Полную толщину дренирующего слоя, работающего по принципупоглощения, определяют по формуле

1 – φзим

где Q — расчетное количество воды, л/м2, накапливающейся за весь расчетный период (см.

табл. 3.12); n — пористость материала, в долях единицы; hзап — дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала, для песков крупных hзап = 0,10 м, средней крупности — 0,15 м, мелких — 0,20 м. Во всех случаях полную толщину дренирующего слоя

следует принимать не менее 0,20 м; ϕзим — коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (табл. 3.15).

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 ее оттаивания, определяют по формуле

Тзап = 4–6 сут, для III ДКЗ — 3–4 сут (большее значение для мелких песков).

На участках, где длина пути фильтрации L > 10 м, дренирующий слой должен быть рассчитан на поглощение всего количества воды, поступающей за весь расчетный период. За длину пути фильтрации принимают половину ширины дренирующего слоя при двускатном поперечном профиле и полную ширину — при односкатном.

Контрольные вопросы

1.Что представляет собой дренажная конструкция?

2.В каких дорожно-климатических зонах необходимо делать дренажную конструкцию?

3.Что необходимо учитывать при проектировании дренирующего слоя?

4.Что является целью расчета дренажной конструкции?

5.Каковы принципы работы дренажной конструкции?

6.Какие материалы необходимо применять для дренирующего слоя, работающего по принципу осушения из песчаных грунтов или высокопроницаемой скелетной смеси из щебня?

7.Какова технология устройства дренирующих слоев, работающих по принципу поглощения?

8.Как рассчитывают полную толщину дренирующего слоя, работающего по принципу

поглощения?

28

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Цели и задачи курсовой работы — закрепить теоретические знания по конструированию

ирасчету дорожных одежд нежесткого типа, научить обучающихся рассчитывать дорожные одежды автомобильных дорог по действующим методикам, обучить методам гидрологических

игидравлических расчетов водоотводных сооружений на дорогах, научить пользоваться нормативно-справочными материалами.

Требования к оформлению работы. Пояснительная записка (объем 25–30 с.) должна включать: титульныйлист; заданиена проектирование; содержание;текст пояснительной записки; список использованной литературы.

Текст пояснительной записки с необходимыми расчетами, обоснованиями, рисунками, таблицами и титульный лист должны быть написаны на стандартных листах формата А4 и оформлены в соответствии с ЕСКД. Формулы приводят с расшифровкой всех символов и с последующей подстановкой числовых величин. Страницы пояснительной записки подлежат сквозной нумерации, ссылки на литературу указывают в квадратных скобках, список литературы составляют в порядке ее использования.

Исходные данные к курсовой работе. Исходными данными являются:

а) задание на выполнение курсовой работы; б) учебная топографическая карта в масштабе 1:10000 или 1:25000 с планом трассы авто-

мобильной дороги (из курсового проекта «Проектирование автомобильной дороги»).

Пример задания на выполнение курсовой работы

Исходные данные:

–дорога располагается во II ДКЗ в 1-й подзоне, в Вологодской области;

–категория автомобильной дороги — II;

–заданный срок службы дорожной одежды — Tсл = 24 года;

–заданная надежность — Kн = 0,95;

–коэффициент ежегодного прироста интенсивности движения — q = 1,05;

–перспективная интенсивность грузового движения — N20 = 1000 авт/сут;

–состав грузового потока, %:

ГАЗ-53.………………..50; ЗИЛ-110………………35; МАЗ-500А ..……….…..5;

автобус ЛАЗ-695М…....5; автобус ЛиАЗ-677…….5;

–грунт рабочего слоя земляного полотна — супесь легкая;

–конструкция дорожной одежды:

1)покрытие — асфальтобетон А11ВН с номинально максимальным размером применяемого заполнителя 11,2 для верхнего слоя покрытия, на битуме БНД 100/130;

2)верхний слой несущего основания — асфальтобетон А16ОН с номинально максимальным размером применяемого заполнителя 16,2 для слоя основания, на битуме БНД

100/130;

3)нижний слой несущего основания — щебень, фракционированный с заклинкой фракционированным мелким щебнем, легкоуплотняемый;

4)дополнительный слой основания — песок крупный;

–высота насыпи 1,5 м;

–коэффициент уплотнения грунта рабочего слоя земляного полотна — 1,0;

–схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна — 1;

–глубина залегания грунтовых вод 3,0 м.

29

Структура пояснительной записки

1.Краткое описание природно-климатических условий района проложения трассы. При описании природных условий необходимо указать, в какой климатической зоне проектируется дорога, дать краткую характеристику данной климатической зоны. Также необходимопривести краткое описание геофизических особенностей района проектирования дороги [1; 2; 6].

1.1.Климат. Необходимо собрать и изучить следующие характеристики климата:

•среднемесячные, максимальные и минимальные температуры воздуха;

•летнее, зимнее и среднегодовое количество осадков;

•глубину промерзания;

•господствующие ветры в летний и зимний периоды.

1.2.Рельеф местности и растительность. Используя топографическую карту, производят анализ общей характеристики района. При этом указывают все особенности местности (овраги, возвышенности, ручьи, озера, леса, населенные пункты и т.д.) в полосе проложения трассы.

1.3.Грунтово-геологические и гидрологические условия. Для заданного района проек-

тирования после внимательного анализа топографической карты в пояснительной записке необходимо привести краткое описание грунтово-геологических и гидрологических условий.

1.4.Экономика района и дорожно-строительные материалы. Необходимо кратко охарактеризовать дорожную сеть района проектирования, промышленность, местные материалы и отходы местного производства [1]. Выявить возможность использования местных материалов для строительства дороги, обосновать и перечислить виды привозных материалов.

2.Назначение технических нормативов на проектирование. По заданной категории дороги

всоответствии с указаниями СП [2] необходимо установить технические нормативы на проектирование и свести их в табл. 4.1.

11выпуклой

вогнутой

3.Конструирование и расчет дорожной одежды нежесткого типа

3.1.Установление расчетных параметров подвижной нагрузки по составу транс-

портного потока. Статическая нагрузка на поверхность покрытия от колеса любого автомобиля из заданного потока не превышает 50 кН, что соответствует группе расчетной

нагрузки А1. В зависимости от нагрузки среднее удельное давление колеса на покрытие p = 0,6 МПа, расчетный диаметр следа колеса автомобиля D = 37 см.

30

Интенсивность на срок службы дорожной одежды:

Расчетная приведенная интенсивность воздействия расчетной нагрузки на одну полосу проезжей части разных марок автомобилей:

Nр =0,55 [784 (0,50 0,2 +0,35 0,2 +0,05 0,7 +0,05 0,7 +0,05) 0,7] = 119 авт/сут.

Суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды, предварительно определив коэффициент суммирования:

1,0515 – 1

Kc = 1,05 – 1 = 21,58.

Значение Tрдг = 125 расчетных дней. Значение коэффициента kn принимаем по табл. 3.4,

kn = 1,49.

Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки:

21,58( )

ΣNр = 0,7 ∙ 119 1,05 15 – 1 125 ∙ 1,49 = 169 100.

Значение коэффициента прочности при заданном коэффициенте надежности Кн = 0,95 принимаем по табл. № 11 из [6], Кпр = 1,20 — для расчета по допускаемому упругому прогибу и Kпр = 1,00 — для расчета по критерию сдвигоустойчивости и растяжения при изгибе.

3.2. Определение расчетных характеристик материалов. Расчетная влажность грунтаWp

для конструкций толщиной до 0,75 м принимается равной среднему многолетнему значению относительной влажности грунта, наблюдавшемуся в наиболее неблагоприятный (весенний)

Для расчета конструкции на сдвигоустойчивость устанавливаем нормативные значения сдвиговых характеристик (c и φ) малосвязных материалов (грунт рабочего слоя земляного

полотна и песок) по [6]. Для супеси легкойcгр = 0,006 МПа, φгр = 13,8°, φгр = 36° (при ΣNp = 1 — для определения предельного активного напряжения сдвига Tпр); для песка крупного с содер-

жанием пылевато-глинистой фракции до 5% cп = 0,003 МПа, φп = 28,9°, φгр = 34°. По Wр по [6] для грунта определяется значение модуля упругости — Егр = 56 МПа.

Значения модулей упругости конструктивных слоев дорожной одежды и грунта земляного полотна, а также прочностные и деформативные показатели для расчета представлены в табл.4.2.

Таблица 4.2

Расчетные характеристики конструктивных слоев

31

3.3. Определение необходимой толщины дренирующего слоя. Полную толщину дрени-

рующего слоя hп, достаточную для размещения в его порах воды, поступающей в начальный период оттаивания, определяют, предварительно вычислив расчетное значение притока воды в дренирующий слой:

qп = 2,5 · 1,5 · 1,0 · 1,0 · 0,45/1000 = 0,0017 м3/м2.

Минимальная толщина слоя, выполняющего дренирующие функции, равна20 см, поэтому принимаем hп = 20 см.

3.4. Расчет дорожных одежд на прочность. Под прочностью дорожной одежды понимают способность сопротивляться процессу развития остаточных деформаций и разрушений под воздействием касательных и нормальных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от расчетной нагрузки (кратковременной, многократной или длительно действующей однократной), приложенной к поверхности покрытия. Дорожную одежду следует проектировать с требуемым уровнем надежности, под которой понимают вероятность безотказной работы в течение межремонтного периода. Отказ конструкции по прочности физически может характеризоваться образованием продольной и поперечной неровностей поверхности дорожной одежды, связанных с прочностью конструкции (поперечные неровности, колея, усталостные трещины), с последующим развитием других видов деформаций и разрушений (частые трещины, сетка трещин, выбоины, просадки, проломы и т.д.).Номенклатуру дефектов и методику их количественной оценки определяют специальными нормами, используемыми при эксплуатации дорог.

Прочность конструкции количественно оценивается величиной коэффициента прочности. Коэффициент прочности вновь проектируемой конструкции должен быть таким, чтобы в заданный межремонтный период не наступил отказ по прочности с вероятностью более заданной, т.е. чтобы была обеспечена заданная (требуемая) надежность. Минимальные значения коэффициентов надежности и прочности приведены в табл. 4.3.

3.5. Последовательность расчета по критериям прочности. В результате этого расчета толщѝны конструктивных слоев и их модули упругости назначаюттаким образом, чтобы общий модуль упругости дорожной одежды был не менее требуемого с учетом соответствующего критерия прочности.

Расчет дорожной одежды по допускаемому упругому прогибу. Величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции( ) , МПа, вычисляют по эмпирической формуле

Emin = 98,65 lg 169100 – 3,55 = 166 МПа.

Полученное значение Emin меньше табличного значения требуемого модуля упругости [6],

равного 220 МПа, поэтому принимаем Emin = 220 МПа.

Расчет производят послойно в следующей последовательности: из [6] берут необходимые модули упругости материалов слоев для расчета по допускаемому упругому прогибу, МПа: E1 = 2400, E2 = 1400, E3 = 450, E4 = 130, Eгр = 56. Задают толщѝны конструктивных слоев с

учетом минимальной толщины дренирующего слоя, см: h1 = 5, h2 = 7, h3 = 15, h4 = 20 (из расчета толщины дренирующего слоя).

Определяют общий модуль упругости на поверхности конструкции с заданными параметрами расчетом снизу вверх и проверяют условие (3.8).

32

Модуль упругости верхнего слоя:

Eв = (6 · 1200 + 8 · 800 + 15 · 450) / 49 = 702 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига в песчаном слое

Tпр = 0,003 · 1,0 + 0,1 · 0,002 · 29 · tg 34° = 0,007 МПа.

Проверяют условие (3.10): 0,007 / 0,021 = 0,33 < Kтрпр = 1,0 — условие не выполняется,

предварительно принятая конструкция не удовлетворяет требованиям по условию сдвигоустойчивости. Это означает, что в песчаном слое основания возможны деформации сдвига, поэтому вносят следующие коррективы в конструкцию: толщину верхнего слоя полупространства, в частности толщину слоя щебня с заклинкой до 20 см, и толщину слоя из крупнозернистого асфальтобетона до 9 см. При этом необходимо произвести перерасчет конструкции

Предельное активное напряжение сдвига в песчаном слое

Tпр = 0,003 · 1,0 + 0,1 · 0,002 · 35 · tg 34° = 0,008 МПа.

Проверяют условие (3.10): 0,008 / 0,017 = 0,47 < Kтрпр = 1,0 — условие опять не выполняется,

поэтому в запроектированную конструкцию вносят следующее изменение: предусматривают разделяющую прослойку из геотекстиля. Прослойка должна быть уложена на границе основание — песчаный слой на всю ширину земляного полотна.

Проверяют прочность конструкции по условию сдвигоустойчивости при наличии разделяющей прослойки геотекстиля. Проверка заключается в пересчете предельного активного напряжения сдвига Tпр в конструкции. Влияние прослойки учитывают коэффициентом kn, в формуле (3.13), который принимается равным 4,5 при использовании в основании крупного песка:

Tпр = 0,003 · 4,5 + 0,1 · 0,002 · 35 ·tg 34° = 0,018 МПа.

Проверяют условие: 0,018 / 0,017 = 1,06 < Kтрпр = 1,0 — условие выполняется.

Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе. Приводят конструкцию к двухслойной модели и определяют

35