6. Пример расчёта дорожной одежды

 

Исходные данные

Местоположение – Новгородская область.

Категория автомобильной дороги – II.

Тип грунта – глина плотная.

Уровень грунтовых вод – 1,3 м.

Перспективная интенсивность движения:

 

Тип транспортного средства	Перспективная  интенсивность, авт./сут
Грузовые автомобили
УАЗ-451	80
ГАЗ-53А	117
ЗИЛ-130	115
МАЗ-500А	120
КрАЗ-257-Б1	80
Вольво F89-32 (6x4)	100
КамАЗ-5511	110
Автобусы
ПАЗ-3201	50
ЛиАЗ-677	40
Икарус-250	70
Икарус-280	100
Автопоезда
МАЗ-500А + МАЗ-5245	40
КамАЗ-5410 + КАЗ-717	30
Вольво F89-32 (6x4) + ОдАЗ-9370	40

 

 

Исходя из транспортно-эксплуатационных требований на дороге II категории устраивается усовершенствованное покрытие капитального типа. Согласно «Изменению № 5» к СНиП 2.05.02-85 п. 4.2 от 8 октября 2004 г. в качестве расчётного принимается автомобиль с наибольшей нагрузкой на одиночную ось 115 кН (11,5 тс), с расчётным диаметром следа колесаD=40 см.

 

Определение общего (расчётного) модуля упругости дорожной одежды

1. Определяем величину приведенной интенсивности на последний год срока службы по следующей формуле:

, ед./сут,

где f_пол- коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним (по табл. 3.2 для двухполосных дорог f=0,55);

n - общее число различных марок транспортных средств в составе транспортного потока;

N_m - число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m-й марки;

S_m cум -    суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства m-й марки к расчетной нагрузке Q_расч.

2. Значение суммарного коэффициента приведения определяют по формуле

,

где n - число осей у данного транспортного средства, для приведения которого к расчетной нагрузке определяется коэффициент  ;

S_n - коэффициент приведения номинальной динамической нагрузки от колеса каждой из n осей транспортного средства к расчетной динамической нагрузке.

3. Коэффициенты приведения нагрузок S_n определяют по формуле

,

где Q_дn - номинальная динамическая нагрузка от колеса на покрытие;

      Q_драсч - расчетная динамическая нагрузка от колеса на покрытие;

      Р - показатель степени, принимаемый равным (для капитальных дорожных одежд – 4,4).

4. Номинальная динамическая нагрузка Q_дп определяется по паспортным данным на транспортное средство с учетом распределения статических нагрузок на каждую ось

Q_дn = К_дин  Q_n,

где К_дин - динамический коэффициент, принимаемый равным 1,3;

Q_n - номинальная статическая нагрузка на колесо данной оси.

При определении расчетного значения номинальной статической нагрузки для многоосных автомобилей фактическую номинальную нагрузку на колесо, определяемую по паспортным данным, следует умножать на коэффициент К_с, вычисляемый по формуле

К_с = а - в ,

где Б_m - расстояние в метрах между крайними осями тележки;

  а, в, с -    параметры, определяемые в зависимости от капитальности дорожной одежды и числа осей тележки (таблица П.1.2).

Расчет значений суммарного коэффициента приведения выполнен в табличной форме.

Расчет коэффициентов приведения к расчетной нагрузке по типам транспортных средств.   Таблица 6.1

Тип транспортного средства	Номинальная динамическая нагрузка на покрытие			Расстояние между осями задней двухосной тележки,  м			Кс			Динамическая нагрузка от заднего колеса на покрытие с учетом Кс			Суммарный коэффициент приведения
	от переднего колеса	от заднего колеса	от заднего колеса полуприцепа	автомобиля	полуприцепа	для автомобиля		для полуприцепа	автомобиля		полуприцепа
Грузовые автомобили
УАЗ-451	15,6	19,5	-	-	-	-		-	-		-	0,004
ГАЗ-53А	28	36,3	-	-	-	-		-	-		-	0,055
ЗИЛ-130	16,7	45,2	-	-	-	-		-	-		-	0,111
МАЗ-500А	31,4	65,0	-	-	-	-		-	-		-	0,563
КрАЗ-257-Б1	29,9	58,5	-	1,40	-	1,23		-	72,1		-	0,870
Вольво F89-32 (6x4)	42,2	65,0	-	1,37	-	1,22		-	79,3		-	1,378
КамАЗ-5511	29,1	47,0	-	1,32	-	1,20		-	56,4		-	0,305
Автобусы
ПАЗ-3201	17,2	29,4	-	-	-	-		-	-		-	0,018
ЛиАЗ-677	37,3	54,1	-	-	-	-		-	-		-	0,288
Икарус-250	36,4	62,3	-	-	-	-		-	-		-	0,491
Икарус-280	35,4	58,8	-	-	-	-		-	-		-	0,385
Автопоезда
МАЗ-500А + МАЗ-5245	31,4	65,0	65,0	-	-	-		-	-		-	0,563
КамАЗ-5410 + КАЗ-717	27,1	35,6	35,8	1,32	1,37	1,20		1,22	42,7		43,7	0,191
Вольво F89-32 (6x4) + ОдАЗ-9370	42,2	65,0	35,8	1,37	1,32	1,22		1,20	79,3		42,9	1,466

 

5. Произведём расчёт суммарной приведённой интенсивности движения транспортного потока:

Таблица 6.2

Расчёт суммарной приведённой интенсивности движения

 транспортного потока.

Тип транспортного средства	Суммарный коэффициент приведения	Перспективная интенсивность, авт./сут	Приведённая интенсивность, авт./сут
Грузовые автомобили
УАЗ-451	0,004	80	0,3
ГАЗ-53А	0,055	117	6,4
ЗИЛ-130	0,111	115	12,7
МАЗ-500А	0,563	120	67,5
КрАЗ-257-Б1	1,145	80	91,6
Вольво F89-32 (6x4)	1,951	100	195,1
КамАЗ-5511	0,498	110	54,8
Автобусы
ПАЗ-3201	0,018	50	0,9
ЛиАЗ-677	0,288	40	11,5
Икарус-250	0,491	70	34,4
Икарус-280	0,385	100	38,5
Автопоезда
МАЗ-500А + МАЗ-5245	0,563	40	22,5
КамАЗ-5410 + КАЗ-717	0,289	30	8,7
Вольво F89-32 (6x4) + ОдАЗ-9370	2,097	40	83,9

 

Приведённая интенсивность движения N­­_{пр общ}=628,8 авт./сут.

6. Расчётная приведённая интенсивность движения

N_р=f · N_{пр общ}=0,55 · 628,8=345,84 авт./сут ,

7. Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагруз­ки за срок службы.

Для расчета по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости воспользуемся формулой

,

где N_р - приведенная интенсивность на последний год службы дорожной одежды, авт./сут; Т_рдг – расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции (Т_рдг= 125 дней, табл. П.6.1); К_n  - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (К_n = 1,49, табл. 3.3); К_с – коэффициент суммирования

(К_c = 17,2, табл. П.6.3); Т_сл – расчетный срок службы (Т_сл = 15 лет, табл. П.6.2); q – показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобилей по годам.

  авт./сут.

8. Определяем требуемый модуль упругости по формуле:

,

С – эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки на ось (С = 3,20 для нагрузки 115 кН).

 МПа.

, где  - требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности (табл. 3.1.). Требуемый уровень надежности равен 0,95, следовательно, для автомобильной дороги II категории  .

 МПа.

    Таким образом, расчётный (общий) модуль упругости составляет Е_общ = 305 МПа.

 

Определение расчётных характеристик грунта

Основными параметрами механических свойств грунта земляного полотна, которыми пользуются в расчётах дорожных одежд на прочность, служат модуль упругости грунта Е_гр, угол внутреннего трения _гр и удельное сцепление с_гр.

Расчётные значения характеристик грунта устанавливаются в зависимости от вида грунта и его расчётной влажности, обусловленной природными условиями и особенностям его работы, по таблицам и графикам, составленным на основании обобщения многочисленных испытаний грунтов.

Дорожно-климатическая зона - II. Тип местности по увлажнению – сырой (тип 2). Грунт – глина плотная;

Средняя влажность грунта W^ср=0,70 (в долях от W_т) по табл. П.2.1;

Расчётная влажность W_р=W^ср · (1+ · t) ,

где  - коэффициент вариации влажности (=0,1);

t - коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от заданного уровня проектной надёжности конструкции дорожной одежды (при уровне проектной надежности  К_н=0,95 t=1,71);

    W_р=0,70 · (1+0,1·1,71)=0,82.

По полученному значению используя таблицы П.2.4. и П.2.5, определяем характеристики грунта: Е_гр=28 МПа; =13⁰; С_гр=0,011 МПа.

 

Назначение материалов дорожной одежды и их расчётные

характеристики

1. Плотный мелкозернистый асфальтобетон типа А I марки, горячий, на битуме БНД-60/90, ГОСТ 9128-97. Расчётное значение кратковременного модуля упругости (для расчёта по упругому прогибу и сдвигу в грунте) Е=3200 МПа (табл. П.3.2).

2. Пористый крупнозернистый асфальтобетон I марки, горячий, на битуме БНД-60/90, ГОСТ 9128-97. Расчётное значение кратковременного модуля упругости (для расчёта по упругому прогибу и сдвигу в грунте) Е=2000 МПа (табл. П.3.2).

3. Щебень фракционированный известняковый, ГОСТ 8267-93, укреплённый битумом по способу пропитки Е=450 МПа (табл. П.3.5).

4. Щебень фракционированный известняковый, уложенный по способу заклинки, ГОСТ 8267-93 Е=350 МПа (табл. П.3.9).

5. Песок крупнозернистый с коэффициентом фильтрации 4 м/сут, ГОСТ 8736-93, Е=130 МПа, =40⁰, с=0,007 МПа (табл. П.2.5).

 

Расчет  дренирующего  слоя

Полную толщину дренирующего слоя, м, (работающего по принципу осушения с периодом запаздывания отвода воды), достаточную для временного размещения в его порах воды, поступающей в конструкцию в начальный период оттаивания, определяют по формуле

        h_п = (q_р · Тзап/n + 0,3h_зап) : (1 - _зим),

где Т_зап - средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств, принимаемая для II дорожно-климатической зоны равной 4…6 сут, для III дорожно-климатической зоны равной 3…4 сут (большее значение - для мелких песков);

_зим - коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (_зим = 0,5 табл. 5.6);

q_p - расчетное значение воды, поступающей за сутки;

n - пористость материала, в долях единицы (n=0,32);

h_зап -   дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала и равная для песков крупных 0,10…0,12 м, средней крупности 0,14…0,15 м и мелких 0,18…0,20 м. Во всех случаях полную толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 0,20 м.

q_р =q · К_п · К_г · К_вог · К_р/1000,

q – усредненное (табличное) значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, отнесенное к 1 м² проезжей части, л/м² (табл. 5.3. q =20 л/м² );

К_п - коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков (табл. 5.4. К_п=1,5);

К_г - коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги (табл. 5.4. К_г =1,2);

К_вог -    коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона, определяемый при одинаковом направлении участков профиля у перелома (по номограмме рис. 5.3 К_вог=1,3);

К_р - коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима (табл. 5.5. К_р=0,1);

q_р =20 · 1,5 · 1,2 · 1,3 · 0,1/1000=0,0047 м³/м² ;

h_п = (0,0047 · 5/0,5 + 0,3 · 0,12) : (1 – 0,5) = 0,17 м.

Минимальная толщина дренирующего песчаного слоя составляет 17 см.

 

Конструирование и расчёт дорожной одежды

Назначим конструктивные слои дорожной одежды из выбранных материалов:

1 слой. Плотный мелкозернистый асфальтобетон, h=6 см;

2 слой. Пористый крупнозернистый асфальтобетон, h=8 см;

3 слой. Щебень известняковый, укреплённый битумом, h=10 см;

4 слой. Щебень известняковый. Толщина слоя подлежит расчёту;

5 слой. Песок крупнозернистый, h=30 см;

Грунт земляного полотна. Глина плотная.

 

Все принятые толщины слоёв  удовлетворяют требованиям

СНиПа 2.05.02-85.

Выполним расчёт дорожной одежды согласно ОДН 218.046-01. В назначенной дорожной одежде известна толщина всех конструктивных слоёв, за исключением щебёночного основания. Расчёт заключается в определении такой толщины этого слоя, которой будет соответствовать общий модуль упругости дорожной одежды, равный

Е_общ=305 МПа.

Для решения этой задачи необходимо предварительно найти общий модуль упругости слоёв, подстилающих слой щебня, а также общий модуль упругости на поверхности рассчитываемого слоя.

 Значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжу­щее, назначаем по табл.П.3.2 ОДН 218.046-01 при расчетной температуре +10°С.

Значение нижнего модуля упругости находим, выполняя расчёт снизу вверх.

Для песчаного слоя Е_н=Е_гр=28 МПа;

Е_н/Е_сл=28/130=0,215; h_сл/D=30/40=0,750.

Откладывая значение h/D по оси абсцисс номограммы (рис.3.1), а Е_н/Е_сл по оси ординат, проводим через них вертикальную и горизонтальную линии, точка пересечения которых даёт значение отношения Е_в/Е_сл=0,441.

Отсюда получаем общий модуль упругости на поверхности песчаного слоя (он же нижний для слоя щебня):

Е_в=Е_в/Е_сл · Е_сл=0,441 · 130=57 МПа.

Для определения модуля упругости на поверхности рассчитываемого слоя расчёт необходимо выполнить сверху вниз.

Для асфальтобетона верхнего слоя Е_в=Е_общ=305 МПа.   

Е_в/Е_сл=305/3200=0,095; h_сл/D=6/40=0,150.

По номограмме (рис.3.1)  Е_н/Е_сл=0,070.

Е_н=Е_н/Есл · Есл=0,070 · 3200=224 МПа.

Для асфальтобетона нижнего слоя Е_в=224 МПа.

Е_в/Е_сл=224/2000=0,112; h_сл/D=8/40=0,200.

По номограмме (рис.3.1) Е_н/Е_сл=0,077.

Е_н=Е_н/Е_сл · Е_сл=0,077 · 2000=153 МПа.

Для известнякового щебня, укреплённого битумом, Е_в=153 МПа.

Е_в/Е_сл=153/450=0,341; h_сл/D=10/40=0,250.

По номограмме (рис.3.1) Е_н/Е_сл=0,263.

Е_н=Е_н/Е_сл · Е_сл=0,263 · 450=119 МПа.

Получаем общий модуль упругости на поверхности рассчитываемого слоя Е_в=119 МПа.

Для определения толщины слоя щебня имеем Е_в=119 МПа,

Е_н=57 МПа. Определим следующие отношения:

Е_в/Е_сл=119/350=0,339; Е_н/Е_сл=57/350=0,164.

Откладываем на оси ординат номограммы (рис.3.1) Е_н/Е_сл=0,164 и проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой Е_в/Е_сл=0,339. Точке пересечения соответствует на оси абсцисс значение h_сл/D=0,625. По найденному значению h_сл/D=0,625 определяем толщину слоя щебня

h_сл=h_сл/D · D=0,625 · 40=25,0 см.

Результаты расчёта приводятся в таблице  

 

Наименование слоя	Есл	hсл	hсл/D	Ев/Есл	Ен/Есл	Ев	Ен
Плотный асфальтобетон	3200	6	0,150	0,095	0,070	305	224
Пористый асфальтобетон	2000	8	0,200	0,112	0,077	224	153
Щеб. изв., обр. битумом	450	10	0,250	0,341	0,263	153	119
Щебень известняковый	350	25	0,625	0,339	0,164	119	57
Песок крупнозернистый	130	30	0,750	0,441	0,215	57	28
Грунт земляного полотна	28	---	---	---	---	---	---

 

Толщина слоя из известнякового щебня получилась равной 25 см.

 

После расчёта дорожной одежды необходимо выполнить ряд проверок.

 

Проверка № 1. Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости в грунте

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле  , где  - удельное активное сопротивление сдвига от единичной нагрузки, колеса на покрытие.

Для определения   предварительно назначенную дорожную конструк­цию приводим к двухслойной расчетной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (глина плотная) со следующими характеристиками: Е_осн=28 МПа, φ=13° и

С=0,011 МПа.

р - расчетное давление от колеса на покрытие.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле, где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжу­щее, назначаем по табл.П.3.2 при расчетной температуре +20°С (табл.3.5).

 МПа.

По отношениям    и   и при φ=13° с помощью номограммы (рис.3.3) находим удельное активное напряжение сдвига от еди­ничной нагрузки   = 0,0110 МПа.

Таким образом: Т = 0,0110 · 0,6 = 0,0066 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пред в грунте рабочего слоя опреде­ляем по формуле: T_np = k_д · (с_n+ 0,1_срz_опtg_СТ),

где С_N - сцепление в грунте земляного полотна (или промежуточном песчаном слое), МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки (прил. 2, табл.П.2.4 или П.2.6); С_n = 0,003 МПа; Кд - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания (К_д = 1,0); Z_on - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см; γ_ср - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см³; φ_ст - расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки.

Z_on=79 см.

φ_ст=13° (прил. 2 табл. П.2.4 и П.2.6);

γ_ср=0,002 кг/см³;

  МПа,

; К_пр больше К_пр^тр= 1,00 (табл.3.1).

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в грунте.

 

Проверка № 2. Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости в песчаном слое основания

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле  , где  - удельное активное сопротивление сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм ОДН 218.046-01; р - расчетное давление от колеса на покрытие.

Для определения   предварительно назначенную дорожную конструк­цию приводим к двухслойной расчетной модели.

Нижнему слою модели присваиваем следующие характеристики: при  =57 МПа (из расчёта дорожной одежды) φ=35° и

С=0,003 МПа (табл.П.2.4).

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжу­щее, назначаем по табл.П.3.2 при расчетной температуре +20°С (табл.3.5).

 МПа.

По отношениям    и   и при φ= 35° с помощью номограммы (рис.3.3) находим удельное активное напряжение сдвига от еди­ничной нагрузки   = 0,0153 МПа.

Таким образом: Т = 0,0153 · 0,6 = 0,0092 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пред в грунте рабочего слоя опреде­ляем по формуле: T_np = k_д · (с_n+ 0,1_срz_опtg_СТ),

где С_N - сцепление в грунте земляного полотна (или промежуточном песчаном слое), МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки (прил. 2, табл.П.2.4 или П.2.6); С_n = 0,003 МПа; Кд - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания (Кд = 1,0); Z_on - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см; γ_ср - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см³; φ_ст - расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки.

Z_on=49 см.

φ_ст=35° (прил. 2, табл.П.2.4);

γ_ср=0,002 кг/см³;

 МПа,

; К_пр больше К_пр^тр= 1,00 (табл.3.1).

Следовательно, условие по сдвигоустойчивости в песчаном слое основания выполнено.

 

Проверка № 3. Расчёт конструкции на сопротивление монолитных слоев устало­стному разрушению от растяжения при изгибе

Расчет выполняем в следующем порядке

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев.

Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис.3.1.    Е_в^щеб=153 МПа.

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя (толщиной h_в=14 см) устанавливаем  по формуле

 МПа.

б) По отношениям  и    по номограмме рис.3.4 определяем _г =2,49.

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.16)

где  - растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку, определяемое по номограмме рис. 3.4;

к_в - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном. Принимают равным 0,85 (при расчете на однобаллонное колесо     к_в = 1,00);

р - расчетное давление, принимаемое по табл. П.1.1 прил.1.

 МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17)

где R₀ – нормативное значение предельного сопротивления растяжению при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки. R₀ = 8,00 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл.П.3.1);

k₁ - коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;

k₂ - коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (табл.3.6);

v_R - коэффициент вариации прочности на растяжение v_R=0,10 (табл.П.4.1);

t - коэффициент нормативного отклонения t=1,71 (табл.П.4.2).

, формула (3.18);

m=4,3; =5,9 (табл.П.3.1.); N_p=587754 авт./сут;

 k₂ =0,95 (табл. 3.6);

МПа;

, что больше, чем К_пр^тр= 1,0 (табл.3.1).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности на сопротивление монолитных слоев устало­стному разрушению от растяжения при изгибе.

 

Проверка № 4. Расчёт на морозоустойчивость

 

Расчётные параметры материалов для определения морозоустойчивости приводятся в таблице

 

Материал	Толщина слоя  , м	Коэффициент  теплопроводности ,Вт/м∙К
Мелкозернистый плотный асфальтобетон на БНД 60/90	0,06	1,40
Крупнозернистый пористый асфальтобетон на БНД 60/90	0,08	1,25
Щебень известняковый, укреплённый битумом	0,10	0,52
Известняковый щебень	0,25	1,39
Песок крупнозернистый	0,30	2,18

 

По карте рис. 4.4 находим среднюю глубину промерзания Znp_(cp) для Новгородской области и по формуле определяем глубину промерзания дорожной конструкции Znp

Znp=Zпp_(cp)  l,38=l,301,38 = 1,80 м 2 м.

Для глубины промерзания 2 м по номограмме рис. 4.3 по кривой определяем величину морозного пучения для усредненных условий

lпр_(ср)=4,5 см.

По таблицам и графикам находим коэффициенты К_угв=0,70 (рис. 4.1); К_пл=1,0 (табл. 4.4); К_гр=1,5 (табл. 4.5); К_нагр=0,94 (рис. 4.2); К_вл=1,22 (табл. 4.6).

По формуле находим величину пучения для данной конструкции

l_пуч = l_пуч(ср) К_угв  К_пл  К_гр  К_нагр  К_вл = 4,50,701,01,50,941,22=5,4см.

Поскольку для данного типа дорожной одежды допустимая величина морознoгo пучения согласно табл. 4.3 составляет 4 см, то следует назначить морозозащитный слой и произвести расчёт его толщины.

Предварительно ориентировочно определяем необходимую толщину морозозащитного слоя при допустимой величине морозного пучения l_доп = 4 см.

Для этого определяем величину морозного пучения для усредненных условий, при которой пучение для данной конструкции не превышает 4 см

l_пуч.ср = l_(доп)/(К_угвК_плК_грК_нагрК_вл) = 4:(0,701,01,50,941,22) = 3,3 см.

По номограмме рис. 4.3 определяем требуемую толщину дорожной одежды h_од = 1,10 м, отсюда толщина морозозащитного слоя

h_мрз = 1,10 - 0,79 = 0,31 м.

Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполняем расчеты с учетом теплофизических характеристик отдельных слоев (табл. П.5.1). Задаемся h_мрз = 0,30 м.

Для использования в морозозащитном слое назначаем крупнозернистый песок с коэффициентами теплопроводности

_г = 1,74 Вт/м∙К и _м = 2,32 Вт/м∙К соответственно в талом и мерзлом состояниях и определяем _ср

_ср = (1,74 + 2,32)/2 = 2,03 Вт/м∙К.

По формуле (4.7) определяем термическое сопротивление дорожной одежды без морозозащитного слоя

По карте изолиний рис. 4.5 определяем номер изолинии - IV.

По табл. 4.9 находим С_пуч = 1,50.

По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды h_од = 1,09 м для сильнопучинистого грунта с помощью интерполяции определяем С_р = 0,69.

Вычисляем отношение l_доп/(С_пучС_р) = 4/(1, 500,69) = 3,9 см.

По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление R_пp = 0,65 (м²∙К/Вт).

По табл. 4.7 К_од = 0,95; К_увл = 1,0 (п. 4.11);  = 1,0.

По формуле (4.8)

R_од(тр)= R_прК_одК_увл =0,650,951,01,0=0,62 (м²∙К/Вт).

По формуле (4.6) h_мз= (R_од(тр) - R_од(о))_мрз = (0,62 - 0,61)2,03= 0,02м.

Поскольку разница между полученным и заданным значениями h_мз превышает 5 см, то необходимо повторить расчет.

Задаемся h_мз = 0,06 м.

По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды h_од = 0,85 м для сильнопучинистого грунта с помощью интерполяции определяем С_р = 0,74.

Вычисляем отношение l_доп/(С_пучС_р) = 4/(1, 500,74) = 3,6 см.

По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление R_пp = 0,68 (м²∙К/Вт).

По табл. 4.7 К_од = 0,95; К_увл = 1,0 (п. 4.11);  = 1,0.

По формуле (4.8)

R_од(тр)= R_прК_одК_увл =0,680,951,01,0=0,65 (м²∙К/Вт).

По формуле (4.6) h_мз= (R_од(тр) - R_од(о))_мрз = (0,65 - 0,61)2,03= 0,08м.

Поскольку разница между полученным и заданным значениями h_мз не превышает 5 см, принимаем h_мз = 0,06 м.

 

Заключение: поскольку все проверки успешно выполнены, принимаем и вычерчиваем рассчитанную конструкцию дорожной одежды.

 

Приложение 1  (обязательное)

РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ

П.1.1. При проектировании дорожных одежд в качестве расчетных принимают нагрузки, соответствующие предельным нагрузкам на ось расчетного двухосного автомобиля.

Если в задании на проектирование расчетная нагрузка не оговорена специально, за расчетную принимают нагрузку, соответствующую расчетному автомобилю группы А (табл. П.1.1).

Таблица П.1.1

Группа расчетной нагрузки	Нормативная статическая нагрузка на ось, кН	Нормативная статическая нагрузка на поверхность покрытия от колеса расчетного автомобиля, Qрасч., кН	Расчетные параметры нагрузки
			Р, МПа	D, см
А1	100	50	0,60	37/33
А2	110	55	0,60	39/34
А3	130	65	0,60	42/37

Примечание. В числителе - для движущегося колеса, в знаменателе - для неподвижного.

П.1.2. Данные о нагрузках, передаваемых на дорожное покрытие выпускаемыми серийно автотранспортными средствами, следует принимать по специальным справочникам.

П.1.3. Значение суммарного коэффициента приведения определяют по формуле

,                                            (П.1.1)

где n - число осей у данного транспортного средства, для приведения которого к расчетной нагрузке определяется коэффициент  ;

S_n -   коэффициент приведения номинальной динамической нагрузки от колеса каждой из n осей транспортного средства к расчетной динамической нагрузке.

П.1.4. Коэффициенты приведения нагрузок S_n определяют по формуле

,                                         (П.1.2)

где Q_дn - номинальная динамическая нагрузка от колеса на покрытие;

Q_драсч -   расчетная динамическая нагрузка от колеса на покрытие;

Р - показатель степени, принимаемый равным:

4,4 - для капитальных дорожных одежд;

3,0 - для облегченных дорожных одежд;

2,0 - для переходных дорожных одежд.

П.1.5. Номинальная динамическая нагрузка Q_дп определяется по паспортным данным на транспортное средство с учетом распределения статических нагрузок на каждую ось

Q_дп = К_дин  Q_п,                                             (П.1.3)

где К_дин - динамический коэффициент, принимаемый равным 1,3;

Q_n - номинальная статическая нагрузка на колесо данной оси.

При определении расчетного значения номинальной статической нагрузки для многоосных автомобилей фактическую номинальную нагрузку на колесо, определяемую по паспортным данным, следует умножать на коэффициент К_с, вычисляемый по формуле

К_с = а - в ,                                        (П.1.4)

где Б_m -  расстояние в метрах между крайними осями тележки;

а, в, с -  параметры, определяемые в зависимости от капитальности дорожной одежды и числа осей тележки по табл. П.1.2.

Таблица П.1.2

Тележки	а	в	с
Двухосные	1,7/1,52	0,43/0,36	0,5/0,5
Трехосные	2,0/1,60	0,46/0,28	1,0/1,0

Примечание. В числителе - для капитальных и облегченных типов дорожных одежд, в знаменателе - для переходных.

П.1.6. Суммарный коэффициент приведения определяют в следующей последовательности:

   назначают расчетную нагрузку, и определяют ее параметры: Q_расч, Р и D:

   для каждой марки автомобилей в составе перспективного движения по паспортным данным устанавливают величину номинальной статической нагрузки на колесо для всех осей транспортного средства Q_n;

   умножив полученные значения Q_n и расчетную нагрузку Q_расч на динамический коэффициент, находят величины номинальных динамических нагрузок Q_дп от колеса для каждой оси и величину расчетной динамической нагрузки Q_драсч;

   по формуле (П.1.2) вычисляют коэффициент приведения номинальной нагрузки от колеса каждой из осей S_п к расчетной;

   по формуле (П.1.1) вычисляют суммарный коэффициент приведения нагрузки от рассматриваемого типа автомобиля к расчетной нагрузке.

П.1.7. Для нагрузки 100 кН (10 тс) допускается приближенно принимать суммарный коэффициент приведения S_mсум по данным табл. П.1.3.

Таблица П.1.3

Типы автомобилей	Коэффициент приведения к расчётной нагрузке Sm сум
Легкие грузовые автомобили грузоподъёмностью от 1 до 2 т	0,005
Средние грузовые автомобили грузоподъёмностью от 2 до 5 т	0,2
Тяжёлые грузовые автомобили грузоподъёмностью от 5 до 8 т	0,7
Очень тяжёлые грузовые автомобили грузоподъёмностью более 8 т	1,25
Автобусы	0,7
Тягачи с прицепами	1,5

Приложение 2  (справочное)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТА РАБОЧЕГО СЛОЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ПРИ РАСЧЕТЕ ДОРОЖНОЙ