585

Грунт земляного полотна – суглинок легкий. Глубина залегания грунтовых вод – 1,8 м. Глубина промерзания грунта – 2,2 м. Руководящая отметка земляного полотна – 1,4 м.

1. Уточняем параметры расчетной нагрузки.

В соответствии с изменениями к СНиП 2.05.02-85 от 01.10.2003г., нагрузку на одиночную, наиболее нагруженную, ось двухосного автомобиля для расчета прочности дорожной одежды следует принимать для автомобильной дороги II технической категории равной 115 кН. Следовательно, расчетная нагрузка на дорожную одежду QК = 115/2 = 57,5 кН.

Давление воздуха в шинах расчетного автомобиля qш= 0,6 МПа. Расчетный срок службы покрытия Т = 25 лет. Дорожно-климатическая зона – III, подзона – 1.

2. Определяем расчетную интенсивности движения.

По заданной интенсивности движения автомобилей на 20-й год и коэффициенту прироста интенсивности движения находим интенсивность движения в первый год:

По табл. 6 принимаем значения коэффициентов приведения автомобилей в потоке к расчетной нагрузке.

Находим число воздействий автомобилей с различной нагрузкой на ось Qi к числу воздействия расчетной нагрузки. Расчет производим в табличной форме (табл. 14).

Величина N1P приведенной интенсивности по одной полосе движения по формуле (2) на первый год составит

N1Р= 0,55٠613,5 = 337,4 ед./сут.

Приведенная интенсивность движения на 25-й год составит

NР= N1Р ٠q25-1=337,4 ٠ 2,033= 686,0 ед./сут.

31

3. Назначение требуемого уровня надежности и коэффициента прочности дорожной одежды.

В соответствии с перспективной интенсивностью движения расчетных автомобилей в 25-й год 686,0 ед./сут требуемый уровень надежности дорожной одежды и соответствующий ему коэффициент прочности принимаем по табл. 4: Кн=0,90; Кпр = 0,94.

Таблица 14

Приведенная к расчетной нагрузке интенсивность движения по дороге

4. Определение расчетной влажности грунта рабочего слоя.

Расчетную влажность дисперсного грунта Wp (в долях от влажности на границе текучести WT) при суммарной толщине слоев дорожной одежды z ≥ 0,75 м (п. 6.14, СНиП 2.05.02-85*, наличие пучинистых грунтов в земляном полотне) определяем по формуле

где Wтаб – среднее многолетнее значение относительной (в долях от границы текучести WT) влажности грунта, наблюдавшееся в наиболее неблагоприятный (весенний) период года в рабочем слое земляного полотна, отвечающего нормам СНиПа по возвышению над источниками увлажнения, на дорогах с усовершенствованными покрытиями и традиционными основаниями дорожных одежд (щебень, гравий и

32

т.п.) и при суммарной толщине одежды до 0,75 м, определяемое по табл. П. 8 в зависимости от дорожно-климатической зоны и подзоны, схемы увлажнения земляного полотна и типа грунта; 1W – поправка на особенности рельефа территории, устанавливаемая по табл. П.9; 2W – поправка на конструктивные особенности проезжей части и обочин, устанавливаемая по табл. П.10; 3 – поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоев дорожной одежды, устанавливаемая по рис. П.1; t – коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности по табл. П.11.

Для рассматриваемых условий Wтаб =0,63; 1W = 0,0; 2W=0,0;

3=0,0; Кн= 0,95, t = 1,71.

Wp =(0,63 + 0 – 0)(1 + 0,171) – 0 = 0,74.

5.Назначение расчетных характеристик грунтов и материалов конструктивных слоев одежды.

Проектирование дорожной одежды начинаем с создания ее конструкции. При заданной категории дороги по табл. 1 назначаем толщину покрытия 20 см. Класс бетона принимаем (см. табл. 3) Bbtb 3,6;

Е= 30400 МПа (табл. П.2). При дефиците каменных материалов в Омской области в качестве основания принимаем грунт, укрепленный цементом. В соответствии с табл. П.4 марка прочности материала основания из укрепленного грунта должна быть не ниже М40. Толщину слоя предварительно назначаем равной 24 см, Е2 = 550 МПа (табл.

П.13).

Учитывая близкое залегание грунтовых вод и вид грунта земляного полотна, назначаем дополнительный слой основания из песка средней крупности толщиной 25 см, Е3 = 120 МПа (табл. П.14).

При расчетной влажность грунта – суглинка легкого – 0,75 WТ

модуль упругости грунта земляного полотна составит Е0 = 35 МПа; φгр = 15о; Сгр = 0,016 МПа (интерполяция) (табл. П.12).

6.Количество дней в году с положительной температурой воз-

духа найдем по климатическому справочнику или дорожно-

климатическому графику для принятого района проектирования. Переход температуры воздуха через 0оС весной (11.04) и осенью (24.10)

nС= 196 сут.

33

7. Расчетная повторяемость приложений нагрузок на дорожную одежду за 25 лет эксплуатации составит (4)

8. Эквивалентная толщина подстилающего слоя и эквивалент-

ный модуль упругости на поверхности песчаного подстилающего слоя по (10) и (11):

9. Модуль упругости на поверхности слоя основания из цемен-

тогрунта

10. Расчетная прочность бетона на растяжение при изгиб.

Расчетное сопротивление бетона определяем по (13)

Ку = 1,08 · 3156212-0,063 = 0,42;

Rрирасч= 4,0 · 1,2 · 0,42 = 2,016 МПа.

11.Расчетную нагрузку на дорожную одежду находим по (3)

Р= 57,5 · 1,3 = 74,75 кН.

12.Радиус отпечатка колеса R находим по (8) при давлении воздуха в шинах расчетной нагрузки, равном qш = 0,6 МПа:

34

17. Находим требуемый коэффициент усталости бетона при повторном нагружении Ку (8)

КУ 1,08(Np ) 0,063 =1,08 (3 156 212)-0,063 =0,42.

18. Находим коэффициент усталости бетона (7) при известных напряжениях в плите для каждого значения толщины плиты.

19. Определение толщины покрытия.

По результатам таблицы строим график (рис. 4) зависимости Ку от толщины плиты h, для значения Ку = 0,42 находим толщину плиты, округляя к ближайшему большему значению h = 23 см.

20. Расчет швов в цементобетонном покрытии.

Используя вторую расчетную схему, можно определить температурные напряжения в покрытии.

В покрытиях устраивают поперечные и продольные швы. Продольные швы устраивают при ширине покрытия более 4,5 м для предотвращения коробления покрытия и появления продольных трещин при неравномерной осадке основания.

К поперечным относятся швы расширения, сжатия и рабочие швы.

Швы расширения повышают продольную устойчивость бетонного покрытия и компенсируют его тепловое расширение при нагревании в летнее время. Их устраивают также в местах примыкания к мостам, путепроводам, на пересечениях дорог с бетонными покрытиями в одном уровне.

36

Рис. 4. График для определения толщины покрытия

Швы сжатия располагают по длине плиты между швами расширения и они служат для предотвращения растрескивания покрытия при усадке и охлаждении бетона.

Рабочие швы устраивают в конце смены или при перерыве в укладке бетона более чем на 3 ч. Они могут устраиваться по типу шва коробления или шва расширения.

Определяем расстояние между швами сжатия по (25):

Lсж = 2∙4 (19,92+2,016 225 232 ) = 587 см.

60 1,0 74,75

Принимаем 6 м. Допустимые температурные напряжения сжатия в бетонном покрытии составляют (17)

Из условия сохранения прочности бетона в зоне швов tДОП не должно превышать 2 Bbtb = 2 ∙ 4,0 = 8,0 МПа.

Фактические температурные напряжения составляют (18)

tф = с Е (Тмакс – Тисх) = 0,00001 33 000 (48,5–19,5) = 9,57 МПа.

37

Фактические температурные напряжения превышают допусти-

9,57 2,0

0,23

пр = 0,03 ∙ 2,0 / 8,0 = 0,0075, hпр = h – 0,04 = 0,23 – 0,04 = 0,19.

Расстояние между швами расширения принимаем с учетом табл. 2, через 5 плит (5 швов сжатия, затем шов расширения).

Диаметр штырей определяют по формуле (23):

Диаметр штырей в швах расширения принимаем 22 мм, длину штырей в швах расширения – 50 см.

Прокладки в швах расширения устраивают из досок хвойных пород, которые при расширении бетона при нагревании сжимаются.

Для повышения продольной устойчивости, лучшей совместной работы плит, увеличения динамической устойчивости основания и повышения транспортно-эксплуатационных качеств рекомендуем поперечные швы устраивать наклонно в плане с уклоном 1 : 10.

Следует учитывать требования п. 6.14 СНиП 2.05.02-85*: «Рабочий слой на глубину 1,2 м от поверхности цементобетонных и на глубину 1 м асфальтобетонных покрытий во II дорожно-климатической зоне и на 1 и 0,8 м соответственно в III дорожно-климатической зоне должен состоять из непучинистых или слабопучинистых грунтов. В условиях IV и V дорожно-климатических зон рабочий слой должен состоять из ненабухающих и непросадочных грунтов (табл. 4 и 5 обязательного приложения 2 СНиП 2.05.02-85*) на глубину 1 и 0,8 м от поверхности соответственно цементобетонного и асфальтобетонного

38

покрытий». В нашем примере общую толщину стабильных слоев дорожной одежды можно найти из полученной конструкции дорожной одежды (табл. 16).

Поскольку толщина дорожной одежды 72 см, а для III дорожноклиматической зоны при пучинистом грунте земляного полотна должна составлять 1,0 м, верхний слой земляного полотна толщиной 100 – 72 = 28 см следует устроить из непучинистого грунта (песка среднезернистого).

Проверка прочности грунта рабочего слоя земляного полотна на сдвиг выполняется с использованием инструкции ОДН 218.046-01.

В соответствии с табл. П.16 принимаем расчетное значение модуля упругости бетона при проверке слабосвязных материалов на сдвиг для бетона класса Bbtb 3,6; Е расч = 1600 МПа.

Расчет производится в соответствии с пп.3.30-3.37 ОДН 218.04601. По формуле (3.12) ОДН 218.046-01 находим

Еср=23 1600 24 550 53 120 = 563,6 МПа; 23 24 53

Еср / Егр = 563,6 / 35 = 16,10;

3

hi /D =100/39,84 = 2,51.

1

Значения D приняты по (11) для расчетной нагрузки 115 кН. Для грунта земляного полотна – суглинка легкого – показатели

прочности при расчетной влажности составляют: угол внутреннего трения φгр = 15о, сцепление Сгр = 0,016 МПа.

По номограмме (3.3) ОДН 218.046-01 при φгр =15° находим τн = =0,0065.

39

По формуле (3.13) ОДН 218.046-01 активное напряжение сдвига

Т = 0,0075∙0,6 = 0,0045 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Тпр в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.14) ОДН 218.046-01

Тпр = kд(СN + 0,1 γср zоп tg φст),

где СN – сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), принимаемое с учетом повторности нагрузки СN = Сгр = 0,016 МПа; γср – средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, кг/см3; zоп – глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см; φст – расчетный угол внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, градус; kд – коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания, kд =1,0.

Для принятой конструкции дорожной одежды имеем zоп =100 см; φст = 15о (табл. П.2.6 ОДН 218.046-01, при расчетной влажности

0,75WТ); γср = 0,002 кг/см.

Тпр =1,0 (0,016 + 0,1∙0,002∙100∙tg 15о) = 0,021 МПа.

Коэффициент прочности по сдвигу в грунте земляного полотна составляет

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в грунте.

Расчет промежуточного слоя (песка) на устойчивость против сдвига проводим, как и для грунта земляного полотна.

Еср=23 1600 24 550 = 1064 МПа. 23 24

Модуль упругости на поверхности песка найдем по (13):

40