Строительство дорог

 

 

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

SN_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

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:

, где

j_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;

h’_кап –приведенная высота для капиллярной воды над уровнем свободной воды;

Q – количество воды, накапливающейся в дренирующем слое за время запаздывания t_зап;

q – среднесуточный суммарный приток воды в основание;

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, где

Z_1ср – средняя толщина слоев из стабильных материалов;

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

 

Материал слоя и грунта	Источники исходных данных	Расчет по
		упругому прогибу	сопротивлению сдвигу	сопротивлению растяжению при изгибе
М/з а/б I марки, горячий на битуме БНД 60/90	табл. 13+10°С табл. 13+20°С табл. 12	Е1 = 3200 МПа	Е1 = 1800 МПа	Е1 = 4500 МПа
Пористый а/б, горячий  на битуме БНД 60/90	табл. 13+10°С табл. 13+20°С табл. 12	Е2 = 2000 МПа	Е2 = 1200 МПа	Е2 = 2800 МПа R = 1,6 МПа Rдоп = 1,6 × (1 - - 1,71×0,1)×0,99×1 = 1,31 МПа
Гранитный щебень, обработанный битумом	табл. 17	Е3 = 400 МПа	Е3 = 400 МПа	Е3 = 400 МПа
Щебень гранитный	табл. 17	Е4 = 350 МПа	Е4 = 350 МПа	Е4 = 350 МПа
Песок средней крупности	табл. 17	Е5 = 120 МПа	Е5 = 120 МПа j5 = 40° С5 = 0,006 МПа	Е5 = 120 МПа
Грунт – песок пылеватый	табл. 6 фор (4)	Е6 = 67 МПа	= 0,62Wт Wисх = 0,62 (1 +  + 1,71×0,1) Wисх = 0,73 Егр = 67 МПа j5 = 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 дорожной одежды, равный требуемому модулю Е_гр = 255 МПа.

 

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
Песок	30	0,91	120	0,81	0,600	97,2
Грунт	¾	¾	67	¾	¾	¾

 

Проверка на устойчивость против сдвига

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 j = 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:

t_а.м + t_а.в £ t_а.доп, где

t_а.м – максимальное активное напряжение сдвига от расчетной временной нагрузки;

t_а.в – активное напряжение сдвига от собственного веса слоев дорожной одежды;

t_а.доп – допустимое активное напряжение сдвига.

Е_ср/Е₂ = 447,4/67 = 6,68

t_а.м/р = 0,015/р = 0,6 МПа

t_а.в = - 0,003 МПа

t_а.м + t_а.в = 0,0060 МПа

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

j = 40° - угол внутреннего трения песка;

t_а.м/р = 0,0075

t_а.м = 0,0075 × 0,6 = 0,0045 МПа

t_а.в = - 0,002 МПа

t_а.м + t_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 s_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 .

Полное растягивающее напряжение , где

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

s_г = 0,85 × 0,6 × 2,60 = 1,30 МПа

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

1,30 < 1,31

Для щебня, обработанного  битумом

s_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

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

 

Материал слоя и грунта	Источники исходных данных	Расчет по
		упругому прогибу	сопротивлению сдвигу	сопротивлению растяжению при изгибе
М/з а/б I марки, горячий на битуме БНД 60/90	табл. 13+10°С табл. 13+20°С табл. 12	Е1 = 3200 МПа	Е1 = 1800 МПа	Е1 = 4500 МПа
Пористый а/б, горячий  на битуме БНД 60/90	табл. 13+10°С табл. 13+20°С табл. 12	Е2 = 2000 МПа	Е2 = 1200 МПа	Е2 = 2800 МПа R = 1,6 МПа Rдоп = 1,6 × (1 - - 1,71×0,1)×0,99×1 = 1,31 МПа
Щебень II класса прочности, пропитанный вязким битумом	табл. 17	Е3 = 400 МПа	Е3 = 400 МПа	Е3 = 400 МПа
Щебень известняковый	табл. 17	Е4 = 350 МПа	Е4 = 350 МПа	Е4 = 350 МПа
Песок крупный	табл. 17	Е5 = 130 МПа	Е5 = 130 МПа j5 = 42° С5 = 0,007 МПа	Е5 = 130 МПа
Грунт – песок пылеватый	табл. 6 фор (4)	Е6 = 67 МПа	= 0,62Wт Wисх = 0,62 (1 +  + 1,71×0,1) Wисх = 0,73 Егр = 67 МПа j5 = 36° С6 = 0,013 МПа	Егр = 67 МПа