3 Проектирование поперечного профиля дорожной одежды.

Проектирование поперечного профиля земляного полотна включает в себя назначение:

• ширину земляного полотна;

• число полос движения и их ширину ;

• ширину обочин, поперечных уклонов проезжей части, поперечных уклонов обочин.

Вдоль проезжей части на обочинах устраиваются укрепительные полосы, повышающие прочность края дорожной одежды.

Размеры и формы земляного полотна на разных участках дорожной одежды зависят от рельефа местности и продольного профиля дороги, грунтовых гидрогеологических условий, а также проектируемой на данном полотне дорожной одежды. Крутизну откосов определяют из соображений устойчивости под действием собственного веса и создаваемого проходящими транспортными средствами, под воздействием атмосферных факторов в зависимости от соображений безопасности и удобства производства земляных работ. Обочина устраивается достаточно прочной и рассчитывается из условия заезда на неё одного автомобиля. В зависимости от числа полос движения и климатических особенностей местности для обеспечения стока воды обочинам и примыкающим к ней элементам дороги придаётся поперечный уклон. Для II дорожно-климатической зоны и II категории дороги этот уклон составляет 40 ‰. Основные параметры поперечного профиля для автомобильной дороги в соответствии со ТКП 45-3.03-19-2006:

• число полос движения – 2;

• ширина полосы движения, м – 3,5;

• ширина земляного полотна, м – 13;

• ширина обочины, м – 3;

• наименьшая ширина укреплённой полосы, м – 0,75;

• ширина проезжей части, м – 7.

Детальное изображение конструкции дорожной одежды представлено на листе 1 и 2.

4 Определение устойчивости откосов насыпи высотой Н_нас=11 метров

Насыпь возведена из песка мелкого с удельным весом 15 кН/м³. Расчётное сцепление грунта c = 0,012, угол внутреннего трения φ =35 (tgφ = 0,7).

При расчете устойчивости насыпи учитывая, временная нагрузка от гусеничного транспорта соответствует нормативной нагрузке НГ-60, (давление 60 кН/м, при ширине машины 3,33 метра). Заменяем временную нагрузку НГ-60 приведенным столбом грунта. Считаем, что одна из гусеничных машин стоит на обочине дороги, а вторая на минимальном от неё расстоянии 0,4 м. Тогда две машины занимают на земляном полотне автомобильной дороги ширину метров, это соответствует толщине приведенного столба грунта

м.

Центры критических кривых скольжения соответствуют наименьшим значениям коэффициента устойчивости, расположены на прямой линии, проходящей через точки О и В.

Для определения точки В откладываем вниз от кромки откоса, устойчивость которого необходимо проверить, расстояние равное высоте насыпи H, а затем по горизонтали в сторону насыпи 4,5H.

Для определения точки О ломаный откос насыпи заменяем на постоянную, соединяя бровку насыпи с кромкой её подошвы.

Угол наклона этой линии к горизонту 25⁰.

Из концов спрямлённого откоса проводим линии под уграми α и β , определённые по в зависимости от наклона откоса насыпи (=26⁰, =35⁰).

На пересечении этих линий получаем точку О.

Намечаем положение трёх кривых скольжения, проходящих через точки 1, 2, 3 (бровку земляного полотна середину, середина расстояния между осью и бровкой земляного полотна, ось земляного полотна).

Для каждой кривой определяем значение коэффициента устойчивости.

Наименьшему коэффициенту устойчивости соответствует центр кривой, расположенный на пересечении с линией ОВ перпендикуляра, восстановленного из середины хорд, соединяющих точки выхода кривой и поверхность насыпи. Разбиваем отсечённой кривой участки скольжения земляного полотна вертикальными сечениями по 5 метров. Крайний отсек получается несколько меньшей ширины.

Результаты расчётов сводим в таблицы 3, 4, 5.

Таблица 3 – Результаты расчетов к определению устойчивости по первой кривой скольжения (R₁=21,82 м)

№ отсчета	X, м	sinδ	δ	cosδ	ω, м	Q=γω, кН	N=Qcosδ	T=Qsinδ	L, м
1	17,22	0,7892	52,136	0,6142	16,51	247,65	152,1	195,44	32,2
2	12,22	0,56	34,076	0,8285	37,91	568,65	471,11	318,46
3	7,22	0,3309	19,333	0,9437	34,6	519	489,76	171,73
4	2,22	0,1017	5,8424	0,9948	29,7	445,5	443,19	45,326
5	-2,8	-0,128	-7,376	0,9917	18,73	280,95	278,63	-36,05
6	-6,42	-0,294	-17,12	0,9557	2,2	33	31,539	-9,709
							N = 1866,3	Т = 685,2

Таблица 4 – Результаты расчетов к определению устойчивости по первой кривой скольжения (R₂= 21,04м)

№ отсчета	X, м	sinδ	δ	cosδ		ω, м	Q=γω, кН		N=Qcosδ	T=Qsinδ	L, м
1	17,3	0,8222	55,338	0,5691		19,47	292,05		166,22	240,14	37,0
2	12,3	0,5846	35,793	0,8113		48,31	724,65		587,92	423,63
3	7,3	0,347	20,312	0,9379		53,14	797,1		747,58	276,56
4	2,32	0,1103	6,3339	0,9939		43,85	657,75		653,74	72,528
5	-2,7	-0,128	-7,377	0,9917		34,8	522		517,68	-66,99
6	-7,7	-0,366	-21,48	0,9306		14,82	222,3		206,88	-81,36
7	-10,44	-0,496	-10,07	0,984		0,14	2,1		2,0664	-1,042
									N = 2882,1	Т = 863,47

Таблица 5 – Результаты расчетов к определению устойчивости по третьей кривой скольжения (R₃=20,9 м)

№ отсчета	X, м	sinδ	δ	cosδ	ω, м	Q=γω, кН	N=Qcosδ	T=Qsinδ	L, м
1	17,82	0,8526	58,529	0,5225	23,2	348	181,83	296,72	42,4
2	12,8	0,6124	37,785	0,7905	55,62	834,3	659,53	510,96
3	7,78	0,3722	21,865	0,9281	69,66	1044,9	969,81	388,96
4	2,78	0,133	7,6477	0,9911	62,1	931,5	923,22	123,9
5	-2,2	-0,105	-6,045	0,9944	48,71	730,65	726,59	-76,91
6	-7,22	-0,345	-20,22	0,9384	35,34	530,1	497,46	-183,1
7	-11,58	-0,554	-10,07	0,984	8,54	128,1	126,05	-70,98
							N = 4084,5	Т = 989,53

Вычисляем углы наклона δ отрезков кривой скольжения и вертикали в пределах каждого отсека пользуясь соотношением :

,

где R_i – радиус i-той кривой скольжения, м;

х – расстояние до вертикального радиуса, м.

Значение sinδ принимаем со знаком “-” для расстояния X, отмеряемых влево от вертикального радиуса, “+” – вправо от вертикального радиуса.

Определяем площади отсеков, учитывая при этом приведенный столб грунта, на который заменена временной нагрузка. Участки кривых в пределах каждого отсека заменяем прямыми. Определяем все Q для каждого отсека(рассматривая устойчивость полосы шириной 1м), умножая площадь сечения на удельный вес грунта. Определяем составляющие веса каждого отсека: нормали к кривой скольжения R, касательную, сдвигающую объём грунта T. Находим их сумму и определяем по масштабу длину кривой скольжения.

Коэффициент устойчивости насыпи под действием нагрузки рассчитываем по формуле

,

При N = 1866,3; T = 685,2; tgφ = 0,7; c = 0,012; L = 32,2

,

При N = 2882,1; T = 863,47; tgφ = 0,7; c = 0,012; L = 37,0

,

При N = 4084,5; T = 989,53; tgφ = 0,7; c = 0,012; L = 42,4

.

Так как рассчитанные коэффициенты устойчивости меньше 1,5, то насыпь не устойчива к заданной нагрузке.