Проектирование капитальной дорожной одежды нежесткого типа

где åN_р – количество накопленных расчетных осей за весь срок службы, определяемое по 1.6.12., шт;

               Т_рдг - количество расчетных дней в год;

               T_cл – расчетный срок службы, годы.

        Получаем, что k₂ =0,84 тогда:

Т_пр=0,012·6·0.84=0,06 МПа

Дорожную одежду проектируют  так, чтобы при воздействии транспортных нагрузок в грунте земляного полотна  и в неукрепленных материалах дорожной одежды не возникали деформации сдвига, что достигается выполнением условия

К_пр^тр ≤ Т_пр/Т_а,                    (1.11.6)       

где К_пр^тр – требуемый коэффициент прочности дорожной одежды, определяемый по таблицам 1.4.1 – 1.4.4;

       Т_пр – предельная величина активного напряжения сдвига в расчетной (наиболее опасной) точке конструкции, определяемая по 1.11.7., МПа;

 Т_а – расчетное активное напряжение сдвига (часть сдвигающего напряжения, не погашенное внутренним трением) в расчетной (наиболее опасной) точке конструкции  от действующего временного нагружения, определяемое по 1.11.9., МПа.

              К_пр по табл. 1..4.2 составит 0.9

Получаем, что условие выполняется. Следовательно, деформации сдвига в  грунте отсутствуют.

 

Расчет подстилающего (дренирующего) слоя.

Конструкцию представим в виде двухслойной  системы (рис. 1.11.7).

 

Рис.1.6.2- Конструкция дорожной одежды для проверки сдвигоустойчивости подстилающего слоя

 

Найдем расчетное активное напряжение сдвига по формуле (1.11.9)

t_а - найдем по номограмме (рис.1.11.2 или 1.11.3) для этого определим суммарную толщину вышележащих слоев (h_в), отношение (h_в/Д) и средневзвешенный модуль упругости вышележащих слоев (Е_в).

h_в =22+21+6+4=53 см

h_в /Д = 48/39=1.23

Е_в=(4·1200+6·800+22·600+21*280)/(4+6+22+16)=530 МПа

Е_в / E_э ^III1 =530/43=12,3

Значение E_э ^III1 можно принять по данным расчета по упругому прогибу, поскольку модули упругости грунта и песка не зависят от температуры. В нашем случае оно составит 43 МПа.

Угол внутреннего трения песка  по таблице 1.7.2 составит φ_п =35 ^о

По номограмме (рис.1.11..2) получим что t_а =0,019

По номограмме на рисунке 1.11.4 получим,  что  t_в = -0.0025 МПа

Подставляя все полученные значения в формулу (1.11.9) получим 

Т_а=0,019·0,6 - 0,0025=0,0089 МПа

 

Определим предельное активное напряжение сдвигу Т_пр в грунте рабочего слоя по формуле 1.11.7.

Т_пр=С·k₁·k₂,

 

Сцепление в песчаном слое  с=0,004 МПа.

Коэффициент k₁ составит 7.0 (табл. 1.11.1). Коэффициент k₂ определим по графику на рисунке 1.11.1.

По формуле (1.11.8) найдем:

N_сут=åN_р/(Т_рдг·T_cл) = 658403/1250*8 = 658 авт/сут

          Получаем, что k₂ =0,84 тогда:

Т_пр=0,004·7·0.84=0,023 МПа

Проверяем условие 1.11.6.

К_пр по табл. 4.2.2 составит 0.9

Условие выполняется.

Таким образом, корректировка конструкции  дорожной одежды по критерию сдвигоустойчивости не требуется.

 

1.7. Проверка трещиностойкости  монолитных слоев дорожной одежды.

Рассматриваем конструкцию, представленную на рис.1.12.3. Данная конструкция  отличается от рассматриваемой при  расчете на сдвигоустойчивость (рис. 1.11.6) параметрами модулей упругости  асфальтобетона, которые принимают  при температуре 0 градусов (табл. 1.7.2).

 

Рис.1.12.3- Конструкция дорожная одежда для расчета на устойчивость усталостным деформациям

 

Для данной конструкции, на устойчивость усталостным деформациям проверяется  пакет асфальтобетонных слоев (верхний  и нижний слой покрытия), а также основание. Значения эквивалентных модулей, подстилающих монолитные слои (Е_э) определяем по методике раздела 1.10.

Рассматриваем пакет слоев покрытия.

Конструкцию дорожной одежды приводим к двухслойной (рис.1.7.1).

 

Рис.1.7.1- Схема приведения конструкции дорожной одежды к двухслойной системе

 

Суммарная толщина асфальтобетонных слоев составит:

Н = 4+6 = 10 см

 

Средневзвешенный модуль упругости  пакета асфальтобетонных слоев определим  по формуле 1.11.10:

Е_ср= (4*3600+6*2200)/10=2760 МПа

 

Эквивалентный модуль упругости, подстилающего асфальтобетонные слои полупространства равен E_э ^II и составит 168 МПа (см. рис.1.7.1)

Проверяем условие прочности (1.12.2):

k_пр^тр

R_доп/σ_r,

где k_пр^тр – требуемый коэффициент прочности с учетом заданного коэффициента надежности, принимаемый по таблицам 1.4.1 – 1.4.4;

       R_доп – предельно допустимое напряжение изгиба материала слоя с учетом усталости, определяемое  расчетом, МПа;

       σ_r – наибольшее напряжение растяжения, определяемое  расчетом, МПа.

Допустимые растягивающие  напряжения при изгибе асфальтобетона R_доп определяют по формуле (1.12.3):

R_доп = R_u·(1 – 0,1·t)·k_M·k_кн·k_T,                 

где R_u – прочность асфальтобетона на растяжение при изгибе. По табл. 1.7.2 значение R_u для нижнего слоя покрытия составит 7.8. МПа.

       t - коэффициент нормированного отклонения, принимаемый по таблице 1.12.1. В нашем случае t=1.06.

       k_M – коэффициент учета снижения прочности во времени от действия природно-климатических факторов, принимаемый по таблице 1.12.2. Для пористого асфальтобетона k_M  = 0.85.  

 k_T – коэффициент учета снижения прочности материала в конструкции в результате температурных  воздействий, принимаемый по таблице 1.12.2. Для пористого асфальтобетона k_T   = 0.9. 

К_кн – коэффициент учета кратковременности и повторности нагружения на дорогу, определяемый по формуле 1.12.4.

                                            К_кн = α·∑N_р ,                      

где α – коэффициент, учитывающий  повторность нагружения в нерасчетный  период года по табл. 7.4.2 α = 6.3.

               m – показатель усталости материала по табл. 7.2 m= 4.0 

    ∑N_р – суммарное расчетное число приложения приведенной расчетной нагрузки к расчетной точке на поверхности дорожной конструкции за расчетный срок службы, осей. ∑N_р  = 658403 осей.

Тогда

                                     К_кн = 6.3·(658403 )  =0.22

Определяем допустимые растягивающие  напряжения при изгибе асфальтобетона  по формуле (1.12.3):

R_доп = R_u·(1 – 0,1·t)·k_M·k_кн·k_T = 7.8(1-0.1*1.06)0.85*0.9*0.22=1,17 МПа            

Полное растягивающее  напряжение σ_r (МПа) определяют по формуле 1.12.6

σ_r =

·р·К_б,

       где - растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, МПа;

      К_б  - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия под колесом автомобиля со спаренными баллонами (К_б = 0,85) и однобаллонными колесами (К_б = 1,0). Принимаем Кб = 0.85.

- определим по номограмме 1.12.1.

Определяем отношение Еср/ E_э ^II =2760/182 =15,2

Н/Д =10/39 =0.26

По номограмме 1.12.1 найдем =2.3 МПа

Тогда σ_r  =   2.3*0.85*0.6 = 1.17

Коэффициент прочности по таблице 1.4.2. составит 0.9.

Проверяем условие 1.12.2.

0.9

1.17/1.17  = 1.0                   

Условие выполняется.

Проверяем условие устойчивости монолитного  основания из ПГС укрепленного цементом.

Расчетная схема приведена на рис. 1.7.2.

 

Рис.1.7.2 - Схема приведения конструкции к двухслойной при расчете промежуточного слоя

                                  

Проверяем условие 1.12.2.

По формуле 1.12.5:

  R_доп = R_u   = 0,2 МПа (табл. 1.7..2)    

  - определим по номограмме 1.12.2.

   Значение Е1 (см. рис.  номограммы) равно средневзвешенному  модулю пакета асфальтобетона  и составит    2760 МПа. Е2=600 МПа (табл.1.7..2). Суммарная толщина  слоев (Н) составит 32 см. Е3 соответствует эквивалентному модулю подстилающего полупространства (E_э ^II1) и составит 84 МПа.

Определяем отношение   Н/Д = 32/39 =0.82

Е1/Е2 = 2760/600 = 4,6

Е2/Е3 = 600/84=7,31

По номограмме  1. 12.2  = 0,38 МПа.

Расчетное напряжение σ_r  =   0.38*0.85*0.6 = 0.2 МПа

Проверяем условие 12.2.

0.9

0.6/0.2  = 3,0                   

Условие выполняется.

Проверяем условие устойчивости монолитного  основания из щебня обработанный битумом.

 

 

Расчетная схема приведена на рис. 1.7.2.

                       

Рис.1.7.2 - Схема приведения конструкции к двухслойной при расчете промежуточного слоя

                                  

Проверяем условие 1.12.2.

По формуле 1.12.5:

  R_доп = R_u   = 0,6 МПа (табл. 1.7..2)    

  - определим по номограмме 1.12.2.

   Значение Е1 (см. рис.  номограммы) равно средневзвешенному  модулю пакета асфальтобетона  и составит    1275 МПа. Е2=280 МПа (табл.1.7..2). Суммарная толщина слоев (Н) составит 48 см. Е3 соответствует эквивалентному модулю подстилающего полупространства (E_э ^II1) и составит 43 МПа.

Определяем отношение   Н/Д = 48/39 =1.23

Е1/Е2 = 1275/280 = 4,5

Е2/Е3 = 280/43=6,51

По номограмме  1. 12.2  = 0,17 МПа.

Расчетное напряжение σ_r  =   0.17*0.85*0.6 = 0.087 МПа

Проверяем условие 12.2.

0.9

0.2/0.087  = 2,3                   

Условие выполняется.

 

                            1.8.  Составление карточки дорожной одежды

 

 

Конструкция дорожной одежды

Песок к/з                                                – 0.42

Щебень оброботаный битумом           – 0.21

ПГС укрепленная цементом                – 0.22

Асфальтобетон пористый крупнозернистый  щебеночный марки II по ГОСТ 1033-2004                – 0.06

Асфальтобетон щебеночный мелко зернистый горячий плотный типа А марки II по СТБ 1033-2004      – 0.04

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.8.1- Конструкции дорожной одежды для дороги IV технической категории

Таблица 1.14.1 - Нормы расхода материалов  на 1000 м² покрытия (обочины)     

Тип  дорожной одежды	Наименование работ	Расход материалов					Обоснование
		А/б  м/з горячий плотный тип  Б  марки II,т	А/б  к/з порист. марки II, т	ПГС опт. С2  по ГОСТ 25607-94	Песок к/з по ГОСТ 8736-95, м3	Щебень  природ по ГОСТ 23735-79
1	Верхний слой покрытия, 4 см	100					По  расчету
1	Нижний слой покрытия, 6 см		150				По  расчету
1	Основание из ПГС, укрепленной цементом, 22 см			236			По  расчету
	Основание из шебня, 21					232	По  расчету
1	Песчаный слой, 42см				820		По  расчету
	Укрепление обочин						По  расчету

 

Для заполнения таблицы необходимо рассчитать площади поперечного  сечения каждого слоя на 1000 м² покрытия. Для монолитных материалов определяют расход в тоннах, для несвязных материалов в м³.

Расчёт для верхнего слоя покрытия

Площадь поперечного сечения  слоя составит:

S=[2*(b/2+c)]*h = 2(3+0.5)*0.04=0.28 м²

где b,c,a –ширина проезжей части, краевой полосы и обочины соответственно, h – nтолщина слоя.

Объем материала на 1000 м² получим в виде;

V=S*p*1000/2*(b/2+c),

где р - плотность материала. В курсовом проекте плотность  асфальтобетона можно принять равной 2.5 т/м³, других материалов – 2.2 т/м³.

V=0.28*2.5*1000/2(3+0.5)= 100 тонны

         Расчёт для нижнего слоя покрытия