2 Основные проектные решения
2.1 Темп потока
Сроки и продолжительность работ строительных потоков зависят от категории дороги, конструктивных элементов дорожных инженерных сооружений, дорожной климатической зоны и других факторов.
Плановый (расчётный) фонд времени:
,
где
- сумма дней в расчётном периоде,
- число выходных дней по климатическим
условиям,
- число праздничных дней по климатическим
условиям,
- число нерабочих дней по климатическим
условиям,
- продолжительность текущего ремонта
дорожных строительных машин,
- простои по организационным причинам,
- внутриобъектные переходы на другие
места.
Темп потока рассчитывается:
где
– количество погонных метров в сутки,
- длина участка, м.
- сумма дней в расчётном периоде.
По климатическому графику по Медвежьегорскому району можно установит календарные сроки работы потока в соответствии с принятой группой работ (линейные земляные работы).
- 173 дня (начало 10 апреля – окончание 20
октября),
- 28 дня,
- 2 дня,
- 16 дней,
- 8 дней,
- 5 дней,
- 4 дня.
=
173 - (28 + 2 + 16 + 8 + 5 + 4) = 110 дн.
Сменность работ назначается из условия
использования светового дня. Для
рассматриваемого периода средний
коэффициент сменности:
Расчётная сменная продолжительность
работ составит:
смен.
Для определения темпа потока по строительству дорожной одежды установлены календарные сроки работы потока в соответствии с принятой группой работ (линейные земляные работы).
- 108 дней (начало 15 мая – окончание 1
сентября),
- 16 дней,
- 0 дня,
- 12 дней,
- 8 дней,
- 5 дней,
- 4 дня.
=
108 - (16 + 12 + 8 + 5 + 4) = 63 дня.
Сменность работ назначается из условия
использования светового дня. Для
рассматриваемого периода средний
коэффициент сменности:
Расчётная сменная продолжительность
работ составит:
смен.
Темп потока рассчитывается:
где
– количество погонных метров в сутки,
- длина участка, м.
- сумма дней в расчётном периоде.
2.2 Земляное полотно
Земляное полотно является основанием для важнейшего и наиболее дорого элемента дороги – дорожной одежды, прочность и долговечность которой существенно зависят от прочности и устойчивости земляного полотна.
Конструкция земляного полотна, на автомобильной дороге Великая Губа - Оятевщина в Медвежьегорском районе Республики Карелия, разрабатывалась в соответствии с типовым проектом 503-0-48.87 «Земляное полотно автомобильных дорог общего пользования».
Руководящая отметка возвышения земляного полотна над поверхностью земли по оси дороги принята из условий снегонезаносимости – 1,03 м для закрытой местности и 1,37 м для открытой местности.
Ширина земляного полотна принята 10,0 м. На участках с дорожным барьерным ограждением предусматривается уширение земляного полотна на 0,35м с каждой стороны для нормативного размещения ограждения. Переход от к уширенному земполотну осуществляется на 7м.
2.3 Дорожная одежда
2.3.1 Базовый вариант дорожной одежды
Конструкции дорожной одежды разработаны исходя из транспортно-эксплуатационных требований и категории проектируемого участка автодороги, с учетом перспективной интенсивности движения, обеспечения строительными материалами.
В процессе согласований было представлено три варианта конструкции дорожной одежды. При согласовании с заказчиком был утверждён третий вариант конструкции дорожной одежды (Письмо ГУ РК «Управление капитального строительства при министерстве строительства Республики Карелия» № 1487 от 07.10.2009).
Дорожная одежда запроектирована облегченного типа.
Расчеты дорожной одежды произведены по ОДН 218.046-01 на перспективный период 12 лет. Заданный уровень надежности – 0,9.
Суммарное расчётное количество приложений расчётной нагрузки за срок службы – 110 000.
Конструкция дорожной одежды
Покрытие:
-
верхний слой покрытия – асфальтобетон плотный из горячей мелкозернистой смеси, тип Б, марка 2, ГОСТ 9128-97 – 0,05 м;
-
нижний слой покрытия – асфальтобетон пористый из горячей крупнозернистой смеси, марка 2, ГОСТ 9128-97 – 0,07 м;
Основание:
-
верхний слой основания - смесь щебёночно-песчаная С4, ГОСТ 25607-94 – 0,19 м;
-
нижний слой основания - смесь щебёночно-песчаная С4, ГОСТ 25607-94 – 0,20 м.
При устройстве земляного полотна предусмотрена укладка дренирующего и морозозащитного слоя основания из песка с Кф > 1 м/сут, ГОСТ8736-93 толщиной 0,24 м.
Требуемый наименьший коэффициент уплотнения грунтов рабочего слоя – 1,00 (коэффициент относительного уплотнения песчаных грунтов и супесей в рабочем слое -1,1), наименьший коэффициент уплотнения грунтов тела насыпи – 0,95 (коэффициент относительного уплотнения песчаных грунтов и супесей в теле насыпи -1,05).
Дренирующий слой отсыпается из песков месторождения «Ламбасручей 2» Медвежьегорского района, расположенного в 5 км на северо-запад от пос. Великая Губа.
На примыканиях в пределах 100 м от края основной дороги дорожная одежда запроектирована облегченного типа с однослойным асфальтобетонным покрытием, далее до конца примыкания - переходного типа.
Рис. 2.1 - Поперечный профиль дорожной одежды
Проверку дорожной одежды будем осуществлять по следующим критериям:
- по допускаемому упругому прогибу;
- на сдвигоустойчивость по касательным напряжениям;
- на морозоустойчивость;
Расчёт конструкции по допускаемому упругому прогибу
Конструкция дорожной одежды в целом должна удовлетворять требованиям прочности и надёжности по величине упругого прогиба при следующем условии:
,
(4.3.1.1)
где,
-
общий расчётный модуль упругости, МПа;
-
требуемый коэффициент прочности дорожной
одежды по критерию упругого прогиба,
принимаемый в зависимости от требуемого
уровня надёжности, при надёжности
,
;
1)Находим отношение низшего слоя к высшему:
;
Находим отношение толщины слоя к диаметру
динамического отпечатка колеса;
-
диаметр эквивалентного круга,
см,
;
По номограмме для определения общего модуля упругости двухслойной системы находим отношение
;
Определяем общий модуль упругости:
Мпа;
2)Находим отношение низшего слоя к высшему:
;
Находим отношение толщины слоя к диаметру
динамического отпечатка колеса;
-
диаметр эквивалентного круга,
см,
;
По номограмме для определения общего модуля упругости двухслойной системы находим отношение
;
Определяем общий модуль упругости:
Мпа;
3)Находим отношение низшего слоя к высшему:
;
Находим отношение толщины слоя к диаметру
динамического отпечатка колеса;
-
диаметр эквивалентного круга,
см,
;
По номограмме для определения общего модуля упругости двухслойной системы находим отношение
;
Определяем общий модуль упругости:
Мпа;
Подставляем полученные значения в (формулу 4.3.1):
;
Условие выполняется, следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
Расчёт по условию на сдвигоустойчивость
Дорожную одежду проектируют из расчёта, чтобы под действием кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации формоизменения. Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в грунте земляного полотна и в малосвязных (песчаных) слоях будет обеспечено условие:
,
(4.3.2.1)
где,
-
требуемое минимальное значение
коэффициента прочности, определяемое
с учётом заданного уровня надёжности,
при надёжности
,
;
-
расчётное активное напряжение сдвига
(часть сдвигающего напряжения, непогашенная
внутренним трением) в расчётной (наиболее
опасной) точке конструкции от действующей
временной нагрузки;
-
предельная величина активного напряжения
сдвига (в той же точке), превышение
которой вызывает нарушение прочности
на сдвиг;
Расчётное активное напряжение сдвига
,
рассчитывают по формуле:
,
(4.3.2.2)
где,
-
удельное активное напряжение сдвига
от единичной нагрузки, определяемое по
номограммам;
-
расчётное давление от колеса на покрытие,
МПа;
Предельную величину активного напряжения
сдвига
,
рассчитывают по формуле:
,
(4.3.3.4)
где,
-
сцепление в грунте земляного полотна
(или в промежуточном слое), принимаемое
с учётом повторности нагрузки,
МПа;
-
коэффициент, учитывающий особенности
работы конструкции на границе песчаного
слоя с нижним слоем несущего основания,
;
-
средневзвешенный удельный вес
конструктивных слоёв, расположенных
выше проверяемого слоя,
кг/см3
-
глубина расположения поверхности слоя,
проверяемого на сдвигоустойчивость,
от верха конструкции,
см;
-
расчётная величина угла внутреннего
трения материала проверяемого слоя при
статистическом действии нагрузки,
;
Рассчитаем действие в грунте напряжение сдвига.
Далее рассчитаем следующие отношения:
,
;
По номограмме определяем активное
напряжение сдвигу от единичной нагрузки,
МПа.
Полученное значение подставляем в (формулу 4.3.2.2):
МПа;
Предельную величину активного напряжения сдвига, рассчитываем по (формуле 4.3.2.3):
МПа;
Проверяем конструкцию по условию (формула 4.3.2.1):
;
Условие на сдвигоустойчивость по касательным напряжениям выполняется.
Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость
В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях, наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд.
Конструкция дорожной одежды считается морозоустойчивой, если соблюдается условие:
,
(4.3.3.1)
где,
-
ожидаемое пучение грунта земляного
полотна;
-
допускаемая величина пучения, для
дорожных одежд с облегчённым покрытием,
см;
Ожидаемое пучение грунта земляного полотна определяем по формуле:
,
(4.3.3.2)
где,
-
величина морозного пучения при осреднённых
условиях, определяемая в зависимости
от толщины дорожной одежды( включая
дополнительные слои основания, группы
грунта по степени пучинистости и глубины
промерзания
;
-
коэффициент, учитывающий влияние
расчётной глубины залегания уровня
грунтовых или длительно стоящих
поверхностных вод
,
м,
;
-
коэффициент, зависящий от степени
уплотнения грунта рабочего слоя,
;
-
коэффициент, учитывающий влияние
гранулометрического состава грунта
основания насыпи или выемки,
;
-
коэффициент, учитывающий влияние
нагрузки от собственного веса вышележащей
конструкции на грунт в промерзающем
слое и зависящий от глубины промерзания,
;
-
коэффициент, зависящий от расчётной
влажности грунта,
;
Глубина промерзания:
;
В зависимости от глубины промерзания
м,
величина морозного пучения при осреднённых
условиях будет равна
см;
Подставляем полученное значение в (формулу 4.3.3.2):
см;
Проверяем конструкцию по условию (формула 4.3.3.1):
;
Условие выполняется, следовательно, конструкция морозоустойчива.
2.3.2 Проектный вариант дорожной одежды
Конструкции дорожной одежды разработана исходя из транспортно-эксплуатационных требований и категории проектируемого участка автодороги, с учетом перспективной интенсивности движения, обеспечения строительными материалами.
Дорожная одежда запроектирована облегченного типа.
Расчеты дорожной одежды произведены по ОДН 218.046-01 на перспективный период 12 лет. Заданный уровень надежности – 0,9.
Суммарное расчётное количество приложений расчётной нагрузки за срок службы – 110 000.
Конструкция дорожной одежды:
Покрытие:
-
верхний слой покрытия – асфальтобетон плотный из горячей мелкозернистой смеси, тип Б, марка 2, ГОСТ 9128-97 – 0,05 м;
-
нижний слой покрытия – асфальтобетон пористый из горячей крупнозернистой смеси, марка 2, ГОСТ 9128-97 – 0,07 м;
Основание:
-
верхний слой основания – чёрный щебень, уложенный по способу заклинки, ГОСТ 30491-94 – 0,15 м;
-
нижний слой основания - смесь щебёночно-песчаная С4, ГОСТ 25607-94 – 0,16 м.
При устройстве земляного полотна предусмотрена укладка дренирующего и морозозащитного слоя основания из песка с Кф > 1 м/сут, ГОСТ8736-93 толщиной 0,24 м.
Требуемый наименьший коэффициент уплотнения грунтов рабочего слоя – 1,00 (коэффициент относительного уплотнения песчаных грунтов и супесей в рабочем слое -1,1), наименьший коэффициент уплотнения грунтов тела насыпи – 0,95 (коэффициент относительного уплотнения песчаных грунтов и супесей в теле насыпи -1,05).
Дренирующий слой отсыпается из песков месторождения «Ламбасручей 2» Медвежьегорского района, расположенного в 5 км на северо-запад от пос. Великая Губа.
На примыканиях в пределах 100 м от края основной дороги дорожная одежда запроектирована облегченного типа с однослойным асфальтобетонным покрытием, далее до конца примыкания - переходного типа.
Рис. 2.1 - Поперечный профиль дорожной одежды
Проверку дорожной одежды будем осуществлять по следующим критериям:
- по допускаемому упругому прогибу;
- на сдвигоустойчивость по касательным напряжениям;
- на морозоустойчивость;
Расчёт конструкции по допускаемому упругому прогибу
Конструкция дорожной одежды в целом должна удовлетворять требованиям прочности и надёжности по величине упругого прогиба при следующем условии:
,
(4.3.1.1)
где,
-
общий расчётный модуль упругости, МПа;
-
требуемый коэффициент прочности дорожной
одежды по критерию упругого прогиба,
принимаемый в зависимости от требуемого
уровня надёжности, при надёжности
,
;
1)Находим отношение низшего слоя к высшему:
;
Находим отношение толщины слоя к диаметру
динамического отпечатка колеса;
-
диаметр эквивалентного круга,
см,
;
По номограмме для определения общего модуля упругости двухслойной системы находим отношение
;
Определяем общий модуль упругости:
Мпа;
2)Находим отношение низшего слоя к высшему:
;
Находим отношение толщины слоя к диаметру
динамического отпечатка колеса;
-
диаметр эквивалентного круга,
см,
;
По номограмме для определения общего модуля упругости двухслойной системы находим отношение
;
Определяем общий модуль упругости:
Мпа;
3)Находим отношение низшего слоя к высшему:
;
Находим отношение толщины слоя к диаметру
динамического отпечатка колеса;
-
диаметр эквивалентного круга,
см,
;
По номограмме для определения общего модуля упругости двухслойной системы находим отношение
;
Определяем общий модуль упругости:
Мпа;
4)Находим отношение низшего слоя к высшему:
;
Находим отношение толщины слоя к диаметру
динамического отпечатка колеса;
-
диаметр эквивалентного круга,
см,
;
По номограмме для определения общего модуля упругости двухслойной системы находим отношение
;
Определяем общий модуль упругости:
Мпа;
Подставляем полученные значения в (формулу 4.3.1):
;
Условие выполняется, следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
Расчёт по условию на сдвигоустойчивость
Дорожную одежду проектируют из расчёта, чтобы под действием кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации формоизменения. Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в грунте земляного полотна и в малосвязных (песчаных) слоях будет обеспечено условие:
,
(4.3.2.1)
где,
-
требуемое минимальное значение
коэффициента прочности, определяемое
с учётом заданного уровня надёжности,
при надёжности
,
;
-
расчётное активное напряжение сдвига
(часть сдвигающего напряжения, непогашенная
внутренним трением) в расчётной (наиболее
опасной) точке конструкции от действующей
временной нагрузки;
-
предельная величина активного напряжения
сдвига (в той же точке), превышение
которой вызывает нарушение прочности
на сдвиг;
Расчётное активное напряжение сдвига
,
рассчитывают по формуле:
,
(4.3.2.2)
где,
-
удельное активное напряжение сдвига
от единичной нагрузки, определяемое по
номограммам;
-
расчётное давление от колеса на покрытие,
МПа;
Предельную величину активного напряжения
сдвига
,
рассчитывают по формуле:
,
(4.3.3.4)
где,
-
сцепление в грунте земляного полотна
(или в промежуточном слое), принимаемое
с учётом повторности нагрузки,
МПа;
-
коэффициент, учитывающий особенности
работы конструкции на границе песчаного
слоя с нижним слоем несущего основания,
;
-
средневзвешенный удельный вес
конструктивных слоёв, расположенных
выше проверяемого слоя,
кг/см3
-
глубина расположения поверхности слоя,
проверяемого на сдвигоустойчивость,
от верха конструкции,
см;
-
расчётная величина угла внутреннего
трения материала проверяемого слоя при
статистическом действии нагрузки,
;
Рассчитаем действие в грунте напряжение сдвига.
Далее рассчитаем следующие отношения:
,
;
По номограмме определяем активное
напряжение сдвигу от единичной нагрузки,
МПа.
Полученное значение подставляем в (формулу 4.3.2.2):
МПа;
Предельную величину активного напряжения сдвига, рассчитываем по (формуле 4.3.2.3):
МПа;
Проверяем конструкцию по условию (формула 4.3.2.1):
;
Условие на сдвигоустойчивость по касательным напряжениям выполняется.
Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость
В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях, наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд.
Конструкция дорожной одежды считается морозоустойчивой, если соблюдается условие:
,
(4.3.3.1)
где,
-
ожидаемое пучение грунта земляного
полотна;
-
допускаемая величина пучения, для
дорожных одежд с облегчённым покрытием,
см;
Ожидаемое пучение грунта земляного полотна определяем по формуле:
,
(4.3.3.2)
где,
-
величина морозного пучения при осреднённых
условиях, определяемая в зависимости
от толщины дорожной одежды( включая
дополнительные слои основания, группы
грунта по степени пучинистости и глубины
промерзания
;
-
коэффициент, учитывающий влияние
расчётной глубины залегания уровня
грунтовых или длительно стоящих
поверхностных вод
,
м,
;
-
коэффициент, зависящий от степени
уплотнения грунта рабочего слоя,
;
-
коэффициент, учитывающий влияние
гранулометрического состава грунта
основания насыпи или выемки,
;
-
коэффициент, учитывающий влияние
нагрузки от собственного веса вышележащей
конструкции на грунт в промерзающем
слое и зависящий от глубины промерзания,
;
-
коэффициент, зависящий от расчётной
влажности грунта,
;
Глубина промерзания:
;
В зависимости от глубины промерзания
м,
величина морозного пучения при осреднённых
условиях будет равна
см;
Подставляем полученное значение в (формулу 4.3.3.2):
см;
Проверяем конструкцию по условию (формула 4.3.3.1):
;
Условие выполняется, следовательно, конструкция морозоустойчива.
3 ПРОЕКТ ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ
Под организацией строительства понимают комплекс мероприятий, определяющих метод выполнения работ, численность и расстановку трудовых и материально-технических ресурсов, их взаимодействие, порядок использования и систему управления ими.
Технология применительно к дорожно-строительным работам – это совокупность приёмов и способов разработки и перемещения грунтов, строительных материалов, их монтажа и обработки с целью сооружения дороги.
Проектной организацией разрабатывается «Проект организации строительства», который является основным исходным документом для составления смет, планирования капиталовложений и проведения подготовительных работ, установления количества машин, материалов и оборудования, сроков их поставки.
Проект производства работ определяет:
– продолжительность строительного периода, тип потока как общий, так и отдельно по процессам;
– объёмы работ по каждому строительному процессу;
– по каждой бригаде: способ выполнения работы, комплекты дорожных машин и оборудования, численный состав бригады, потребность в строительных материалах и транспортных средствах;
– итоговые данные по дорожно-строительным отрядам;
– директивные и оперативные календарные графики строительства;
– технико-экономические показатели;
– недостающие технологические карты;
Основной целью проекта производства работ является обеспечение строительства запроектированной дороги с высоким качеством, в установленные сроки, с получением экономии отпущенных на строительство средств.
Работы по строительству дороги делят на две группы: подготовительные и основные. К подготовительным работам относят: техническую, организационную, производственно-хозяйственную подготовку, разрубку просеки и подготовку дорожной полосы. Основные работы: строительство исскуственных сооружений, земляного полотна, дорожной одежды, отделочные работы и обустройство дороги.
Дорожно-строительные работы могут выполнятся последовательным, параллельным или поточным методом.
Последовательный метод предусматривает выполнение полного комплекта работ на одном участке дороги от подготовительных до сдачи дороги в эксплуатацию, после чего начинают строительство следующего участка.
При параллельном методе на всех участках дороги работы ведутся одновременно, и сразу завершается строительство всей дороги.
При поточном методе специализированные по всем видам работ и следующие одно за другим подразделения постоянно и оптимально для всех условий состава ведут работы непрерывно и равномерно со сдачей в каждую смену полностью законченного участка дороги.
Выбор метода определяется объёмом работ, директивными сроками строительства, наличием дорожно-строительных машин, оборудования, материалов и трудовых ресурсов.
Основной и прогрессивный метод организации строительства – поточный. По составу и назначению различают частные, специализированные, объектные и комплексные потоки.
В целом строительство дороги представляет собой комплексный поток, включающий все специализированные линейные потоки, потоки сосредоточенных работ, производственные предприятия и транспортные подразделения. Специализированный поток представляет собой совокупность частных потоков, результатом выполнения которых является возведение сложного дорожного сооружения, например, земляного полотна или дорожной одежды. Объектный поток состоит из специализированных потоков и отдельных подразделений, выполняющих различные виды подготовительных, сосредоточенных и других работ. Продукцией объектного потока является полностью построенная дорога. Комплексный поток – это группа организационно связанных объектных потоков.
Частный поток является основной организационной единицей в структуре специализированного потока. Он состоит из отдельных участков – захваток, на которых работают звенья или отдельные машины. Сменная захватка – это участок строящейся дороги (м), на котором специализированное звено машин выполняет определённые технологические операции в течении смены.
Эффективность выполнения вышеперечисленных работ зависит от фактора времени. Временной фактор, как правило, нормирован. Соблюдение нормативов времени позволяет обоснованно определить сроки ввода в действие производственных мощностей (объектов), повысить реальность составление планов капитальных вложений в производство строительно–монтажных работ, планов материально-технического снабжения, проектов организации строительства и производства работ.
Учитывая природные условия, объёмы работ и практический опыт строительства подобных сооружений, работы предлагается вести следующими специализированными потоками:
– специализированный поток по подготовительным работам
– специализированный поток по устройству земляного полотна
– специализированный поток по строительству исскуственных сооружений
– специализированный поток по устройству дорожной одежды и обустройству дороги.