где W - средняя влажность грунта в долях от W_т;

W=0,62W_т ;

= 0,1 - коэффициент вариации влажности;

t = 1,71 - коэффициент нормированного отклонения;

W_р = 0,62 (1 + 0,1 1,71) = 0,73

Характеристики грунта: Е_гр = 67 МПа, = 36 , С_гр = 0,013 МПа

Расчет дорожной одежды нежесткого типа

Исходные данные:

Район строительства дороги расположен в Челябинской области. Перспективная интенсивность движения составляет 6600 авт/сут, в том числе грузовых автомобилей 3400 авт/сут, автобусов - 200 авт/сут.

Определение требуемого модуля упругости дорожной одежды

В качестве расчетного принимается автомобиль с наибольшей нагрузкой на одиночную ось 98 кН (10000 кгс), с расчетным диаметром следа колеса 33 см и средним давлением на покрытие 0,6 МПа (16 кгс/см²).

Суммарная приведенная к расчетному автомобилю интенсивность движения по одной полосе

, (3)

где - коэффициент, учитывающий число полос движения;

n - число типов автомобилей в транспортном потоке;

N_i - интенсивность движения автомобилей i-го типа;

К_прi - коэффициент приведения автомобилей i-го типа к расчетному грузовому автомобилю.

Данные для расчета приведенной интенсивности движения приведены в табл. 15.

Таблица 15 - Данные для расчета приведенной интенсивности движения

Тип транспортного средства	Нагрузка на ось, кН	Коэффициент приведения	Перспективная интенсивность движения, авт/сут	Приведенная интенсивность движения, авт/сут
Автобусы:
ЛиАЗ-677	54,1	0,53	200	106
Грузовые автомобили:
ГАЗ-53А	54,9	0,10	900	90
ЗИЛ-130	67,6	0,36	1500	540
МАЗ-502	98,0	1,00	500	500
КамАЗ-5320	35,5	0,27	500	135

N_iK_iпр = 1371

N_пр = 0,55 1371 = 754 авт/сут

Е_тр = 255 МПа > Е_minтр = 230 МПа

Расчет и конструирование первого варианта дорожной одежды предусматривает слои:

1. Мелкозернистый асфальтобетон I марки на битуме БНД 60/90;

2. Пористый асфальтобетон на битуме БНД 60/90;

3. Гранитный щебень, обработанный в установке вязким битумом;

4. Щебень гранитный;

5. Песок средней крупности

Осушение дорожной одежды

Для отвода воды из основания дорожной одежды предусмотрен дренирующий песчаный слой, устраиваемый на всю ширину земляного полотна.

Толщина дренирующего слоя, необходимая для временного размещения воды, накапливающаяся в основании, см:

, (4)

где _зим - коэффициент заполнения влагой пор в дренирующем слое к началу оттаивания;

n - пористость уплотненного материала;

h_зап - дополнительная толщина слоя для обеспечения устойчивости материала дренирующего слоя под действием кратковременных нагрузок, см;

h'_кап -приведенная высота для капиллярной воды над уровнем свободной воды, см;

Q - количество воды, накапливающейся в дренирующем слое (м³/м²) за время запаздывания t_зап;

, (5)

q - среднесуточный суммарный приток воды в основание, м³;

К_п - коэффициент пик, учитывающий неравномерность поступления воды в процессе оттаивания и атмосферных осадков;

К_г - коэффициент гидрологического запаса;

t_зап - время запаздывания начала работы водоотводящих устройств;

Принимаем толщину песчаного слоя 30 см.

Расчет конструкции на морозоустойчивость

Требуемая общая толщина дорожной одежды:

Z₁ = Z_1ср К_угв К_пл К_нагр К_ст К_в, (6)

где Z_1ср - средняя толщина слоев из стабильных материалов, см;

К_угв - коэффициент, учитывающий глубину залегания УГВ;

К_пл - коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта;

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

К_ст - коэффициент, учитывающий влияние структуры грунта естественного сложения;

К_в - коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта;

Z₁ = 55 0,55 1,1 1 1 1 = 34 см.

Конструкция удовлетворяет требованию морозоустойчивости.

Характеристики материалов конструкции дорожной одежды приведены в табл. 16.

Таблица 16 - Характеристики материалов конструкции дорожной одежды

Материал слоя и грунта	Расчет по
	упругому прогибу	сопротивлению сдвигу	сопротивлению растяжению при изгибе
М/з а/б I марки, горячий на битуме БНД 60/90	Е1 = 3200 МПа	Е1 = 1800 МПа	Е1 = 4500 МПа
Пористый а/б, горячий на битуме БНД 60/90	Е2 = 2000 МПа	Е2 = 1200 МПа	Е2 = 2800 МПа R = 1,6 МПа Rдоп = 1,6 (1 - - 1,710,1)0,991 = 1,31 МПа
Гранитный щебень, обработанный битумом	Е3 = 400 МПа	Е3 = 400 МПа	Е3 = 400 МПа
Щебень гранитный и известняковый	Е4 = 350 МПа	Е4 = 350 МПа	Е4 = 350 МПа
Щебень II класса прочности, пропитанный вязким битумом	Е3 = 400 МПа	Е3 = 400 МПа	Е3 = 400 МПа
Фракционированный щебень, укрепленный цементно-песчаной смесью по способу пропитки	Е3 = 500 МПа	Е3 = 500 МПа	Е3 = 500 МПа
Песок средней крупности	Е5 = 120 МПа	Е5 = 120 МПа 5 = 40 С5 = 0,006 МПа	Е5 = 120 МПа
Песок крупный	Е5 = 130 МПа	Е5 = 130 МПа 5 = 42 С5 = 0,007 МПа	Е5 = 130 МПа
Грунт - песок пылеватый	Е6 = 67 МПа	= 0,62Wт Wисх = 0,62 (1 + + 1,710,1) Wисх = 0,73 Егр = 67 МПа 5 = 36 С6 = 0,013 МПа	Егр = 67 МПа

Расчет толщины дорожной одежды по допустимому упругому прогибу

Расчет заключается в определении такой толщины слоя щебеночного основания, которой будет соответствовать общий модуль упругости (табл. 17) дорожной одежды, равный требуемому модулю Е_гр = 255 МПа.

Таблица 17 - Значения модуля упругости

Материал слоя	h, см	h/Д	Е1, МПа	Еобщ/Е1	Е2/Е1	Общий модуль упругости на поверхности слоя, МПа
А/б верхнего слоя	5	0,15	3200	0,08	0,065	255
А/б нижнего слоя	6	0,18	2000	0,104	0,075	208
Щебень, обработанный битумом	4	0,12	400	0,375	0,350	150
Щебень гранитный	13	0,39	350	0,400	0,280	140
Щебень, пропитанный вязким битумом	8	0,24	400	0,375	0,310	150
Щебень известняковый	10	0,29	350	0,350	0,27	124
Щебень, укрепленный цементно-песчаной смесью	15	0,44	500	0,30	0,187	150
Песок	30	0,91	120	0,81	0,600	97,2
Песок средней крупности	30	0,91	120	0,78	0,56	93,6
Песок крупный	25	0,76	130	0,735	0,52	95,6
Грунт			67

Рассчитанную по упругому прогибу многослойную одежду приводим к двухслойной системе, подстилающее полупространство которой имеет модуль упругости, равный модулю упругости грунта Е₂ = Е_гр = 67 МПа, угол внутреннего трения = 36 и сцепление С = 0,013 МПа. Толщину верхнего слоя системы принимаем равной суммарной толщине дорожной одежды h = 5 + 6 + 4 + 13 + 30 = 58 см, а его модуль упругости определяем как средневзвешенное значение модулей упругости всех слоев:



Условие, при котором в конструктивном слое не образуются деформации сдвига, выражается неравенством:

_а.м + _{а.в а.доп}, (7)

где _а.м - максимальное активное напряжение сдвига от расчетной временной нагрузки;

_а.в - активное напряжение сдвига от собственного веса слоев дорожной одежды;

_а.доп - допустимое активное напряжение сдвига.

Е_ср/Е₂ = 447,4/67 = 6,68

_а.м/р = 0,015/р = 0,6 МПа

_а.в = - 0,003 МПа

_а.м + _а.в = 0,0060 МПа

, (8)

где R₁ - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления сдвигу под действием повторяющихся нагрузок;

R₂ - коэффициент запаса;

с - нормированное сцепление в грунте;

R_пр - коэффициент, учитывающий эксплуатационные требования к дорожной одежде;

n - коэффициент перегрузки при движении автомобиля;

m - коэффициент, учитывающий условия взаимодействия слоев на контакте;

Так как фактическое активное напряжение сдвига меньше допустимого 0,0060 < 0,0073, условие прочности на сдвиг в грунтовом основании удовлетворяется.

Песчаный подстилающий слой

Средний модуль упругости слоев дорожной одежды, расположенных выше песчаного

Эквивалентный модуль упругости на поверхности песчаного слоя Е_экв = 97,2 МПа

h/Д = 28/33 = 0,85; Е₁/Е₂ = Е_ср/Е_общ = 798,2/97,2 = 8,2

= 40 - угол внутреннего трения песка;

_а.м/р = 0,0075

_а.м = 0,0075 0,6 = 0,0045 МПа

_а.в = - 0,002 МПа

_а.м + _а.в = 0,0045 - 0,0020 = 0,0025 МПа

С = 0,006 МПа

0,0025 < 0,0034

Условие прочности на сдвиг в песчаном основании удовлетворяется.

Проверка на растягивающие напряжения в связных слоях

В монолитных слоях (из асфальтобетона и щебня, обработанного битумом) возникающие при прогибе дорожной одежды растягивающие напряжения _т не должны превышать предельно допустимого растягивающего напряжения для материала слоя. Проверку на растягивающие напряжения выполняем для нижнего слоя асфальтобетонного покрытия и монолитного слоя основания из щебня, обработанного битумом.

Для асфальтобетонного покрытия находим средний модуль упругости двух его слоев

Модуль упругости на поверхности верхнего слоя основания

Е_общ = 150 МПа

Пользуясь монограммой определяем максимальное удельное растягивающее напряжение .

, (9)

где Р - расчетное давление на покрытие (Р = 0,6 МПа).

_г = 0,85 0,6 2,60 = 1,30 МПа

Полученное _г = 1,30 меньше допустимого растягивающего напряжения для асфальтобетона нижнего слоя.

1,30 < 1,31

Для щебня, обработанного битумом

_г = 0,85 0,6 0,71 = 0,36 МПа

0,36 < R_и = 1,0 МПа - условие выполнено.

Расчет и конструирование второго варианта дорожной одежды предусматривает слои:

1. Мелкозернистый асфальтобетон I марки на битуме БНД 60/90;

2. Пористый асфальтобетон на битуме БНД 60/90;

3. Щебень II класса прочности, пропитанным вязким битумом;

4. Щебень известняковый;

5. Песок крупный.

Характеристики материалов конструкции дорожной одежды для второго варианта приведены в табл. 16. Далее расчет ведется по выше приведенным формулам.

Осушение дорожной одежды

Толщина дренирующего слоя, необходимая для временного размещения воды, накапливающаяся в основании:

Принимаем толщину песчаного слоя 25 см.

Расчет конструкции на морозоустойчивость

Требуемая общая толщина дорожной одежды:

Z_м = Z₁ 0,55 1,1 1 1 1 = 34 см

Z₁ = 55 см

Конструкция удовлетворяет требованию морозоустойчивости.

Расчет толщины дорожной одежды по допустимому упругому прогибу

Значения модуля упругости для расчетов принимать из табл. 17

Проверка на устойчивость против сдвига

Е₂ = Е_гр = 67 МПа,

h = 5 + 6 + 8 + 10 + 25 = 54 см

_а.м + _{а.в а.доп}

Е_ср/Е₂ = 484,3/67 = 7,23 h/Д = 54/33 = 1,64 = 36

_а.м/р = 0,008 р = 0,6 МПа

_а.м = 0,008 0,6 = 0,0048

_а.в = - 0,0032 МПа

_а.м + _а.в = 0,0016 МПа

Так как фактическое активное напряжение сдвига меньше допустимого 0,0016 < 0,0073, условие прочности на сдвиг в грунтовом основании удовлетворяется.

Песчаный подстилающий слой

Е_экв = 95,6 МПа

h/Д = 29/33 = 0,88; Е₁/Е₂ = Е_ср/Е_общ = 789,7/95,6 = 8,3; = 42

_а.м/р = 0,011 р = 0,6 МПа

_а.м = 0,011 0,6 = 0,0066 МПа

_а.в = - 0,0028 МПа

_а.м + _а.в = 0,0038 МПа

0,0038 < 0,0039

Условие прочности на сдвиг в песчаном основании удовлетворяется.

Проверка на растягивающие напряжения в связных слоях

Проверку на растягивающие напряжения выполняем для нижнего слоя асфальтобетонного покрытия и монолитного слоя основания из щебня, обработанного битумом.

Для асфальтобетонного покрытия

Е_общ = 150 МПа

.

_г = 0,85 0,6 2,60 = 1,30 МПа

Полученное _г = 1,30 меньше допустимого растягивающего напряжения для асфальтобетона нижнего слоя.

1,30 < 1,31

Для щебня, обработанного битумом

_г = 0,85 0,6 0,32 = 0,16 МПа

0,16 < R_{и доп} = 1,0 МПа - условие выполнено.

Расчет и конструирование третьего варианта дорожной одежды предусматривает слои:

1.Мелкозернистый асфальтобетон I марки на битуме БНД 60/90;

2. Пористый асфальтобетон холодный на битуме БНД 60/90;

3.Фракционированный щебень, укрепленный цементно-песчаной смесью по способу пропитки;

4.Песок средней крупности.

Характеристики материалов конструкции дорожной одежды для третьего варианта приведены в табл.16.

Осушение дорожной одежды

Толщина дренирующего слоя, необходимая для временного размещения воды, накапливающаяся в основании:

Принимаем толщину песчаного слоя 30 см.

Расчет конструкции на морозоустойчивость

Требуемая общая толщина дорожной одежды:

Z_м = 55 0,55 1,1 1 1 1 = 34 см

Конструкция удовлетворяет требованию морозоустойчивости.

Расчет толщины дорожной одежды по допустимому упругому прогибу

Значения модуля упругости для расчетов принимать из табл. 17.

Проверка на устойчивость против сдвига

Е₂ = Е_гр = 67 МПа,

h = 5 + 6 + 15 + 30 = 56 см

_а.м + _{а.в а.доп}

Е_ср/Е₂ = 487,5/67 = 8,7 h/Д = 56/33 = 1,7 = 36

_а.м/р = 0,011 р = 0,6 МПа

_а.м = 0,011 0,6 = 0,0066

_а.в = - 0,0032 МПа

_а.м + _а.в = 0,0034 МПа

Так как фактическое активное напряжение сдвига меньше допустимого 0,0034 < 0,0073, условие прочности на сдвиг в грунтовом основании удовлетворяется.

Песчаный подстилающий слой

Е_экв = 93,6 МПа

h/Д = 26/33 = 0,79; Е₁/Е₂ = Е_ср/Е_общ = 911,5/93,6 = 9,7; = 40

_а.м/р = 0,009 р = 0,6 МПа

_а.м = 0,009 0,6 = 0,0054 МПа

_а.в = - 0,0021 МПа

_а.м + _а.в = 0,0033 МПа

0,0033 < 0,0034

Условие прочности на сдвиг в песчаном основании удовлетворяется.

Проверка на растягивающие напряжения в связных слоях

Для нижнего слоя асфальтобетонного покрытия

Е_общ = 150 МПа

.

_г = 0,85 0,6 2,60 = 1,30 МПа

Полученное _г = 1,30 меньше допустимого растягивающего напряжения для асфальтобетона нижнего слоя.

1,30 < 1,31

Для щебня, укрепленного цементно-песчаной смесью:

_г = 0,85 0,6 0,38 = 0,19 МПа

0,19 < R_{и доп} = 1,0 МПа - условие выполнено.



Вывод по разделу три

Результаты расчета показали, что все три варианта конструкции дорожной одежды удовлетворяют требованиям [4, 11] по допустимому прогибу, растягивающему напряжению в связных слоях, на сдвиг, морозоустойчивость. Однако, второй вариант предусматривает использование местного строительного материала - щебня II класса прочности и щебня известнякового в слоях основания. Челябинская область обладает запасами известняка, который при достаточной прочности и плотности применяется в качестве бутового камня, шашки и щебня для дорожной одежды.

Однородные плотные скрытокристаллические известняки, зерна которых сцементированы кальцитом, имеют высокую прочность - 1500 кгс/см ² , хорошую обратываемость и небольшую истираемость. Толщина всех конструктивных слоев дорожной одежды отличается не намного (58 см., 54 см., 56 см. - приложения 2, 3, 4), но во втором варианте все же она меньше на 2 см. А исходя из положения, что в общей стоимости строительства автомобильных дорог расходы на строительные материалы превышают 60%, то для снижения стоимости строительства и разгрузки транспорта от излишних перевозок необходимо шире применять местные, к ним в первую очередь относятся песок, гравий, природные каменные материалы, отходы промышленности и др. Таким образом, целесообразным считаю использование второго варианта конструкции дорожной одежды для обустройства подъездных путей к логистическим объектам.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте были рассмотрены вопросы проектирования объекта транспортно-логистической инфраструктуры - участка автомобильной дороги с асфальтобетонным покрытием дорожной одежды. Они имеют высокие транспортно-эксплуатационные показатели, прочны, долговечны, легко ремонтируются. Износ их даже при тяжелом и интенсивном движении не превышает 1 - 1,5 мм в год. Для этого были решены следующие задачи: исследованы особенности района проектирования участка с привязкой к конкретным условиям: рельефу, грунтово-геологическим и гидрологическим условиям, экономическому развитию области, региону; проектирование земляного полотна, произведен расчет трех вариантов конструкций дорожных одежд.

Автомобильные дороги являются связующим звеном между объектами транспортно-логистической инфраструктуры, поэтому от проектирования земляного полотна и конструкции дорожных одежд напрямую зависит скорость и качество доставки грузов, а также эффективность функционирования объектов логистической инфраструктуры.

Результаты расчета трех вариантов конструкции дорожных одежд показали, что конструкции удовлетворяют требованиям [4, 11] по допустимому прогибу, растягивающему напряжению в связных слоях, на сдвиг, морозоустойчивость. Однако, второй вариант предусматривает использование местного строительного материала - щебня II класса прочности и щебня известнякового в слоях основания. Челябинская область обладает запасами известняка, который при достаточной прочности и плотности применяется в качестве бутового камня, шашки и щебня для дорожной одежды. Толщина всех конструктивных слоев дорожной одежды во втором варианте меньше на 2 см. и 4 см, по сравнению с третьим и первым вариантами соответственно.

Результаты расчетов позволили выбрать наиболее экономичный - второй вариант, исходя из того, что в общей стоимости строительства автомобильных дорог расходы на строительные материалы превышают 60%, то для снижения стоимости строительства и разгрузки транспорта от излишних перевозок необходимо шире применять местные, к ним в первую очередь относятся песок, гравий, природные каменные материалы, отходы промышленности и др. Материалы должны быть подобраны таким образом, чтобы сооружения были долговечными, совершенными, технологический процес строительства наиболее индустриальным и экономически целесообразным.

Большую помощь для правильной организации технологических процессов и рациональному использованию строительных материалов оказывают стандарты, которые разрабатываются на основе достижений науки и техники. В ГОСТах даются точные наименование, классификация, методы испытания, условия хранения и транспортирования материалов. Кроме ГОСТ, имеются строительные нормы и правила - СНиП, а также технические правила на различные виды работ, инструкции и указания ведомственных дорожных организаций и министерств.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Альметова, З. В. Ларин О.Н. Пути сообщения, технологические сооружения [Электронный ресурс] : учеб. пособие / З. В. Альметова, О. Н. Ларин ; Юж.-Урал. гос. ун-т, Каф. Эксплуатация автомобильного транспорта ; ЮУрГУ Челябинск , 2010

2. ГОСТ Р 52398 - 2005. Классификация автомобильных дорог. Основные параметры и требования. - М.: Стандартинформ, 2006. - 7 с.

3. ГОСТ Р 52399 - 2005. Геометрические элементы автомобильных дорог. - М.: Изд-во стандартов, 2006 .- 29 с.

4. Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа. ВСН 46-83. М.: Транспорт, 1985 г.

5. Интегрированная логистика накопительно-распределительных комплексов (склады, транспортные узлы, терминалы): учеб. для вузов / Л.Б. Миротин, А.Г. Некрасов, Е.Ю.Куликова и др.; под общ. ред. Л.Б. Миротина. - М.: Экзамен, 2003. - 445 с.

6. Карташова, Л.М. Основы проектирования автомобильных дорог: учебное пособие для вузов / Л.М. Карташова, В.О.Штерн. - Оренбург: Изд-во Оренбургский гос. Университет, 2006. - 142 с.

7. Ларин, О.Н. Транспортная система Челябинской области: учебное пособие / О.Н. Ларин. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009. - 123 с.

8. Ларин, О.Н. Закономерности формирования транзитного потенциала: монография / О.Н. Ларин, Н.К. Горяев, З.В. Альметова. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2012. - 188 с.

9. Логистика автомобильного транспорта: учебное пособие для вузов / В.С. Лукинский, В.И. Бережной и др. - М.: Финансы и статистика, 2004. - 366 с.

10. Никоноров, С.В. Техническое и организационное строительство дорожных одежд автомобильных дорог: учебное пособие по курсовому проектированию / С.В. Никоноров, Б.А. Евсеев. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. - 27 с.

11. ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд. - М.: Стандартинформ, 2001. - 42 с.

12. СНиП 2.05.02 - 85. Автомобильные дороги. Строительные нормы и правила. - М.: Изд-во стандартов, 2003. - 18 с.

13. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. - М.: Изд-во стандартов, 2001. - 36 с.

Размещено на Allbest.ru