На основании климатических данных Томской области строим дорожно-климатический график, который показывает сроки производства дорожно-строительных работ в интервалах между весенней и осенней распутицами. Дорожно-климатический график показывает сроки производства работ по метеорологическим условиям для сосредоточенных и линейных работ.

Количество дней (Т^зп) на строительство земляного полотна составляет 120 дней.

Количество дней (Т^до) на возведение дорожной одежды составляет 100 дней.

1.7 Исходные данные

2.1 Дорожно-строительные материалы, используемые при строительствеавтомобильной дороги Татарск-Лопатино

Дорожную одежду проектируют из расчета, чтобы под действием кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации формоизменения. Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в грунте земляного полотна и в малосвязных (песчаных) слоях обеспечено условие:

где  - требуемое минимальное значение коэффициента прочности, определяемое с учетом заданного уровня надежности;

Т - расчетное активное напряжение сдвига (часть сдвигающего напряжения, непогашенная внутренним трением) в расчетной (наиболее опасной) точке конструкции от действующей временной нагрузки;

 - предельная величина активного напряжения сдвига (в той же точке), превышение которой вызывает нарушение прочности на сдвиг.

При практических расчетах многослойную дорожную конструкцию приводят к двухслойной расчетной модели.

При расчете дорожной конструкции на прочность по сдвигоустойчивости грунта земляного полотнав качестве нижнего принимают грунт (с его характеристиками), а в качестве верхнего - всю дорожную одежду. [6]

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле:

где п - число слоев дорожной одежды;

E_i - модуль упругости i-го слоя;

h_i - толщина i-го слоя.

Действующие в грунте или в песчаном слое активные напряжения сдвига (Т) вычисляют по формуле:

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки;

р - расчетное давление от колеса на покрытие.

Для определения требуется составить 2 отношения:

Из данных соотношений и значения величины угла внутреннего трения определяем

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя (или в песчаном материале промежуточного слоя) определяют по формуле:

где  - сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), МПа. принимаемое с учетом повторности нагрузки; [6]

- коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания.

 - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см;

- средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см³;

- расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки.

Выполним проверку по условию

Т_пр =К_пр= =8,53 > K_пртр = 1,10

Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено условие:

где  - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;

 - допускаемое для данной конструкции пучение грунта.

Расчет на морозоустойчивость необходимо выполнять для характерных участков или групп характерных участков дороги, сходных по грунтово-гидрологическим условиям, имеющим одну и ту же конструкцию дорожной одежды и схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

При предварительной проверке на морозоустойчивость величину возможного морозного пучения следует определять по формуле: [6]

где  - величина морозного пучения при осредненных условиях;

- коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод;

 - коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя;

- коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки;

- коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания;

 - коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта.

Проверим условие

Условие выполнено. Конструкция является морозоустойчивой.

Технико-экономическое обоснование дородной одежды для не жесткого типа приведено в приложении 1 «Локальный сметный расчет №02-01-01» к Выпускной квалификационной работе. [6]

3.5 Расчет жестких дорожных одежд

?N_р = 0,7 •444,

Расчет монолитных цементобетонных покрытий

Вывод: условие (25) выполняется, следовательно, окончательно назначаем толщину цементобетонного покрытия равной 20 см. [25]

3.6 Технико-экономическое обоснование вариантов дорожной одежды

Технико-экономическое сравнение вариантов дорожной одежды осуществляется на основе сопоставления единовременных затрат на строительство, выполнение капитального ремонта и текущих расходов, связанных с ремонтом, содержанием дорожной одежды, перевозкой пассажиров и грузов за период между капитальными ремонтами. При этом учитывается разновременность капиталовложений, и изменение во времени транспортно-эксплуатационных расходов. [26]

Экономико-математическая модель, описывающая состояние и работу дорожной одежды во времени представлена в виде суммарных приведенных затрат (тыс. руб.):

где С - сумма дисконтируемых затрат за срок между капитальными ремонтами дорожной одежды наиболее капиталоемкого варианта, тыс. руб.; ЕД - норма дисконта, принимается равно

где Кс - стоимость строительства, реконструкции 1 км дорожной одежды, тыс. руб.; Кк - затраты на капитальный ремонт одного километра дорожной одежды; tк - срок проведения капитального ремонта дорожной одежды; n - количество капитальных ремонтов в периоде суммирования затрат; Кt - капиталовложения в автомобильный транспорт при интенсивности исходного года, тыс. руб. [4]:

где А - средние взвешенные капиталовложения в автомобильный транспорт на один автомобиль с учетом гаражного хозяйства, в ценах 2001 г., тыс. руб. (прил. 6); V - средняя скорость потока автомобилей, км/ч.; Та - среднее количество часов работы на линии одного автомобиля в течение года: [26]

где tн - среднее время автомобиля в наряде (прил. 6); г - коэффициент использования автопарка (прил. 6); Кt - дополнительные капиталовложения в автомобильный транспорт, соответствующие ежегодному приросту интенсивности движения, тыс. руб. [26]

где tк - срок между капитальными ремонтами наиболее капитального варианта, лет (прил. 7); q - коэффициент ежегодного прироста движения, равен 1,02…1,10.

При учете инфляции норма дисконта увеличивается на величину инфляции:

где Еи - размер инфляции в долях единицы, принимаемый 0,02-0,20. Стоимость строительства или усиления 1 км дорожной одежды определяют из выражения [2 доп.]:

где n - количество конструктивных слоев усиления дорожной одежды; Wi - объемы материала каждого слоя на 1 км, м3; Zi - коэффициент разрыхления материала (прил. 1); Pi - коэффициент, учитывающий стоимость производства работ (прил. 2); С1 - отпускная цена 1 м³ материала в ценах 2001 г. (прил. 3); С2 - тарифная стоимость автомобильных перевозок, руб./т (прил. 4); С3 - стоимость погрузочно-разгрузочных работ, руб./м3 (прил. 5).

Суммарные транспортные расходы за промежуток времени между капитальными ремонтами:

где Тo - транспортные расходы на участке длиной 1 км при интенсивности движения исходного года, тыс. руб.:

где Nо - интенсивность движения на исходный год, авт./сут.; S - расчетная себестоимость пробега автомобилей на 1 км в конкретных дорожных условиях, определяемая по формуле: [26]

S_пер - средние расчетные значения переменных и постоянных затрат автомобиля соответственно на 1 авт./км и 1 авт./ч (прил. 6); K_j - коэффициент влияния дорожных условий на размер переменных затрат (прил. 6); d - средняя годовая заработная плата с начислениями водителя автомобиля. [26]

Средние значения показателей переменных и постоянных затрат определяют по формулам:

где Рi - доля автомобилей i-го типа от общего размера потока; V - средняя техническая скорость движения транспортного потока для рассматриваемого варианта дорожной одежды в межремонтный период с учетом износа покрытия и климатических условий района:

где М - коэффициент, учитывающий погодно-климатические условия района проектирования:

где m₁, m₂, m₃, m₄ - количество дней в году соответственно с гололедом, снежным, влажным, сухим покрытием определяется по климатическим справочникам. При отсутствии климатических данных по результатам исследования А.П. Васильева можно ориентировочно для условий Западной Сибири принять: сухое состояние - 67,9%, мокрое - 17,9%, снежное накатанное - 8,2%, гололед - 6,8% от количества дней в году; g₁, g₂, g₃, g₄ - коэффициенты снижения скорости движения автомобилей, соответственно равны 0,65, 0,80, 0,85, 1,00. Vn - средневзвешенная техническая скорость потока автомобилей с учетом влияния рельефа местности:

где V_j - средние технические скорости движения j типов автомобилей км/ч.

Н - показатель, характеризующий влияние воздействия подвижного состава на эксплуатационное состояние дорожной одежды:

где D_1j - масса каждого автомобиля из j типов подвижного состава в порожнем состоянии, т [4 осн., 3 доп.]; D_2j - номинальная грузоподъемность (пассажировместимость) j-го автомобиля, т; D_3j, D_4j - соответственно коэффициенты использования грузоподъемности (пассажиро вместимости) и пробега каждого из j типов автомобилей; D_5j - количество единиц подвижного транспорта в составе потока в долях единицы. [26]

R - коэффициент, учитывающий прочностные показатели дорожных одежд; A2, В2 - коэффициенты, учитывающие эксплуатационные показатели покрытия; ц(t_пок) - параметр, учитывающий суммарное количество подвижного состава за срок между ремонтами покрытия в зависимости от темпа роста интенсивности движения во времени.

При росте интенсивности движения по нелинейной зависимости (закону сложных процентов)

(43)

где q - коэффициент ежегодного прироста интенсивности движения; t_пок - срок между ремонтами дорожного покрытия (прил. 7)

где Сn=45 руб./пас. ч - средняя величина потерь в расчете на 1 пассажира в час (в ценах 2001 г.); Рл, Ра - количество легковых автомобилей, автобусов в составе транспортного потока в долях единицы; Qл=3, Qа=30 - соответственно среднее количество пассажиров в одном легковом автомобиле и автобусе; Vл - скорость легковых автомобилей, км/ч:

V_а, V_п - скорость движения автобусов.

Вариант, имеющий наименьшее значение суммы дисконтируемых затрат, является эффективным. Для оценки уровня эффективности вкладываемых средств по каждому варианту определяются следующие экономические показатели:

- чистый дисконтируемый доход (ЧДД);

- индекс доходности (ИД);

- срок окупаемости (Т_ок). [26]

где С_сущ - сумма дисконтируемых затрат для существующего состояния или для наименее капиталоемкого варианта дорожной одежды, тыс. руб.; С_iпр - сумма дисконтируемых затрат проектируемого варианта дорожной одежды.

где К_прд - дисконтируемые капиталовложения для проектируемого варианта дорожной одежды.

где Z_t^сущ, Z_t^пр - сумма дисконтируемых эксплуатационных затрат при существующем и проектируемом состояниях дорожной одежды:

Вариант считается наиболее экономичным при наибольшем ЧДД и ИД и меньшем сроке окупаемости инвестиций на ремонт, реконструкцию или новое строительство дорожной одежды.

Расчет стоимости строительства одного километра дорожной одежды для каждого варианта приведен в таблице 5. [26]

Таблица 5. Стоимость строительства одного километра дорожной одежды [26]

Стоимость строительства одного километра 1-го варианта дорожной одежды составит:

Стоимость строительства одного километра 2-го варианта дорожной одежды составит:

Значение дисконтируемого капитального ремонта первого варианта, при норме дисконта равной 0.12, составит:

Капиталовложения в автомобильный транспорт составят:

Средняя скорость транспортного потока на дороге III категории с УК типом покрытия в условиях равнинного рельефа местности равна:

Определим среднюю скорость движения потока автомобилей для 1-го варианта дорожной одежды:

Дополнительные затраты на автомобильный транспорт равны:

Сумма дисконтируемых транспортных расходов для первого варианта дорожной одежды составит:

Значение дисконтируемых потерь населения на поездки:

Дисконтируемые затраты на содержание, текущий ремонт и ремонт покрытия за период tк=16 лет составят: [26]

Дисконтируемые затраты:

Сумма дисконтируемых затрат за срок между капитальными ремонтами дорожной одежды наиболее капиталоемкого варианта:

Чистый дисконтируемый доход (ЧДД):

Таблица 6. Сравнение вариантов дорожной одежды

Вывод: В результате технико-экономических обоснований показателей вариантов, более экономичный вариант 2.

4. Виды и объемы дорожных работ

Строительно-монтажные работы, связанные со строительством дороги - направлены на создание конечной продукции при возведении земляного полотна. [27]

К ним относят:

1. Подготовительные работы:

- восстановление и закрепление трассы;

- расчистка дорожной полосы от леса, кустарника, пней, камней и др.;

- разбивка земляного полотна;

- удаление растительного слоя;

- обеспечение водоотвода.

2. Основные работы:

- разрыхление грунта;

- разработка, перемещение и укладка грунта;

- послойное разравнивание;

- уплотнение.

3. Отделочные работы:

- планировка земляного полотна;

- укрепление откосов земляного полотна;

- рекультивация земель.

Ведомость объемов дорожных работ приведена в приложении 1 к Выпускной квалификационной работе.

5. Выбор местоположения производственных предприятий

Бетонные заводы (ЦБЗ) - производственное предприятие для приготовления цементобетонной смеси. По способу обеспечения материалами различают прирельсовые и притрассовые ЦБЗ. По степени подвижности и технологическому циклу ЦБЗ делят на стационарные, полустационарные с законченным, незаконченным и комбинированным технологическим циклом, передвижные и плавучие. Заводы с законченным технологическим циклом выдают готовую смесь - товарный бетон, с незаконченным технологическим циклом - отдозированную сухую смесь, перемешиваемую в процессе транспортирования к месту укладки в автобетоносмесителях или передвижных дорожных бетоносмесителях на месте укладки смеси. [30]

Стационарные (централизованные) ЦБЗ рассчитаны на продолжительный срок работы и выгодны для обслуживания крупных потребителей и городов с радиусом действия 50-60 км, который определяется технико-экономическими показателями (возможная дальность транспортирования смеси без ухудшения ее качества, стоимость 1 м³ смеси франко-место укладки).

Передвижные заводы целесообразны при строительстве мостов и дорог с бетонным покрытием; радиус их действия 5-10 км. К передвижным относят и плавучие ДБЗ. Применение передвижных заводов позволяет сократить дальность транспортирования бетонной смеси. Время, затрачиваемое н$ развертывание и свертывание этих заводов, и стоимость их перебазирования минимальны.

На полустационарных заводах использует инвентарное оборудование, которое легко монтировать и демонтировать. Они обслуживают узлы строительства дорог одного направления, радиус действия 20-30 км.

По назначению на дорожном строительстве различают ЦБЗ: приобъектные или районного значения (заводы железобетонных конструкций) и на полигонах в виде бетоносмесительного цеха. По технологической схеме приготовления цементнобетонной смеси заводы бывают цикличного и непрерывного действия, а по способу перемешивания, определяемому типами бетоносмесителей, - со свободным, принудительным и виброперемешиванием. Компоновка оборудования бывает вертикальная, башенного (одноступенчатая компоновка) и партерного (двухступенчатая) типов. По степени автоматизации заводы бывают автоматизированные, частично или полностью автоматизированные.

Технологический процесс приготовления бетонной смеси включает ряд последовательных операций: приемку компонентов, накопление их в расходных бункерах, дозирование сухих компонентов, перемешивание с отдозированной водой, а если нужно и добавками, выдача готовой смеси.

Параллельно с этим производится (если надо) активизация вяжущего, щебня и песка, а также обработка воды затворения, ее умягчение или намагничивание.

Для жестких смесей выработку бетоносмесителей следует определять в кубических метрах уплотненной смеси.

Выбор оборудования бетосмесительно го цеха производится по технико-экономическим показателям ведущей машины - бетоносмесителя. Лопастные бетоносмесители принудительного перемешивания пригодны для приготовления малоподвижных смесей с В/Ц до 0,3. Еще более эффективны вибросмесители, так как они позволяют выпускать однородную смесь с повышенной прочностью сцепления цементного камня с заполнителем. За счет вибрационного воздействия несколько повышается подвижность бетонной смеси и улучшается процесс перемешивания. Вибрационное воздействие ускоряет выгрузку, уменьшает износ внутренней полости мешалки и лопастей.

Эффективны бетоносмесители принудительного действия роторного типа с кольцевым пространством (СБ-73). [30]

6. Земляное полотно

6.1 Определение объемов земляных дорожно-строительных работ. Расчет осредненной высоты насыпи

В соответствии с полученным заданием, объемы работ по возведению насыпи земляного полотна составляют:

для отряда бульдозеров V=304020 м³, длина участка данного вида работ l=10000 м.

для отряда экскаваторов V=237020 м³, длина участка данного вида работ l=10000 м. [26]

6.2 Расчет элементов потока. Обоснование ведущей машины в отряде

Основными элементами потока являются контрольный темп и контрольная скорость. Контрольный темп потока qi; определяют по формуле:

qi = ,

где Qi - суммарный рабочий объем земляных работ i - го вида по длине строящейся дороги, Т_р - расчетное количество рабочих смен, полученное по формуле

В результате распределения земляных масс суммарный рабочий объем на участках, где работы выполняют специализированные отряды бульдозеров, составляет 90764 м³, экскаваторов - 70906 м³.

для бульдозеров:

qi = ,

для экскаваторов:

qi = ,

Комплектование отрядов производится с учетом имеющихся машин и механизмов. [26]

Производительность землеройно-транспортных машин определим по формуле:

,

где Е_изм - единица измерения; 100м³

t - количество часов в смену;

Н_вр - норма времени принимаемая из ЕНиРа.

Потребное количество ведущих машин для обеспечения заданного темпа работ для сравниваемых отрядов рассчитывают по формуле: