3.2.4. Определение фактической прочности дорожных одежд

по результатам визуальных обследований

Прочность дорожных одежд – способность сопротивляться процессу развития остаточных деформаций и разрушений под воздействием касательных и нормальных напряжений, возникающих в слоях конструкции и подстилающем грунте от расчетной нагрузки и влияния природных и климатических факторов. Прочность конструкции количественно оценивается величиной коэффициента прочности К_пр; последний нормируется в зависимости от типа дорожной одежды и категории дороги [7].

В процессе эксплуатации дороги под воздействием транспортных средств, погодно-климатических и других факторов прочность конструкции год от года снижается, особенно при неблагоприятных гидрогеологических условиях, большой интенсивности движения и больших осевых нагрузках. Снижение прочности конструкции объясняется накоплением необратимых изменений в каждом из слоев дорожной одежды и земляном полотне.

Согласно ОДН 218.1.052-2002 [18] прочность дорожной конструкции обеспечивается, если на рассматриваемый момент времени:

- обеспечивается сплошность дорожного покрытия;

- общая толщина дорожной одежды достаточна для обеспечения ее морозоустойчивости;

- фактический модуль упругости конструкции не ниже требуемого по условиям дорожного движения (Е_ф ≥ Е_тр);

- при изгибе в связных (монолитных) слоях одежды не возникают растягивающие напряжения, превышающие допустимые значения (σ_р ≤ σ_доп);

- в несвязных и слабосвязных слоях дорожной одежды (песчаных и др.) и грунте земляного полотна возникающие касательные напряжения Т не превышают значений, при которых обеспечивается условие местного предельного равновесия по сдвигу (Т ≤ Т_пр).

При обосновании целесообразности усиления дорожной одежды при реконструкции дорог в качестве обобщающего показателя фактической прочности принимают модуль упругости всей конструкции Е_ф; последний определяют в процессе детальных обследований испытанием на прочность. Методика испытаний дорожных одежд на прочность изложена в п. 3.3.3.

При невозможности выполнить инструментальные испытания (из-за недостаточного финансирования, сжатых сроков проектных работ и т.п.) показатель Е_ф на момент обследований допускается определять аналитически на основе результатов визуальной оценки состояния дорожной одежды по формуле

Е_ф = Е_общ К_{пр в} , (6)

где Е_общ – общий расчетный модуль упругости, устанавливаемый для суммарного расчетного числа приложений нагрузки с момента строительства дорожной одежды (или предыдущего усиления дорожной одежды) до момента обследования (испытаний). Значение Е_общ устанавливают по проекту прошлых лет для нового строительства или предыдущей реконструкции;

К_{пр в} – вероятное значение коэффициента прочности одежды, зависящее от ее состояния на момент обследования; принимается по табл. 4 в соответствии с величиной среднего балла Б_ср, установленного по видам дефекта покрытия.

Таблица 4

Вероятные значения коэффициента прочности

на момент обследования

Значения среднего балла Бср	Величина коэффициента прочности Кпр
5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0	1,0 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60

При отсутствии материалов прошлых лет за величину Е_общ принимают минимальный требуемый модуль упругости Е_общ = Е_min, нормируемый в зависимости от суммарного расчетного числа приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды до следующего усиления (до реконструкции), табл. 5.

Пример определения фактического модуля упругости Е_ф

Исходные условия:

- реконструируемая автомобильная дорога п. Талинка – Ловинское (ПК 5 – ПК 27) относится к IV технической категории;

- адреса однотипных участков, установленные на этапе подготовительных работ: ПК 5+00 – ПК 11+00; ПК 11+00 – ПК 20+00; ПК20+00 – ПК 27+00 (см. рис.1);

- визуально установленные виды дефектов покрытия на соответствующих участках, протяженностью li представлены в табл. 3.

Таблица 5

Требуемый модуль упругости дорожной одежды

Категория дороги	Суммарное минимальное расчетное число приложений расчетной нагрузки на наиболее нагруженную полосу	Требуемый модуль упругости одежды, Еmin, МПа
		капитальной	облегченной	переходной
I II III IV V	750000 500000 375000 110000 40000	230 220 200 - -	- 210 200 150 100	- - - 100 50

Решение

1. С целью сокращения объема вычислений принимаем протяженность частных микроучастков в пределах от 80 до 180 м (против требуемой 20-50 м) и указываем в табл.6 их адреса (для однотипного участка ПК 5+00 – ПК 11+00).

Таблица 6

Показатели прочности конструкции на частных микроучастках

Адрес микроучастка	Оценка в баллах			Показатель Р		Кпр	Еф, МПа
	Бi	Бср	Рi		Рср
ПК 5+00-ПК 6+00 ПК 6+00-ПК 7+00 ПК 7+00-ПК 7+80	2,8-3,0 2,5-3,0 2,5-2,8	2,35	0,75-0,80 0,70-0,80 0,70-0,75		0,66	0,73	109
ПК 7+80-ПК 8+90 ПК 8+90-ПК 10+00 ПК 10+00-ПК 11+00	1,0-1,5 0,8-1,0 2,0-2,5 (2,5-3,0)	2,35	0,50-0,55 0,45-0,50 0,65-0,70 (0,70-0,80)		0,66	0,73	109

2. В зависимости от вида основного дефекта покрытия устанавливаем для каждого микроучастка оценку дорожной конструкции в баллах и показатель прочности Р_i (табл.8 из прил.10).

3. Определяем по формулам (4) и (5) средневзвешенные показатели Б_ср и Р_ср для рассматриваемого однотипного участка и вносим их значения в соответствующие графы табл.7.

4. Определяем по табл. 4 вероятное на момент обследования значение коэффициента прочности К_пр в зависимости от величины Б_ср; для данного однотипного участка К_пр = 0,73.

5. Устанавливаем по табл.5 минимально требуемый модуль упругости; для дороги ΙV категории с облегченным типом покрытия Е_тр = = 150 МПа.

6. Принимаем Е_общ = Етр и по формуле (6) вычисляем фактический модуль упругости Е_ф = 150·0,73 = 109,0 МПа.

Аналогично определяем значения Е_ф на прочих однотипных участках обследуемой дороги; полученные величины К_пр и Е_ф указываем в табл.7 и сводной ведомости визуальной оценки дороги (см.рис.1).

Таблица 7

Показатели прочности конструкции на однотипных участках

Адрес однотипного участка	Бср	Рср	Кпр	Еф, МПа
ПК 5+00 – ПК 11+00 ПК 11+00 – ПК 20+00 ПК 20+00 – ПК 27+00	2,35 1,25 0,90	0,77 0,52 0,47	0,73 0,63 0,60	109 95 90

Полученные значения Еф с достаточной степенью надежности могут использоваться в расчетах усиления дорожной одежды.