Проектирование дорожной одежды

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Определение категории, капитальности дорожной одежды

Используя коэффициенты приведения интенсивности движения различных транспортных средств к легковому автомобилю определяем расчетную интенсивность движения.

Таблица №1

Марка автомобиля	Нагрузка на ось, т	% содержания в потоке	Интенсивность в физ. ед.	Коэффициент приведения	Расчетная интенсивность движения в привед.ед./сут.
Легковой автомобиль		36	270	1,0	270
ГАЗ 53А	5,59	10	75	1,67	125
ЗИЛ 130	7,9	12	90	2,0	180
МАЗ 5335	10,0	15	112	2,5	280
КамАЗ 5335	7,0	20	150	2,67	400
Икарус 256		7	53	2,67	142
ИТОГО		100	750		1397

В соответствии со СНиП (1) категория дороги - Iv.

Тип дорожной одежды принимаем капитальный, вид покрытия - усовершенствованный из горячих асфальтобетонных смесей.

В качестве расчетного принимаем автомобиль МАЗ 5335, что соответствует расчетной нагрузке А₁=100 кН. Величины расчетного удельного давления колеса на покрытие р=0,6 МПа и расчетного диаметра D=37/33 (37 - движущегося колеса, 33 - неподвижного) приведенного к кругу отпечатка колеса на поверхности покрытия.

Определяем величину приведенной к нагрузке типа А₁ интенсивности движения на последний год срока службы N_p по формуле:

ед/сут.,

где f_пол - коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним, равный 0,55;

n - общее число различных марок транспортных средств в составе транспортного потока;

N_m - число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств т-й марки;

S_{m сум} - суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства т-й марки к расчетной нагрузке.

Таблица №2

Марка автомобиля	Грузоподъёмность, т	% содержания в потоке	Интенсивность в физ. ед.	Коэффициент приведения к расчетной нагрузке, Sm сум
ГАЗ-53А	4,0	10	75	0,2
ЗИЛ-130	6,0	12	90	0,7
МАЗ 5335	8,0	15	112	0,7
КамАЗ 53212	10,0	20	150	1,25
Автобус Икарус 256		7	53	0,7
Легковые автомобили		36	270	0
ИТОГО		100	750

ед/сут.

Вычисляем суммарное расчетное число приложений приведенной расчетной нагрузки к расчетной точке на поверхности конструкции за срок службы ?N_p по формуле:

где n - число марок автомобилей;

N_p - приведенная интенсивность на последний год срока службы, авт/сут;

Т_рдг - расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции. Для IV дорожно-климатической зоны принимаем равное 145 дней.

k_n - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого. Для IV категории дороги - 1,26.

К_с - коэффициент суммирования, определяем по таблице 3.

q - показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам.

Таблица №3

Показатель изменения интенсивности движения по годам, q	Значение Кс при сроке службы дорожной одежды Тсл в годах
	8	10	15	20
1,02	8,6	10,9	17,2	24,4
1,04	9,2	12,0	20,0	29,8
1,06	9,9	13,2	23,2	36,0

Таблица №4

Категория дороги	Тип дорожной одежды	Срок службы в дорожно-климатических зонах Тсл
		II	III	IV
II	капитальный	11-15	12-16	13-16
III	облегченный	10-13	11-14	12-15
IV	Капитальные	11-15	12-16	13-16

Величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции вычисляют по эмпирической формуле:

МПа,

где N_р - суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды;

с - эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки на ось 100 кН - 3,55.

Принимаем для дальнейших расчётов Е_тiп=123 МПа.

2. Проектирование первого варианта дорожной одежды

Предварительно назначаем конструкцию дорожной одежды:

· верхний слой покрытия из горячего плотного мелкозернистого асфальтобетона на БНД 90/130 толщиной 4 см;

· нижний слой покрытия из горячего пористого крупнозернистого асфальтобетона на БНД 90/130 толщиной 6 см;

· верхний слой основания из черного щебня толщиной 10 см;

· нижний слой основания из щебня, фракционированного с заклинкой мелким щебнем толщиной 23 см;

· песчаный подстилающий слой на всю ширину земляного полотна толщиной 20 см.

Принимаем толщину асфальтобетонных слоев по таблице 30 СНиП [1], толщину слоев основания - с учетом регионального опыта их работы.

Несущий слой основания из щебня и песчаный подстилающий слой предусматриваем Сокского карьера, находящегося в Волгоградской области. Фракция щебня 40-80 мм. Коэффициент фильтрации песков - более 1 м/сут.

Грунт земляного полотна относится к III группе по степени пучинистости, поэтому необходимо проверить морозоустойчивость конструкции. Расчетную влажность грунта принимаем равной 0,60W_т.

Расчет по допускаемому упругому прогибу.

Назначаем расчетные значения конструктивных слоев для расчета по допускаемому упругому прогибу.

Таблица №5

N п/п	Материал слоя	h слоя, см	Расчет по упругому прогибу, Е, МПа
1.	Асфальтобетон плотный на БНД 90/130	4	2400
2.	Асфальтобетон пористый на БНД 90/130	6	1400
3.	Щебень «черный»	10	800
4.	Щебень фракционированный	23	350
5.	Песок крупный	20	100
6.	Суглинок тяжёлый		72

Значения модулей упругости асфальтобетонов принимаем при температуре + 10°С.

Расчет по допустимому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме.

По номограмме находим:

По номограмме находим:

По номограмме находим:

По номограмме находим:

По номограмме находим:

Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

Требуемый минимальный коэффициент прочности для заданной надежности 1,20. Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

Расчетная схема

Расчет конструкции на сдвигоустойчивость.

Назначаем расчетные значения конструктивных слоев. Значение модулей упругости назначаем при +40? С.

Таблица №6

№	Материал слоя	h слоя, см	Расчет по усл. сдвигоуст., Е, Па
1.	Асфальтобетон плотный на БНД марки 90/130	4	550
2.	Асфальтобетон пористый на БНД марки 90/130	6	380
3.	Щебень «черный»	10	800
4.	Щебень фракционный	23	350
5.	Песок крупный	20	100
6.	Суглинок тяжёлый	-	72

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле:

,

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм;

р - расчётное давление от колеса на покрытие.

Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (суглинок тяжёлый) со следующими характеристиками:

Е_н = 72 МПа, = 9° и с = 0,012 МПа.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле:



По отношениям и и при = 9° с помощью номограммы находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: = 0,029 МПа.

Таким образом: Т = 0,0290,6 = 0,0174 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя определяем по формуле:

,

где с_N - сцепление в грунте земляного полотна, МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки, принимаем 0,012;

k_д - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания. При устройстве нижнего слоя из укрепленных материалов, а также при укладке на границе “основание - песчаный слой” разделяющей геотекстильной прослойки, следует принимать значения k_д равным:

- 4,5 - при использовании в песчаном слое крупного песка;

- 4,0 - при использовании в песчаном слое песка средней крупности;

- 3,0 - при использовании в песчаном слое мелкого песка;

- 1,0 - во всех остальных случаях.

z_оп - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, принимаем 63 см;

_ср - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, по расчету 0,001892 кг/см³;

_ст - расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, принимаем 24?.

_кг/см³

.

Определяем коэффициент прочности:

Требуемый минимальный коэффициент прочности при заданной надежности 1,0. Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.

Расчетная схема

Рассчитываем конструкцию по сдвигоустойчивости в песчаном слое.

Действующие в песчаном слое активные напряжения сдвига вычисляем по формуле:

,

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм;

р - расчётное давление от колеса на покрытие.

Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимаем песок крупный со следующими характеристиками:

Е_н = 82 МПа, = 28° и с = 0,003 МПа.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле:

По отношениям и и при = 28° с помощью номограммы находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: = 0,032 МПа.

Таким образом: Т = 0,0320,6 = 0,0192 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя определяем по формуле:

,

где с_N - сцепление в песчаном слое, МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки, принимаем 0,012;

k_д - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания. При устройстве нижнего слоя из укрепленных материалов, а также при укладке на границе “основание - песчаный слой” разделяющей геотекстильной прослойки, следует принимать значения k_д равным:

- 4,5 - при использовании в песчаном слое крупного песка;

- 4,0 - при использовании в песчаном слое песка средней крупности;

- 3,0 - при использовании в песчаном слое мелкого песка;

- 1,0 - во всех остальных случаях.

z_оп - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, принимаем 43 см;

_ср - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, по расчету 0,001865 кг/см³;

_ст - расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, принимаем 24?.

_кг/см³

.

Определяем коэффициент прочности:

Требуемый минимальный коэффициент прочности при заданной надежности 1,0. Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.

Расчетная схема

Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению при изгибе.

Назначаем расчетные значения конструктивных слоев.

Таблица №7

№	Материал слоя	h слоя, см	Расчет на растяжение при изгибе
			Е, МПа	Ro, МПа		m
1.	Асфальтобетон плотный на БНД 90/130	4	3600	9,5	6,3	5,0
2.	Асфальтобетон пористый на БНД 90/130	6	2200	7,8	7,6	4,0
3.	Щебень «черный»	10	800	-	-	-
4.	Щебень фракционный	23	350	-	-	-
5.	Песок крупный	20	100	-	-	-
6.	Суглинок тяжёлый	-	72	-	-	-

Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели часть конструкции, расположенная ниже пакетов асфальтобетонных слоев.

По номограмме находим растягивающее напряжение от единичной нагрузки.

Расчетное растягивающее напряжение определяем по формуле:

,

где _r - растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку;

к_в - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном. Принимаем равным 0,85;

р - расчетное давление колеса на покрытие;

Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле:

где R_o - нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки;

k₁ - коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;

k₂ - коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов. Принимается равным 0,8.

v_R - коэффициент вариации прочности на растяжение, равный 0,1.

t - коэффициент нормативного отклонения, 1,71.

Коэффициент k₁, отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляем по выражению:

где N_p - расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия;

m - показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя;

- коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности.

Определяем коэффициент прочности:

Требуемый минимальный коэффициент прочности при заданной надежности 1,0. Следовательно, конструкция удовлетворяет усталостному сопротивлению на изгиб.

Расчетная схема

Проверка конструкции на морозоустойчивость.

Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено условие:

l_пуч l_доп,

дорожная одежда асфальтобетон

где l_пуч - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;

l_доп - допускаемое для данной конструкции пучение грунта, равное 4 см.

Величину возможного морозного пучения определяем по формуле:

где l_{пуч ср} - величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая зависимости от толщины дорожной одежды (включая дополнительные слои основания), группы грунта по степени пучинистости и глубины промерзания (z_пp);



К_УГВ - коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (Н_у) до низа дорожной одежды.

1 - супесь тяжелая и тяжелая пылеватая, суглинок;

2 - песок, супесь легкая и легкая крупная.

К_пл - коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя, принимаем равным 1,0.

К_гр - коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки, принимается равным 1,3.

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

1 - супесь тяжелая и пылеватая, суглинок;

2 - песок, супесь легкая, крупная.

К_вл - коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта, принимаем равным 1,0.

Глубину промерзания дорожной конструкции определяем по формыле:

z_пp = z_пp(cp) 1,38,

где z_пp(cp) - средняя глубина промерзания для данного района, устанавливаемая при помощи карт изолиний.

Z_{пр (ср)}=120 см, z_пp = 120 1,38=165,6 см.

3,99 см < 4 см.

Расчётное пучение грунта земляного полотна не превышает допускаемого для данной конструкции, т.е. дорожная одежда морозоустойчива.

Расчет дренажных конструкций.

Полную толщину дренирующего слоя h_п определяем по формуле:

где q_p - расчетное значение воды, поступающей за сутки;

q - осредненное значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды. В зависимости от дорожно-климатической зоны и типа грунта принимаем 2 л;

К_п - коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков. Для непылеватых грунтов принимаем равным 1,0;

К_р - коэффициент гидрологического запаса, учитывающий способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги. В зависимости от дорожно-климатической зоны, для непылеватых грунтов принимаем 1,5;

К_вог - коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона. Условно принимаем, что проектная линия не имеет переломов, т.е. К_вог=1;

Т_зап - средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводных устройств. Для IV дорожно-климатической зоны - не учитываем.

ц_зим - коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания, принимаем равным 0,5.

n - пористость материала, принимаем равным 0,36.

К_р - коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима. В случае устройства не укрепленных обочин К_р = 1,00.

Независимо от результатов расчёта полную толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 20 см.

Краткая характеристика варианта дорожной одежды №1.

Таблица №8

Показатели	Нормативные значения	Фактические значения
Модуль упругости конструкции, МПа	231	288
Коэффициент прочности по критерию	упругого прогиба	1,20	1,25
	сдвига	1,00	1,01
	растяжения при изгибе	1,00	1,30
Допустимое морозное пучение, см	не более 4,0	3,99

Конструкция дорожной одежды капитального типа с асфальтобетонным покрытием удовлетворяет всем критериям прочности, является морозоустойчивой, устройство необходимого дренирующего слоя обеспечено.

3. Проектирование второго варианта дорожной одежды

Предварительно назначаем конструкцию дорожной одежды:

· верхний слой покрытия из горячего плотного мелкозернистого асфальтобетона на БНД 60/90 толщиной 5 см;

· средний слой покрытия из горячего пористого крупнозернистого асфальтобетона на БНД 60/90 толщиной 7 см;

· нижний слой покрытия из высокопористого асфальтобетона на БНД 60/90 толщиной 10 см;

· нижний слой основания из щебня, фракционированного с заклинкой мелким щебнем толщиной 26 см;

· песчаный подстилающий слой на всю ширину земляного полотна толщиной 20 см.

Принимаем толщину асфальтобетонных слоев по таблице 30 СНиП [1], толщину слоев основания - с учетом регионального опыта их работы.

Несущий слой основания из щебня и песчаный подстилающий слой предусматриваем Сокского карьера, находящегося в Волгоградской области. Фракция щебня 40-80 мм. Коэффициент фильтрации песков - более 1 м/сут.

Грунт земляного полотна относится к III группе по степени пучинистости, поэтому необходимо проверить морозоустойчивость конструкции. Расчетную влажность грунта принимаем равной 0,60W_т.

Расчет по допускаемому упругому прогибу.

Назначаем расчетные значения конструктивных слоев для расчета по допускаемому упругому прогибу.

Таблица №9

N п/п	Материал слоя	h слоя, см	Расчет по упругому прогибу, Е, МПа
1.	Асфальтобетон плотный на БНД 60/90	5	3200
2.	Асфальтобетон пористый на БНД 60/90	7	2000
3.	Асфальтобетон высокопористый на БНД 60/90	10	2000
4.	Щебень фракционированный	26	350
5.	Песок крупный	20	100
6.	Суглинок тяжёлый		72

Значения модулей упругости асфальтобетонов принимаем при температуре + 10°С.

Расчет по допустимому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме.

По номограмме находим:

По номограмме находим:

По номограмме находим:

По номограмме находим:

По номограмме находим:

Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

Требуемый минимальный коэффициент прочности для заданной надежности 1,20. Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

Расчетная схема

Расчет конструкции на сдвигоустойчивость.

Назначаем расчетные значения конструктивных слоев. Значение модулей упругости назначаем при +40? С.

Таблица №10

№	Материал слоя	h слоя, см	Расчет по усл. сдвигоуст., Е, Па
1.	Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90	5	650
2.	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	7	460
3.	Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90	10	460
4.	Щебень фракционный	26	350
5.	Песок крупный	20	100
6.	Суглинок тяжёлый	-	72

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле:

,

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм;

р - расчётное давление от колеса на покрытие.

Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (суглинок тяжёлый) со следующими характеристиками:

Е_н = 72 МПа, = 9° и с = 0,012 МПа.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле:

По отношениям и и при = 9° с помощью номограммы находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: = 0,03 МПа.

Таким образом: Т = 0,030,6 = 0,018 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя определяем по формуле:

,

где с_N - сцепление в грунте земляного полотна, МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки, принимаем 0,012;

k_д - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания. При устройстве нижнего слоя из укрепленных материалов, а также при укладке на границе “основание - песчаный слой” разделяющей геотекстильной прослойки, следует принимать значения k_д равным:

- 4,5 - при использовании в песчаном слое крупного песка;

- 4,0 - при использовании в песчаном слое песка средней крупности;

- 3,0 - при использовании в песчаном слое мелкого песка;

- 1,0 - во всех остальных случаях.

z_оп - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, принимаем 68 см;

_ср - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, по расчету 0,001938 кг/см³;

_ст - расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, принимаем 24?.

_кг/см³

.

Определяем коэффициент прочности:

Требуемый минимальный коэффициент прочности при заданной надежности 1,0. Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.

Расчетная схема

Рассчитываем конструкцию по сдвигоустойчивости в песчаном слое.

Действующие в песчаном слое активные напряжения сдвига вычисляем по формуле:

,

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм;

р - расчётное давление от колеса на покрытие.

Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимаем песок крупный со следующими характеристиками:

Е_н = 82 МПа, = 28° и с = 0,003 МПа.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле:

По отношениям и и при = 28° с помощью номограммы находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: = 0,033 МПа.

Таким образом: Т = 0,0330,6 = 0,0198 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя определяем по формуле:

,

где с_N - сцепление в песчаном слое, МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки, принимаем 0,012;

k_д - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания. При устройстве нижнего слоя из укрепленных материалов, а также при укладке на границе “основание - песчаный слой” разделяющей геотекстильной прослойки, следует принимать значения k_д равным:

- 4,5 - при использовании в песчаном слое крупного песка;

- 4,0 - при использовании в песчаном слое песка средней крупности;

- 3,0 - при использовании в песчаном слое мелкого песка;

- 1,0 - во всех остальных случаях.

z_оп - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, принимаем 48 см;

_ср - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, по расчету 0,001931 кг/см³;

_ст - расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, принимаем 24?.

_кг/см³

.

Определяем коэффициент прочности:

Требуемый минимальный коэффициент прочности при заданной надежности 1,0. Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.

Расчетная схема

Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению при изгибе.

Назначаем расчетные значения конструктивных слоев.

Таблица №11

№	Материал слоя	h слоя, см	Расчет на растяжение при изгибе
			Е, МПа	Ro, МПа		m
1.	Асфальтобетон плотный на БНД 60/90	5	4500	9,8	5,2	5,5
2.	Асфальтобетон пористый на БНД 60/90	7	2800	8,0	5,9	4,3
3.	Асфальтобетон высокопористый на БНД 60/90	10	2800	5,65	6,3	4,0
4.	Щебень фракционный	26	350	-	-	-
5.	Песок крупный	20	100	-	-	-
6.	Суглинок тяжёлый	-	72	-	-	-

Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели часть конструкции, расположенная ниже пакетов асфальтобетонных слоев.

По номограмме находим растягивающее напряжение от единичной нагрузки.

Расчетное растягивающее напряжение определяем по формуле:

,

где _r - растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку;

к_в - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном. Принимаем равным 0,85;

р - расчетное давление колеса на покрытие;

Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле:

где R_o - нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки;

k₁ - коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;

k₂ - коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов. Принимается равным 0,8.

v_R - коэффициент вариации прочности на растяжение, равный 0,1.

t - коэффициент нормативного отклонения, 1,71.

Коэффициент k₁, отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляем по выражению:

где N_p - расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия;

m - показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя;

- коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности.

Определяем коэффициент прочности:

Требуемый минимальный коэффициент прочности при заданной надежности 1,0. Следовательно, конструкция удовлетворяет усталостному сопротивлению на изгиб.

Расчетная схема

Проверка конструкции на морозоустойчивость.

Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено условие:

l_пуч l_доп,

где l_пуч - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;

l_доп - допускаемое для данной конструкции пучение грунта, равное 4 см.

Величину возможного морозного пучения определяем по формуле:

где l_{пуч ср} - величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая зависимости от толщины дорожной одежды (включая дополнительные слои основания), группы грунта по степени пучинистости и глубины промерзания (z_пp);



К_УГВ - коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (Н_у) до низа дорожной одежды.

1 - супесь тяжелая и тяжелая пылеватая, суглинок;

2 - песок, супесь легкая и легкая крупная.

К_пл - коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя, принимаем равным 1,0.

К_гр - коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки, принимается равным 1,3.

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

1 - супесь тяжелая и пылеватая, суглинок;

2 - песок, супесь легкая, крупная.

К_вл - коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта, принимаем равным 1,0.

Глубину промерзания дорожной конструкции определяем по формыле:

z_пp = z_пp(cp) 1,38,

где z_пp(cp) - средняя глубина промерзания для данного района, устанавливаемая при помощи карт изолиний.

Z_{пр (ср)}=120 см, z_пp = 120 1,38=165,6 см.

3,89 см < 4 см.

Расчётное пучение грунта земляного полотна не превышает допускаемого для данной конструкции, т.е. дорожная одежда морозоустойчива.

Расчет дренажных конструкций.

Полную толщину дренирующего слоя h_п определяем по формуле:

где q_p - расчетное значение воды, поступающей за сутки;

q - осредненное значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды. В зависимости от дорожно-климатической зоны и типа грунта принимаем 2 л;

К_п - коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков. Для непылеватых грунтов принимаем равным 1,0;

К_р - коэффициент гидрологического запаса, учитывающий способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги. В зависимости от дорожно-климатической зоны, для непылеватых грунтов принимаем 1,5;

К_вог - коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона. Условно принимаем, что проектная линия не имеет переломов, т.е. К_вог=1;

Т_зап - средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводных устройств. Для IV дорожно-климатической зоны - не учитываем.

ц_зим - коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания, принимаем равным 0,5.

n - пористость материала, принимаем равным 0,36.

К_р - коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима. В случае устройства не укрепленных обочин К_р = 1,00.

Независимо от результатов расчёта полную толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 20 см.

Краткая характеристика варианта дорожной одежды №2.

Таблица №12

Показатели	Нормативные значения	Фактические значения
Модуль упругости конструкции, МПа	2231	416
Коэффициент прочности по критерию	упругого прогиба	1,20	1,8
	сдвига	1,00	1,003
	растяжения при изгибе	1,00	1,2
Допустимое морозное пучение, см	не более 4,0	3,89

Конструкция дорожной одежды капитального типа с асфальтобетонным покрытием удовлетворяет всем критериям прочности, является морозоустойчивой, устройство необходимого дренирующего слоя обеспечено.

Размещено на Allbest.ru