3. Конструирование дорожной одежды

Назначаем конструкцию дорожной одежды и определяем расчетные характеристики материалов конструктивных слоев.

Принимаем предварительно следующую конструкцию дорожной одежды:

- покрытие – асфальтобетон мелкозернистый плотный на битуме БНД 60/90. Модуль упругости асфальтобетона на растяжение при изгибе Е_а=4500 МПа, R₀=9,8 МПа (табл. 5.2), минимальная толщина слоя асфальтобетона h_a=16,5 см (табл. 5.1);

- основание цементобетон класса B_tb2,4; P_tb30, Е_б=26000 МПа (табл. 2.10), h_б=16,0 см (табл. 5.1);

- технологический слой – щебень – 7 см;

- дополнительный слой – песок мелкозернистый Е_п=100 МПа; φ=25º; φ_ст=31º; С=0,007 МПа; h=20 см;

- грунт земляного полотна – суглинок легкий.

4. Определение расчетных характеристик материалов и грунта

Определяем расчетные характеристики грунта земляного полотна и песка.

4.1. Расчетная влажность грунта определяется по формуле (2.13):

где = 0,64 (табл. 2.18); = 0 (табл. 2.19); = 0,04 (табл. 2.20); = 0 (рис. 2.2); t = 1,32 (см. табл. 2.21).

W_р = (0,64 + 0 – 0,04)(1 + 0,1·1,32) = 0,68.

Отсюда расчетные характеристики грунта: Е_гр=43 МПа (табл. 2.23); φ_гр=6,1º; φ_ст=19º; С_гр=0,007 МПа (табл. 2.22).

4.2. Расчетные характеристики песка мелкозернистого: Е_упр= 100 МПа (табл. 2.23); φ = 25º; φ_ст = 31º; С = 0,002 МПа (табл. 2.24).

5. Определение общего модуля упругости грунта и дополнительного слоя

Модуль упругости грунта земляного полотна и дополнительного слоя определяем по формуле (3.10):

.

Значение h_э определяем по формуле (3.11):

.

6. Расчет основания по условию сдвигоустойчивости

6.1. Проводим расчет по условию сдвигоустойчивости в грунте земляного полота.

.

Находим отношения Е_ср /Е_гр=18,2 и h/D_н = 52,5/33 = 1,59, по номограмме (см. рис. 3.6) при известном 6,1грунта находим удельное активное напряжение сдвига τ=0,0114 МПа,

МПа.

Допускаемое напряжение сдвига (формула (3.16)):

,

где К_д=1,0; С_N =0,007 МПа; _ср= 0,002 кг/см³; _ст=19º.

Находим отношение T_np / T = 0,0102 / 0,0058=1,49, что больше K_np=0,94, следовательно, условие сдвигоустойчивости в грунте земляного полотна выполняется.

6.2. Проводим расчет песчаного слоя по условию сдвигоустойчивости.

,

Е_ср /Е^/_общ = 1203,4 /57,63 = 20,9 и h/D_н = 32,5/33 = 0,98, по номограмме (см. рис. 3.6) при 25 находим удельное активное напряжение сдвига τ=0,0186 МПа.

T= 0,0186·0,6=0,01116 МПа.

Предельное допускаемое напряжение сдвига в песке при К_д =3,0; С_N = 0,002 МПа; φ_ст = 31º равно:

.

Находим отношение T_np /T = 0,0163/0,01116=1,46; что больше K_np = 0,94, следовательно, условие сдвигоустойчивости в песке обеспечено.

7. Проверка расчетом толщины цементобетонного основания

7.1. Условно заменяем толщину слоя цементобетона и слоя асфальтобетона эквивалентным им по прочности слоем цементобетона Н_экв , рассчитав ее по формуле (5.2):

Н_экв = h_б+ h_а =16,0+16,5 =25,2.

7.2. Определяем упругую характеристику эквивалентного слоя по формуле (5.3):

= ,

где E_б=26000 МПа, =57,63 МПа, μ_a=0,25; μ_б=0,2.

Определяем напряжение растяжения от нагрузки в цементобетонной плите по формуле (5.4):

,

где Q_расч =50·1,3=65 кН; K_м=1,0; K_у=0,66; K_шт=1,0; K_t=1,0.

7.3. Определяем напряжение растяжения при изгибе от перепада температур по формулам (5.5), (5.6):

,

при A_n=15,5⁰ (табл. 5.7); ω=0,26 рад/ч; a_ta=0,002 м²/ч; a_tб=0,004 м²/ч; α=0,00001 1/ºС.

7.4. Коэффициент усталости бетона при числе нагружений за срок службы дорожной одежды ΣN_p=1290771 ед. рассчитаем по формуле (3.20):

.

7.5. Определяем расчетное сопротивление бетона на растяжение при изгибе по формуле (3.19):

где K_у=0,444; K_п = 1,2; K_F =0,95.

Определяем фактический коэффициент прочности по формуле (5.7):

= = .

Так как > К_пр , следовательно, толщина цементобетонного основания h=16 см удовлетворяет требованию по прочности.