30-1

отметками 1,5 м, тип увлажнения – III, глубина залегания грунтовых вод – 0,6 м, покрытие из щебня, устроенного методом заклинки; автопоезд МАЗ- 5434+ГКБ9383-011; заданная надёжность Кн=0,8; грунт земляного полотна - супесь пылеватая.

4.1 Расчёт дорожной одежды по допускаемому упругому прогибу

1 Определяем фактическую суточную интенсивность движения по грузовой полосе дороги за расчётный период

2 Определяем приведённую расчётную интенсивность движения

N p = NSсум = 25 3,47 = 87авт / сут.

Значение Sсум принято по табл.2.3. для гружёного автопоезда.

3 Определяем суммарное число приложений расчётной нагрузки к точке на поверхности дороги за срок службы дорожной одежды

∑ N p = 0.7N p q(ТKслc−1)Т рдг kп .

Принято: q=1, Кc=6,0 (табл. 2.6); kп=1,16 (табл. 2.6); Трдг=112. ∑ N p = 0,7 87 6 112 1,16 = 47473 авт.

4 Определяем величину минимального требуемого модуля упругости дорожной конструкции

Етр = 98,65lg ∑ N p − 350,21= 98,65lg 47473 − 350,21=111 МПа

5 По табл. 2.1 при Кн=0,85 коэффициент прочности по критерию упругого прогиба Кпр=1,06.

Общий расчётный модуль упругости дорожной одежды Еобщ = Кпр Етр =1,06 111=118 МПа

6 По табл. 2.8 определяем относительную среднюю влажность грунта

Wcp = 0,72WT .

Расчётная относительная влажность

Wp = Wcp (1+ tγ w )= 0,72(1+ 1,06 0,1)= 0,8WТ .

Значения t=1,06 (табл. 2.9).

7 В зависимости от расчётного значения влажности грунта по табл. 2.10 назначаем модуль упругости грунта земляного полотна (супеси пылева-

той) Егр=32 МПа.

8 Принимаем двухслойную дорожную одежду с минимальной толщиной покрытия h1=15 cм и основанием из гравийно – песчаной смеси с модулем упругости 180 МПа.

9 Определяем необходимый общий модуль упругости Еобщ′ на поверхности основания

Здесь Е1 – модуль упругости материала покрытия, Е1=350 МПа (табл.

2.11);

D - диаметр следа колеса движущегося расчётного автомобиля D =0,37 (табл. 2.2).

На номограмме (рис. 2.1) восстанавливаем перпендикуляр из точки на

оси абсцисс с отметкой h1 =0,41 до пересечения с кривой с цифрой 0,34. От

D

полученной точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось ординат и

получаем точку, которой соответствует отношение Еобщ′ =0,21.

Е1

Отсюда Еобщ′ = 0,21 Е1 = 0,21 350 = 73 МПа.

10 Находим толщину h2 гравийного слоя основания. Для этого вычисляем отношения

Еобщ′ = 73 = 0,4 (цифра на кривых номограммы), Е2 180

Егр = 32 = 0,18 (вертикальная шкала номограммы).

Е2 180

На номограмме восстанавливаем перпендикуляр к оси ординат в точке с отметкой 0,18 до пересечения с кривой, имеющей отметку 0,4. Из полученной точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и получаем точку, которой соответствует отношение h2 / D =0,73, откуда

h2=0,73ּ0,37=0,26 м. Принимаем слой износа из грунтощебня марки И-1 при годовом объёме вывозки древесины 175 тыс. м3 толщиной 3 см (табл.1.1). Общая толщина дорожной одежды с учётом слоя износа hобщ=0,15+0,26+0,03=0,44 м.

4.2 Расчёт дорожной одежды по условию сдвигоустойчивости в подстилающем грунте земляного полотна.

1 Дорожную одежду приводим к двухслойной расчётной модели, в которой в качестве нижнего слоя принимаем грунт земляного полотна, а в качестве верхнего – всю дорожную одежду. Средний модуль упругости дорожной одежды

2 По номограмме (рис. 2.2) при относительной толщине дорожной

одежды 1.11, отношении модулей упругости Ecp = 242 = 7.6, угле внутрен-

Eгр 32

него трения грунта ϕ =15o (табл. 2.12 при ∑ N p =47473 и Wp = 0.8WT ) нахо-

дим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки τ н =0,035

3 Определяем расчётное активное напряжение сдвига от временной нагрузки

Т =τ н р = 0,035 0,6 = 0,0246 МПа.

4 Вычисляем допускаемое (предельное) активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя земляного полотна по формуле

Тпр = СN kд + 0,1γ ср zопtgϕст ,

Требуемый коэффициент прочности по критерию сдвига при заданной надёжности Кн=0,8 равен 0,87 (табл. 2.1). Рассчитанный коэффициент прочности меньше требуемого, что свидетельствует о необеспеченности сдвигоустойчивости подстилающего грунта земляного полотна при назначенной конструкции дорожной одежды.

Вводим в конструкцию дорожной одежды дополнительный слой основания толщиной 0,20 м из среднезернистого песка с модулем упругости Е3=120 МПа и произведём расчёт новой дорожной конструкции по сдвигу в

грунте земляного полотна.

τ н = 0,024 МПа; Т = 0,024 0,6 = 0,0144 МПа;

Кпр = 0,0127 = 0,88, что больше требуемого Кпр =0,87 0,0144

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в грунте.

4.3Расчёт дорожной конструкции по условию сдвигоустойчивости

впесчаном слое основания

Дорожную одежду приводим к двухслойной модели, в которой толщина верхнего слоя составляет величину hв = h1 + h2 = 0,15 + 0,26 = 0,41 м, а его

средний модуль упругости равен Ев =242 МПа.

За модуль упругости нижнего слоя принимают общий модуль упруго-

щью номограммы (рис. 2.2) находим удельное активное напряжение сдвига

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

4.4. Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость

1 По карте (рис. 3.2) находим среднюю глубину промерзания Zпр( ср )

для условий Московской области и по формуле (3.3) определяем глубину промерзания дорожной конструкции

Zпр =1,38Zпр( ср ) =1,38 1,4 =1,93 м ≈ 2 м .

2 Для глубины промерзания 2 м по графику (3.1) по кривой IV для сильнопучинистых грунтов и толщине дорожной одежды 41 см определяем величину морозного пучения для осреднённых условий

lпуч( ср ) = 8 см.

По формуле (3.2) находим величину пучения для данной конструкции

lпуч( ср ) = lпуч( ср )КУГВ Кпл Кгр Кнагр Квл ,

где КУГВ = 0,68 при расстоянии низа дорожной одежды до уровня грунтовых вод 1,5-0,61+0,6=1,49 м; Кпл =1,2 (табл. 3.2); Кгр =1,1 (табл. 3.3);

Кнагр = 0,92 (рис. 3.4); Квл =1,2 (табл. 3.4).

lпуч = 8 0,68 1,2 1,1 0,9 1,2 = 7,8 см.

3 Для одежды переходного типа допустимая величина морозного пучения составляет 10 см. Следовательно, выбранная конструкция отвечает требованиям морозоустойчивости.

5 Пример расчёта нежёсткой дорожной одежды капитального типа

Исходные данные: район расположения дорогиМосковская область (II дорожно – климатическая зона); годовой грузооборот дороги – 600 тыс. м3; расчётное число дней в году, при которых возможно накопление остаточных деформаций –125; объём вывозки древесины за расчётный период – 240 тыс. м3; тип автопоезда – КрАЗ-255Л+ГКБ9383. Грунт рабочего слоя земляного полотна – супесь пылеватая: высота насыпи – 1,5 м; схема увлажнения рабочего слоя земляного плотна –III; надёжность Кн =0,9; срок службы дорожной

одежды –20 лет; глубина залегания грунтовых вод – 1,1 м.

5.1 Расчёт дорожной одежды по допускаемому упругому прогибу

1 Определяем фактическую суточную интенсивность движения по грузо4вой полосе дороги в расчётный период

2 Определяем приведённую расчётную интенсивность движения N p = NSсум = 67 5,74 = 387 авт/сут,

где Sсум =5,74 принято по табл. 2.3 для гружёного автопоезда.

3 Вычисляем суммарное число приложений расчётной нагрузки к точке на поверхности дороги за срок службы дорожной одежды

Принято q=1; Kс=20; kn=1,38 (табл. 2.6). ∑ N p = 0,7 387 20 125 1,38 = 934605.

4 Определяем величину минимального требуемого модуля упругости дорожной конструкции

Eтр = 98,65lg ∑ N p − 350,21= 98,65lg 934605 − 350,21= 239 МПа.

5 По табл. 2.1 при Кн=0,9 коэффициент прочности по критерию упругого прогиба Кпр= 1,1.

Общий расчётный модуль упругости дорожной одежды Еобщ = Кпр Етр = 1,1 239 = 263 МПа.

6 По табл. 2.8 определяем относительную среднюю влажность грунта Wcp = 0,72WT .

Расчётная относительная влажность

Wp = Wcp (1+ tγ )= 0,72 + (1+ 1,32 0,1)= 0,82WT .

Значение t принято равным 1,32 при Кн =0,9 (табл. 2.9).

7 Определяем по табл. 2.10 модуль упругости земляного полотна Eгр= 30 МПа.

8 Предварительно назначаем конструкцию дорожной одежды и расчётные значения материалов дорожной одежды: (см.табл.5.1)

для расчёта по допускаемому упругому прогибу (см. табл. 2.10, 2.12); для расчёта по условию сдвигоустойчивости ( см. табл. 2.11,2.12, 2.13); для расчёта на сопротивление монолитных слоёв усталостному разру-

шения от растяжения при изгибе (см. табл. 2.15).

Окончание табл. 5.1

Расчёт можно вести по определению общего модуля упругости всей конструкции дорожной одежды с последующим сравнением его с требуемым при выбранных толщинах всех слоёв или на основе рассчитанного общего модуля дорожной одежды определить толщину одного из слоёв, задаваясь их величинами всех остальных слоёв.

9 При втором варианте расчёта определим толщину нижнего слоя основания из гравийной смеси.

Расчёт ведём послойно, начиная с покрытия.

Еобщ′ – общий модуль упругости на поверхности второго слоя, мПа.

5.2 Расчёт дорожной одежды по условию сдвигоустойчивости в грунте земляного полотна

1 Дорожную одежду приводим к двухслойной расчётной модели.

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при Wp = 0,82WT и ∑ N p = 934605)

ϕ = 11o , CN = 0,003 МПа (табл. 2.12 при Wp = 0,82W и ∑ N p = 100910 авт.), Егр = 28 МПа.

Модуль упругости верхнего слоя вычисляем по формуле 2.13, где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. 2.12 при расчётной температуре +20°С для II дорожно –

τ н =0,013. Активное напряжение от временной нагрузки Т =τ p = 0,013 0,6 = 0,0078 МПа.

3 Вычисляем допускаемое (предельное) активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя земляного полотна по формуле

Tnp = CN kg + 0,4γ cpZontgϕcт ,

где ϕст = 34o (табл. 2.12), kд =1, γ ср = 0,0021 кг / см3, Zon = 57 см.

Требуемый коэффициент прочности по критерию сдвига при заданной надёжности Кн = 0,9 равен 0,94.

Рассчитанный коэффициент прочности больше требуемого, что свидетельствует об обеспеченности сдвигоустойчивости подстилающего грунта земляного полотна.

5.3 Расчёт дорожной конструкции на сопротивление монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе

1 Приводим многослойную конструкцию дорожной одежды к двухслойной модели. К верхнему слою модели относятся все асфальтобетонные слои, а к нижнему – основание из гравийной смеси и грунт рабочего слоя земляного полотна. Модуль упругости верхнего слоя

Модули упругости асфальтобетонных слоёв назначены по табл. 3.15.

мограмме (рис. 2.4) σ r =1,35 МПа. Расчётное растягивающее напряжение

σ r = σ r pkв =1,35 0,6 1= 0,81 МПа.

3 Вычисляем предельное растягивающее напряжение для материала нижнего слоя асфальтобетонного покрытия по формуле

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

5.4 Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость

1 По карте (рис. 3.2) находим среднюю глубину промерзания Zпр( ср )

для условий Московской области и по формуле (3.3) определяем глубину промерзания дорожной конструкции

Zпр =1,38Zпр( ср ) =1,38 1,4 =1,93 ≈ 2 м.

2 Для глубины промерзания 2 м по номограмме (рис.3.1) по кривой для сильнопучинистых грунтов определяем величину морозного пучения для осреднённых условий

lпр( ср ) = 8,5 см.

По формуле (3.2) находим величину пучения для данной конструкции

Кнагр = 0,92 (рис. 3.4); Квл =1,22 (табл. 3.4); lпуч = 8,5 0,62 1,2 1,1 0,92 1,22 = 7,8 см

3 Поскольку для данного типа дорожной одежды допустимая величина морозного пучения составляет 4 см, следует назначить морозозащитный слой и выполнить расчёт его толщины. Предварительно ориентировочно определяем необходимую толщину морозозащитного слоя при допустимой величине морозного пучения 4 см,

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

4 По графику (рис. 3.1) определяем требуемую толщину дорожной одежды hод =1,07м, отсюда толщина морозозащитного слоя hмрз =1,07-0,57=0,5

м.

5 Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполняем расчёты с учётом теплофизических характеристик отдельных слоёв (табл. 3.5). Толщину морозозащитного слоя назначаем из среднезернистого песка толщиной 0,63 м.

Поскольку в период промерзания дорожной конструкции песок находится сначала в талом, а затем в мёрзлом состоянии, в расчёт вводят среднеарифметическое значение коэффициентов теплопроводности λТ и λм (табл.

5.2)

6 Определим термическое сопротивление дорожной одежды без морозозащитного слоя

(для сильнопучинистого грунта).

8 По табл. 3.11 при общей толщине дорожной одежды 1,07 м для супеси пылеватой определяем С р =0,643.