Расчёт конструкции дорожной одежды автомобильной дороги (категория дороги - IV, число полос движения - 2), страница 5

I. 6. Установление календарной продолжительности работ

Различные дорожные строительные работы целесообразно выполнить в определённые периоды года при определённой температуре воздуха и в определённые сроки.

I. 6.1. Классификация дорожных работ по допускаемой     температуре их производства

Таблица 4

Примечание: выполнение работ при более низких температурах требует изменение технологии, а так же применение температуропонижающих добавок при соответствующем технико-экономическом обосновании грунта работ может быть понижена.

I. 6.2. Определение продолжительности I – III группы работ

Эти работы рекомендуется выполнять при температуре не ниже 0ºС, к ним можно приступить после окончания весенней распутицы и закончить до начала осенней распутицы. Предварительно следует установить периоды осенней и весенней распутицы, в течении которых дорожно-строительные работы приостанавливаются.

Для связных грунтов дата начала  - весенней распутицы,  - окончания весенней распутицы определяется по формуле:

КП-02-05

 Лист

 (1)

 (2)

где,  - дата переходной температуры воздуха через 0ºС весной определяется по дорожно-климатическому графику.

 - климатический коэффициент, характеризующий скорость   оттаивания грунта, принимается по климатологическому справочнику. В нашем случае для Орловской области  см/сут.

 - количество праздничных дней, принимаем

Дата начала осенней распутицы может быть приурочена к средней температуре воздуха осенью от+3ºС до +5ºС (). Дата конца осенней распутицы соответствует 0ºС ().

Продолжительность весенней и осенней распутицы могут быть определены:

 (3)

 (4)

Календарная продолжительность для работ группы I:

 (5)

Общая продолжительность работ группы II-III. Работы II – ой группы весной можно определить по кривой дорожно-климатическому графику, проходящей через температуру +5ºС, осенью эти работы заканчиваются к моменту снижения температуры, определённой по кривой дорожно-климатическому графику, проходящей до температуры +10ºС.

Работы группы III выполняются летом при температуре не ниже +10ºС.

КП-02-05

 Лист

I.7. Технические показатели проектируемой дороги

Таблица 5

Технические показатели проектируемой автомобильной дороги

КП-02-05

 Лист

15

Раздел II. Дорожная одежда

II.1. Конструктивные слои дорожной одежды

Дорожная одежда должна соответствовать требованиям, предъявляемым к дороге, как транспортному сооружению. Она представляет собой уложенную на поверхность земляного полотна твердую монолитную конструкцию из материалов, хорошо сопротивляющихся воздействию климатических факторов и подвижному составу. Напряжение, возникающее при проезде автотранспорта, затухают с глубиной. Это позволяет проектировать конструкцию дорожной одежды, как многослойную, устраивая верхние слои конструкции из прочных (дорогостоящих) строительных материалов, а нижние из менее прочных (более дешёвых). В дорожной одежде различают следующие слои:

û  покрытие (верхний наиболее прочный, относительно тонкий слой дорожной одежды), хорошо сопротивляющееся истиранию ударным и сдвигаемым нагрузкам и воздействию природных факторов, обеспечивающее необходимые эксплуатационные качества дороги: ровность, шероховатость, беспыльность, водонепроницаемость, сопротивление истиранию). При необходимости покрытие имеет слой износа.

û  основание – несущая часть дорожной одежды, обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на нижележащие слои, и рабочий слой земляного полотна.

û  дополнительный слой основания – предусматривается между основанием и верхом рабочего слоя земляного полотна. Обеспечивает морозоустойчивость и дренирование дорожной одежды и верхней части земляного полотна.

По сопротивлениям внешним нагрузкам от транспортных средств и реакции на климатические воздействия, применяемым материалам дорожная одежда делится на типы:

КП-02-05

 Лист

16

1)  с жёсткими покрытиями;

2)  с нежёсткими покрытиями.

Проектирование дорожной одежды сводится к расчётам по четырём критериям: сдвигу, растяжению при изгибе, упругому прогибу и морозоустойчивость.

II.2. Определение требуемого модуля упругости

1)  Назначение типа дорожного покрытия.

Для дороги VI технической категории нами запроектирован облегчённый усовершенствованный тип дорожного покрытия с учётом местных строительных материалов на автомобиль группы “Б”, суммарной суточной интенсивности движения равной  ∑N_сут=441 авт/сутки.

Конструкция дорожной одежды рассчитывается на расчётный автомобиль, который принимается согласно табл. 6 с учётом категории дороги.

Таблица 6

Расчётный автомобиль

2)  Определение требуемых коэффициентов (уровня надёжности и коэффициента прочности ) конструкции дорожной одежды согласно категории дороги.

§  Для усовершенствованного типа покрытия ; .

§  Для переходного типа покрытия ; .

3)  Интенсивность движения грузовых машин и автобусов на перспективу 20 лет: , авт/сут. (6)

где  - состав движения грузовых машин и автобусов.

0,8  353авт/сут

4)  Суммарная интенсивность движения на конец  расчётного периода 20 лет определяется по формуле, авт/сут.            (7)

КП-02-05

 Лист

17

 - показывает увеличение интенсивности движения данного года относительно первого года эксплуатации дороги. Год эксплуатации принимается в зависимости от типа покрытия для усовершенствованного облегчённого типа 10 лет, для переходного типа 8 лет.

 - коэффициент, показывающий увеличение интенсивности (принимается по таблице 3.1 [7])

277 авт/сут

Согласно инструкции полученную суммарную интенсивность движения пересчитываем на одну полосу движения в зависимости от числа полос движения проезжей части:

для двух и трёх полосной проезжей части - (8)

194 авт/сутки

5)  Определение интенсивности движения, приведённой к расчётному автомобилю:

, авт/сут.  (9)

где  - относительные части автомобиля разных марок в общем составе движения, принимаемое в %;

 - коэффициент приведенного автомобилей разных марок к расчётному автомобилю.

171 авт/сут.

6)  Определение минимального модуля упругости , согласно категории дороги, количество автомобиля на одну полосу движения и типа покрытия.

Количество расчётных автомобилей на одну полосу движения для IV технической категории автомобильной группы Б – 70

 - для облегчённо усовершенствованного типа;

 - переходного типа.

7) Определение требуемого модуля упругости в зависимости от группы расчётного автомобиля и расчётной приведённой интенсивности движения.

КП-02-05

 Лист

18

Для рассматриваемого примера: 155 МПа так как , то принимаем 155 МПа для проектируемой дорожной одежды.

II.3. Назначение вариантов конструкции дорожной одежды и расчёт по упругому прогибу

Варианты конструкции дорожной одежды принимаются по типовому альбому «Инструкции по применению дорожной одежды нежёсткого типа»[3] в соответствии с намеченным типом покрытия (усовершенствованное облегчённое), требуемым модулем упругости, дорожно-климатической зоной, типом местности по характеру увлажнения (определяется по карте), видом грунта земляного полотна, наличие дорожно-строительных материалов. Каждый слой имеет свой модуль упругости, соответствующий материалу, из которого он устраивается.

Расчёт конструкции дорожной одежды сводится в таблицу (табл.7и8). Прочность многослойной дорожной одежды характеризует общий модуль упругости , который равен требуемому модулю упругости. Расчёт производится для 2-3 вариантов. Наиболее дорогостоящие слои конструкции нормируются СНиП.

Вариант I конструкции дорожной одежды тип 2

Покрытие из битумоминеральных щебёночных (гравийных) смесей, укладываемых в горячем, тёплом или холодном состоянии на основание из грунта, укрепленного неорганическими вяжущими материалами. 

Таблица 7

Расчёт конструкции дорожной одежды по упругому прогибу I-го варианта.

КП-02-05

 Лист

19

Вариант II конструкции дорожной одежды тип6

Покрытие из холодного асфальтобетона на щебёночном основании.

Таблица 8

Расчёт конструкции дорожной одежды по упругому прогибу II-го варианта.

II.3.1. Последовательность расчёта

После подбора конструкции дорожной одежды (двух вариантов)  приступаем к проверочному расчёту по упругому прогибу с определением необходимой толщины песчаного подстилающего слоя. При расчёте пользуемся номограммой.

Расчёт варианта I:

а) определение отношения толщины 1^-го слоя конструкции дорожной одежды h₁ к диаметру следа колеса .

По номограмме (для определения общего модуля упругости) находим отношение , тогда 110 МПа

б) отношение ,

По номограмме находим отношение , тогда 60 МПа.

в) Общий модуль упругости на поверхности земляного полотна равен

КП-02-05

 Лист

20

модулю упругости грунта .

Отношение ,

По номограмме находим отношение, 31 см.

Общая толщина дорожной одежды определяется по формуле:

  (10)

52 см

Расчёт варианта II:

а) определение отношения толщины 1^-го слоя конструкции дорожной одежды h₁ к диаметру следа колеса .

По номограмме (для определения общего модуля упругости) находим отношение , тогда 120 МПа

б) отношение ,

По номограмме находим отношение , тогда 95 МПа.

в) отношение ,

По номограмме (для определения общего модуля упругости) находим отношение , тогда 66 МПа

г)Общий модуль упругости на поверхности земляного полотна равен модулю упругости грунта .

Отношение ,

По номограмме находим отношение, 15 см.

Общая толщина дорожной одежды составит:

40 см

КП-02-05

 Лист

21

II.4. Сравнение вариантов дорожной одежды

Сравнение вариантов выполняют по суммарным затратам, приведенным к исходному году (2007 г.). Суммарные приведённые затраты включают в себя основные затраты:

1)  Капитальное вложение в строительство дорожной одежды – К₀ – определяют по формуле:

 тыс.руб. (11)

 - стоимость слоёв дорожной одежды по укрупненным показателям 1000 м², тыс. руб.

 - толщина слоёв дорожной одежды.

2)  Суммарные приведённые затраты на капитальный ремонт дорожной одежды определяют по формуле

 тыс. руб. (12)

n – количество капитальных ремонтов за срок сравнения (9 лет), n=1;

 - затраты на капитальный ремонт, тыс. руб.;

 - коэффициент приведения затрат будущих лет к исходному году;

 - нормальный коэффициент приведения принимают одинаковым для всех типов покрытия.

3)  Суммарные приведенные затраты на средний ремонт дорожной одежды определяют по формуле:

 тыс. руб. (13)

где  - количество средних ремонтов за срок сравнения (9 лет), m=2;

 - затраты на средний ремонт, тыс. руб.;

 - год осуществления среднего ремонта (2010 г.).

 - срок сравнения;

4)   Суммарные приведённые затраты на текущий ремонт и содержание дорожной одежды определяют по формуле:

КП-02-05

 Лист

22

 тыс. руб. (14)

 - срок сравнения;  - затраты на текущий ремонт и содержание, тыс.руб.;  - период года от года приведения затрат до года, когда эти затраты осуществляются (2005-2006 гг.).

На каждый вариант дорожной одежды суммарные приведённые затраты на 1000 м² определяют по формуле:

 (15)

 - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, принимают одинаковым для всех конструкций дорожной одежды.

Чем меньше суммарные приведённые затраты, тем экономичнее вариант.

Вариант I

4,01 тыс. руб.

Вариант II

5,718 тыс. руб.

Суммарные приведённые затраты на капитальный (через каждые 9 лет), средний (каждые 3 года), текущий ремонт (каждый год) и содержание:

1,12 тыс. руб.

2,47 тыс. руб.

0,54 тыс. руб.

0,85 тыс. руб.

 0,37тыс. руб.

0,32 тыс. руб.

Расчёт приведённых суммарных затрат 1000 м²:

 8,605тыс. руб.

13,452 тыс. руб.

КП-02-05

 Лист

23

Более экономичный I вариант дорожной одежды. Его принимаем за основной для дальнейших расчётов.

II.5. Поверочный расчёт конструкции дорожной одежды

В связи со сложностью процессов, протекающих в деформируемой дорожной одежде, при расчёте за основной показатель её прочности принимают комплексную характеристику – допускаемый упругий прогиб. Конструкцию дорожной одежды, удовлетворяющую этому требованию, проверяют также по следующим критериям:

¾  устойчивости несвязных слоёв против возникновения сдвигов;

¾  допустимой величине растягивающих напряжений в слоях связных материалов;

¾  допустимой величине зимнего вспучивания;

¾  обеспечению отвода воды из пористых слоёв.

II.5.1. Расчёт сопротивления сдвигу в подстилающем грунте

¾  определяют средний модуль упругости одежды по формуле:

 МПа  (16)

где  - модули упругости слоёв дорожной одежды

343 МПа

¾  определяют расчётные значения модуля упругости грунта по формуле:

 МПа  (17)

 - нормативный модуль упругости грунта;

 - коэффициент нормативного отклонения, принимают по табличным значениям в зависимости от коэффициента проектной надёжности - ;

 - коэффициент вариации модуля упругости грунта.

КП-02-05

 Лист

24

                                             46 МПа

¾  определяют напряжение сдвига от временной нагрузки:

в зависимости от угла внутреннего трения грунта φ ,, , ,;

¾  определяют напряжение от массы одежды

Для выбранного  ;

¾  определяют суммарное напряжение сдвига в грунте:

¾  определяют расчётную величину сцепления в активной зоне:

где  - сцепление грунта;

 - коэффициент вариации сцепления принимают равным 0,015;

¾  определяют коэффициент неоднородности условий работы одежды в зависимости от расчётной приведённой интенсивности ув-я N_{расч.прив.} – К₂=К_у;

¾  определяют коэффициент учитывающий особенности работы грунта:

К₃=8,0;

¾  определяют допускаемое сдвигающее напряжение в грунте:

¾  определяют прочность по сдвигу:

Полученное значение сравниваем с уже известным коэффициентом прочности (К_сдв>К_пр).

Вывод: условие прочности на сдвиг в грунтовом основании удовлетворяется.

КП-02-05

 Лист

25

II.5.2. Расчёт сопротивления сдвигу в песчаном слое основания

¾  Определяют средний модуль упругости одежды:

¾  Рассчитывают отношение: , .

¾  Определяют напряжение от временной нагрузки:

,

¾  Определяют напряжение сдвига от массы одежды:

 для ,

¾  Определяют суммарное напряжение сдвига в песчаном слое:

Знак «-» указывает на наличие значительного запаса прочности на сдвиг в песке.

¾  Определяют расчётную величину сцепления в активной зоне:

¾  Определяют допускаемое сдвигающее напряжение в песке:

¾  Определяют коэффициент прочности по сдвигу:

¾  Сравниваем с коэффициентом прочности К_пр:

К_сдв(0.96)>K_пр(0,94)

Вывод: устойчивость на сдвиг в песчаном слое обеспечена.

II.5.3. Расчёт сопротивления растяжению при изгибе асфальтобетонного покрытия

¾  Определяют средний модуль упругости двухслойного покрытия:

;

, , , ;

КП-02-05

 Лист

26

¾  Определяют растягивающее напряжение в покрытии:

;

¾  Определяют коэффициент прочности при изгибе:

Вывод: Устойчивость на растяжение при изгибе обеспечена.

II.5.4. Расчёт дорожной одежды на морозостойкость

В зависимости от расположения автомобильной дороги, вида грунта земляного полотна, материала покрытия определяют необходимые параметры:

Z₀=120 cм – нормативная глубина промерзания;

Z=120+52=172 см;

α₀=70 см – климатический показатель;

В=2 см²/сут;

ℓ_пуч=6 см.

Необходимая толщина стабильного слоя Z, ;; ; .

Проверяем обеспечивается ли морозоустойчивость дорожной одежды, для этого рассчитываем фактическую толщину стабильного слоя применительно к теплопроводности щебня:

, при расчёте по упругим деформациям h_д/о=52 см.

Вывод: Таким образом, морозоустойчивость конструкции дорожной одежды обеспечивается.

КП-02-05

 Лист

27

II.6 Расход дорожно-строительных материалов на устройство дорожной одежды

Расход Дорожно-строительных материалов определяется по проектным профилям в уплотнённом состоянии с использованием «Государственных элементных сметных норм на строительные работы» сборник №27 Автомобильные дороги. Все расчёты сводятся в табл.9.

Таблица 9

Ведомость расхода Дорожно-строительных материалов

КП-02-05

 Лист

28

Часть II Охрана окружающей среды

Постройка автодороги вносит большие изменения в экологическое равновесие природы и в хозяйственную жизнь района её приложения. Учёт требований охраны окружающей среды неизбежно осложняет и удорожает дорожное строительство. Однако, заботы и внимание, уделяемые вопросу охраны природы, делают затраты вполне оправданными. Будущему инженеру-дорожнику нужно твёрдо уяснить, что учёт требований охраны природы при проектировании дорог не должен ограничиваться только мерами по её сохранению. Продуманная постройка дороги может существенно улучшить местность осушением болот, созданием водохранилищ, закреплением песков, повышением устойчивости склонов, предохранением почв от эрозии и др. Использование для земляного полотна т дорожных одежд, шлаков и других побочных продуктов промышленности даёт возможность ликвидировать накопившиеся за много лет их отвалы.

С ростом протяжённости и качества дорожной сети растут численность и интенсивность использования автомобильного парка, объёмы потребления моторного топлива, других природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, усиливаются ландшафтные нарушения, ускоряются темпы деградации и разрушения экосистем на природных территориях.

КП-02-05

 Лист

29