Реконструкция участка км 467+800 – км 488+300 автомобильной дороги М-7 «Волга», проходящей в Нижегородской области (Конструктивные слои дорожной одежды)

Глава 3

  Конструктивные слои дорожной одежды

Дорожная одежда должна соответствовать требованиям, предъявленным к дороге. Как транспортное сооружение оно представляет собой уложенную на поверхность земляного полотна твердую монолитную конструкцию из материалов, хорошо сопротивляющихся воздействию климатических факторов и колес транспортных средств. Напряжение возникающее при проезде автомобилей, затухают с глубиной. Это позволяет проектировать дорожную одежду, как многослойную конструкцию (рис. 3.1).

Рис 3.1. Конструктивные слои дорожной одежды

1 – поверхностная обработка; 2 – мелкозернистый асфальтобетон;

3 – крупнозернистый асфальтобетон; 4 – щебень обработанный вяжущими материалами; 5 – щебень; 6 – песок.

В дорожной одежде различают следующие слои:

Покрытие – верхний, наиболее прочный, относительно тонкий слой дорожной одежды, хорошо сопротивляющийся истиранию, ударным и сдвигающим нагрузкам от колес, а также воздействию природных факторов. Покрытие обеспечивает необходимые эксплуатационные качества дороги:

·  ровность

·  шероховатость (высокий коэффициент сцепления)

·  беспыльность

·  водонепроницаемость

·  сопротивление истиранию

В конструкцию покрытия входят: основной слой покрытия и слой износа.

Основание – несущая прочная часть одежды, обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на расположенные ниже дополнительные слои или грунт земляного полотна.

Дополнительные слои основания – слои между основанием и верхом рабочего слоя земляного полотна, обеспечивающие морозоустойчивость и дренирование дорожной одежды и верхней части земляного полотна.

Проектирование основано на использовании теории упругости сводится к расчетам по четырем основным критериям:

·  сдвигу

·  растяжению при изгибе

·  упругому прогибу

·  на морозоустойчивость

3.1.  Назначение вариантов конструкции дорожной

одежды  и расчет по упругому  прогибу

Варианты конструкции дорожной одежды принимаем по типовому альбому  в соответствии с намеченным типом покрытия, требуемым модулем упругости, дорожно-климатической зоной, типом местности по характеру  увлажнения, видом грунта земляного полотна, наличием  дорожно-строительных материалов. Каждый слой дорожной одежды имеет свой модуль упругости, соответствующий  материалу, из которого он устроен и характеризующий его прочность.

Проверим на прочность дорожную одежду при следующих исходных данных:

-  дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в Нижегородской области;

-  категория автомобильной дороги - II;

-  заданный срок службы дорожной одежды - Т_сл =15 лет;

-  приведенная к нагрузке поверхность: Тип А Марки I;  ЩМА-20;

-  интенсивность движения на конец срока службы N_p = 28657 авт/сут.; приращение интенсивности q = 1,04;                                      

-  грунт рабочего слоя земляного полотна - супесь пылеватая с расчетной влажностью 0,7 W_T, которая относится к сильнопучинистым грунтам;

-  материал для основания - щебень известняка с суглинистым заполнителем и песок средней крупности.

-  высота насыпи составляет 1,5 м;

-  схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна – III.

-  глубина залегания грунтовых вод - 1,6 м.

- суммарная интенсивность движения автомобилей  N_{сум. 20лет} =35466765 авт./сут

3.2.  Предварительно назначаем конструкцию дорожной одежды

Расчетные значения  и расчетные параметры конструкции дорожной одежды сводим в ОДН 218.046-01 табл. 2.7 и 2.8 Прочность  многослойной дорожной одежды характеризует общий модуль упругости Е_общ.,  который  равен требуемому модулю упругости Е_мр.

Таблица 3.2

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

Конструкция дорожной одежды	Слои	Материал слоя	h слоя, см	Расчет по допустимо му упруг, прогибу, Е, МПа	Расчет по усл. сдвигоустойчивости, Е, Па	Расчет на растяжение при изгибе				Общий модуль упругости Еобщ, МПа
						Е, МПа	Ro, MПа	a	m
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
	1.	Мелкозернистый плотный асфальтобетон Тип А Марки I	5	3200	1800	4600	9,50	5,4	5,0	↓¯¯¯ =480
	2.	Плотный асфальтобетон Тип Б МI на БНД марки 90/130	4	2400	1200	3600	9,50	5,4	5,0	↓¯¯¯ =360
	3.	Плотный асфальтобетон Тип Б М II на БНД марки 60/90	13	2000	1200	2800	8,00	5,9	4,3	↓¯¯¯ =340
	4.	Чернощебеночная Смесь	10	950	950	950	-	-	-	↓¯¯¯=209
	5.	Щебень известняка с суглинистым заполнителем М800	26	280	280	280	-	-	-	↓¯¯¯ =146
	6.	Песок средней крупности Мкр=1,83	30	120	120	120	-	-	-	↓¯¯¯ =78
	7.	Супесь пылеватая Wp = 0,7WT	_	46	46	46	-	-	-

∑h=88см

Таблица 3.3

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

Конструкция дорожной одежды	Слои	Материал слоя	h слоя, см	Расчет по допустимо му упруг, прогибу, Е, МПа	Расчет по усл. сдвигоустойчивости, Е, Па	Расчет на растяжение при изгибе				Общий модуль упругости Еобщ, МПа
						Е, МПа	Ro, MПа	a	m
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
	1.	Щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА-20)	5	4400	2600	6000	9,80	5,2	5,5	↓¯¯¯ =528
	2.	Плотный асфальтобетон Тип Б МI на БНД марки 90/130	4	2400	1200	3600	9,50	5,4	5,0	↓¯¯¯ =360
	3.	Плотный асфальтобетон Тип Б М II на БНД марки 60/90	13	2000	1200	2800	8,00	5,9	4,3	↓¯¯¯ =340
	4.	Чернощебеночная смесь	10	950	950	950	-	-	-	↓¯¯¯=209
	5.	Щебень известняка с суглинистым заполнителем М800	26	280	280	280	-	-	-	↓¯¯¯ =146
	6.	Песок средней крупности Мкр=1,83	30	120	120	120	-	-	-	↓¯¯¯ =78
	7.	Супесь пылеватая Wp = 0,7WT	_	46	46	46	-	-	-

∑h=88см

-  для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2 табл.П.2.5, Приложение 3 табл.П.3.2 и Приложение 3 табл.П.3.8, ОДН 218.046-01);

-  для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2 табл.П.2.4, Приложение 2 табл.П.2.6, Приложение 3 табл.П.3.2 и Приложение 3 табл.П.3.6, ОДН 218.046-01);

-  для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при  изгибе (Приложение 3  табл.П.3.1 и Приложение 3 табл.П.3.6, ОДН 218.046-01);

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

После подбора конструкций дорожной одежды (2-ух вариантов) приступают к поверочному расчету по упругому прогибу с установлением необходимой толщины песчаного подстилающего слоя, пользуясь номограммой из ОДН 218.046-01, рис 3.1.

Вариант I

1) отношение

по Приложению 1 табл.П.1.1, ОДН 218.046-01;    р=0,6 МПа, D=37 см отношение 

по номограмме                 

 общий модуль упругости на поверхности песчаного слоя.

2) отношение          

по номограмме                                   

 общий модуль упругости на поверхности щебеночного.

3) отношение                         

по номограмме                              

 общий модуль упругости на поверхности черного щебня.

4) отношение                            

по номограмме                                 

 общий модуль упругости на поверхности существующего асфальтобетона.

5) отношение                        

по номограмме                                

  общий модуль упругости на поверхности выравнивающего асфальтобетонного слоя.

6) отношение                        

по номограмме                              

   общий модуль упругости на поверхности асфальтобетонного покрытия (слой износа).

7) Определим общую толщину дорожной одежды по формуле:

                                  (3.1)

где:  - толщина слоев дорожной одежды.

вариант I h_д/0 = 5+4+13+10+26+30=88 см.

8) Требуемый модуль упругости определяем по формуле:

E_oб ³ E_min K^тр_пр,(3.2)   где E_об - общий расчетный модуль упругости конструкции