителя.

Б.3 Метод испытаний по оценке показателя сопротивляемости местным повреждениям (испытания по «схеме 3»)

Сущность метода испытаний состоит в моделировании в лабораторных условиях технологических воздействий на образец материала, заключенный между слоем крупнофракционного материала (слой 1 на рисунке Б.3) и слоем песка (слой 2 на рисунке Б.3). Испытания выполняются в соответствии с вышеуказанной методикой Приложения Г [2.16].

Рисунок Б.3. Испытания по «схеме 3»

Методика оценки показателя сопротивляемости местным повреждениям состоит в следующем:

- в лабораторных условиях в жесткой обойме создают трехслойную модель, верхний слой которой - крупнофракционированный материал, средний - образец георешетки, нижний - грунт. Размер фракций и толщина материала верхнего слоя, вид и состояние (плотность, влажность грунта нижнего слоя) должны отвечать конкретным условиям строительства. Стандартные испытания предусматривают использование гранитного щебня фракций 20-40 мм в качестве материала верхнего слоя и мелкозернистого песка с коэффициентом уплотнения 0,86-0,88 в качестве материала нижнего слоя. Толщина верхнего слоя - не менее 1,5 размеров наиболее крупной фракции, толщина нижнего слоя - не менее 10 см. Размер обоймы - не менее 10×20 см, но более 3-х размеров наиболее крупной фракции, размер образца георешетки - не менее 20×20 см для оценки прочности;

- через штамп размером более 5×10 см, установленный на поверхности модели, прикладывают нагрузку (Р), создающую давление 1,5 МПа. Общее количество циклов нагружения - 60 с выдержкой расчетной нагрузки в течение 30 с и последующей разгрузкой;

- образец георешетки извлекают из модели и визуально оценивают степень его повреждения. При отсутствии явно выраженных нарушений структуры образцы испытывают по методу Б.1;

- оцениваемые параметры (P_LR и Р_TR по рисунку Б.3) и параметр ΔЕ:

ΔЕ = Е'_R(ε)/Е'_RС(ε),                                                                                                     (Б.6)

где Е'_R(ε) - см. Б.1;

Е'_R(ε) - условный показатель деформативности после испытаний по методу Б.1 образца, извлеченного из обоймы после испытаний по «схеме 3» (значения ε = 2%, 5%).

Приложение В

Примеры расчета армированных дорожных одежд

В.1 Исходные данные для расчета

1 Категория дороги-III;

2 Дорожно-климатическая зона - II;

3 Расчетный срок службы дорожной одежды Т_сл = 16 лет;

4 Заданная надежность К_н = 0,95;

5 Тип нагрузки - А₁ (нагрузка на одиночную ось F = 100 кН, Р = 0,6 МПа);

6 Интенсивность движения на конец срока службы N_р = 3200 авт./сут; приращение интенсивности движения q = 1,02;

7 Грунт рабочего слоя земляного полотна - песок пылеватый, Е_гр = 48 МПа (W/W_T = 0,90), с = 0,003 МПа, φ = 8°, φ_ст = 33°;

8 Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - 3;

9 Материалы искусственного основания: несущий слой - щебень изверженных пород фр. 20÷40 мм, М 1000 I класса прочности по ГОСТ 8267-93*, дополнительный слой - песок средней крупности по ГОСТ 8736-93*.

В.2 Расчет неармированной дорожной конструкции (в соответствии с ОДН 218.046-01 [2.15])

В.2.1 Вычисляется суммарное количество приложений расчетных нагрузок за срок службы по формуле (3.7) [2.15]:

где К_с = 18,64; Т_рдг = 125 дней; К_п = 1,38.

В.2.2 Предварительно назначается следующая конструкция дорожной одежды: покрытие - 2 слоя асфальтобетона; верхний слой искусственного основания - фракционированный гранитный щебень фракции 20÷40 мм, укладываемый по методу заклинки; нижний слой искусственного основания - песок средней крупности.

В.2.3 Требуемые коэффициенты прочности проектируемой дорожной одежды, соответствующие коэффициенту надежности 0,95 для дороги III категории:

- по допустимому упругому прогибу  = 1,17;

- по сдвигоустойчивости грунта и слабосвязных слоев  = 1,00;

- по усталостному разрушению монолитных материалов от растяжения при изгибе К^тр_пр = 1,0.

В.2.4 Расчет по допускаемому упругому прогибу

Расчет ведется послойно, начиная с подстилающего грунта (Е_гр = 48 МПа).

Общий модуль упругости на поверхности слоя песка:

Общий модуль упругости на поверхности слоя щебня:

Общий модуль упругости на поверхности нижнего слоя асфальтобетона:

Общий модуль упругости на поверхности покрытия:

Таким образом, Е_общ ≈ 420,3 МПа.

Минимальный требуемый модуль упругости определяется по формуле (3.10) [2.15]:

Проверка выполнения условия прочности:

Условие прочности выполнено.

В.2.5 Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости грунта

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляются по формуле (3.13) [2.15]:

Для определения  предварительно назначенная дорожная конструкция приводится к двухслойной расчетной модели. В качестве ее нижнего слоя принимается грунт (песок пылеватый) со следующими характеристиками (ΣN_p = 5351355 авт.):

Е_н = 48 МПа; φ = 8°; с = 0,003 МПа (табл. П 2.4 и П 2.5 [2.15]).

Средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя Е_в = 425,49 МПа.

По отношениям  и при φ = 8° с помощью номограммы рисунка 3.2 [2.15] находится единичное активное напряжение сдвига: , тогда Т = 0,01088·0,6 = 0,00653 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя:

Т_пр = 1,0·(0,003+0,1·0,00183·102·tg33°) = 0,01515 МПа.

Проверка выполнения условия прочности по сдвигоустойчивости грунта:

Условие прочности выполнено.

В.2.6 Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости слоя песка

Действующие в слое песка активные напряжения сдвига вычисляются по формуле (3.13) [2.15]. Для определения  предварительно назначенная дорожная конструкция приводится к двухслойной расчетной модели.

Нижнему слою модели присваиваются следующие характеристики:

 = 105,09 МПа (общий модуль упругости на поверхности песчаного слоя),

φ = 27°; с = 0,002 МПа.

Средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя Е_в = 782,98 МПа.

По отношениям  и при φ = 27° с помощью номограммы рисунка 3.2 [2.15] находится единичное активное напряжение сдвига:  = 0,0234, тогда Т = 0,0234·0,6 = 0,01405 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в слое песка:

Т_пр = 2,0·(0,002+0,1·0,002·47·tg32°) = 0,01570 МПа.

Проверка выполнения условия прочности по сдвигоустойчивости слоя песка:

Условие прочности выполнено.

В.2.7 Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе

Расчет выполняется в следующем порядке:

а) Конструкция приводится к двухслойной модели, в которой нижний слой - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. слои основания и грунт рабочего слоя. Модуль нижнего слоя определяется как общий модуль слоев основания и грунта рабочего слоя.

Общий модуль упругости нижнего слоя  = 172,23 МПа.

К верхнему слою относятся все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя.

б) По отношениям  определяется  = 1,61718.

Расчетное растягивающее напряжение вычисляется по формуле (3.16) [2.15]:

σ_r = ·p·k_в = 1,61718·0,6·0,85 ≈ 0,825 МПа.

в) Рассчитывается предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17) [2.15]:

при R₀ = 8,0 МПа; υ_R = 0,1; t = 1,71; α = 5,9; т = 4,3;

k₂ = 0,8 (таблица 3.6 [57]);

R_N = 8,0·0,161·0,8·(1-0,1·1,71) ≈ 0,853 МПа.

Проверка выполнения условия прочности по сопротивлению монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе:

В.2.8 Коэффициенты прочности по критериям сдвига в слое песка и усталостному разрушению монолитного слоя от растяжения при изгибе имеют наименьшие значения, значит уменьшение толщины любого слоя дорожной одежды приведет к невыполнению, в первую очередь, данных критериев прочности.

В.3 Расчет армированной дорожной конструкции в соответствии с подразделом 6.2 настоящих Рекомендаций

В.3.1 Исходные данные те же (по п. В.1). Требуется запроектировать дорожную одежду с учетом того, что слой щебня армируется георешеткой Славрос СД-20.

Предварительно назначается следующая конструкция дорожной одежды: покрытие - 2 слоя асфальтобетона; верхний слой искусственного основания - фракционированный гранитный щебень фракции 20÷40 мм, георешетка Славрос СД-20, нижний слой искусственного основания - песок средней крупности. При этом снижаем толщину слоя щебня с 28 см до 18 см.

В.3.2 Расчет по допускаемому упругому прогибу

Расчет ведется послойно, начиная с подстилающего грунта. Общий модуль упругости неармированной конструкции составит Е_общ. = 371,05 МПа.

Армирование слоя щебня георешеткой Славрос СД-20 увеличивает общий модуль упругости дорожной конструкции (п. 6.2.3):

где α₁ - коэффициент увеличения общего модуля упругости дорожной конструкции, принимаемый в соответствии с выражением (6.3):

где

Е₄ = 1100 МПа - для георешетки Славрос СД-20 (таблица Д7);

а₀, а₁, а₂, а₃, а₄, а₅, а₁₁, а₁₂, а₁₃, а₁₄, а₁₅, а₂₂, а₂₃, а₂₄, а₂₅, а₃₃, а₃₄, а₃₅, а₄₄, а₄₅, а₅₅ коэффициенты уравнения, принимаемые по таблице Д1.

Таким образом, общий модуль упругости армированной дорожной конструкции равен:

Проверка выполнения критерия прочности по упругому прогибу:

Условие прочности выполнено.

В.3.3 Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости грунта

Расчет аналогичен расчету п. В.2.5 (повторяется для пониженной толщины слоя щебня).

Средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя Е_в = 433,70 МПа.

По отношениям  и при  φ = 8°с помощью номограммы рисунка 3.2 [2.15] находится единичное активное напряжение сдвига:  ≈ 0,01255, тогда T = 0,01255·0,6 = 0,00753 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя:

Т_пр = 1,0·(0,003 + 0,1·0,00184·92·tg33°) = 0,01398 МПа.

Проверка выполнения условия прочности по сдвигоустойчивости грунта:

Условие прочности выполнено.

В.3.4 Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости в слое песка

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляются по формуле (3.13) [2.15]. Для определения  предварительно назначенная дорожная конструкция приводится к двухслойной расчетной модели.

Нижнему слою модели присваиваются следующие характеристики:

Средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя Е_в = 900 МПа.

По отношениям  и при φ = 27° с помощью номограммы рисунка 3.2 [2.15] находится единичное активное напряжение сдвига:  = 0,03098, тогда Т = 0,03098·0,6 ≈ 0,01859 МПа.

При армировании щебня георешеткой Славрос СД-20 при динамическом воздействии нагрузки величина активных напряжений сдвига в слое песка уменьшится в α₃ раз, т.е.:

где

E₄ = 1100 МПа - для георешетки Славрос СД-20;

а₀, а₁, а₂, а₃, а₄, а₅, а₁₁, а₁₂, а₁₃, а₁₄, а₁₅, а₂₂, а₂₃, а₂₄, а₂₅, а₃₃, а₃₄, а₃₅, а₄₄, а₄₅, а₅₅ - коэффициенты уравнения при φ = 27°, принимаемые по таблице Д3.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в слое песка:

Т_пр = 2,0·(0,002 + 0,1·0,002·37·tg32°) = 0,01345 МПа.

Проверка выполнения условия прочности по сдвигоустойчивости слоя песка:

Условие прочности выполнено.

В.3.5 Расчет армированной конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе

Расчет выполняется в следующем порядке:

а) Конструкция приводится к двухслойной модели, в которой нижний слой - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. слои основания и грунт рабочего слоя. Модуль нижнего слоя определяется как общий модуль слоев основания и грунта рабочего слоя.

Общий модуль упругости нижнего слоя Е_{осн.общ.арм.} = α₂·Е_{осн.общ.}, где Е_{осн.общ.} - модуль упругости нижнего слоя без учета эффекта армирования несущего слоя основания георешеткой.

Е_{осн.общ.} = 143,48 МПа.

где

E₄ = 1100 МПа - для георешетки Славрос СД-20 (табл. Д 7);

а₀, а₁, а₂, а₃, а₄, а₅, а₁₁, а₁₂, а₁₃, а₁₄, а₁₅, а₂₂, а₂₃, а₂₄, а₂₅, а₃₃, а₃₄, а₃₅, а₄₄, а₄₅, а₅₅ - коэффициенты уравнения, принимаемые по таблице Д 2.

Таким образом, общий модуль упругости основания армированной дорожной конструкции равен:

Е_{общ.арм.} = 1,194·143,48 = 171,31 МПа.

К верхнему слою относятся все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя E₁ = 3426,32 МПа.

б) По отношениям

Расчетное растягивающее напряжение вычисляется по формуле:

в) Рассчитывается предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17) [2.15]:

при R₀ = 8,0 MПa; υ_R = 0,1; t = 1,71; α = 5,9; m = 4,3;

(таблица 3.6 [2.15]);

k₂ = 0,8 (таблица3.6 [2.15]);

R_N = 8,00·161·0,8·(1-0,1·1,71) ≈ 0,853 МПа.

Проверка выполнения условия прочности по сопротивлению монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе:

Условие прочности выполнено.

В.3.6 Таким образом, армирование слоя щебня георешеткой в данном случае позволило снизить толщину щебня с 28 см до 18 см, т.е. примерно на 36 %. Конструкция дорожной одежды должна отвечать требованиям по морозоустойчивости.

В.4 Исходные данные для расчета

1 Категория дороги - IV;

2 Дорожно-климатическая зона - II, Московская обл.;

3 Расчетный срок службы дорожной одежды Т_сл = 5 лет;

4 Заданная надежность К_н = 0,80;

5 Тип нагрузки - А₁ (нагрузка на одиночную ось F = 100 кН, Р = 0,6 МПа);

6 Интенсивность движения на конец срока службы N_p = 200 авт/сут; приращение интенсивности движения q = 1,01;

Грунт рабочего слоя земляного полотна - суглинок легкий,

8 Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - 3;

9 Материалы искусственного основания: несущий слой - щебень изверженных пород фр. 20÷40 мм, М 1000 I класса прочности по ГОСТ 8267-93*, дополнительный слой - песок средней крупности по ГОСТ 8736-93*.

В.4.1 Расчет неармированной дорожной конструкции в соответствии с ОДН 218.046-01 [2.15]

В.4.1 Вычисляется суммарное количество приложений расчетных нагрузок за срок службы по формуле (3.7) [2.15]:

где К_с = 5,10; Т_рдг = 125 дней; k_п = 1,16.

В.4.2 Предварительно назначается следующая конструкция дорожной одежды: покрытие - ЩГПС оптимального состава, обработанная органическим вяжущим; верхний слой искусственного основания - фракционированный гранитный щебень фракции 20÷40 мм, укладываемый по методу заклинки; нижний слой искусственного основания - песок средней крупности.

В.4.3 Требуемые коэффициенты прочности проектируемой дорожной одежды, соответствующие коэффициенту надежности 0,80 для дороги IV категории:

- по допустимому упругому прогибу  = 1,02;

- по сдвигоустойчивости грунта и слабосвязных слоев  = 0,87.

В.4.4 Расчет по допускаемому упругому прогибу

Расчет ведется послойно, начиная с подстилающего грунта (Е_гр = 34 МПа).

Общий модуль упругости на поверхности слоя песка:

Общий модуль упругости на поверхности слоя щебня:

Общий модуль упругости на поверхности покрытия:

Таким образом, Е_общ = 214,93 МПа.

Требуемый модуль упругости определяется по формуле (3.10) [2.15]

Условие прочности выполнено.

В.4.5 Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости грунта

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляются по формуле (3.13) [2.15]:

Для определения  предварительно назначенная дорожная конструкция приводится к двухслойной расчетной модели. В качестве ее нижнего слоя принимается грунт (суглинок легкий) со следующими характеристиками

Е_н = 34 МПа; φ = 5°; с = 0,005 МПа (таблица П. 2.4 и П. 2.5 [2.15]).

Средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя Е_в = 256,82 МПа.

По отношениям  и при φ = 5° с помощью номограммы рисунка 3.2 [2.15] находится единичное активное напряжение сдвига:  = 0,0164, тогда Т = 0,0164·0,6 ≈ 0,00984 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя:

Т_пр = 1,0·(0,005+0,1·0,00175·88·tg15°) = 0,00914 МПа.

Проверка выполнения условия прочности по сдвигоустойчивости грунта:

Условие прочности выполнено.

В.4.6 Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости слоя песка

Действующие в слое песка активные напряжения сдвига вычисляются по формуле (3.13) [2.15]. Для определения т предварительно назначенная дорожная конструкция приводится к двухслойной расчетной модели.

Нижнему слою модели присваиваются следующие характеристики:

 = 72,03 МПа, φ = 28°; с = 0,003 МПа.

Средневзвешенный модуль упругости верхнего слоя Е_в = 370,83 МПа.

По отношениям  и при φ = 28° с помощью номограммы рисунка 3.2 [2.15] находится единичное активное напряжение сдвига:  = 0,0307, тогда Т = 0,0307·0,6 ≈ 0,01842 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в слое песка:

Т_пр = 2,0·(0,003 + 0,1·0,0018·48·tg32°) = 0,01680 МПа.

Проверка выполнения условия прочности по сдвигоустойчивости слоя песка:

Условие прочности выполнено.

В.5 Расчет армированной дорожной конструкции в соответствии с подразделом 6.2 настоящих Рекомендаций

В.5.1 Исходные данные те же (по п. В.4). Требуется запроектировать дорожную одежду с учетом того, что слой щебня армируется георешеткой Славрос СД-30.

Предварительно назначается следующая конструкция дорожной одежды: покрытие - ЩГПС оптимального состава, обработанная органическим вяжущим; верхний слой искусственного основания - фракционированный гранитный щебень фракции 20÷40 мм, укладываемый по методу заклинки, георешетка Славрос СД-30, нижний слой искусственного основания - песок средней крупности. При этом снижаем толщину слоя щебня с 38 см до 28 см и увеличиваем толщину песка с 40 до 50 см.

В.5.2 Расчет по допускаемому упругому прогибу

Расчет ведется послойно, начиная с подстилающего грунта.

Общий модуль упругости неармированной конструкции составит Е_общ = 197,54 МПа.

Армирование слоя щебня георешеткой Славрос СД-30 увеличивает общий модуль упругости дорожной конструкции (п. 6.2.6):

 = α₅·Е_общ,

где α₅ - коэффициент увеличения общего модуля упругости дорожной конструкции, принимаемый в соответствии с выражением (6.19):

где