СП 78.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85 (с Изменением N 1)
СП 78.13330.2012
____________________________________________________________________
Текст Сравнения СП 78.13330.2012 (с Изменением N 1) со СНиП 3.06.03-85 см. по ссылке.
— Примечание изготовителя базы данных.
____________________________________________________________________
ОКС 93.080
Дата введения 2013-07-01
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила разработки — постановлением Правительства Российской Федерации от 19 ноября 2008 г. N 858 «О порядке разработки и утверждения сводов правил»
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛЬ — ЗАО «СоюздорНИИ»
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики
4 УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 30 июня 2012 г. N 272 и введен в действие с 1 июля 2013 г.
5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Пересмотр СП 78.13330.2011 «СНиП 3.06.03-85 Автомобильные дороги»
Информация об изменениях к настоящему своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет
ВНЕСЕНО Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 16 декабря 2016 года N 988/пр c 17.06.2017
Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных
Введение
Настоящий свод правил разработан с учетом требований федеральных законов от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании» [1], от 22 июня 2008 г. N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» [2], от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [3], от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации».
Актуализация выполнена авторским коллективом: ЗАО «СоюздорНИИ» (кандидаты техн. наук В.М.Юмашев, Р.А.Коган, д-р техн. наук, проф. В.Д.Казарновский, кандидаты техн. наук Е.С.Пшеничникова, Г.Н.Кирюхин, Л.М.Гохман, Е.М.Гурарий, И.Ж.Хусаинов, В.И.Коршунов, инж. И.В.Басурманова, канд. техн. наук А.А.Матросов, инж. Ф.В.Панфилов, инж. Ю.А.Аливер, канд. техн. наук С.Г.Фурсов, инж. О.Б.Гопин, канд. техн. наук А.А.Пахомов).
Изменение N 1 подготовлено ЗАО «ПРОМТРАНСНИИПРОЕКТ» совместно с авторским коллективом ФАУ «РОСДОРНИИ»: д-р техн. наук О.А.Красиков, д-р техн. наук А.М.Кулижников; кандидаты техн. наук А.М.Стрижевский, А.Е.Мерзликин, А.А.Домницкий, И.Ф.Живописцев, Б.Б.Анохин, А.П.Фомин, Л.А.Горелышева, Н.А.Лушников, П.А.Лушников, Р.А.Еремин, Н.Б.Сакута; инженеры Р.К.Бородин, А.В.Бобков, А.И.Босов, А.С.Козин, А.Б.Волков, В.Н.Гарманов, Ж.С.Сахно.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1 Область применения
Настоящий свод правил устанавливает правила производства и контроля качества работ и распространяется на вновь строящиеся, реконструируемые и капитально ремонтируемые автомобильные дороги общего пользования и ведомственные автомобильные дороги.
Требования настоящего свода правил не распространяются на временные дороги, испытательные дороги промышленных предприятий и автозимники.
2 Нормативные ссылки
В настоящем своде правил используются ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ Р 51256-2011 Технические средства организации дорожного движения. Разметка дорожная. Классификация. Технические требования
ГОСТ Р 52056-2003 Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия
ГОСТ Р 52128-2003 Эмульсии битумные дорожные. Технические условия
ГОСТ Р 52129-2003 Порошок минеральный для асфаль
Коэффициент уплотнения щебня. Коэффициент уплотнения гранитного щебня фракций 5-20, 20-40, 40-70.
Коэффициент уплотнения щебня – это безразмерная величина, которая характеризует степень уменьшения наружного объёма материала в результате трамбовки или естественного уплотнения при транспортировке. Данный параметр и порядок его учета при проведении строительных работ регламентируется действующими ГОСТ и СНиП, в частности ГОСТ 8267. Его значение зависит от марки материала и составляет 1,05 – 1,52. Так, например, коэффициент уплотнения щебня гранитного составляет, в среднем, 1,1, у ЩПС – 1,2.
Для чего необходим коэффициент уплотнения
Этот параметр необходим для:
- расчета массы приобретаемого материала;
- определения усадки материала при проведении строительных работ.
Зная, к примеру, коэффициент уплотнения щебня 20-40 можно определить массу материала, умножив имеющийся объём (вагона, кузова грузового автомобиля, тары и т. д.) на насыпную плотность и коэффициент уплотнения.
Также коэффициент уплотнения необходим для подсчета потребного количества материалов для планировки участка. Так, например, при засыпке щебнем 5-20 при толщине слоя 20 см мы получаем:
1*0.2*1600 кг/м3 (плотность щебня)*1,2 = 384 кг на 1 м2 площади, где 1,3 – это коэффициент уплотнения щебня 5-20.
Необходимо помнить, что коэффициент уплотнения зависит от фракции щебня, чем она крупнее, тем он меньше. Так, коэффициент уплотнения щебня фракции 40 70 выше чем у 5 20, что необходимо учитывать при проектировании строительных работ. При расчетах необходимо учесть, что в проекте, как правило, указывается не степень уплотнения, а, т. н. плотность скелета. Это означает, что при расчете необходимо учесть уровень влажности и др. параметры материала.
Способы определения коэффициента уплотнения
Коэффициент уплотнения материала определяется производителем и указывается в паспорте, сопровождающем каждую партию. Часто возникает необходимость и определения коэффициента уплотнения щебня при трамбовке и на строительной площадке. Замер производится с помощью плотномера при условии содержания в материале не более 15% частиц, крупность которых превышает 10 мм. Точность определения составляет 90 – 100% от стандартной плотности по ГОСТу.
Уплотнение материала определяется по показаниям удельного сопротивления при погружении наконечника – обычного или усеченного конуса в зависимости от типа смеси. Показатель определяется по отклонению стрелки индикатора прибора.
Замер производится путем строго вертикального погружения конуса прибора в смесь с необходимым нажимом. Каждая точка замеряется 3-5 раз с расстоянием между местом погружения в 150 мм. Далее из полученных результатов замеров определяется средняя величина. Используя прилагаемый к прибору график и полученные средние данные, определяется коэффициент уплотнения щебня при трамбовке.
Лучшим вариантом является приобретение щебня непосредственно у производителя, минуя посредников. Это выгодно с точки зрения цены, возможностей поставок, качества, а также наличия всей необходимой документации с параметрами щебня на основании данных лабораторных исследований.
что это такое, нормы расхода гравия
Довольно часто, мы видим или ездим по плохим автомобильных дорогах, сетуя на плохой асфальт или сезон, когда его укладывали. Но далеко не все знают, что дело не всегда в асфальте или погодных условиях. В таких строениях важным фактором является основа – подушка, на которую укладывают строительный слой материалов.
Недооценивать такую подушку ни в коем случае нельзя – те дороги, которые мы часто видим, как раз и построены с явным нарушением строительных требований и норм для возведения основания дороги. А уж потом будет укладываться асфальт, но речь не о нем.
Высокопрочные современные асфальтовые или бетонные покрытия дорог, аэродромных покрытий нуждаются именно в надежной неподвижной подушке – основания, которая выдерживает высокие нагрузки без деформации.
Расклинцовка – суть метода
Суть процесса заключается в трамбовании нескольких слоев различных фракций щебня для максимального уплотнения, чтобы в щебне не было пустот. Когда этими работами пренебрегают или экономят, пустоты заполняет вода, которая замерзает зимой и рвет дорожное покрытие.
Работы по укладке и трамбовке щебня разбивают на несколько этапов:
- подготовка;
- укладка;
- трамбовка;
- проверка прочности.
Первый этап
На первом подготовительном этапе важным процессом является подготовка грунта, на котором будет дорога. Поверхность предварительно очищается от мусора, выравнивается. Иногда, вырывается специальный котлован, по которому пройдет будущая дорога, если речь идет о дороге. Дно, как правило, устилается специальным полотном – геотекстилем, это делается для защиты дорожного полотна от грунтовых вод, которые пагубно воздействуют в целом на почву, делая ее рыхлой и мягкой.
На строительном сленге это звучит – обустройство гидроизоляции.
Затем, подготовленную почву засыпают песком, слой которого учитывают при проектировании покрытия, с учетом неровностей и особенности местности. В среднем, этот слой составляет 10 – 20 см.
Правильной принято считать основу, на которой лежит три фракции щебня – крупный, средний, мелкий; более мелкая фракция заклинивает более крупную.
Второй этап
Дальнейший процесс заключается в укладке крупной фракции щебня – 40 – 70 мм, в отдельных случаях 70 – 120 мм. Чтобы слой получился равномерным, его укатывают тяжелыми дорожными катками – щебень ляжет плотно и ровным слоем.
Третий этап
Поверх крупного щебня, засыпают средний размер камня, который также трамбуется с помощью специальных дорожных катков. Каждый слой щебня положено увлажнять водой, для уменьшения нагрева и трения между зернами.
Все слои необходимо утрамбовать несколько раз дорожными катками или виброплитой.
Четвертый этап
Последним слоем в расклинцовке щебня является строительный щебень мелкой фракции. Именно благодаря мелкому зерну, заполняются всевозможные воздушные пустоты. Такой слой также смачивается водой и укатывается минимум три раза тяжелой строительной техникой.
Отсутствие волны в результате воздействия на основание и отсутствие усадки и подвижности означает, что процесс трамбования можно прекратить – слои щебня уложены и утрамбованы плотно, расклинцовка закончена.
Виды щебня для расклинцовки
Для подобных работ используют, как правило, гранитный или гравийный щебень. Показатели прочности у данных видов самые высокие. В домашнем хозяйстве для подобных работ, используют более дешевый вид щебня – известняковый. В частных постройках не всегда уместно применять более дорогие виды щебня, домашние нагрузки известняк легко выдерживает.
Проверочные заключительные работы
Суть расклинцовки щебнем заключена в возведении неподвижной, прочной и надежной подушки, с высокой плотностью щебеночного слоя. Определить на глаз качество расклинцовки невозможно, для этого используется специальный прибор.
Работает он по принципу динамического зондирования – производятся насколько ударов по уложенному щебеночному слою, выявляется степень усадки. Если она соответствует существующим заявленным нормативам, работа считается выполнена. Такая проверка может быть как в процессе укладки слоя щебня, так и по окончанию работ.
По окончанию расклинцовки щебнем, рабочую поверхность засыпают небольшим слоем песка. Это особенно важно, если сразу не производится асфальтирование или бетонирование покрытия.
Места применения расклинцовки
Указанная процедура актуальна не только при возведении автобанов и взлетно – посадочных площадок. Такие работы также производят при:
- производстве важных железобетонных конструкций;
- обустройство фундаментов высотных зданий;
- аэродромы, трассы с высоким физическим потоком машин.
Расход щебня
Расход строительного щебня различного размера, определен дорожными нормативами. Согласно Госту 8267, при укладке подушки крупнозернистым щебнем 40 – 70 мм, необходимо использовать порядка 15м3/м, фракции 10 – 20 мм – 10м3/м и фракции 5 – 10 мм также 10 м3/м на тысячу квадратных метров площади.
С аналогичным расходом будет обустройство основания с использованием фракции 70 – 120 мм для первичного слоя. Такой расход определен величиной щебня, его размерами.
В некоторых случаях, выполняется единоразовое уплотнение щебня при использовании различных песчано – щебеночных смесей различных фракций.
Коэффициент уплотнения щебня при расклинцовке
Коэффициент уплотнения является важным показателем при покупке горного щебня для строительства объектов различного назначения. Цифровое обозначение присутствует в сопроводительных документах на товар, который обязан предоставить продавец по просьбе покупателя. Знание данного коэффициента поможет определить степень усадки и позволит закупить нужное количество строительного горного щебня для расклинцовки.
Количество необходимого материала можно рассчитать при помощи простого арифметического действия – перемножаем между собой три показателя – коэффициент усадки, удельный вес щебня и его объем.
Для примерного понятия расхода материала. необходимо воспользоваться специальными таблицами, где указаны фракция щебня и его объем, с учетом расхода на 1000м3.
Документы на расклинцовку щебня
Перед началом дорожных работ, подготавливаются разрешительные документы. Главным является акт на расклинцовку щебня, в нем указывают:
- этапы будущих дорожных работ;
- работы, которые требуют особого контроля;
- метод контроля;
- документация;
- необходимый инструментарий для выполнения работ;
- указывают ответственных за выполнение каждого рабочего этапа.
Заключение
Расклинцовка щебнем в дорожном строительстве является неотъемлемой работой, которой важно уделить особое внимание. Такие работы выполняются на основании :
- проектов и точных математических расчетов;
- с учетом климатического пояса;
- непосредственно погоды;
- местности, на которой будут проводиться работы;
- уровень грунтовых вод;
- подвижность почвы.
Без определения нужного количества требуемых материалов невозможно изготовить качественно основу будущей дороги или фундамента.
Заключительный рабочий процесс заключен в укладке асфальта на правильно подготовленную основу, в домашнем частном хозяйстве можно просто присыпать песком.
Коэффициент уплотнения щебня разных видов и фракций
Главная > Часто задаваемые вопросы > Коэффициент уплотнения грунтов и строительных материалов > Коэффициент уплотнения щебняЗначение коэффициента уплотнения щебня бывает разным при транспортировке и во время проведения строительных работ. Материал во время перевозки утрамбовывается под влиянием тряски, вибрации мотора. Согласно ГОСТу, коэффициент в этой ситуации не должен превышать 1,1. Он не зависит от вида породы и фракции.
Но на него могут повлиять другие факторы:
- Высота засыпки на транспортное средство
- Вид транспорта
- Расстояние, на которое осуществляется перевозка
- Качество дороги (для автомобилей)
Показатель при транспортировке позволяет рассчитать усадку материала, происходящую в процессе его доставки. Ведь загружается всегда один объем, а в конечную точку попадает немного другой. Если знать коэффициент уплотнения для щебня, можно избежать как обмана нечестных производителей, так и претензий заказчиков.
Чтобы убедиться в том, что на объект привезли то количество товара, которое указано в документах, необходимо перемножить две цифры:
- Конечный объем материала, который привезли
- Коэффициент уплотнения
Результат должен совпадать с тем объемом, который прописан в документах. Если число меньше заявленного, значит, тут имеет место не утряска щебня, а недобросовестный продавец.
Когда щебень используется для засыпки котлованов, фундаментов, обустройства подушек под дорожным полотном, он дополнительно утрамбовывается. Коэффициент уплотнения в процессе проведения работ, по сравнению с показателем при транспортировке, увеличивается. Он будет зависеть от размеров зерен, типа материнской породы, метода уплотнения (ручного или с помощью вибромашин).
В таблице приведены показатели для щебня разной прочности:
Материалы с низкой прочностью уплотняются сильнее, так как в процессе трамбовки часть зерен разрушается. Также хорошо уплотняются кубовидные частицы. А вот при наличии большого количества игловидных и лещадных зерен коэффициент снижается. У мелких фракций показатель не рассчитывают, так как они чаще используются для расклинцовки.
Часто в строительстве необходимо узнать более точные цифры коэффициента уплотнения щебня. Ведь материал достаточно дорогой, и при покупке нужно правильно рассчитать сметы. В полевых условиях используют специальное оборудование, позволяющее определить характеристику. Пробы также можно отправить в лабораторию. Результат придется ждать несколько дней, зато он будет максимально верным и точным для конкретного образца.
Подробнее о том, что такое коэффициент уплотнения, читайте в разделе Коэффициент уплотнения.
Коэффициент уплотнения щебня при трамбовке, транспортировке, таблица
Щебень — сыпучий стройматериал, состоящий из камней с размером от 5 мм, получаемый дроблением горных пород (гранита, гравия, известняка), кирпича, бетона, асфальта или отходов переработки руд. Он имеет пористую структуру — между его зернами находятся полости, заполненные воздухом.
Оглавление:
- Виды фракций
- Что такое коэффициент уплотнения?
- Методика расчета
- Что влияет на показатель?
Размеры частиц
Щебень делят на фракции:
- мелкую — от 5 до 20;
- среднюю — до 40;
- крупную — более 40;
- бут — более 70 мм.
После длительного или сильного механического воздействия — трамбовке, тряске во время перевозки и погрузки или силы тяжести при хранении за счет удаления воздуха из пор или их насыщения материал то оседает, то становится рыхлым. Поэтому для точных расчетов используют специальные величины: насыпную плотность и коэффициент уплотнения (Ку). Последний показывает, во сколько раз уменьшился объем после какого-либо механического воздействия.
В каких случаях нужно знать Ку щебенки?
Его используют для расчетов необходимого количества во время выполнения следующих видов работ :
- устройство фундаментных подушек, отмосток;
- уплотнение подсыпки при строительстве или ремонте дорог;
- обратная засыпка траншей, их трамбовка;
- определение соотношения компонентов смеси для приготовления бетонов.
Эти же величины нужны для контроля соответствия заказанного количества доставленному.
1. При транспортировке.
Перевозка на любое расстояние неизбежно сопровождается сильной тряской, приводящей к уплотнению. Объем и плотность меняются — заказано, например, 10 м3, но на стройплощадку поступает меньше. Для точного расчета необходимого количества в описании, сопроводительных документах обязательно указывают Ку. Особенно важен этот показатель, если цена установлена за единицу объема (м3) товара, а не за тонну или мешок. У щебенки любой фракции он составляет от 1,1 до 1,15. На эту цифру умножают требуемое количество: чтобы получить на месте 10 м3, заказывают от 11 до 11,5 м3.
После доставки купленной продукции ее обмеряют рулеткой прямо в кузове автомобиля, по результатам вычисляют фактический объем. Цифру умножают на Ку, указанный в документах продавца. Таким образом выясняется количество отгруженного товара. Если по расчету покупателя оно меньше заказанного, то он имеет право требовать возврата части уплаченных денег или допоставки недостающего объема.
2. Уплотнение при трамбовке.
Если щебенку используют для создания подсыпок под фундаменты, отмостки, дорожки, ее обязательно обрабатывают с помощью ручного инструмента или виброоборудования (плиты, катки, виброноги). Для расчетов в этом случае помимо насыпной плотности и Ку применяют особый показатель — коэффициент уплотнения при трамбовке (Ктр). Его можно найти в специальных таблицах, где указаны средние его значения для определенной фракции.
Если речь идет о большом объеме работ, то целесообразно заказать точное измерение лабораторным способом именно для приобретаемой партии.
При расчете необходимого количества на полученную после лабораторного исследования или найденную по таблице цифру умножают требуемый объем подсыпки после уплотнения. Например, необходима подушка размером 5 м3: если параметр составляет 1,35, то 5х1,35 = 6,75 м3, то есть заказать нужно 7 м3. Результат округляют, обязательно делают небольшой запас. Принимать во внимание следует и то, что Ктр определяют без учета бокового расширения, то есть на слое, ограниченном стенками емкости. На стройплощадке это условие не всегда соблюдается, значит необходимо учитывать погрешность.
Самостоятельное определение показателя трамбовки
Иногда нет под рукой специальных таблиц, финансовой возможности заказать лабораторный расчет или важен абсолютно точный результат. Тогда можно определить коэффициент усадки щебня до покупки самостоятельно.
Порядок действий:
- Из досок изготовить ящик с размерами 1х1 м с высотой стенок 40 см.
- Взяв с собой готовый ящик, лопату, ручную трамбовку, рулетку, рейку длиной примерно 1,2 м, отправиться к продавцу.
- Наполнить ящик щебнем.
- Разровнять слой рейкой.
- Утрамбовать до предельной плотности.
- Измерить расстояние от края ящика до верха слоя.
- Вычислить Ктр по формуле — объем до трамбовки (1х1х0,4 = 0,4 м3) : объем после (если расстояние от верха ящика до щебня 10 см, то 1х1х0,3 = 0,3 м3), то есть 0,4:0,3 = 1,33.
От чего зависит значение коэффициента для конкретной партии?
Насыпная плотность и Ктр существенно меняются в зависимости от фракции или марки прочности:
- Чем мельче камни, тем выше значение. Например, 20-40 уплотняется лучше, чем 40-70, но хуже, чем 5-20.
- Чем прочнее щебенка, тем проще ее утрамбовать. М-1200 имеет более высокий показатель, чем М-800.
Если смешивать щебень разных фракций: 20-40, 40-70 и более мелкие, то определять итоговый Ктр лучше экспериментально.
| Фракция, прочность | Коэффициент трамбовки |
| 5 — 20 мм, М-1200 | 1,4 |
| 20 — 40 мм, М-1000 | 1,38 |
| 40 — 70 мм, М-1000 | 1,35 |
| 20 — 40 мм, М-600 — М-800 | 1,37 |
| 40 — 70 мм, М-600 — М-800 | 1,34 |
От вида (гранит, гравий) уплотняемость не зависит. Например, щебень известняка 20-40 имеет такой же параметр, как гранит этой же фракции.
Точное значение Ктр для конкретной партии лучше выяснять не по таблицам, а экспериментально, так как оно зависит еще от лещадности. Это процентное содержание камней пластинчатой и игловатой формы. Чем меньше этот показатель, тем сильнее меняется плотность при тряске. Игольчатыми называют камни, у которых толщина меньше длины в 3 и более раз, пластинчатыми — зерна с длиной в 3 и более раз меньшей, чем толщина.
Степень уплотнения зависит также от факторов:
- высота, с которой загружают продукцию в транспорт;
- расстояние до объекта;
- особенности транспорта — меньше всего уплотняется щебенка при перевозке по морю, чуть больше при использовании железной дороги, наибольшая усадка происходит в кузове грузового автомобиля;
- толщина слоя при трамбовке — рекомендуется при создании подсыпок или подушек засыпать последовательно тонкие слои, каждый тщательно обрабатывается.
Многие производители продают готовую щебеночно-песчаную смесь (ЩПС), которая тоже имеет непостоянную плотность, ее Ку — около 1,2.
Что такое коэффициент уплотнения песка и щебня? Как делается расчет?
Расчет потребности в нерудных материалах при строительстве может давать различные результаты из-за состояния сыпучей массы — щебень и песок не монолитны, в зависимости от условий перевозки и хранения их плотность и влажность меняются. Для крупных проектов такие изменения могут стать причиной серьезного перерасхода средств, кроме того, работы, связанные с засыпкой, требуют определенного уплотнения грунта.
Существует несколько критериев, на которые можно опираться при проведении расчетов, если речь идет о песке и щебне для отсыпки. Это насыпная плотность материала и коэффициент уплотнения, по которому можно определить реальную потребность для определенных операций. Провести собственные исследования нерудного материала на реальную плотность очень сложно, поскольку возникают трудности с точным взвешиванием больших объемов. Например, строительный песок еще до использования подвергается нескольким видам воздействий:
- рыхление и промывка вовремя добычи и разделения на фракции;
- изменение плотности под действием силы тяжести при первичном хранении;
- рыхление в процессе загрузки в транспорт;
- трамбовка при перевозке — это сложный комплекс факторов, зависящий от того, каким способом перевозится материал с места добычи;
- изменения влажности происходят несколько раз, в зависимости от условий складирования и транспортировки.
В результате на строительную площадку попадает песок, прошедший несколько циклов изменения структуры насыпной массы. При этом речной песок в силу большей однородности и физических свойств зерен оказывается более предсказуемым в поведении. Нормативные показатели по плотности песка оговорены в ГОСТ 8736-93, ГОСТ 7394-85 и 25100-95 и СНиП 2.05.02-85, однако, в проекте для конкретного строения и участка могут приводиться и несколько отличные показатели. Для приведения их к единому пониманию и расчету используется коэффициент уплотнения, применяемый к условиям определенных строительных работ и методов трамбовки.
Расчет уплотнения песка с использованием коэффициента
При расчете реальной потребности в закупке песка принимается во внимание не только его первичное состояние на складах поставщика, но и способность массы к уплотнению во время засыпки на место и последующей трамбовки. Различается несколько вариантов выполнения работ с песком — это засыпка котлованов, заполнение пустот между грунтом и строением (монолитом), заполнение и ремонт траншей при строительстве сооружений и ремонте (реконструкции) дорог.
Трамбовка может выполняться катками, виброплитами, виброштампами и ручными способами, и всякий раз песок будет уплотняться по-разному. Для унификации расчетов потребности в материале принято использовать усредненные коэффициенты уплотнения песка, которые применяют для перевода абсолютного показателя (от поставщика) в относительный — для конкретного типа задания. Эти поправки позволяют оптимизировать подсчет и снизить потери от неправильного определения количества материала.
| Вид работ | Коэффициент уплотнения |
| Повторная засыпка котлованов | 0,95 |
| Заполнение пазух | 0,98 |
| Обратное наполнение траншей | 0,98 |
| Ремонт траншей вблизи дорог с инженерными сооружениями | 0,98 — 1 |
Для расчета достаточно умножить нормативный или паспортный показатель на приведенный коэффициент — при больших объемах закупки поправка позволит точнее рассчитать потребность и сократить непроизводительные потери.
Расчет уплотнения щебня с использованием коэффициента
Учет уплотнения щебня с технической точки зрения сложнее, поскольку этот материал имеет более крупное зерно. Для лабораторных исследований проводится пять выборочных измерений с жесткими требованиями, но выполнить их на строительной площадке невозможно. Поэтому для расчетов применяется простой способ — данные из паспорта продукции умножаются на коэффициент. Например, щебень 20-40 в количестве одного кубометра будет весить примерно 1,4 тонны. Это укладывается в рамки, установленные СНиП 3.06.03-85.
Стандарт требует, что при перевозке материала применялся коэффициент 1,1, а вот при укладке и последующей трамбовке — 1,52, что следует учитывать при расчетах закупки в количестве более пяти кубометров. Цена кубометра щебня при пересчете на большой объем может сильно варьироваться, если не принять во внимание коэффициент уплотнения, который находится в пределах 1,3 — 1,5 в зависимости от условий.
При этом делать расчет с использованием коэффициента при расклинцовке крупных фракций не имеет смысла — щебень 5-20 засыпается на более крупный материал и трамбуется так, что его уплотнение теряет значение.
Строительная практика показывает, что точный расчет закупки песка и щебня с учетом коэффициентов уплотнения дает эффект на объемах примерно 5 кубометров и более. При меньших объемах погрешность измерения и самого расчета создает отклонения, которые не позволяют с высокой точностью определить заданные величины.
Для крупных строительных и дорожных объектов эти показатели учитываются на проектном уровне, а подрядчик, закупая нерудные материалы, руководствуется документацией и существующим значениями коэффициентов. В масштабе небольшого сооружения, при объемах, не превышающих пяти кубометров материала, изменение общей стоимости покупки будет незначительным.
Похожие услуги
Подводно-технические работыОбладая необходимыми средствами, механизмами и строительной техникой, специалисты компании «Флот Неруд» производят любые подводно-технические работы. Методы, особенности и характер водолазного обследования во многом зависят от поставленных заказчиком целей. Обладая необходимыми средствами, механизмами и строительной техникой, специалисты компании «Флот Неруд» производят любые подводно-технические работы. Методы, особенности и характер водолазного обследования во многом зависят от поставленных заказчиком […]
SDLG: спецтехника высокого качестваКомпания SDLG является одним из крупнейших производителей спецтехники в Китае. По объемам производимой продукции она уступает только таким брендам, как XCMA, Liugong, Longgong. В течение последних пяти лет SDLG входит в пятьдесят лучших изготовителей фронтальных погрузчиков. При этом дата основания этой компании – 1972 год. Компания SDLG является одним из крупнейших производителей спецтехники в Китае. […]
Разработка котлована и вывоз мусораОдним из видов строительных работ, которые часто проводятся, является разработка котлованов. Обустройство котлована – трудоемкий строительный процесс. Во многом от качества проведения работ на данном этапе зависит будущее строительства. Кроме того, необходимо учитывать то, что котлован и вывоз грунта – два неразрывных понятия, поэтому необходимо позаботиться не только о планировке строительной площадке, но и о […]
Глава 5 (продолжение) — NHI-05-037 — Geotech — Мосты и конструкции
Справочное руководство по геотехническим аспектам дорожных одежд
Глава 5.0 Геотехнические данные для проектирования дорожного покрытия (продолжение)
5.4 Механические свойства
Жесткость — самая важная механическая характеристика несвязанных материалов дорожного покрытия. Относительная жесткость различных слоев определяет распределение напряжений и деформаций в системе дорожного покрытия. На рисунках 5-10 и 5-11 показано, соответственно, как жесткость земляного полотна и несвязанного базового слоя влияет на горизонтальную деформацию растяжения в нижней части асфальта и вертикальную деформацию сжатия в верхней части земляного полотна для простого трехслойного гибкая система покрытия.Эти параметры отклика дорожного покрытия напрямую связаны с характеристиками усталостного растрескивания асфальта и колейности земляного полотна соответственно.
Рисунок 5-10. Влияние жесткости земляного полотна на критические деформации покрытия. (Эластичный раствор, 6 дюймов / 150 мм переменного тока на зернистой основе 18 дюймов / 450 мм. Эталонные модули упругости: E AC = 500 000 фунтов на кв. Дюйм / 3450 МПа; E BS = 30 000 фунтов на кв. = 3000 фунтов на кв. Дюйм / 20,7 МПа. Нагрузка: 10 тысяч фунтов / 44,5 кН, нагрузка на одно колесо, давление прижима 100 фунтов на квадратный дюйм / 690 кПа.)
Рисунок 5-11. Влияние жесткости зернистого основания на критические деформации дорожного покрытия. (Эластичный раствор, переменный ток 6 дюймов / 150 мм на зернистой основе 18 дюймов / 450 мм. Эталонные модули упругости: EAC = 500 000 фунтов на квадратный дюйм / 3450 МПа; EBS = 30 000 фунтов на квадратный дюйм / 207 МПа; ESG = 3000 фунтов на квадратный дюйм / 20,7 МПа. Нагрузка : 10 тысяч фунтов / 44,5 кН, нагрузка на одно колесо, давление прижима 100 фунтов на кв. Дюйм / 690 кПа.)
Может показаться странным, что жесткость, а не прочность считается наиболее важным свойством несвязанного материала для дорожных покрытий.Расчет конструкции покрытия обычно рассматривается как обеспечивающий достаточную несущую способность для применяемого движения — , т.е. , обеспечивающий достаточную прочность покрытия. Однако уровни напряжений в хорошо спроектированном асфальтовом покрытии или покрытии с PCC намного ниже прочности несвязанных материалов, и, таким образом, разрушение при любой данной нагрузке не является проблемой. Ситуация с дорогами с щебеночным покрытием, конечно, несколько иная: прочность поверхности из заполнителя напрямую влияет на долговечность и характеристики дороги.Прочность земляного полотна также является важной проблемой при строительстве дорожного покрытия.
Предпочтительным методом для характеристики жесткости несвязанных материалов дорожного покрытия является модуль упругости M R (раздел 5.4.3), который определяется как модуль упругости при циклической нагрузке. Руководства по проектированию AASTHO, начиная с 1986 года, рекомендуют модуль упругости для определения характеристик опоры земляного полотна для гибких и жестких покрытий и для определения коэффициентов структурного слоя для гибких покрытий.Модуль упругости также является первичным входным параметром свойств несвязанных материалов в Руководстве по проектированию NCHRP 1-37A как для гибких, так и для жестких покрытий.
Как AASHTO, так и NCHRP 1-37A процедуры проектирования признают необходимость обратной совместимости с другими свойствами, которые использовались в прошлом для характеристики несвязанных материалов, в частности с коэффициентом подшипника для Калифорнии и значением R для стабилометра. Эти свойства индексного материала продолжают использоваться многими дорожными агентствами. Корреляции предусмотрены в обеих процедурах проектирования для соотнесения значений CBR и R с M R (или, в случае руководств AASHTO, с коэффициентами структурного слоя , и ).Модуль реакции земляного полотна ( k ), используемый в Руководствах AASHTO, также коррелирует с M R .
Лабораторные и полевые методы (при необходимости) для определения жесткости и других соответствующих механических свойств несвязанных материалов в системах дорожного покрытия описаны в следующих подразделах и таблицах. Также приведены типичные значения для каждого свойства. Описанные здесь механические свойства грунта:
- Свойства индекса
- Калифорния Коэффициент подшипника (Раздел 5.4.1)
- Значение R для стабилометра (Раздел 5.4.2)
- Коэффициенты структурного слоя (раздел 5.4.5)
- Свойства жесткости
- Модуль упругости (Раздел 5.4.3)
- Коэффициент Пуассона (раздел 5.4.4)
- Модуль реакции грунтового основания (раздел 5.4.6)
- Другая недвижимость
- Трение интерфейса (раздел 5.4.7)
- Постоянная деформация (Раздел 5.4.8)
- Коэффициент бокового давления (Раздел 5.4.96)
5.4.1 Калифорния передаточное число (CBR)
Калифорнийское испытание на коэффициент несущей способности или CBR (таблица 5-27) — это косвенная мера прочности грунта, основанная на сопротивлении проникновению стандартного поршня, движущегося со стандартной скоростью для заданного расстояния проникновения (рис. 5-12). Значения CBR обычно используются для шоссе, аэропорта, стоянки и других дорожных покрытий, основанных на эмпирических местных или специальных методах агентства ( i.е. , FHWA, FAA, AASHTO). CBR также эмпирически коррелировал с модулем упругости и рядом других инженерных свойств грунта.
CBR не является основным свойством материала и поэтому не подходит для прямого использования в механистических и механистико-эмпирических процедурах проектирования. Однако это сравнительно простой и недорогой тест для выполнения, он имеет долгую историю проектирования дорожных покрытий и достаточно хорошо коррелирует с более фундаментальными свойствами, такими как модуль упругости.Следовательно, его продолжают использовать на практике.
| Описание | Коэффициент несущей способности для Калифорнии или CBR — это косвенный показатель прочности почвы, основанный на сопротивлении проникновению. |
| Использование в дорожных покрытиях |
|
| Лабораторное определение | AASTHO T 193 или ASTM D 1883.CBR основан на сопротивлении проникновению стандартного поршня, движущегося со стандартной скоростью для заданного расстояния проникновения (рисунок 5-12). CBR определяется как отношение нагрузки, необходимой для достижения определенной глубины проникновения поршня в уплотненный образец почвы при определенном содержании воды и плотности, к стандартной нагрузке , необходимой для получения такой же глубины проникновения на стандартном образце. образец щебня (обычно известняк). Обычно влажные условия используются для моделирования ожидаемых долгосрочных условий в поле. Тест CBR проводится на трех идентично уплотненных образцах. Каждую серию теста CBR проводят при заданном относительном уплотнении и влажности. Инженер-геолог должен указать условия (сухие, при оптимальной влажности, после замачивания, относительное уплотнение 95% и т. Д.), При которых следует проводить каждое испытание. |
| Полевые измерения | ASTM D 4429. Процедура испытания аналогична лабораторному определению. |
| Комментарий | Большинство тестов CBR проводится в лабораториях; таким образом, результаты будут сильно зависеть от репрезентативности протестированных образцов.Также важно четко указать условия испытаний: значения CBR, измеренные для образцов после прессования при оптимальных условиях влажности и плотности, могут быть значительно выше, чем значения CBR, измеренные, например, для аналогичных образцов после замачивания. При полевых измерениях следует убедиться в том, что шкала отклонения надежно закреплена за пределами нагруженной области. Полевые измерения производятся при содержании влаги в поле, в то время как лабораторные испытания обычно выполняются в условиях пропитки, поэтому часто требуется корреляция для конкретных почв между полевыми и лабораторными значениями CBR. |
| Типичные значения | См. Таблицу 5-28. Для дорожных испытаний AASHO CBR ≈ 100 для гранулированного основного слоя и около 30 для гранулированного вспомогательного основания. |
Рисунок 5-12. Устройство для проверки коэффициента подшипника для Калифорнии (http://www.ele.com/geot/cali.htm).
| USCS Класс грунта | Поле CBR |
|---|---|
| GW | 60-80 |
| GP | 35-60 |
| GM | 40-80 |
| GC | 20 — 40 |
| SW | 20-40 |
| SP | 15-25 |
| SM | 20-40 |
| SC | 10-20 |
| ML | 5 — 15 |
| Класс | 5-15 |
| OL | 4-8 |
| MH | 4-8 |
| CH | 3-5 |
| OH | 3 — 5 |
5.4.2 Стабилометр (R-значение)
Стабилометр или тест R Value (Таблица 5-29) был разработан Отделом автомобильных дорог Калифорнии для использования в их собственном эмпирическом методе проектирования дорожного покрытия. Значение R, измеренное в этом испытании, является мерой сопротивления деформации и выражается как функция отношения индуцированного бокового давления к приложенному вертикальному давлению, измеренному в трехосном нагружающем устройстве (рисунок 5-13). :
(5,7)| R = 100 — | 100 |
| (2.5 / D 2 ) [(P v / P h ) — 1] + 1 |
, в котором
| R | = | значение сопротивления |
| P v | = | приложенное вертикальное давление (160 psi) |
| P h | = | передаваемое горизонтальное давление |
| D 2 | = | Объем жидкости стабилометра, необходимый для увеличения горизонтального давления с 5 до 100 фунтов на квадратный дюйм, измеренный в оборотах калиброванной рукоятки насоса |
Месильный пресс используется для подготовки образцов для испытаний в качестве образцов Предполагается, что изготовленные этим методом внутренние структуры наиболее похожи на те, что используются в реальных уплотненных материалах.
Значение R используется либо напрямую, либо переводится в более общие коэффициенты (, т.е. , CBR) через корреляционные диаграммы, которые используются с другими более распространенными методами проектирования (, т.е. , AASHTO). Однако, как и CBR, это не фундаментальное свойство материала, поэтому оно не подходит для использования в механистических и механистико-эмпирических процедурах проектирования.
| Описание | R-значение — это мера способности почвы противостоять боковой деформации при вертикальной нагрузке. |
| Использование в дорожных покрытиях |
|
| Лабораторное определение | Измерение значения R грунта проводится стабилометром (AASHTO T 190 или ASTM D 2844). Стабилометр (рис. 5-13) похож на трехосное устройство, состоящее из металлического цилиндра, в котором находится резиновая мембрана; кольцевое пространство между ними заполнено маслом, которое передает боковое давление на образец. Могут быть испытаны уплотненные, нестабилизированные или стабилизированные грунты и заполнители. Образцы уплотняются с помощью специального месильно-уплотнительного устройства. Когда образец нагружен вертикально, на почву передается боковое давление, которое можно измерить с помощью манометра. Значение R определяется для отношения вертикального и бокового давления и смещения. |
| Полевые измерения | Не применимо. |
| Комментарий | Испытание также позволяет измерять давление набухания расширяющихся грунтов (см. Раздел 5.3.3). Данные по давлению набухания или давлению расширения используются для определения пригодности расширяющихся грунтов для использования под дорожными покрытиями и величины давления покрывающих пород, необходимых для контроля расширения этих грунтов. |
| Типичные значения | Плотный гранулированный щебень: 80+ Илы высокой сжимаемости: 15–30 Для дорожных испытаний AASHO R ≈ 85 для зернистого основного слоя и около 60 для гранулированного основного слоя. |
Рисунок 5-13. Схема испытательной установки стабилометра для измерения R-значения (Йодер и Витчак, 1975).
5.4.3 Модуль упругости (упругости)
Расчет толщины покрытия до Руководства по проектированию AASHTO 1986 года основывался на опыте, классификации грунта и пластической реакции материалов дорожного покрытия на статическую нагрузку, например , Устойчивость по Маршаллу для асфальтобетона и CBR для несвязанных материалов. Возможность усталостного растрескивания асфальтобетона и накопления остаточных деформаций в несвязанных материалах в гибких покрытиях в условиях существенно упругой деформации не рассматривалась.Многие выразили озабоченность по поводу этого подхода, в том числе профессор А. Касагранде (Burmeister, 1943):
«Независимо от теоретического метода оценки нагрузочных тестов, остается важным вопрос, в какой степени отдельные статические нагрузочные тесты отражают результаты тысяч повторений динамической нагрузки при реальном трафике. Опыт и широкомасштабные тесты трафика уже показали, что различные типы грунтов реагируют по-разному, и что результаты испытаний на статическую нагрузку никоим образом не имеют прямого отношения к поведению дорожного покрытия.«
Исследователи в 1950-х годах начали использовать повторные трехосные испытания в лаборатории для оценки жесткости и других свойств материалов дорожного покрытия в условиях, которые более точно имитировали реальные транспортные нагрузки в полевых условиях. Существенный новаторский вклад в эту область был внесен Сидом, Чаном и Монисмитом (1955), Сидом и МакНилом (1956) и Сидом, Чаном и Ли (1963) в их работе по характеристикам деформации и модулю упругости уплотненных грунтовых материалов. Они обнаружили существенные различия между значениями начального тангенциального модуля упругости, измеренными в результате одноцикловых испытаний на неограниченное сжатие, по сравнению со значениями модуля упругости, определенными на основе повторяющихся циклических нагрузок без ограничения сжатия.Вывод из этой работы заключался в том, что поведение грунта при транспортной нагрузке должно быть получено по возможности повторными нагрузочными испытаниями. Этот вывод был подтвержден полевыми данными, полученными Департаментом автомобильных дорог Калифорнии, которые показали заметную разницу в прогибах дорожного покрытия, возникающих при нагрузках от стоящих и медленно движущихся колес.
Кульминацией этой работы стало принятие компанией AASHTO в 1982 году испытания модуля упругости. Стандарт AASHTO T274 был первым современным протоколом испытаний модуля упругости.Концепция модуля упругости впоследствии была включена в Руководство 1986 г. и AASHTO по проектированию конструкций дорожного покрытия.
Несвязанные материалы
Модуль упругости для несвязанных материалов дорожного покрытия обычно характеризуется в терминах модуля упругости, M R . Модуль упругости определяется как отношение приложенного циклического напряжения к восстанавливаемой (упругой) деформации после многих циклов повторяющейся нагрузки (рис. 5-14) и, таким образом, является прямой мерой жесткости несвязанных материалов в системах дорожного покрытия.Это самый важный параметр свойств несвязанного материала в большинстве текущих процедур проектирования дорожного покрытия. Начиная с 1986 года Руководства по проектированию AASTHO рекомендовали использовать модуль упругости для определения характеристик опоры земляного полотна для гибких и жестких покрытий и для определения коэффициентов структурного слоя для гибких покрытий. Модуль упругости также является первичным входным параметром свойств несвязанных материалов в Руководстве по проектированию NCHRP 1-37A как для гибких, так и для жестких покрытий. Это важный вход для механистических моделей отклика дорожного покрытия, используемых для расчета напряжений, деформаций и деформаций, вызываемых в конструкции дорожного покрытия приложенными транспортными нагрузками.
Рисунок 5-14. Модуль упругости при циклическом нагружении.
Определение модуля упругости, измеренного в стандартном циклическом трехосном испытании модуля упругости, показано на рис. 5-15, на котором σ a и ε a — это напряжение и деформация в осевом ( т.е. , циклическая нагрузка) направление. Образец первоначально подвергается воздействию гидростатического ограничивающего давления ( σ c ), которое вызывает начальную деформацию ( ε c ).Эта начальная деформация не измеряется в ходе испытания, но предполагается, что она одинакова во всех направлениях для изотропного поведения материала. Затем осевое напряжение циклически изменяется с постоянной величиной ( Δσ ), что во время разгрузки вызывает циклическую упругую осевую деформацию ( Δε ). Модуль упругости ( M R ) определяется просто как отношение циклического осевого напряжения к упругой осевой деформации:
(5,8)Рисунок 5-15. Определение модуля упругости M R для циклического трехосного нагружения.
Хотя модуль упругости несвязанных материалов дорожного покрытия обычно оценивается в лаборатории с использованием стандартной трехосной ячейки, другое испытательное оборудование / методы включают простое испытание на сдвиг, испытание на крутильных резонансных колоннах, полые цилиндры и истинные (кубические) трехосные испытания. Плюсы и минусы этих менее часто используемых процедур тестирования описаны в Barksdale et al. (1996) и в LTPP (2003). Причины, по которым трехосное устройство наиболее часто используется для испытания модуля упругости, включают следующее:
- Наличие оборудования. Испытание модуля упругости может быть выполнено с использованием трехосного испытательного оборудования, которое обычно используется в лабораториях многих материалов для дорожных покрытий. Это оборудование практически идентично оборудованию, используемому в большинстве геотехнических лабораторий, за исключением требований к образцам большего размера (до 6 дюймов в диаметре на 150 мм в высоту на 12 дюймов / 300 мм в высоту) для крупнозернистых материалов основания и основания.
- Напряженное состояние. Условия напряжений в образце в любой плоскости определяются на протяжении трехосного испытания.Условия напряжения, применяемые при испытании модуля упругости, аналогичны по величине тем, которые возникают при приложении изолированной нагрузки колеса к дорожному покрытию непосредственно над элементом материала, моделируемым в ходе испытания.
- Дренаж образцов. Трехосное испытание позволяет относительно простой контролируемый дренаж образца в осевом и / или радиальном направлениях. Поровое давление также можно легко измерить на концах образца или, что сложнее, внутри образца.
- Измерение деформации. Осевые, радиальные и объемные деформации можно относительно легко измерить в трехосном испытании.
- Доступность и надежность протоколов испытаний. Протоколы испытаний трехосного модуля упругости постоянно совершенствовались на протяжении многих лет. Хорошее обобщение эволюции различных протоколов, их преимуществ и недостатков можно найти у Андрея (1999) и Витчака (2004).
В дополнение к указанным выше преимуществам, образцы труб земляного полотна, полученные в полевых условиях, могут быть экструдированы и испытаны с минимальным объемом подготовки образцов.Наконец, трехосный элемент, используемый для трехосного испытания с многократной нагрузкой, также можно использовать в статических испытаниях.
Самым серьезным ограничением трехосной ячейки является ее способность моделировать вращение осей главных напряжений и изменение напряжения сдвига. Оба эти явления применяются, когда колесная нагрузка перемещается по мостовой. Кроме того, промежуточное главное напряжение, приложенное к образцу, нельзя контролировать в трехосном испытании.
Измеренный в лаборатории модуль упругости для большинства несвязанных материалов дорожного покрытия зависит от напряжения.Доминирующий эффект для крупнозернистых материалов — увеличение M R с увеличением ограничивающего напряжения, в то время как доминирующий эффект для мелкозернистых грунтов — уменьшение M R с увеличением напряжения сдвига. Многие нелинейные модели M R были предложены на протяжении многих лет для учета влияния уровня напряжения на модуль упругости (Андрей, 1999; Витчак, 2004). Зависимая от напряжения модель M R , неявно включенная в Руководство AASHTO 1993 г. для гранулированных материалов основы и подосновы (см.4.5 подробнее):
(5.9)M R = k 1 θ k 2
в котором
| q | = | объемное напряжение = σ1 + σ2 + σ3 (фунт / кв. Дюйм) |
| k 1 , k 2 | = | свойства материала |
Рекомендации представлены в 1993 г. Руководство AASHTO по оценке значений k 1 и k 2 для несвязанных базовых и подосновных слоев.Типичные диапазоны k 1 и k 2 приведены в таблице 5-30.
Более общая модель MR, зависящая от напряжения, принятая в Руководстве по проектированию NCHRP 1-37A:
(5.10)| M R = k 1 p a | θ | k 2 | τ окт. | + 1 | k 3 | ||||
| p a | p a |
в котором
| θ | = | объемное напряжение | = | σ 1 + σ 2 + σ 3 (те же единицы, что и для p a ) | |||||||
| τ окт. | = | октаэдрическое напряжение сдвига | = |
| |||||||
| p a | = | атмосферное давление (чтобы уравнение стало безразмерным) | |||||||||
| k 1 , k 2 , k 3 | = | Свойства материала с ограничениями k 1 > 0, k 2 ≥ 0, k 3 ≤ 0 | |||||||||
Уравнение (5 .10) сочетает в себе усиливающий эффект от ограничения или объемного напряжения (термин под показателем k 2 ) для крупнозернистых материалов и смягчающий эффект напряжения сдвига (термин под показателем k 3 ). ) для мелкозернистых почв.
Сезонные колебания свойств несвязанного материала часто являются значительными, особенно для чувствительных к влаге мелкозернистых почв или для мест со значительными циклами замерзания-оттаивания. Как руководство AASHTO Guide 1993, так и процедуры проектирования NCHRP 1-37A включают положения о включении в проект сезонных изменений свойств несвязанного материала.Процедуру учета сезонных колебаний в эффективном земляном полотне ( M R ) в Руководстве AASHTO 1993 года можно кратко изложить следующим образом:
Эту процедуру также можно использовать для включения сезонных изменений в эффективные значения MR основания и подосновы, используемые для оценки коэффициентов структурного слоя в Руководстве AASHTO 1993 г. (см. Раздел 5.4.5).
Есть два варианта включения сезонных колебаний свойств несвязанного материала в процедуру проектирования NCHRP 1-37A.Первый — это прямой ввод ежемесячных значений M R . Второй метод объединяет прогнозы влажности и замерзания / оттаивания из Расширенной интегрированной климатической модели (EICM) с моделями, связывающими M R с условиями окружающей среды. Модели среды EICM и M R встроены в программное обеспечение NCHRP 1-37A Design Guide; подробности приведены в Приложении D.
Подробная информация о процедурах определения M R для несвязанных материалов дорожного покрытия приведена в таблице 5-31.Лабораторное определение M R рекомендуется для проектов нового строительства и реконструкции. Для проектов реабилитации предпочтительным подходом является обратный расчет слоя и земляного полотна M R на основе испытаний FWD (см. Раздел 4.5.4), хотя калибровка обратных расчетов с помощью лабораторных значений является хорошей практикой (см. Таблицу 5-32) .
| Материал | k 1 (psi) | k 2 |
|---|---|---|
| Гранулированная основа | 3000-8000 | 0,5 — 0,7 |
| Гранулированная основа | 250096 — 7000 | 0,4 — 0,6
| Описание | Модуль упругости ( M R ) — это модуль упругости при разгрузке после многих циклов циклической нагрузки. | ||||||||||
| Применение в дорожных покрытиях |
| ||||||||||
| Лабораторное определение | В настоящее время в лаборатории используются пять протоколов испытаний для определения модуля упругости:
Гармонизированный протокол, разработанный в рамках проекта 1-28A NCHRP, пытается объединить лучшие характеристики всех более ранних методов испытаний с новой последовательностью нагружения, которая сводит к минимуму возможность преждевременного выхода из строя испытательного образца.Во всех процедурах испытаний используется электрогидравлическая испытательная машина с замкнутым контуром для применения повторяющихся циклов импульса нагрузки в форме гаверсинуса. Импульсы нагрузки обычно представляют собой время загрузки 0,1 секунды, за которым следует время отдыха 0,9 секунды для материалов основания / основания и время загрузки 0,2 секунды, за которым следует время отдыха 0,8 секунды для материалов земляного полотна. Трехосная установка для испытания модуля упругости показана на Рисунке 5-16. Осевую деформацию лучше всего измерять на образце с помощью зажимов, расположенных на расстоянии одной четверти и трех четвертей от основания испытуемого образца.Для очень мягких образцов смещение можно измерить между верхней и нижней пластинами. Разные размеры образцов, процедуры уплотнения и условия нагружения обычно рекомендуются для гранулированных материалов основания / основания, крупнозернистого грунтового основания и мелкозернистого грунтового основания. Эти различные процедуры отражают различные размеры частиц материалов, состояние напряжений, характерное для каждого слоя в структуре дорожного покрытия, и механическое поведение типа материала.Подробные сравнения различных протоколов испытаний модуля упругости представлены в Witczak (2004). | ||||||||||
| Полевые измерения | Значения модуля упругости на месте можно оценить на основе обратного расчета результатов испытаний дефлектометра падающего груза (FWD) (раздел 4.5.4) или корреляции со значениями динамического конического пенетрометра (DCP) (раздел 4.5.5; см. также Таблицу 5-34). | ||||||||||
| Комментарий | На сегодняшний день не было проведено каких-либо окончательных исследований для определения различий между значениями M R , измеренными в различных протоколах лабораторных испытаний. Поле M R значения, определенные в результате обратного расчета FWD, часто значительно превышают расчетные значения M R , полученные в результате лабораторных испытаний, из-за различий в напряженных состояниях. Руководство AASHTO Guide 1993 рекомендует для грунтов земляного полотна, чтобы значения поля M R были умножены на коэффициент до 0,33 для гибких покрытий и до 0,25 для жестких покрытий, чтобы приспособиться к расчетным значениям M R .NCHRP 1-37A рекомендует поправочные коэффициенты 0,40 для грунтов земляного полотна и 0,67 для зернистых оснований и оснований под гибкими покрытиями. Более подробное руководство по корректировке рассчитанных значений модуля упругости для расчетных значений M R приведено в Таблице 5-32. Руководство AASHTO 1993 включает процедуры по включению сезонных колебаний в эффективный M R для земляного полотна. Сезонные изменения свойств материалов включены непосредственно в методологию проектирования NCHRP 1-37A M-E. Входные данные Уровня 1, 2 и 3 M R в методологии проектирования NCHRP 1-37A являются функциями дорожного покрытия и типа конструкции, как показано в Таблице 5-33. | ||||||||||
| Типичные значения | Корреляции между M R и другими свойствами почвы включают следующее: Руководство AASHTO 1993
Дополнительные полезные корреляции для земляного полотна M R представлены на Рисунке 5-17. NCHRP 1-37A (входы уровня 2) См. Таблицу 5-34 для корреляции между M R и различными прочностными и индексными свойствами материалов. Корреляции в Таблице 5-34 приведены в приблизительном порядке предпочтения; корреляции M R с CBR имеют самую длинную историю и больше всего подтверждающих данных и поэтому являются наиболее предпочтительными. NCHRP 1-37A (входы уровня 3) См. Таблицу 5-35, где указаны типичные диапазоны и значения по умолчанию в зависимости от класса почвы AASHTO и USCS.Обратите внимание, что эти значения относятся к почвам, уплотненным при оптимальных условиях влажности и плотности; программное обеспечение анализа NCHRP 1-37A настраивает их для условий влажности и плотности на месте. |
Рисунок 5-16. Трехосная установка ячейки для испытания модуля упругости.
Рисунок 5-17. Корреляция между модулем упругости земляного полотна и другими свойствами грунта (1 фунт / кв. Дюйм = 6,9 кПа; из Хуанга, 1993, после Ван Тиля и др. , 1972).
Нажмите здесь, чтобы увидеть текстовую версию изображения
| Тип и расположение слоя | Среднее значение E R / M R Соотношение | |
|---|---|---|
| Несвязанные слои гранулированного основания и основания | Гранулированное основание / основание между двумя стабилизированными слоями (цементные или асфальтобетонные материалы). | 1,43 |
| Гранулированная основа / вспомогательная основа под слоем PCC. | 1,32 | |
| Гранулированное основание / подоснование под поверхностью HMA или основным слоем. | 0,62 | |
| Грунты насыпи и земляного полотна | Грунты насыпи или земляного полотна под стабилизированным слоем основания или стабилизированным грунтом. | 0,75 |
| Грунт насыпи или земляного полотна под гибким или жестким покрытием без гранулированного основания / слоя основания. | 0,52 | |
| Грунт насыпи или земляного полотна под гибким или жестким покрытием с зернистым основанием или слоем основания. | 0,35 | |
- E R = модуль упругости, рассчитанный на основе измерений в бассейне отклонения.
- M R = Модуль упругости материалов на месте, определенный в результате лабораторного испытания модуля упругости при повторной нагрузке.
| Тип проекта | Уровень 1 | Уровень 2 | Уровень 3 |
|---|---|---|---|
| Гибкие покрытия | |||
| Новое / реконструкция | Лабораторные измерения M R с зависимостью от напряжения-уравн.(5.10) | M R корреляции с другими свойствами (Таблица 5-34) | По умолчанию M R в зависимости от типа почвы (Таблица 5-35) |
| Реконструкция | Обратный расчет M R от прогибов FWD | M R корреляции с другими свойствами (Таблица 5-34) | По умолчанию M R в зависимости от типа почвы (Таблица 5-35) |
| Жесткие покрытия | |||
| Новое / реконструкция | Недоступно | M R корреляции с другими свойствами (Таблица 5-34) | По умолчанию M R в зависимости от типа почвы (Таблица 5-35) |
| Реконструкция | Обратно рассчитанный модуль реакции земляного полотна (k) на основе прогибов FWD (см. Раздел 5.4.6) | M R корреляции с другими свойствами (Таблица 5-34) | По умолчанию M R в зависимости от типа почвы (Таблица 5-35) |
| Свойство прочности / индекса | Модель a | Комментарии | Стандарт испытаний | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Передаточное отношение подшипника для Калифорнии b | M R (psi) = 2555 ( CBR) 0.64 M R (МПа) = 17,6 ( CBR ) 0,64 | CBR = Передаточное отношение подшипников в Калифорнии (%) | AASHTO T193-Калифорнийское передаточное число подшипников | ||||
| Стабилометр R- значение | M R (psi) = 1155 + 555 R M R (МПа) = 8,0 + 3,8 R | R = R-значение | AASHTO T190- Сопротивление R-значение и давление расширения уплотненных грунтов | ||||
| Коэффициент слоя AASHTO | M R (psi) = 30,000 ( a i /0.14) 3 M R (МПа) = 207 ( a i / 0,14) 3 | a i = коэффициент слоя AASHTO | Руководство AASHTO по проектированию Дорожные конструкции (1993) | ||||
| Индекс и градация пластичности |
| wPI = P200 * PI P200 =% прохождения No.200 размер сита PI = индекс пластичности (%) | AASHTO T27-Ситовой анализ крупных и мелких заполнителей AASHTO T90-Определение предела пластичности и индекса пластичности грунтов | ||||
| Динамическое проникновение конуса c | CBR = 292 / ( DCP 1,12 ) | CBR = Коэффициент подшипника для Калифорнии (%) DCP = Индекс пенетрации, дюйм / удар | ASTM D6951-Стандартный метод испытаний для использования Динамический конический пенетрометр для мелкого дорожного покрытия |
- Корреляции должны применяться к аналогичным условиям — i.е. , CBR , измеренные при оптимальной влажности и плотности в зависимости от условий замачивания, коррелируют с M R при соответствующих условиях влажности и плотности.
- NCHRP 1-37A настоятельно не рекомендует использовать более старую формулу корреляции Хейкелома и Кломпа (1962). (5.13) между M R и CBR , указанными в Руководстве по проектированию AASHTO 1993 года.
- Оценка CBR используется для оценки M R .
| Классификация материалов | M R Диапазон (psi) * | Типичный M R (psi) * | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AASHTO Класс почвы | |||||||
| A-1-a | 38,500 — 42,000 | 40,000 | |||||
| A-1-b | 35,500 — 40,000 | 38,000 | |||||
| A-2-4 | 28,000 — 37,500 | 32,000 | |||||
| A-2-5 | 24,000 — 33,000 | 28,000 | |||||
| A-2-6 | 21,500 — 31,000 | 26,000 | |||||
| A-2-7 | 21,500 — 28,000 | 24,000 | |||||
| A-3 | 24,500 — 35,500 | 29,000 | |||||
| A-4 | 21,500 — 29,000 | 24,000 | |||||
| A-5 | 17,000 — 25,500 | 20,000 | |||||
| A-6 | 13,50 0-24,000 | 17,000 | |||||
| A-7-5 | 8,000 — 17,500 | 12,000 | |||||
| A-7-6 | 5,000 — 13,500 | 8,000 | |||||
| USCS Класс почвы | |||||||
| GW | 39,500 — 42,000 | 41,000 | |||||
| GP | 35,500 — 40,000 | 38,000 | |||||
| GM | 33,000 — 42,000 | 38,500 | |||||
| GC | 24,000 — 37,500 | 31,000 | |||||
| GW-GM | 35,500 — 40,500 | 38,500 | |||||
| GP-GM | 31,000 — 40,000 | 36,000 | |||||
| GW-GC | 28,000 — 40,000 | 34,500 | |||||
| GP- GC | 28,000 — 39,000 | 34,000 | |||||
| SW | 28,000 — 37,500 | 32,000 | |||||
| SP | 24,000 — 33,000 | 28,000 | |||||
| SM | 28,000 — 37,500 | 32,000 | |||||
| SC | 21,500 — 28,000 | 24,000 | |||||
| SW-SM | 24,000 — 33,000 | 28,000 | |||||
| SP-SM | 24,000 — 33,000 | 28,000 | |||||
| SW-SC | 21,500 — 31,000 | 25,500 | |||||
| SP-SC | 21,500 — 31,000 | 25,500 | |||||
| ML | 17,000 — 25,500 | 20,000 | |||||
| CL | 13,500 — 24,000 | 17,000 | |||||
| MH | 8,000 — 17,500 | 11500 | |||||
| CH | 5,000 — 13,500 | 8,000 | 3|||||
| Ожидаемый контроль процесса разрушения плиты | Предполагаемый коэффициент вариации модуля упругости трещины плиты,% | Расчетный модуль упругости |
|---|---|---|
| От хорошего до отличного | 25 | 600 тысяч фунтов на квадратный дюйм (4,1 ГПа) |
| От удовлетворительного до хорошего | 40 | 450 тысяч фунтов / кв. Дюйм (3.1 ГПа) |
| От плохого до удовлетворительного | 60 | 300 (2,1 ГПа) |
| Расстояние между трещинами 24 дюйма | 250 тысяч фунтов на квадратный дюйм (1,7 ГПа) |
| Расстояние между трещинами 36 дюймов | 300 тысяч фунтов на квадратный дюйм (2,1 ГПа) |
Примечание: Для JRCP уровень 1 должен использоваться, если только опыт агентства не требует иного.
Коренная порода
Неглубокая коренная порода под трассой может оказывать значительное влияние на механические реакции дорожного покрытия и, следовательно, должна учитываться при механистико-эмпирическом проектировании. Неглубокая коренная порода также является важным фактором при обратном расчете модулей слоев при проектировании реабилитации.Хотя точное значение жесткости коренных пород требуется редко, тем не менее, при анализе необходимо учитывать влияние высокой жесткости коренных пород. Рекомендуемые значения модуля упругости коренных пород из NCHRP 1-37A:
- Твердая, массивная коренная порода:
- E = 750 — 2000 тысяч фунтов на квадратный дюйм (5,2 — 13,8 ГПа)
- По умолчанию = 1000 тысяч фунтов на квадратный дюйм (6,9 ГПа)
- Сильно трещиноватая / выветренная коренная порода:
- E = 250 — 1000 тысяч фунтов на квадратный дюйм (1.7 — 6,9 ГПа)
- По умолчанию = 500 тысяч фунтов на квадратный дюйм (3,4 ГПа)
5.4.4 Коэффициент Пуассона
| Описание | Коэффициент Пуассона ν определяется как отношение поперечной деформации ε x к осевой деформации ε y из-за осевой нагрузки (рис. 5-18). |
| Использование в дорожных покрытиях |
|
| Лабораторное определение | Определяется как часть испытания модуля упругости (см. Раздел 5.4.3.). |
| Полевые измерения | Не применимо. |
| Комментарий | Влияние ν на расчетную реакцию покрытия обычно довольно мало. Следовательно, использование предполагаемых значений для ν часто дает удовлетворительные результаты, и прямые измерения в лаборатории обычно не нужны. |
| Типичные значения | Коэффициент Пуассона для изотропных эластичных материалов должен находиться в пределах от 0 до 0,5. Типичные значения ν для геоматериалов дорожного покрытия приведены в Таблице 5-30. |
Рисунок 5-18. Иллюстрация коэффициента Пуассона.
| Описание материала | ν Диапазон | ν Типичный |
|---|---|---|
| Глина (насыщенная) | 0.4 — 0,5 | 0,45 |
| Глина (ненасыщенная) | 0,1 — 0,3 | 0,2 |
| Песчаная глина | 0,2 — 0,3 | 0,25 |
| Ил | 0,3 — 0,35 | 0,325 |
| Плотный песок | 0,2 — 0,4 | 0,3 |
| Песок крупнозернистый | 0,15 | 0,15 |
| Песок мелкозернистый | 0,25 | 0.25 |
| Коренная порода | 0,1 — 0,4 | 0,25 |
Глава 2. Предпосылки — Определение характеристик прочности открытого заполнителя для засыпки несущих конструкций, июнь 2015 г.
ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ ВОПРОСА
2.1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ OGA
Изготовленные OGA используются в различных транспортных приложениях, включая обратную засыпку подпорных стен, бетон, асфальт, конструкции дорожного покрытия и опоры фундамента.Эти материалы выбираются в первую очередь из-за их прочности, отличных дренажных свойств и скорости укладки в поле. Первая известная попытка AASHTO стандартизировать градации для обработанных заполнителей была предпринята в 1988 г., когда следовали стандарту ASTM D448 (опубликованному в 1986 г.). Стандарт включал 19 градаций, от 4 дюймов минус материал до 0,375 дюйма минус материал. Хотя с тех пор вышло шесть дополнительных версий, используются те же градации и номенклатура; Самая большая разница — исключение метрических единиц.
Для некоторых проектов подрядчики и проектировщики могут выбирать засыпки, отвечающие определенным требованиям; в остальных проектах тип засыпки определяет собственник. Многие государственные транспортные департаменты и другие транспортные агентства имеют спецификации, связанные с использованием AASHTO M 43, но эти руководящие принципы в основном сосредоточены на требованиях к проектированию бетона и дорожного покрытия (см. Ссылки с 4 по 7.) Для строительных засыпок спецификации обычно более открыты. где можно использовать OG или хорошо отсортированные заполнители, отвечающие широким требованиям по градации и прочности.
2.2 ПРОЧНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Прочность на сдвиг (𝜏) гранулированных материалов является мерой их сопротивления массовой деформации, возникающей в результате комбинации качения, скольжения и раздавливания частиц. (8) Притяжение или сцепление между частицами ( c ) и угол внутреннего трения (ϕ) — это два обычно используемых параметра, используемых для количественной оценки прочности на сдвиг. Значения этих параметров прочности не являются постоянными и варьируются в зависимости от условий нагружения, истории напряжений, уплотнения, относительной плотности, ограничивающего давления, формы зерна, твердости и минералогии, а также других факторов.
Пиковый угол трения при заданном ограничении является одним из параметров, измеряемых во время испытаний на сдвиг, который широко используется для характеристики прочности гранулированных материалов на сдвиг. Роу (1962) предположил, что мобилизованный пиковый угол трения может быть представлен как сумма сопротивления скольжению между частицами или истинного угла трения (ϕ ‘ и ), сопротивления раздавливанию и перегруппировке, а также сопротивления из-за расширение материала (рисунок 1). (9) Следует отметить, что рисунок 1 отображает общую тенденцию, а величина и точная форма компонентов в эскизе могут незначительно изменяться при экстремальных уровнях ограничивающего напряжения или для образцов с неоднородным минеральным составом и формой.
Рисунок 1. Диаграмма. Влияние пористости и уплотнения на сопротивление сдвигу сыпучих материалов (модифицировано из Rowe, 1962). (9)
Как показано на рисунке 1, скорость расширения выше в более плотных состояниях.Причина в том, что в плотной среде перегруппировка ограничена, заставляя частицы перелезать друг над другом во время сдвига, что приводит к объемному расширению и более высоким измеренным углам трения. С увеличением доли пустот вклад компонента расширения постепенно уменьшается, и частицы сдвигаются в основном за счет перегруппировки соседних частиц, что приводит к большему сжатию и меньшему расширению гранулированного материала во время сдвига. (10) Общее наблюдение состоит в том, что есть чистое увеличение подвижного угла трения с уменьшением начальной пористости, потому что скорость увеличения компонента дилатансии выше, чем скорость уменьшения перегруппировки.Критическое состояние определяется в состоянии плотности, когда сыпучие материалы сдвигаются при постоянном объеме и напряженном состоянии. В этом состоянии степень дилатансии уменьшается и приближается к нулю; следовательно, угол трения в этом критическом состоянии называется углом трения постоянного объема (CV) (ϕ ‘ cv ).
Визуализируя прочность на сдвиг как функцию изменяющегося ограничивающего напряжения для данного состояния плотности, аналогичные компоненты составляют мобилизованный пиковый угол трения (рис. 2).При высоких эффективных ограничивающих напряжениях относительное движение частиц за счет расширения значительно уменьшится. Кроме того, высокая скорость разрушения из-за раздавливания приведет к сжатию, сдвигающему фазу от первоначально достигнутого истинного угла трения к новой фазе непостоянного объема. (11)
Рисунок 2. Диаграмма. Теоретическое определение дренированной прочности на сдвиг для песков на основе трех компонентов, которые составляют подвижный угол трения (по Ли и Сид, 1967). (11)
Таким образом, важно знать факторы, способствующие и различные лабораторные испытания прочности на сдвиг, интерпретацию данных и применение параметров прочности для проектирования геотехнических приложений с помощью OGA. Испытания на месте доступны для количественной оценки или корреляции с прочностью на сдвиг на месте; однако в данном исследовании основное внимание уделяется лабораторному анализу.
Лабораторные испытания
Состояние деформаций сдвига на месте, которые в конечном итоге могут привести к отказу, часто лучше всего можно представить как проблему PS.Например, отказы в нескольких геотехнических приложениях, таких как проблемы оползней, подпорные стены, земляные плотины, длинные фундаменты, водопропускные трубы, трубопроводы, туннели и балочные фундаменты, по большей части, все являются случаями PS; однако существуют значительные трудности в разработке и проведении испытаний на сдвиг PS. Такие испытания требуют изготовления специального приспособления, мембраны, принадлежностей и подготовки призматического образца грунта. (12) Сложность теста на сдвиг PS заставляет исследователей и практиков в области геотехнической инженерии использовать более простые тесты DS или TX для определения прочности геоматериалов на сдвиг.
Оба метода — DS и TX — широко используются при проектировании и исследованиях для определения прочности на сдвиг. Широкая популярность испытаний TX на сжатие частично объясняется многочисленными конструкциями, спроектированными и построенными на основе данных о прочности TX, которые хорошо работают после многих лет, способностью испытаний TX сочетать простоту с универсальностью, возможностью контроля дренажа, воспроизведение эффектов наиболее распространенных полевых условий нагружения и приложение желаемых главных и второстепенных главных напряжений. (13) Широкое применение испытаний DS для характеристики прочностных параметров сыпучих материалов объясняется их простотой, необходимостью более короткого времени проведения экспериментов и способностью заранее определять ориентацию поверхности разрушения по желанию и позволять определять остаточную сила. (14) Однако неспособность контролировать дренаж и неравномерность напряжений и деформаций в тестах DS по сравнению с тестами PS и TX препятствует пригодности устройств DS в исследованиях, которые включают поведение напряженно-деформированного состояния гранулированных материалов.
Обратите внимание, что есть несколько недостатков, связанных с тестами TX и DS по сравнению с тестами с использованием устройства PS. Одно из основных различий между TX и PS заключается в том, что в тестах на основе TX прикладываемые напряжения являются осесимметричными, что приводит к отсутствию промежуточных основных напряжений. Испытания DS ближе к условию PS, но геометрия и граничные условия испытания DS предопределяют локализованную область высоких деформаций, через которую происходит отказ; разрушение не должно происходить в его естественной плоскости. (15) Тесты PS лучше подходят для понимания проблем локализации деформации на месте и образования полос сдвига. (16) В нескольких исследованиях сообщалось о формировании полос сдвига вдоль четко определенной плоскости разрушения при сдвиге в испытаниях на сжатие полистирола, тогда как образцы, подвергнутые сдвигу в аппарате TX, редко имели отчетливую плоскость сдвига. (17,18,19) Вместо этого некоторые наблюдения в микромасштабе с использованием передовых методов визуализации доказали преобладание сложных веерообразных узоров в образцах, подвергнутых испытаниям на сжатие на основе TX. (20,21)
Еще одно различие между различными лабораторными испытаниями на сдвиг — это наложенные боковые граничные условия. (22) И PS, и DS испытания имеют жесткое граничное условие, которое значительно снижает перемещение зерен во время сдвига. Гибкая мембранная граница в тестах TX допускает боковое перемещение частиц, что препятствует мобилизации углов трения. Другим заметным отличием методов тестирования является их влияние на поведение после пикового напряжения.Что касается песка, Стерпи (2000) указал, что тесты на основе TX предполагают идеально пластичное поведение, тогда как результаты PS показали заметное смягчение деформации, в частности, для более плотных образцов или для высоких значений уровней ограничивающего напряжения. (23) В общем, измеренная прочность на сдвиг при испытании PS больше, чем при испытании DS, которая больше, чем измеренная при испытании TX.
Независимо от испытательного устройства для определения параметров прочности и деформации сыпучих материалов, содержащих частицы больших размеров, таких как каменные насыпи и OGA, требуется оборудование нестандартных размеров. (24) Чтобы охарактеризовать обычные устройства DS и TX, для которых требуются образцы меньшего размера, размеры частиц уменьшаются на основе различных методов моделирования. Как цитируют Honkanadavar и Sharma (2013), для уменьшения размера материала-прототипа используются четыре метода моделирования: метод скальпирования, метод параллельной градации, построение квадратичной кривой распределения зерен по размеру и метод замены. (См. Ссылки с 25 по 29.Следуя открытиям Рамамурти и Гупты, которые показали, что параллельная градация является лучшим методом, несколько других исследователей провели испытания на сдвиг смоделированных материалов на основе техники параллельной градации. (См. Ссылки 30, 29, 24 и 31.) Результаты моделирования этих материалов могут потенциально привести к неточному поведению деформации и режимам разрушения из-за неизбежного зависящего от размера расширения и различных механизмов дробления частиц. (32) Таким образом, использование крупномасштабных устройств трехосного и прямого сдвига является обязательным для реалистичного изображения прочностных и деформационных характеристик агрегатов с крупными зернами, такими как OGA.
Интерпретация данных
Прочность гранулированных материалов на сдвиг обычно характеризуется углом внутреннего трения (ϕ) и сцепления ( c ). Из-за высокой скорости дренажа в OGA, исследования сдвига для OGA следует проводить в дренированных условиях, и по этой причине напряжения и параметры прочности будут представлены в их эффективных формах напряжений (например, ϕ ‘, c’, σ ‘ 1 , σ ‘ 3 ).Есть три концепции представления значений углов трения для любого испытания на сдвиг. Во-первых, секущий или пиковый угол трения (ϕ ‘ s ) может быть определен для данного испытания, подвергнутого конкретному эффективному напряжению консолидации и предполагающего нулевое значение c из-за отсутствия когезии в OGA (рисунок 3). Во-вторых, комбинированный или касательный угол трения (ϕ ‘ t ) также может быть вычислен для одного и того же типа агрегата (рассматриваемого как наиболее подходящий для ряда уровней напряжений), чтобы сформировать огибающую разрушения MC (рисунок 3).Наконец, угол трения CV может быть вычислен как угол трения, в котором есть нулевое расширение, называемый подходом с нулевым углом расширения (ZDA). (3)
Рисунок 3. Диаграмма. Рисунок секущего (ϕ) и касательного (ϕ’t) угла трения для испытаний DS
Критерий отказа MC является наиболее часто используемым подходом для определения ϕ ‘ t (уравнение 1).
(1)
Где:
𝜏 f = напряжение сдвига при разрушении.
c ‘ = Эффективное сцепление.
σ ‘ n = эффективное нормальное напряжение.
‘ = Эффективный угол внутреннего трения.
Для несвязанных OGA член связности равен нулю. Этот подход предполагает, что разрушение при сдвиге начинается в определенной точке массы грунта, когда на некоторой поверхности, проходящей через эту точку, достигается критическая комбинация сдвиговых и нормальных напряжений. (10) Оборудование TX и DS разработано для определения и исследования этих критических комбинаций; затем результаты используются для расчета параметров прочности.
В испытаниях на сжатие TX предполагается, что к границам образца прилагаются только главные напряжения, причем параметры прочности извлекаются из измеренных основных (σ ‘ 1 ) и второстепенных (σ ‘ 3 ) основные напряжения при отказе. Траектория напряжения сдвига ( q ) и траектория среднего напряжения ( p ‘) вычисляются для серии испытаний согласно уравнению 2 и уравнению 3 соответственно. (33)
(2)
(3)
При рассмотрении траекторий напряжений была разработана модифицированная огибающая разрушения на основе значений p и q , обычно называемая линией K f . (34) Огибающая определяется уравнением 4.
(4)
Где:
α = Угол, который измененная огибающая разрушения (путь напряжения) образует с горизонталью.
Взаимосвязь между касательным эффективным углом трения (ϕ ‘ t ) и α показана в уравнении 5.
(5)
Для испытаний TX значение секущего или пикового угла трения (ϕ ‘ s ) для каждого конкретного испытания вычисляется с использованием уравнения 6, которое выводится из кругов Мора с применением тригонометрических соотношений. (34)
(6)
В отличие от тестов TX, основные и второстепенные основные напряжения в тестах DS не измеряются. Следовательно, приложенное нормальное напряжение и измеренное напряжение сдвига при разрушении используются для расчета этих параметров прочности. Подобно испытанию TX, отдельные пары 𝜏 f и σ ‘ n из серии испытаний одного и того же типа агрегата в зависимости от различных ограничивающих напряжений наносятся на график, а диапазон линейных отказов MC рассчитывается как линия наилучшего соответствия пикового значения сдвига и нормального напряжения в этих различных точках напряжения (рисунок 3).Затем вычисляется ϕ ‘ t как арктангенс наклона линейной аппроксимации. Значение ϕ ‘ s для каждого конкретного испытания на сдвиг определяется в соответствии с уравнением 7.
(7)
Критерий линейного отказа MC — это линейное представление нелинейной в противном случае огибающей характеристики прочности. Было разработано несколько подходов для описания этого нелинейного увеличения максимальной прочности на сдвиг гранулированных материалов как функции возрастающего ограничивающего напряжения.Силовая функция мощности (уравнение 8), разработанная Чарльзом и Уоттсом, также была принята другими исследователями с некоторыми модификациями исходного уравнения. (См. Ссылки с 35 по 38.)
(8)
Где:
A и b = нелинейные материальные постоянные, которые определяются путем подбора кривой экспериментальных данных. Эта модель силы кривой мощности может использоваться для интерпретации данных испытаний как TX, так и DS.
Другие модели, такие как модель Хук-Брауна, были созданы для характеристики прочности горных материалов с точки зрения больших и малых главных напряжений. Следовательно, они более актуальны для данных TX. (39,40,41) Эта модель также имеет материальные константы, которые необходимо оценить на основе геологических данных и дополнительных испытаний, таких как прочность на одноосное сжатие. Никс и Адамс (2013) использовали ZDA, который основан на линейной зависимости между углами трения и углами расширения в зависимости от различных напряжений консолидации для одного и того же агрегата. (3) Согласно Болтону (1986), пересечение оси Y наилучшей линейной огибающей в этом подходе соответствует постоянному объему или углу трения критического состояния (ϕ ‘ cv ). (42) Преимущество этого метода состоит в том, что эффект расширения сводится на нет, и в результате получается консервативное значение прочности на сдвиг, не полагаясь на кажущееся значение сцепления, как в линейном методе MC.
В этом исследовании основное внимание уделяется простым подходам, которые используются для определения общих параметров прочности на сдвиг (например,г. ϕ ‘ s , ϕ ‘ t и ϕ ‘ cv ), применимые как для испытаний TX, так и для DS, чтобы иметь беспристрастное сравнение и подход, не требующий каких-либо дополнительных испытаний на прочность. Линейная зависимость MC широко используется и принимается из-за ее приемлемой допуски для большинства геотехнических приложений. (36) Этот подход также не требует каких-либо других испытаний на прочность или геологических данных и может использоваться для извлечения ϕ ‘ s и ϕ ‘ t как для испытаний TX, так и для DS.ZDA — еще один простой метод вычисления ϕ ‘ cv . Таким образом, эти два подхода приняты и сравниваются в этом исследовании для характеристики параметров прочности OGA на основе устройств TX и DS.
Практика проектирования
Практика проектирования при решении задач, связанных с приложением напряжений к грунтам, может быть разделена на (а) проектирование с контролируемым деформацией (например, оседание) и (б) проектирование с контролем отказов (например, несущее сопротивление). (43) Другими словами, предельные состояния по эксплуатации и прочности должны соблюдаться при проектировании. Для применений, связанных с относительно жесткими конструкциями, такими как фундаменты мостов и подпорные стены, где ожидается низкая деформация, особенно важен предел прочности засыпки или подстилающего грунта. Поэтому прочность на сдвиг засыпки является ключевым параметром при проектировании.
Проектирование с контролем отказов для геотехнических приложений включает определение внутреннего угла трения (ϕ), который является одним из основных инженерных параметров.Угол трения имеет решающее значение, поскольку он используется для расчета бокового давления и сопротивления подшипника. Для транспортных приложений в первую очередь используются спецификации AASHTO по расчету коэффициента нагрузки и сопротивления конструкции и конструкции мостов. (44,45,46) Для механически стабилизированных грунтовых стен (MSE) в проектных спецификациях отмечается, что значение угла трения может быть принято равным 34 градусам с пределом 40 градусов, если испытание проводится. Технические характеристики конструкции требуют проверки проектного предположения о том, что материал имеет угол трения не менее 34 градусов на участке, проходящем через канал No.10 (0,08 дюйма), как определено стандартным тестом на прямой сдвиг (SDS). (45) Для засыпок, у которых 80 процентов размеров больше 0,75 дюйма, испытания не требуются. В то время как спецификации AASHTO не запрещают использование OGA, рекомендации FHWA для стен MSE, принятые многими транспортными агентствами, рекомендуют использовать хорошо отсортированные материалы. (47,48) Для стен и устоев, армированных геосинтетическим грунтом, в строительстве можно использовать как OGA, так и хорошо отсортированные заполнители с минимальным углом трения 38 градусов.Никаких максимальных ограничений не налагается при надлежащих испытаниях в лаборатории.
Основываясь на опросе государственных транспортных ведомств, около 74 процентов ответили, что они используют взятые на себя прочностные параметры для backfills в сохранении конструкции стены, 65 процентов респондентов Если допустить, что углы на трение 34 градусов или меньше. (49) При проведении испытаний 60 процентов и 70 процентов заявили, что они используют устройства прямого сдвига и трехосные устройства соответственно. Обзор литературы показал, что сообщенные углы трения для плохо гранулированных материалов, испытанных с использованием устройств DS и TX (таблица 1).Несмотря на доступность обширных данных о прочности, которые демонстрируют углы трения, превышающие заданные по умолчанию 34 градуса для различных гранулированных материалов, проведенные с использованием всех видов устройств для испытаний на сдвиг, существует очень ограниченные данные о крупных агрегатах с узкой градацией, таких как AASHTO Агрегаты M43 (например, OGA). Было обнаружено три исследования, в которых изучались материалы, близкие к агрегатам № 7, № 56 и № 57. (50,51,52)
Для примерного агрегата № 7 разница между стандартными тестами DS и TX составила около 7 градусов; результаты TX были на 15 процентов меньше, чем результаты DS (таблица 1).Для примерного агрегата № 56 разница была значительно больше между двумя типами тестов: TX на 25 градусов, или 33 процента, ниже, чем DS. Исследователь признал, что в большинстве опубликованных в литературе работ разница в углах трения намного меньше, но исследователь пришел к выводу, что такие отчеты не действительны для испытанного песчаника Бремангер. (51)
Два исследователя сообщили об углах трения для агрегата № 57; тем не менее, оба сосредоточены на тестировании TX или DS, без сравнения.
Ограниченные исследования действительно показывают сравнение значений ϕ ‘ из тестов TX и DS для OGA. Согласно таблице 1, максимальное значение составляет 33 процента, при этом значения TX ниже, чем DS; хотя и высокий, этот вывод согласуется с результатами других исследований, показывающих, что углы трения TX ниже, чем DS, которые ниже, чем PS. (См. Ссылки с 53 по 56). Основываясь на компиляции различных исследований на песке, Kulhawy и Mayne (1990) представили взаимосвязь для испытаний на сжатие DS и TX, а также как функцию угла трения CV (уравнение 9). (57)
(9)
Это соотношение основано на песках и стандартных испытательных устройствах. Из-за отсутствия достаточной базы данных прочностных и напряженно-деформационных свойств агрегатов, обозначенных AASHTO M 43, отсутствуют какие-либо установленные отношения данных о прочности между состоянием PS (а также испытанием DS) и условиями осесимметричного нагружения. тестов TX. Следовательно, нехватка таких данных — одна из главных мотиваций этой работы.
Таблица 1. Углы трения, указанные при испытаниях DS и TX.
| № пробы | Засыпка Описание грунта | d макс (дюймы) | Метод испытаний | ϕ ‘(градусы) 1 | Номер ссылки |
|---|---|---|---|---|---|
1 | Равномерно измельченный мелкий и средний песок | 0.187 | DS | 43 | 58 |
2 | Равномерно гранулированный мелкий и средний песок | 0,630 | DS | 41 | |
3 | Чистый промытый песок равномерного размера с небольшим количеством гравия | 0.315 | DS | 46-53 | |
4 | Песок слабосернистый с гравием | – | Техас | 38 | 59 |
5 | Непластичный песок плохой сортировки | – | Техас | 38 | |
6 | Песок слабосернистый | – | DS | 36.4 | 48 |
7 | Песок слабосернистый | – | DS | 38,5 | |
8 | Песок слабосернистый | – | DS | 39,2 | |
9 | Песок слабосернистый | – | DS | 40.9 | |
10 | Песок слабосернистый | – | DS | 41,5 | |
11 | Песок слабосернистый | – | DS | 42,4 | |
12 | Прочный песчаник | 12.00 | DS | 43 | 60 |
(квадрат, | (ограниченное давление 32 фунта на кв. Дюйм) | ||||
0,75 | DS | 52,5 | |||
(круглая, 0,5 фута) | (ограниченное давление 32 фунта на кв. Дюйм) | ||||
Неразрывная илистая сланцевая порода | 12.00 | DS | 44 | ||
(квадрат, | (ограниченное давление 32 фунта на кв. Дюйм) | ||||
0,75 | DS | 52,2 | |||
(круглая, | (удержание 39 фунтов на кв. Дюйм) | ||||
13 | Произведенный гранулированный материал | 0.787 | DS | 44-45 (e o = 0,68-0,69) | 61 |
36-38 (e o = 0,8-0,83) | |||||
TX | 42-45 (e o = 0,68-0,69) | ||||
Материал для засыпки | 1,969 | DS | 51-55 (e o = 0.37) | ||
37-38 (e o = 0,56) | |||||
TX | 52-55 (e o = 0,37) | ||||
48-49 (e o = 0,42) | |||||
Материал для засыпки | 3.937 | DS | 50-54 (e o = 0.42) | ||
38-39 (e o = 0,56) | |||||
14 | Дацитовый материал (близкий к № 7) | 1.476 | Техас | 41 | 50 |
DS | 48,3 | ||||
Щебень и щебень песчаник | 1.476 | Техас | 50,1 | ||
DS | 56 | ||||
15 | Материал андезитовой засыпки | 1,969 | Техас | 39,9-57,8 | 24 |
16 | Плоская каменная насыпь из песчаника (близка к №56) | – | Техас | 49,9 | 51 |
DS | 74,9 | ||||
17 | № 57 (известняк) — низкая плотность | – | Техас | 53,5 (σ ‘ 3 = 4 фунта на кв. Дюйм) | 52 |
42.8 (σ ‘ 3 = | |||||
№ 57 (известняк) — высокая плотность | 53,1 (σ ‘ 3 = | ||||
44,1 (σ ‘ 3 = 30 фунтов на кв. Дюйм) | |||||
№ 57 (Филлит) — Низкая плотность | – | Техас | 54.6 (σ ‘ 3 = | ||
51 (σ ‘ 3 = 9,7 фунтов на кв. Дюйм) | |||||
№ 57 (филлит) — высокая плотность | 56,1 (σ ‘ 3 = 4 фунта на кв. Дюйм) | ||||
52,8 (σ ‘ 3 = | |||||
18 | Щебень плотный № 57 | – | DS | 49 | 62 |
1 Если не указано для одного ограничивающего давления, ϕ ‘относится к касательному углу трения, полученному из диапазона разрушения Мора-Кулона.
DS = прямой сдвиг.
TX = трехосный.
— = Информация не предоставлена
2.3 ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ДИЗАЙНА
Как обсуждалось ранее, прочность этих материалов является важным фактором при проектировании. Для OGA прочность в первую очередь определяется углом внутреннего трения (ϕ). Таким образом, выбор угла трения оказывает значительное влияние на проектирование геотехнических элементов. Он играет роль в коэффициентах давления грунта, используемых при определении бокового давления грунта.В сохранении конструкции стены, активный коэффициент давления на землю ( К ) часто используется для условий отказа (уравнение 10). Чем выше угол трения, тем ниже коэффициент и, следовательно, тем меньше боковое давление, которому необходимо противостоять при проектировании.
(10)
Угол внутреннего трения также важен при определении коэффициентов несущей способности (таблица 2), используемых в обычном уравнении для оценки номинального сопротивления подшипника, описанном Munfakh et al.(2001). (44,45) По мере увеличения значений коэффициентов несущей способности увеличивается также сопротивление подшипников, что уменьшает требуемый размер фундамента. Таблица 3 иллюстрирует влияние использования более высоких углов трения на K a и коэффициенты несущей способности, N c , N q и N ϒ . Разница между K и между 34 и 45 градусами составляет 1,6; разница в сопротивлении подшипникам еще выше.Более экономичные конструкции могут быть реализованы за счет использования фактических прочностных свойств OGA вместо установки по умолчанию на 34 градуса.
Таблица 2. Коэффициенты несущей способности. (44)
ϕ | N c | N q | N ϒ | ϕ | N c | N q | N ϒ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
0 | 5.14 | 1,0 | 0,0 | 23 | 18,1 | 8,7 | 8,2 |
1 | 5,4 | 1,1 | 0,1 | 24 | 19.3 | 9,6 | 9,4 |
2 | 5,6 | 1,2 | 0,2 | 25 | 20,7 | 10,7 | 10,9 |
3 | 5.9 | 1,3 | 0,2 | 26 | 22,3 | 11,9 | 12,5 |
4 | 6,2 | 1,4 | 0,3 | 27 | 23.9 | 13,2 | 14,5 |
5 | 6.5 | 1,6 | 0,5 | 28 | 25,8 | 14,7 | 16,7 |
6 | 6.8 | 1,7 | 0,6 | 29 | 27,9 | 16,4 | 19,3 |
7 | 7,2 | 1,9 | 0,7 | 30 | 30.1 | 18,4 | 22,4 |
8 | 7,5 | 2,1 | 0,9 | 31 | 32,7 | 20,6 | 26,0 |
9 | 7.9 | 2,3 | 1,0 | 32 | 35,5 | 23,2 | 30,2 |
10 | 8,4 | 2,5 | 1,2 | 33 | 38.6 | 26,1 | 35,2 |
11 | 8,8 | 2,7 | 1,4 | 34 | 42,2 | 29,4 | 41,1 |
12 | 9.3 | 3,0 | 1,7 | 35 | 46,1 | 33,3 | 48,0 |
13 | 9,8 | 3,3 | 2,0 | 36 | 50.6 | 37,8 | 56,3 |
14 | 10,4 | 3,6 | 2,3 | 37 | 55,6 | 42,9 | 66,2 |
15 | 11.0 | 3,9 | 2,7 | 38 | 61,4 | 48,9 | 78,0 |
16 | 11,6 | 4,3 | 3,1 | 39 | 67.9 | 56,0 | 92,3 |
17 | 12,3 | 4,8 | 3,5 | 40 | 75,3 | 64,2 | 109,4 |
18 | 13.1 | 5,3 | 4,1 | 41 | 83,9 | 73,9 | 130,2 |
19 | 13,9 | 5,8 | 4,7 | 42 | 93.7 | 85,4 | 155,6 |
20 | 14,8 | 6,4 | 5,4 | 43 | 105,1 | 99,0 | 186,5 |
21 | 15.8 | 7,1 | 6,2 | 44 | 118,4 | 115,3 | 224,6 |
22 | 16,9 | 7,8 | 7,1 | 45 | 133.9 | 134,9 | 271,8 |
Таблица 3. Влияние угла трения на геотехнические константы при проектировании.
ϕ | К а | N c | N q | N ϒ |
|---|---|---|---|---|
34 | 0.282 | 42,2 | 29,4 | 41,1 |
40 | 0,217 | 75,3 | 64,2 | 109,4 |
45 | 0,171 | 133.9 | 134,9 | 271,8 |
Глава 7 (продолжение) — NHI-05-037 — Geotech — Мосты и конструкции
Справочное руководство по геотехническим аспектам дорожных одежд
Глава 7.0 Детали конструкции и условия строительства, требующие особого внимания при проектировании (продолжение)
7.3 Базовые слои: требования, стабилизация и усиление
Функция основного слоя зависит от типа покрытия, как было описано в главе 1.Под жестким покрытием основной слой используется для: (1) обеспечения однородной и устойчивой опоры, (2) минимизации разрушающего воздействия морозов, (3) обеспечения дренажа, (4) предотвращения перекачки мелкозернистого грунта на стыках, ( 5) предотвратить изменение объема земляного полотна, (5) увеличить конструктивную способность дорожного покрытия и (6) ускорить строительство. Под гибкими покрытиями основная функция основного слоя заключается в структурном улучшении несущей способности покрытия за счет обеспечения дополнительной жесткости и сопротивления усталости, а также в создании относительно толстого слоя для распределения нагрузки через конечную толщину тротуар.Основание также может обеспечивать дренаж и, при необходимости, дополнительную защиту от мороза.
Чтобы соответствовать этим функциональным требованиям, базовый курс как минимум должен иметь следующие характеристики:
- Чтобы предотвратить перекачивание, основной слой должен быть либо со свободным дренажом, либо с высокой устойчивостью к эрозионному действию воды. Эродируемость более подробно рассматривается в следующем разделе.
- Для обеспечения дренажа базовый слой может быть, а может и не быть из хорошо отсортированного материала, но он не должен содержать или почти не содержать материалов мельче 0.Сито 075 мм (№ 200). Иногда его можно укрепить асфальтом или цементом.
- Базовая конструкция покрытия для защиты от замерзания не должна допускать замерзания и обеспечивать свободный дренаж.
- Для повышения устойчивости к деформации и улучшения структурной поддержки или уменьшения толщины может быть желательно стабилизировать слой основания с помощью асфальта или цемента, как описано в разделах 7.3.2 и 7.3.3, или укрепить его геосинтетическими материалами, как описано в разделе 7.3.4.
- Базовый слой не обязательно должен иметь свободный дренаж для обеспечения несущей способности конструкции, но он должен быть хорошо выровнен и противостоять деформации из-за нагрузки.
Заполнитель, используемый для основания, должен быть твердым, прочным материалом. Как минимум, агрегат должен соответствовать следующим требованиям:
- Заполнитель должен иметь как минимум две изломанные грани; желательно, чтобы он состоял на 98% из щебня.
- Абразивный износ L.A. не должен превышать 45%, как определено AASHTO T 96, . Устойчивость к истиранию мелкодисперсного грубого заполнителя при использовании машины Los Angeles .
- Процент потери прочности не должен превышать 12 или 18%, как определено испытаниями на сульфат натрия или сульфат магния, соответственно.Испытание следует проводить в соответствии с AASHTO T 104, Прочность агрегата при использовании сульфата натрия или же Сульфат магния (см. главу 5).
- Для проницаемой основы градация этого слоя должна обеспечивать свободное движение воды с минимальным значением проницаемости около 300 м / день (1000 футов / день) (см. Раздел 7.2) и материала, проходящего через сито 0,425 мм (№ 40). не должны быть пластичными в соответствии с AASHTO T 90, «Определение предела пластичности и индекса пластичности грунтов» .
7.3.1 Размытие оснований
Предотвращение значительной эрозии материалов основания и основания очень важно для контроля проблем, связанных с влажностью, таких как откачка и разломы в JPCP и выбивки в CRCP, как описано в NCHRP 1-37A. Эродируемость — это потеря основного материала из-за гидравлического воздействия, чаще всего на стыках жестких покрытий, а также по краям жестких и гибких покрытий. Это условие связано с долговечностью основания с учетом его способности разрушаться при динамических транспортных нагрузках, климатических условиях, воздействии окружающей среды, а также под воздействием воды.По мере увеличения движения грузовиков требуется более устойчивое к эрозии основание, а также более адекватная конструкция для передачи нагрузки на стыки (, например, , использование дюбелей в стыках). Уровень движения является очень критическим фактором при рассмотрении эрозии основного / вспомогательного курса, особенно с учетом того, что основание / вспомогательное основание под плитами PCC реконструированных проектов, вероятно, получит в 10-20 раз больше повторений нагрузки в течение своего расчетного срока службы, чем в прошлом.
В то время как основной слой — это слой, наиболее часто подверженный эрозии, любой слой непосредственно под обработанным основанием может подвергнуться серьезной эрозии.Есть много примеров эрозии мелкозернистых грунтов под стабилизированным основанием, вызывающей потерю опоры и образование трещин. Таким образом, некоторые агентства теперь помещают плотный гранулированный слой основания между основанием и уплотненным земляным полотном, чтобы уменьшить эту проблему. Другие агентства стабилизируют верхний слой мелкозернистой почвы известью, чтобы уменьшить эту проблему; тем не менее, этот подход должен производить достаточно твердый материал с адекватной прочностью на сжатие и однородностью по всему проекту. Геотекстиль также используется в качестве разделительных слоев, удерживающих материалы земляного полотна на месте.Другой альтернативой, которая была успешно использована, является размещение слоя переработанного измельченного ОКК под плотно обработанной основой.
Руководство NCHRP 1-37A предоставляет руководство по оценке потенциала эрозии различных материалов, используемых в новых конструкциях JPCP и CRCP и в покрытиях PCC существующих гибких или жестких покрытий. Эффект эрозии рассматривается эмпирически в форме оценки классификации эрозии для конкретных проектных уровней. Процедура проектирования обеспечивает основу, для которой в будущем эрозию можно будет рассматривать на более механистической основе (например, итеративное помесячное накопление повреждений и включение лабораторных испытаний на эрозию уровня 1).В таблицах 7-6, 7-7 и 7-8 представлены требования к классификации материалов для проектирования Уровня 1, Уровня 2 и Уровня 3 соответственно.
| Класс эродируемости | Описание материала и испытания |
|---|---|
| Класс, основанный на типе материала и результатах испытаний | Тест не полностью разработан для общенационального использования; таким образом, Уровень 1 не может быть реализован в настоящее время. Испытания, которые в настоящее время рассматриваются для оценки эродируемости материалов дорожного покрытия, включают:
|
| Класс эродируемости | Описание материала и испытания |
|---|---|
| 1 |
|
| 2 |
|
| 3 |
|
| 4 | Несвязанный дробленый гранулированный материал с плотной градацией и высококачественными заполнителями. |
| 5 | Необработанный грунт (плита ПКК укладывается на подготовленное / уплотненное земляное полотно). |
| Класс эродируемости | Описание материала и испытания |
|---|---|
| 1 |
|
| 2 |
|
| 3 |
|
| 4 | Несвязанный дробленый гранулированный материал с плотной градацией и высококачественными заполнителями. |
| 5 | Необработанные грунты земляного полотна (уплотненные). |
7.3.2 Связанные базы
Для достижения наивысшего уровня эродируемости стабилизированные материалы основания или основания часто получают путем добавления достаточного количества стабилизатора (обычно цемента или асфальта) для получения материалов со значительной прочностью на разрыв ( e.г. , класс эродируемости 1a в таблице 7-7). Такие материалы считаются связанными основаниями и обладают значительно большей структурной способностью по сравнению с несвязанными и модифицированными (обработанными) основаниями. Связанные основания или подосновы не считаются геотехническими материалами и не рассматриваются в данном руководстве. Для получения дополнительной информации пользователей направляют на курсы NHI по тротуарам (, например, , NHI 131033).
7.3.3 Модифицированные (или обработанные) базы
Добавление цемента или асфальта (обычно менее 5%) для стабилизации несвязанного основания или основания с основной целью повышения устойчивости конструкции считается модифицированным или обработанным основанием.Считается, что модифицированные материалы структурно ведут себя как несвязанный гранулированный материал. Эти основания или подосновы считаются геотехническими материалами. Стабилизация чаще всего требуется для открытых градуированных (проницаемых) оснований (OGB), которые имеют тенденцию образовывать колеи и переплетаться при строительных работах. В таблицах 7-9 и 7-10 представлены рекомендации для оснований, обработанных асфальтом, и оснований, обработанных цементом, соответственно.
Прочность цементно-обработанных оснований будет частично зависеть от адекватного отверждения во время строительства.Смесь должна быть хорошо уплотнена при оптимальном содержании влаги и должна быть получена соответствующая плотность по всему слою. Контроль плотности также будет важен для однородности обработанных асфальтом основных материалов. Хотя стабилизация часто используется для уменьшения толщины основания, следует понимать, что тонкие основания (толщиной менее 150 мм (6 дюймов)) часто чрезвычайно трудно построить до точной глубины, что создает потенциал для очень тонкого основания. слои в локализованных областях. Строительство тонких оснований требует очень грамотного земляного полотна или хорошей рабочей площадки (как описано в разделе 7.6). Контроль качества строительства для материалов, обработанных цементом и асфальтом, рассматривается в главе 8.
| Спецификация | Требование | Метод испытаний |
|---|---|---|
| Агрегат | (a) твердый, прочный материал, по крайней мере, с двумя сломанными поверхностями; предпочтительно состоящий на 98% из щебня. | Визуальная классификация |
| (b) L.A. Абразивный износ не должен превышать 45%. | AASHTO T 96 | |
| (c) Процент потери прочности не должен превышать 12, как определено с помощью сульфата натрия, или 18% по результатам испытаний с сульфатом магния. | AASHTO T 104, Прочность заполнителя при использовании сульфата натрия или сульфата магния | |
| Содержание AC | Содержание AC должно обеспечивать хорошее покрытие заполнителей. Минимальное рекомендуемое содержание переменного тока составляет 2,5 — 3% по весу. Конечное содержание AC следует определять в соответствии с градацией смеси и толщиной пленки вокруг крупных заполнителей. | ASTM D 2489, Метод испытаний для определения степени покрытия частиц битумно-агрегатных смесей . |
| Класс AC | Класс твердого асфальта (обычно на 1 класс жестче, чем рекомендуется поверхностный слой). | Испытания связующего на пенетрацию, вязкость или Superpave могут быть выполнены для определения класса AC. |
| Защита от отслаивания | Испытание на предотвращение отслаивания должно выполняться на всех материалах, обработанных переменным током. | AASHTO T283, Устойчивость уплотненной битумной смеси к повреждениям, вызванным влагой . |
| Агенты, препятствующие отслаиванию | Агрегаты, проявляющие гидрофильные характеристики, можно нейтрализовать с помощью 0,5 — 1% извести. | Отчет NCHRP 274. |
| Проницаемость | Минимальная проницаемость смеси: 300 м / день (1000 футов / день). | AASHTO T 3637, Проницаемость битумных смесей . |
| Спецификация | Требование | Метод испытаний |
|---|---|---|
| Агрегат | (a) Твердый, прочный материал, по крайней мере, с двумя изломами; предпочтительно состоящий на 98 процентов из щебня. | Визуальная классификация |
| (b) Абразивный износ L.A. не должен превышать 45%. | AASHTO T 96-94 | |
| (c) Процент потери прочности не должен превышать 12 или 18%, как определено испытаниями на сульфат натрия или сульфат магния, соответственно. | AASHTO T 104-86, «Прочность заполнителя … Использование сульфата натрия или сульфата магния» | |
| Цемент | Выбранное содержание портландцемента должно обеспечивать хорошее покрытие заполнителей. Рекомендуется норма внесения от 130 до 166 кг / м 3 (от 220 до 285 фунтов / ярд 3 ). | Должен соответствовать спецификации AASHTO M 85, Портландцемент |
| Соотношение воды и цемента | Рекомендуемое соотношение воды и цемента для обеспечения прочности и удобоукладываемости: 0.От 3 до 0,5. | |
| Технологичность | Осадка смеси должна находиться в пределах 25–75 мм (1–3 дюйма). | |
| Чистота | Используйте только чистые заполнители | |
| Проницаемость | Минимальная проницаемость смеси: (300 м / день) 1000 футов / день. |
7.3.4 Базовое армирование
Более поздней формой стабилизации является использование геосинтетических материалов (в первую очередь георешеток) для усиления основы для гибких систем дорожного покрытия, что, как было установлено, при определенных условиях обеспечивает значительное улучшение характеристик участков дорожного покрытия.Основным эффектом армирования в гибких покрытиях, армированных основанием, является обеспечение бокового ограничения слоя заполнителя. Боковое ограничение возникает из-за развития межфазных сдвиговых напряжений между агрегатом и арматурой, которые, в свою очередь, передают нагрузку на арматуру. Напряжение сдвига интерфейса, возникающее при удалении нагрузки трафика, продолжает расти вместе с приложениями нагрузки трафика, что означает, что поперечное ограничение совокупности увеличивается с увеличением нагрузки приложений.Увеличение объема трафика до 10 раз для достижения того же уровня повреждения (колейность 25 мм (1 дюйм)) наблюдалось для армированных секций по сравнению с неармированными секциями из асфальта той же конструкции и той же толщины основания (Berg et al. , 2000). В Таблице 7-11 приводится сводка условий, при которых следует рассматривать различные геосинтетические продукты для данного применения.
Современные методы проектирования гибких покрытий, армированных геосинтетическим материалом в несвязанном слое основы из заполнителя, в значительной степени являются эмпирическими методами, основанными на ограниченном наборе проектных условий, по которым были построены испытательные секции ( i.е. , AASHTO 4E-SR Стандартные практические рекомендации по армированию основания). Эти методы проектирования были ограничены в использовании из-за 1) отсутствия признанной на национальном уровне процедуры проектирования армированного основания, 2) узкого диапазона расчетных условий испытательного участка, на основе которых был откалиброван метод, и 3) патентованных методов проектирования, относящихся к одному геосинтетическому продукту. Недавно FHWA спонсировала исследование по разработке интерфейса для включения геосинтетического армирования основания в механистический эмпирический дизайн в соответствии с моделью NCHRP 1-37A.Эта работа в настоящее время находится на рассмотрении, но показывает прекрасные перспективы для включения этих методов в дизайн дорожного покрытия.
Между тем, AASHTO 4E включает подход к проектированию, основанный на оценке выгоды от подкрепления, определяемой коэффициентом выигрыша от трафика (TBR) или коэффициентом снижения базового курса (BCR). TBR определяется как отношение количества транспортных нагрузок между идентичным армированным и неармированным покрытием, которое может быть применено для достижения определенной постоянной деформации поверхности покрытия.BCR определяет процентное уменьшение толщины основного слоя усиленного покрытия таким образом, чтобы эквивалентный срок службы (, например, , деформация поверхности) был получен между усиленным и неармированным покрытием с большей толщиной заполнителя. Философия этого подхода заключается в том, что применимость технологии и преимущества армирования оцениваются на основе эмпирических соображений. Определенная таким образом выгода от армирования затем используется для изменения существующей конструкции неармированного покрытия.
Предлагаемая процедура проектирования в AASHTO 4E следует этапам, перечисленным ниже:
- Шаг 1. Первичная оценка применимости технологии.
- Шаг 2. Проектирование неармированного покрытия.
- Шаг 3. Определение качественной пользы арматуры для проекта.
- Шаг 4. Определение количественных преимуществ подкрепления (TBR или BCR).
- Шаг 5. Расчет армированного покрытия с использованием преимуществ, определенных в Шаге 4.
- Шаг 6. Анализ затрат жизненного цикла.
- Шаг 7. Разработка технического задания.
- Шаг 8. Разработка строительных чертежей и тендерной документации.
- Шаг 9. Строительство проезжей части.
Шаг 1 включает оценку связанных с проектом переменных, приведенных в таблице 7-11, и вынесение суждения о том, являются ли условия проекта благоприятными или неблагоприятными для того, чтобы армирование было эффективным, и какие типы арматурных изделий (как определено в таблице 7- 11) подходят для проекта.
Шаг 2 включает в себя проектирование обычного неармированного типового расчетного поперечного сечения дорожной одежды или серии поперечных сечений, если это необходимо, для проекта. Для этого шага можно использовать любую приемлемую процедуру проектирования.
Шаг 3 включает оценку качественных преимуществ, которые будут получены от добавления арматуры. Два основных преимущества, которые следует оценить, — это то, будет ли геосинтетический материал использоваться для продления срока службы дорожного покрытия ( i.е. , применение дополнительных проездов транспортного средства), уменьшение толщины основного заполнителя или их комбинация. Berg et al. (2000) перечислил дополнительные вторичные преимущества, которые также следует учитывать.
Шаг 4 — самый сложный шаг в процессе проектирования и требует максимальной оценки. Этот шаг требует определения ценности или ценности выгоды (TBR и / или BCR), которая будет использоваться при проектировании усиленного покрытия.Определение этих значений выгод для ряда проектных условий, пожалуй, наиболее активно обсуждаемая и наиболее изучаемая тема в этой области. Учитывая отсутствие подходящего аналитического решения для определения этих терминов, Berg et al. (2000) предложил определять эти значения путем тщательного сравнения условий разработки проекта, определенных на предыдущих этапах, с условиями, представленными в исследованиях, о которых сообщается в литературе. Большинство этих исследований были обобщены в Berg et al. (2000) в форме, позволяющей проводить прямое сравнение с известными условиями проекта. В отсутствие подходящих сравнительных исследований был предложен и описан метод экспериментальной демонстрации, включающий строительство армированных и неармированных испытательных участков дорожного покрытия, в Berg et al. (2000), и может использоваться для определения выгоды от условий проекта. Разумность значений выгод следует тщательно оценивать, чтобы не подорвать надежность дорожного покрытия.
Этап 5 включает прямое применение TBR или BCR для изменения конструкции неармированного покрытия, определенной на этапе 2. TBR можно напрямую использовать для определения увеличенного количества проездов транспортных средств, которые могут быть применены к дорожному покрытию, в то время как BCR может использоваться для определения уменьшенной толщины базового заполнителя для обеспечения равного срока службы. В контексте подхода AASHTO к проектированию дорожного покрытия можно рассчитать BCR, зная TBR, и наоборот, для конкретных условий проектирования, однако этот подход не был подтвержден экспериментально или аналитически.
После определения конструкции неармированного и армированного покрытия необходимо выполнить анализ затрат жизненного цикла, чтобы оценить экономическую выгоду от армирования. Этот шаг будет определять, будет ли экономически выгодно использовать геосинтетическое армирование. Остальные шаги включают разработку спецификаций проекта, строительных чертежей, тендерной документации и планов мониторинга строительства. Berg et al. (2000) представил проект спецификации, который может быть принят для этого приложения.
Несмотря на то, что применение геосинтетического армирования гибких дорожных покрытий было предложено и исследовано в течение последних 20 лет, исследования в этой области довольно активны, а это означает, что в ближайшем будущем следует ожидать новых методов проектирования. Мы надеемся, что эти новые методы проектирования предоставят менее эмпирические методы для оценки преимущества подкрепления и будут выражены как функция переменных, которые, как известно, влияют на выгоду.
7,4 Уплотнение
Уплотнение земляного полотна, несвязанного основания и материалов основания является основной конструктивной деталью и одной из самых фундаментальных геотехнических операций для любого проекта покрытия.Уплотнение используется для увеличения жесткости и прочности, уменьшения проницаемости и повышения эрозионной стойкости геоматериалов. Уплотнение также может снизить вероятность набухания экспансивных грунтов. Таким образом, цель уплотнения состоит в том, чтобы максимизировать прочность почвы (и минимизировать возможное изменение объема) за счет надлежащего регулирования влажности и уплотнения на уровне или около идеального содержания влаги, как обсуждается в этом разделе.
В большинстве случаев после завершения тяжелых земляных работ и точного профилирования верхняя зона земляного полотна (дорожное полотно) улучшается.Типичный метод улучшения заключается в регулировании содержания воды и уплотнении путем уплотнения. Требования к более высокой плотности обычно устанавливаются для верхних двух футов земляного полотна и насыпей. Почву на срезанных участках может потребоваться подрезать и засыпать для получения желаемой прочности и однородности. Оборудование для тяжелой прокатки (от 270 до 450 кН (от 30 до 50 тонн)) может использоваться для выявления участков неоднородной опоры в подготовленных грунтовых покрытиях. Проверка и другие аспекты уплотнения при строительстве месторождения рассматриваются в главе 8.Возможно, наиболее распространенная проблема, возникающая из-за некачественной конструкции, связана с контролем плотности влаги, которого можно избежать или, по крайней мере, свести к минимуму с помощью тщательного плана и выполнения плана, поскольку он относится к контролю качества / обеспечению качества во время строительства, как рассмотрено в главе 8. Этот план должен уделять особое внимание надлежащему содержанию влаги, надлежащей толщине подъема для уплотнения и достаточной конфигурации (, например, , вес и ширина) используемого уплотнительного оборудования.
7.4.1 Теория уплотнения
Основные инженерные принципы уплотнения грунта восходят к работе Проктора в 1930-х годах. Уплотнение может выполняться в лаборатории с использованием статических, месильных, вращательных, вибрационных или ударных уплотнителей. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, но сегодня на практике стандартным является ударное уплотнение падающим молотком. Стандартные лабораторные испытания на уплотнение более подробно описаны в главе 5. В этих испытаниях почва смешивается с водой в диапазоне влажности w и уплотняется с использованием заданной энергии уплотнения ( e.г. , фут-фунт / фут 3 или джоуль / м 3 ). На рис. 7-11 показано влияние энергии уплотнения на лабораторные кривые уплотнения. Как описано в главе 5, модифицированное испытание на уплотнение по Проктору (ASTM D1557 / AASHTO T-180) имеет энергию уплотнения 2700 кН-м / м 3 (56000 фут-фунт / фут 3 ), что составляет почти 5 умноженная на энергию уплотнения, равную 600 кН-м / м 3 (12 400 фут-фунт / фут 3 ) в стандартном тесте Проктора (ASTM D698 / AASHTO T-99). Аналогичным образом, повышенная энергия уплотнения в поле увеличит максимальный вес сухой единицы и снизит соответствующее оптимальное содержание воды.
Рисунок 7-11. Влияние энергии уплотнения на кривые уплотнения (Coduto, 1999).
Различные почвы обычно имеют разную форму кривых уплотнения. Этот факт поможет определить соответствующую лабораторную кривую для материалов, встречающихся в полевых условиях. На рис. 7-12 показаны типичные кривые уплотнения для нескольких различных грунтов. Более крупные зернистые почвы обычно имеют довольно крутые кривые уплотнения с большими изменениями плотности при небольших изменениях содержания влаги, в то время как высокопластичные глины демонстрируют довольно пологие кривые уплотнения.Максимальная сухая плотность выше для более грубых почв, а оптимальная влажность ниже. Некоторые несвязные грунты также будут иметь два пика на кривой уплотнения; один в очень сухих условиях, где отсутствуют капиллярные напряжения, препятствующие усилию уплотнения, а другой — при оптимальном содержании влаги, где происходит оптимальная смазка между частицами.
Рисунок 7-12. Кривые лабораторного уплотнения для различных грунтов (Rollings and Rollings, 1996).
Почти все характеристики уплотнения основаны на достижении минимального веса сухого агрегата в полевых условиях.Обычно это выражается через относительное уплотнение C R :
(7,5)| C R = | γ d | × 100% |
| (γ d ) max |
, в котором γ d является сухой единичный вес, достигнутый в полевых условиях, и ( γ d ) max — это максимальный сухой сухой вес, определенный в результате указанного лабораторного испытания на уплотнение.
Содержание воды при уплотнении также иногда указывается из-за ее воздействия на ткань почвы, особенно для глин. Глины, уплотненные в сухом или оптимальном виде, имеют флокулированную ткань (см. Рис. 7-13), что обычно соответствует более высокой проницаемости, большей прочности и жесткости, а также повышенной хрупкости. И наоборот, глины, уплотненные во влажном состоянии оптимальной до такой же эквивалентной плотности в сухом состоянии, как правило, имеют более ориентированную или диспергированную ткань, что обычно соответствует более низкой проницаемости, меньшей прочности и жесткости, но большей пластичности.
Рисунок 7-13. Влияние уплотненной влажности на ткань почвы для глин (Coduto, 1999).
7.4.2 Влияние на свойства почвы
Основные эффекты уплотнения на свойства почвы следующие:
- Плотность: Как описано в предыдущих разделах, наиболее прямым измеряемым эффектом уплотнения является увеличение плотности почвы. Типичные лабораторные значения максимальной плотности в сухом состоянии и оптимального содержания влаги для различных почв суммированы в главе 5, таблицах 5-18 и 5-19.
- Прочность: Интуитивно можно ожидать, что прочность возрастет с увеличением энергии уплотнения и будет больше при низком содержании воды, чем при высоких значениях. На рис. 7-14 приведены типичные значения прочности в зависимости от содержания воды и энергии уплотнения для тощей глины, где прочность измеряется методом CBR (Rollings and Rollings, 1996). Данные на рисунке в целом подтверждают интуитивные ожидания. Прочность в сухом состоянии при оптимальном содержании воды выше при более высоких энергиях уплотнения, как и ожидалось, и на порядок выше прочности при уплотнении во влажном состоянии от оптимума.Однако обратите внимание, что более высокая энергия уплотнения может привести к несколько более низким значениям прочности, когда мелкозернистый грунт уплотняется при содержании воды выше оптимального. Также обратите внимание, что прочность на рисунке основана на ненасыщенных почвах. Если материал, уплотненный сухим из оптимума, становится насыщенным, может произойти значительное снижение прочности, причем прочность даже ниже, чем у того же грунта, уплотненного влажным оптимальным образом. Большие изменения прочности при смачивании связаны с мелкозернистыми илами и глинами и менее выражены или даже незначительны в крупнозернистых почвах (Rollings and Rollings, 1996).
Рисунок 7-14. Прочность, измеренная по CBR, и плотность в сухом состоянии по сравнению с содержанием воды для лабораторного ударного уплотнения (Rollings and Rollings, 1996).
- Жесткость: На рис. 7-15 показаны типичные зависимости жесткости от содержания воды и энергии уплотнения для глин, где жесткость определяется как напряжение, необходимое для осевой деформации 5% и 25% в испытании на трехосное сжатие (Seed and Chan, 1959 ). Жесткость увеличивается с энергией уплотнения при сухом уплотнении от оптимума и в значительной степени не зависит от энергии уплотнения при уплотнении во влажном состоянии от оптимума.Оптимальная жесткость в сухом состоянии также существенно больше, чем при оптимальном уплотнении во влажном состоянии, как и следовало ожидать. Опять же, значительное снижение жесткости может произойти, если материал станет насыщенным до такой степени, что жесткость может быть меньше жесткости почвы, уплотненной влажным оптимальным образом.
Рисунок 7-15. Жесткость как функция уплотняющего усилия и содержания воды (по Seed and Chan, 1959; из Holtz and Kovacs, 1981).
- Проницаемость: Проницаемость при постоянном усилии уплотнения уменьшается с увеличением содержания воды и достигает минимума примерно при оптимальном содержании влаги.Проницаемость при сухом уплотнении от оптимума примерно на порядок выше, чем значение при уплотнении во влажном состоянии от оптимума.
- Потенциал набухания / усадки: Набухание уплотненных глин больше при уплотнении в сухом виде от оптимального. Сухие глины обладают большей способностью поглощать воду и, следовательно, больше набухают. Сухие и оптимальные почвы обычно более чувствительны к воздействиям окружающей среды, например, к изменениям содержания воды. Ситуация прямо противоположная для усадки (рис. 7-16), где образцы, уплотненные влажным оптимальным образом, демонстрируют самые высокие деформации усадки по мере удаления воды из почвы.
About the author
