Выбор и расчет параметров земляного полотна, водоотвода и водопропускных сооружений
Земляное полотно имеет ширину 10,5 м, в том числе проезжая часть 9,69 м. Обочины на ширину 1 м укрепляются слоем малопрочного щебня толщиной 15 см, грунтовые обочины и откосы земляного полотна укрепляются засевом трав по слою растительного грунта толщиной 15 см. Нижняя часть откосов насыпей на затапливаемых участках укрепляется железобетонными плитами до высоты большей на 0,5 м расчетного горизонта высоких вод.
Параметры вертикальных кривых проектной линии
Земляное полотно запроектировано в насыпях и выемках в соответствии с требованиями и рекомендациями [6, 9, 10]. Выделены следующие типы поперечного профиля:
тип I - насыпи с рабочей отметкой до 1 м и заложением откосов 1:3, двухсторонний боковой резерв;
тип II - насыпь с рабочей отметкой 1...3 м и заложением откосов 1:1,5, двухсторонний боковой резерв;
тип III - насыпи с рабочей отметкой 3...6 м с заложением откосов 1:1,5. насыпи с рабочей отметкой 2...6 м и заложением откоса 1:1,5;
тип IV - насыпи с рабочей отметкой 6...12 м и заложением откосов: в верхней части (6 м) 1:1,5 и в нижней части 1:2.
Типы поперечного профиля указаны на продольном профиле дороги. Чертежи поперечных профилей земляного полотна приведены в прил. 3. Параметры земляного полотна на кривых в плане приведены в прил. 4.
Водоотвод обеспечивается боковыми резервами.
Дорога пересекает два постоянных водотока. Характеристика принятых конструкций мостов приведена в табл. 1.6.
Параметры земляного полотна на кривых приведены в прил. 4.
Таблица 1.8
Параметры мостов
Название и тип |
Мост балочный с ездой |
сооружения |
поверху, устои обсыпного типа |
Начало |
ПК 32 |
Конец |
ПК 32+75 |
Середина |
ПК 32+37,5 |
Полная длина, м |
75 |
Схема |
15+12+15 |
|
|
Начало |
ПК 44 |
Конец |
ПК 44+25 |
Середина |
ПК 44+12,5 |
Полная длина, м |
25 |
Расчет дорожной одежды
Дорожная одежда облегченного типа, срок службы принимаем 10 лет согласно рекомендаций [7]. Дорожную одежду принимаем равнопрочной на обеих полосах движения: порожнего и грузового направлений. Намечаем конструкцию дорожной одежды (см. табл. 1.9) в соответствии с рекомендациями [12]. Параметры конструкции приведены в табл. 1.9.
Таблица 1.9
Конструкция дорожной одежды
Конструктивный элемент дорожной одежды |
Материал слоя |
Толщина слоя, см |
Покрытие |
Черный гравий |
15 |
Слой основания |
Гравий |
Определить расчетом |
Дополнительный слой основания |
Песок крупный |
Определяется расчетом |
Таблица 1.10
Параметры принятой конструкции дорожной одежды
Параметр |
Единица измерения |
Значение параметра |
Тип дорожной одежды |
— |
облегченный |
Расчетный срок службы |
лет |
10 |
Тип поперечного профиля |
— |
Корытный |
Группа расчетной нагрузки |
— |
А, |
Величина расчетной динамической нагрузки на колесо Qдр |
кН |
65 |
Давление от колеса на покрытие р |
МПа |
0,6 |
Диаметр круга равновеликого следу колеса движущегося автомобиля D |
см |
37 |
Перспективная (на конец срока службы дороги) среднегодовая суточная интенсивность движения, N |
авт./сут. |
185 |
Приведенное к расч. нагрузке среднесуточное число проездов всех колес, расположенных по одному борту расчетного автомобиля, в пределах одной полосы проезжей части (приведенная интенсивность воздействия нагрузки), Np |
|
97,1 |
Суммарное расчетное число приложения приведенной расчетной нагрузки к расчетной точке на поверхности дорожной конструкции за расчетный срок службы дорожной одежды (до капитального ремонта) NcyM |
|
1,27Т05 |
Заданный уровень надежности н |
- |
0,85 |
Коэффициент нормированного отклонения * |
- |
1,06 |
Укрепление центральной полосы обочины: |
|
|
Материал слоя |
|
Черный гравий |
Толщина слоя |
см |
15 |
Ширина укрепления |
м |
1 |
Таблица 1.11
Расчетные характеристики грунтов рабочего слоя земляного полотна
участок |
Тип мест ности по увлаж нению |
грунт |
Схема увл. рабочего слоя |
Влажность |
Модуль упруго сти, МПа |
Сцепление, МПа |
Угол внут реннего трения |
|||||||||||||
нача ло |
конец |
Wтаб |
W р |
NCym |
1 |
Ncyм
|
1 |
|||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|||||||||
ПКО-ПКЗО |
||||||||||||||||||||
ПК1 |
ПК2 |
2 |
Песок пыле ватый |
1 |
0,55 |
0,61 |
65 |
0,005 |
0,014 |
13 |
36 |
|||||||||
ПК5 |
ПК6 |
2 |
||||||||||||||||||
ПК8 |
ПК9 |
2 |
||||||||||||||||||
ПК11 |
ПКИ |
3 |
||||||||||||||||||
ПК17 |
ПК19 |
2 |
||||||||||||||||||
ПК21 |
ПК22 |
2 |
||||||||||||||||||
ПК24 |
ПКЗО |
2 |
||||||||||||||||||
ПКЗ |
ПК4 |
2 |
2 |
0,59 |
0,65 |
65 |
0,005 |
0,013 |
13 |
36 |
||||||||||
ПК6+ 50 |
ПК7+ 50 |
2 |
||||||||||||||||||
ПК9+ 50 |
пкю +50 |
2 |
||||||||||||||||||
ПК19 +50 |
ПК20 +50 |
2 |
||||||||||||||||||
Г1К22 +50 |
ПК23 +50 |
2 |
||||||||||||||||||
ПК15 |
ПК16 |
3 |
3 |
0,59 |
0,65 |
65 |
0,005 |
0,013 |
13 |
36 |
||||||||||
ПК 30 - ПК 60 |
||||||||||||||||||||
ПКЗО |
ПК44 +50 |
2 |
Супесь пыле ватая |
1 |
0,63 |
0,69 |
48 |
0,004 |
0,012 |
13 |
35 |
|||||||||
ПК47 |
ПК49 |
3 |
||||||||||||||||||
ПК52 +50 |
ПК53 +50 |
3 |
||||||||||||||||||
ПК58 |
ПК60 |
3 |
1 |
0,63 |
0,69 |
48 |
0.004 |
0,012 |
13 |
35 |
||||||||||
ПК54 |
ПК57 |
2 |
2 |
0,67 |
0,74 |
40 |
0,003 |
0,011 |
35 |
13 |
||||||||||
ПК44 +50 |
ПК46 |
3 |
||||||||||||||||||
ПК50 |
ПК52 |
3 |
3 |
0,67 |
0,74 |
40 |
0,003 |
0,011 |
35 |
13 |
||||||||||
При
известном Ео6щп
определяется толина дополнительного
слоя для всех участков, выделенных в
предыдущей таблице. Находятся отношения
Ео6щп/
Е„
и Егр/Еп
от оси ординат (см. рис. 11.2[]) из точки
Еобщг/
Еп
восстанавливается перпендикуляр до
пересечения с кривой Еобщп/Еп.
Из точки пересечения опускается
перпендикуляр к оси абсцисс и таким
образом находится значение h„/D,
позволяющее
рассчитать
.
Таблица 1.12
Результаты расчета толщины дополнительного слоя
Участок |
Схема увлажнения рабочего слоя |
Грунт рабочего |
Модуль упругости грунта, МПа |
Модуль упругости на пов-ти дополнительного слоя, МПа |
Толщина дополнительного слоя (см) и песка при Еп = 130 МПа |
|
начало |
конец |
|||||
ПК1 |
ПК2 |
1 |
|
65 |
86 |
20 |
ПК5 |
ПК6 |
|
|
|
|
|
ПК 8 |
ПК9 |
|
|
|
|
|
ПК11 |
ПК14 |
|
|
|
|
|
ПК17 |
ПК 19 |
|
Песок |
|
|
|
ПК21 |
ПК22 |
|
пылева |
|
|
|
ПК24 |
ПКЗО |
|
тый |
|
|
|
ПКЗ |
ПК4 |
2 |
|
65 |
86 |
20 |
ПК6+50 |
ПК7+50 |
|
|
|
|
|
ПК9+50 |
ПК 10+50 |
|
|
|
|
|
ПК 19+50 |
ПК20+50 |
|
|
|
|
|
ПК22+50 |
ПК23+50 |
|
|
|
|
|
ПК15 |
ПК16 |
3 |
|
65 |
86 |
20 |
ПКЗО |
ПК44+50 |
1 |
|
48 |
86 |
35 |
ПК47 |
ПК49 |
|
|
|
|
|
ПК52+50 |
ПК53+50 |
|
Супесь |
|
|
|
ПК58 |
ПК60 |
|
пылева |
|
|
|
ПК54 |
ПК57 |
2 |
тая |
40 |
86 |
44 |
ПК44+50 |
ПК46 |
3 |
|
40 |
86 |
44 |
ПК50 |
ПК52 |
|
|
|
|
|
Общий модуль упругости дорожной конструкции Е' при заданном коэффициенте прочности КП рассчитывается по формуле:
Еобщ=КПЕтр, (1.28)
Где
Еобщ, Етр - соответственно общий расчетный и минимальный требуемый
модули упругости дорожной конструкции, МПа.
Величину минимального требуемого общего модуля упругости дорожной конструкции Етр (МПа) вычисляют по эмпирической формуле:
Етр
=98,65(
),
(1.29)
где
с - эмпирический параметр, для расчетной нагрузки на ось 100 кН, с= 3,55.
Етр=
Еобщ =
Расчетная схема дорожной одежды представлена на рис. 1.1, где Еобщ - общий модуль упругости на поверхности слоя, МПа; Е - модуль упругости материала слоя, МПа; h - толщина слоя, см.
Расчет дорожной одежды по критерию упругого прогиба удобно производить с использованием номограммы ([2], рис. 11.2). Эта номограмма связывает между собой три параметра: Eo6ufi/Ej - цифры на кривых; Еобщ(ш+1) /Е, - ось ординат; h/D - ось абсцисс.
Еобщ1 Ео6щ 162,8 |
|
Е06щ2 = 99 |
Черный гравий Е} = 550 hi=15 |
Еобшз 86 |
Гравий Е2 = 250 h2=7 |
Еобщ 4 65 |
Песок крупный Е3 = 130 И3=20 |
Рис 1.1 Расчетная схема дорожной одежды
Проверка конструкции на сдвигоустойчивость выполнена по инструкции [2], результаты сведены в табл. 1.13.
Таблица 1.13
Проверка сдвигоустойчивости подстилающего грунта
Параметр |
Единица измерения |
Значение параметра для грунта |
|
Супесь легкая крупная |
Супесь пылеватая |
||
Коэффициент прочности по критерию сдвига Кп |
— |
0,87 |
0,87 |
Толщина дорожной одежды hB |
СМ |
42 |
66 |
Средневзвешенный модуль упругости дорожной одежды ^Еср |
МПа |
300,0 |
191,0 |
Общий модуль упругости на поверхности грунта Ен = Егр |
МПа |
65 |
40 |
hв D |
— |
1,14 |
1,78 |
ЕСР Ен |
— |
4,6 |
4,8 |
Угол внутреннего трения ф |
град. |
13 |
13 |
Активное удельное напряжение сдвига от единичной нагрузки т |
|
0,048 |
0,032 |
Активные напряжения сдвига Т |
МПа |
0,029 |
0,019 |
Сцепление в грунте земляного полотна, принимаемое с учетом повторности воздействия нагрузки С |
МПа |
0,005 |
0,003 |
Средневзвешенная удельная масса конструктивных слоев У ср |
кг/см3 |
0,002 |
0,002 |
Расчетный угол внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки фсот |
град. |
36 |
35 |
Коэффициент кд |
— |
4,5 |
4,5 |
Активное предельное напряжение сдвига Тпр |
МПа |
0,049 |
0,05 |
Тпр/Т |
— |
1,68 |
2,3 |
Так как > Кп, то грунт земляного полотна сдвигоустойчив.
Таблица 1.14
Проверка сдвигоустойчивости малосвязанного песчаного слоя
Параметр |
Единица измерения |
Значение параметра |
Коэффициент прочности по критерию сдвига К]7 |
- |
0,87 |
Толщина выше лежащих слоев hB |
см |
22 |
Средневзвешенный модуль упругости выше лежащих слоев Еср |
МПа |
454,5 |
Общий модуль упругости на поверхности песчаного слоя Ен Е0вщп |
МПа |
86 |
hs/D |
- |
0,69 |
Еср/Ен |
- |
6,28 |
Угол внутреннего трения ф |
град. |
13 |
Активное удельное напряжение сдвига от единичной нагрузки Т |
“ |
0,9 |
Активные напряжения сдвига Т |
МПа |
0,052 |
Сцепление в песчаном слое, принимаемое с учетом повторности воздействия нагрузки С |
МПа |
0,005 |
Средневзвешенная удельная масса конструктивных слоев уср |
кг/см3 |
0,002 |
1 |
2 |
3 |
Расчетный угол внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки фст |
Град. |
36 |
Коэффициент кд |
- |
4,5 |
Активное предельное напряжение сдвига Тпр |
МПа |
0,046 |
тп/т |
- |
0,88 |
Поскольку Тпр/Т > Кп, следовательно, малосвязанный песчаный слой сдвигоустойчив.
Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость приведена в табл. 1.15.
Таблица 1.15
Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость
Показатель |
Единица измерения |
Значение показателя для грунта |
||
Супесь легкая крупная |
Супесь пылеватая |
|||
Допускаемое пучение грунта 1доп |
см |
6 |
||
Средняя глубина промерзания грунтов Znpcp |
см |
170 |
170 |
|
Глубина промерзания дорожной конструкции Znp |
см |
235 |
235 |
|
Группа по степени пучинистости согласно СНиП 2.05.02-85* |
|
III |
IV |
|
Величина морозного пучения при осредненных условиях /^чс/7 |
см |
6 |
6 |
|
Коэффициент уплотнения грунта рабочего слоя |
— |
0,98 |
0,98 |
|
Коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод Кугв |
|
0,43 |
0,43 |
|
Коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего СЛОЯ Кугш |
|
1,0 |
1,0 |
|
Коэффициент, учитывающий влияние зернового состава грунта гр |
|
1,1 |
1,1 |
|
Коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции нагр |
|
0,84 |
0,84 |
|
Коэффициент, зависящий от рас- |
|
|
|
|
четной влажности грунта |
— |
1,25 |
1,25 |
|
Расчетное (ожидаемое) пучение грунта |
см |
2,98 |
2,98 |
|
Из табл. 1.15 видно, что конструкция морозоустойчива.