3. Проектирование конструкций дорожных одежд нежесткого типа

3.1. РАСЧЁТ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ

1) Исходные данные

• Местоположение – Московская область, г. Москва.

• Категория автомобильной дороги – магистральная дорога II класса

• Тип грунта – песок крупный

• Уровень грунтовых вод – 2,5 м.

• Геолого-грунтовые условия (глубина скважины принимается 5 метров).

Варианты	Грунт	Показатели
		Относительная влажность	Сцепление, МПа	Угол внутреннего трения	Модуль упругости грунтов, МПа
4	Песок крупный	0,6	0,003	31	130
4 (7)	Суглинок	0,7	0,007	6,5	41

Дорожно-строительные материалы:

Вид грунта	4 вариант
Песок гравелистый, крупный, МПа	130
Пески мелкие, МПа	-
Щебеночные смеси, МПа	-
Щебеночно-гравийно-песчаные смеси, обработанные цементом марки 60, МПа	-
Подобранные смеси из щебенистых материалов обработанные в установке вязкими битумами, МПа	620
Черный щебень, уложенный по способу заклинки, МПа	-
Асфальтобетон пористый из крупнозернистой щебеночной смеси типа А на БНД 60/90, МПа	2800
Асфальтобетон мелкозернистый плотный типа А I марки на БНД 60/90, МПа	4500

• Перспективная интенсивность движения:

Тип транспортного средства	Существующая  интенсивность, авт./сут* в 2ух направлениях	Показатель изменения интенсивности по годам (для всех вариантов) q
Грузовые автомобили
УАЗ-451 (малые грузовые)	127	1,02
КамАЗ-5511(грузовые)	43	0,94
Автобусы
ЛиАЗ-677 (общественный тр-т)	716	1,02

  Исходя из транспортно-эксплуатационных требований на дороге II категории устраивается усовершенствованное покрытие капитального типа. Автомобиль с наибольшей нагрузкой на одиночную ось 115 кН (11,5 тс), с расчётным диаметром следа колеса D=40 см.

1. Расчет  дренирующего  слоя – песка крупного Е=130 Мпа

1. Определение расчетное значение воды, поступающей за сутки

q_р =q · К_п · К_г · К_вог · К_р/1000

q = 80

К_п=1,7

К_г =1,3

К_вог=1,3

К_р=0,1

q_р =80 · 1,7 · 1,3 · 1,3 · 0,1/1000=0,022984 м³/м² ;

2. 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 - φ _зим)

Т_зап - 5 сут

φ_зим - = 0,5 

q_p - расчетное значение воды, поступающей за сутки;

n - 0,4

h_зап -  0,11 м,

h_п = (0, 022984 · 5/0,4 + 0,3 · 0,11) : (1 – 0,4) = 0,53 м.

3. Определение общего (расчётного) модуля упругости дорожной одежды

1. Определяем суммарное движение по каждому типу автомобилей за срок службы дорожной одежды. Для расчета используем формулу:

N_ci = N_1m ∙ K_c ∙ T_рдг ∙ K_пу,  

q=1,02 - Kc= 17,2

q=0,94 - Kc=10,0

Т_рдг  - 125 дней

K_пу ~ 0,7

Тип тр-та	Кс	Расчет:	Nci
Малые грузовые	17,2	127х17,2х125х0,7	191135
Грузовые	10,0	43х10х125х0,7	37625
Общественный транспорт	17,2	716х17,2х125х0,7	1077580

2. Вычисляем общее суммарное количество проходов автомобилей, приведенных к расчетной нагрузке за срок службы дорожной одежды по формуле

= 0,2 (2 от обочины полоса из 4)

Sк1 = 0,005     

Sк2 = 0,7     

Sк3 = 0,7    

К_n = 1,49

Тип тр-та	Sк	Расчет	Nрс
Малые грузовые	0,005	0,2х191135х0,005х1,49	285
Грузовые	0,7	0,2х37625х0,7х1,49	7849
Общественный транспорт	0,7	0,2х1077580х0,7х1,49	224784
∑Nр			232918

3. Определяем требуемый модуль упругости по формуле:

,

С = 3,20 для нагрузки 115 кН 

Eтр = 98,65*(lg232918-3,2)=214 МПа

4. Определяем расчётный (общий) модуль упругости

= 1,2

Eобщ = 214х1,2=257 МПа

Таким образом, расчётный (общий) модуль упругости составляет Е_общ = 257 МПа.

5. Конструирование и расчёт дорожной одежды

Назначим конструктивные слои дорожной одежды из выбранных (по заданию) материалов на основе табл. 30 СНИП 2.05.02-85:

1 слой. Плотный мелкозернистый асфальтобетон, h=4 см; Е=4500МПа

2 слой. Пористый крупнозернистый асфальтобетон, h=6 см; Е=2800МПа

3 слой. Щебень известняковый, укреплённый битумом, ширина по расчету Е=620МПа

4 слой. Песок крупный, h= 53 см; Е=430 МПа

Грунт земляного полотна – суглинок пылеватый Wг=0,7; C=0,007 Мпа; φ=6,5⁰; Егр = 41 МПа

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=257 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.

1. Значение нижнего модуля упругости находим, выполняя расчёт снизу вверх.

Для песчаного слоя Е_н=Е_гр=41 МПа;

Е_н/Е_сл=41/430=0,095; h_сл/D=53/40=1,325.

Откладывая значение h/D по оси абсцисс номограммы, 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=0,41

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

Е_в=Е_в/Е_сл · Е_сл=0,41· 430 = 176 МПа.

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

Для асфальтобетона верхнего слоя Е_в=Е_общ= 257 МПа.   

Е_в/Е_сл=257/4500=0,1; h_сл/D=4/40=0,1

По номограмме Е_н/Е_сл=0,12

Е_н=Е_н/Есл · Есл=0,12 · 4500=540 МПа.

Для асфальтобетона нижнего слоя Е_в=540 МПа.

Е_в/Е_сл=540/2800=0,19; h_сл/D=6/40=0,15

По номограмме Е_н/Е_сл=0,23

Е_н=Е_н/Е_сл · Е_сл=0,23 · 2800=644 МПа.

Для известнякового щебня, укреплённого битумом,

Для определения толщины слоя щебня имеем Е_в=644 МПа, Е_н=176 МПа.

Определим следующие отношения:

Е_в/Е_сл=644/620=1; Е_н/Е_сл=176/620=0,28

Откладываем на оси ординат номограммы Е_н/Е_сл=0,28 и проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой Е_в/Е_сл=1. Точке пересечения соответствует на оси абсцисс значение h_сл/D=0,60 По найденному значению h_сл/D=0,60 определяем толщину слоя щебня

h_сл=h_сл/D

D=0,60 · 40=24 см.

Результаты расчёта приводятся в таблице:  

Наименование слоя	Есл	hсл	hсл/D	Ев/Есл	Ен/Есл	Ев	Ен
Плотный асфальтобетон	4500	4	0,1	0,1	0,12	257	540
Пористый асфальтобетон	2800	6	0,15	0,19	0,23	540	644
Щеб. изв., обр. битумом	620	24	0,6	1	0,28	644	176
Песок крупнозернистый	430	53	1,325	0,75	0,095	176	41
Грунт земляного полотна	41	---	---	---	---	---	---

Толщина слоя из известнякового щебня получилась равной 24 см.

 После расчёта дорожной одежды необходимо выполнить ряд проверок.