Проектирование участка автомобильной дороги

     Е₂/Е₃ = Е₃/Е^’’’_об = 350/108,5 = 3,23

4. По монограмме находим σ_r = 0,26

σ_r = σ_r * Р, МПа

σ_r = 0,26 * 0,6 = 0,156 МПа

     Допускаемое растягивающее напряжение R_доп = 0,55 Мпа удовлетворяет расчетному σ_r = 0,156 МПа по условию устойчивости на растяжение при изгибе

     R_доп = 0,55 > σ_r = 0,156 МПа 

     Расчет  дорожной одежды по упругому прогибу  для второго варианта

     Для выбора наиболее эффективной конструкции  дорожной одежды выполним расчет 2^го варианта.

1. Расчетное значение влажности грунта

W_р =  Ŵ(1 + ν_м);    К_н = 0,85

W_р =  0,7 (1+1,06*0,1) = 0,77

2. Расчетное  значение модуля упругости грунта.

     Е_гр = Ē_гр (1 - θ ν_Е), МПа  

     Е_гр = 38 (1 – 1,06 * 0,09) = 34,2 МПа

     3. Общий модуль упругости на поверхности 2^го слоя.

h₁ / D = 15/37 = 0,41;    Е_общ / Е₁ = 235/900 = 0,26

     Е^’_общ / Е₁ = 0,15             Е^’_общ = 0,15 * 900 = 135 МПа

4. Общий  модуль упругости на поверхности  3^го слоя.

     h₂ / D = 25/37 = 0,68;      Е^’_общ / Е₂ = 135 / 350 = 0,38

     Е^”_общ / Е₂= 0,17;              Е^” _общ = 0,17 * 350 = 59,5 МПа

     5. Общий модуль упругости на  поверхности грунта.

     h₃/ D = 30 / 37 = 0,82;     Е^”_общ / Е₃ = 59,5 / 120 = 0,49

     Е^”’_общ / Е₃ = 0,24;            Е^”’_общ = 0,24 * 120 = 28,8 МПа

     6. В соответствии расчетов проведенных выше принимаем толщины слоев дорожной одежды:

     h_до= 15 + 25 + 30 = 70 см.

     Расчет  сопротивления сдвигу в подстилающем грунте.

1. Средний  модуль упругости одежды:

     Е_ср = (Е₁h₁ + Е₂h₂ + Е₃h₃ + Е₄h₄) / (h₁ + h₂ + h₃ + h₄), МПа   

     Е_ср = (900*15 +350*25 +120*30) / 70 = 369,3 МПа

2. Расчетное значение модуля грунта

     Е_гр = Ē_гр (1 + ν_Е) , МПа

     Е_гр = 38 (1 + 1,06 * 0,09) = 41,6 МПа

3. Напряжение  сдвига от временной нагрузки

     Е_ср / Е_гр = 369,3/41,6 = 8,87

     ∑h / D = 70/37 = 1,89    φ = 15^о

      По номограмме определяем t_н = 0,013

     Определяем (t_н) активное напряжение от временной нагрузки

      t_н = t_н * р, (МПа)

     t_н = 0,013*0,6 = 0,0078 МПа

4. Суммарное  напряжение от сдвига

Т = t_н + t_в , (МПа);  

где: t_в – напряжение в грунте t_в = 0,0007

     Т = 0,0078 + 0,0007 = 0,0085 МПа

5. Расчетная величина сцепления в активной зоне

С_гр = Ĉ_гр (1 - θ ν_о) = 0,013 (1 – 1,06 * 1,5) = 0,011

6. Допускаемое  сдвигающее напряжение в грунте  при К₁=0,6; К₂=0,8; К₃=1,5

Т_доп = С_гр * К₁ * К₂ * К₃ = 0,011*0,6*0,9*1,5 = 0,0089 (МПа);

7. Коэффициент прочности по сдвигу

     К_сдв =  Т_доп/Т >  К_пр

К_сдв =  0,0089 / 0,0085 = 1,04 > К_пр = 0,9

Таким образом, условие сопротивления сдвигу в  подстилающем грунте соблюдено.    

     Расчет  сопротивления сдвигу в песчаном слое основания.

     1. Средний модуль упругости одежды расположенной выше слоя песка

     Е_ср = (900*15 + 350*25) / 40 = 556,25 МПа

2. Напряжение  сдвига от временной нагрузки

Е_ср / Е_об = 556,25/59,5 = 9,35    Σh / D = 40/37 = 10,8      φ=40⁰

По номограмме определяем t_н = 0,015

Определяем (t_н ) активное напряжение от временной нагрузки.

      t_н = t_н  * Р, МПа;    t_н  = 0,015 * 0,6 = 0,009 МПа; для h=40, φ=40⁰, t_в=-0,0028

3. Суммарное  напряжение сдвига в песчаном  слое

     Т = t_н  + t_в = 0,009 – 0,0028 = 0,0062 МПа;

     4. Расчетная величина сцепления  в активной зоне

     С_гр = Ĉ_гр (1 - θ ν_о);  С_гр = 0,005 (1-1,06*0,15) = 0,004

5. Допускаемое  сдвигающее напряжение в песке

     Т_доп = С_гр * К₁ * К₂ * К₃ , МПа

     Т_доп = 0,004*0,6*0,9*8 = 0,018 МПа

6. Коэффициент  прочности по сдвигу

     К_сдв = Т_доп / Т = 0,018 / 0,0062 = 2,78 > К_пр = 0,9

     Условие прочности соблюдается. 

     Расчет  сопротивления растяжения при изгибе покрытия устроенного из черного  щебня.

     1.Расчетная  величина модуля упругости верхнего  слоя покрытия

     Е₁ = 900 МПа;   R = 0,55

2. Средний  модуль упругости  покрытия.

     Е_ср = (Е₁* h₁) / h₁ =   Е₁ = 900 МПа

3. Растягивающее  напряжение.

     Е_ср / Е_общ = 900/135 = 6,67      Σh / D = 15/37 = 0,41

      Находим σ_r растягивающее напряжение при изгибе, по номограмме 

      σ_r = 0,8 МПа

      σ_r = σ_r * Р = 0,8 * 0,6 = 0,48 МПа;

4. Допускаемое  растягивающее напряжение для нижнего слоя

     R_доп = Ř (1 - θ √_R ) К_у К_м , МПа;

     R_доп = 0,55 (1 – 1,06 * 0,1) * 1 * 1 = 0,49 МПа

6. Коэффициент прочности на растяжение при изгибе

К_изг = 0,49/ 0,48 = 1,02 >  К_пр = 0,9

Устойчивость  на растяжение при изгибе обеспечена. 

Расчет сопротивления растяжения при изгибе промежуточного слоя одежды.

1. Расчетное значение модуля упругости.

Е_р = Е₂ = 350 МПа

2. Средний модуль упругости

Е_ср = (Е₁* h₁) / h₁ = Е₁ = 900 МПа

3. Растягивающее  напряжение в слое

Е₁/Е₂ = Е_ср/Е₂ = 900/350 = 2,57;    Σh / D = (15 + 25) / 37 = 1,08

     Е₂/Е₃ = Е₃/Е^’’’_об = 350/28,8 = 12,15

По монограмме σ_r = 0,4

σ_r = σ_r * Р = 0,4 * 0,6 = 0,24 МПа

     Что удовлетворяет R_доп = 0,55  условию прочности на растяжение при изгибе промежуточного слоя. 

     Осушение  и обеспечение морозоустойчивости дорожной одежды.

     Для отвода воды из основания дорожной одежды предусмотрен дренирующий слой устраиваемый на всю ширину земляного полотна. Запроектированная толщина h=30 см. Необходимо проверить, будет ли она достаточной для временного нахождения воды в начальный период оттаивания.  

     Толщина дренирующего слоя из песка определяется по формуле:

     h_г = 1 / (1 – φ_зим) * (Q/n + h_доп – h^’_кап), м    (6,9)

     где: φ_зим – коэффициент заполнения влагой пор в материале дренирующего слоя к началу оттаивания;

     Q – количество воды, накопившееся в дренирующем слое за время запаздывания;

     h_доп – дополнительная толщина слоя для обеспечения устойчивости материала дренирующего под действием нагрузки;

     h^’_кап – приведенная высота капиллярной воды над уровнем свободной воды;

     n – пористость материала в долях единицы

     Q = (q * K_n * K_r) / 1000 * Т_зам , м³    (6.10)

     где: q – среднесуточный суммарный приток воды в основании;

     K_n – коэффициент, учитывающий неустановившийся режим поступления воды;

     K_r – коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности слоя.

     Т_зам – средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств.

     Q = (2,5 * 1,6 * 1,2) / 1000 * 6 = 0,028 м³

     h_r = 1/(1 – 0,51) * (0,028/0,32 + 0,08 – 0,11) = 0,11 м

     Таким образом, толщина песчаного слоя, запроектированного по условиям прочности в 30 см, обеспечивает размещение всей воды, поступающей в основание.

     Суммарная толщина дорожной одежды определяется при промерзании по формуле:

     Н_мор = ( Z – 100*φ_доп / К_пуч ) * (λ₁ / λ₂), см;    (6.11)

     где: Z – глубина промерзания, см (Z = 130 см)

     φ_доп – допустимое пучение (для асфальтобетона φ = 4 см)

     К_пуч – коэффициент пучения

     К_пуч = ( 100 * β * γ * К_п ) / α,    (6.12)

     где: β – коэффициент учитывающий  условия увлажнения;

     γ – коэффициент учитывающий тип  поперечного профиля земляного  полотна;

     α – климатический коэффициент    

     К_п – коэффициент получения при α = 100   

     К_пуч = (100*3*1,5*1,5) / 90 = 7,5

     λ₁ – коэффициент теплопроводности материала дорожной одежды

     λ₁ = (1,1*4 + 1,1*6 + 0,7*15 + 1,7*30) / 55 = 1,35 вт/(м² *^ос)

     λ₂ – коэффициент теплопроводности грунта, вт/(м² *^ос)

     λ₂ = 2,0 вт/(м² *^ос)

     Н_мор = (130 – 4*100/7,5) * 1,32/2,0 = 50,5 см

     Так, как фактическая толщина дорожной одежды превышает расчитанную по условиям морозостойкости, нет необходимости в устройстве специального морозозащитного слоя

     H_до = 55  см > Н_мор = 50,5 см 

     Вывод.

1. Из запроектированных одежд нежесткого типа с усовершенствованным облегченным типом покрытий (асфальтобетонное 2^х слойное и устроенное из черного щебня) толщиной 55 см и 70 см соответственно, первая конструкция принята с двухслойным асфальтобетонным покрытием. Конструкция дорожной одежды сооружается с максимальным использованием местных дорожно-строительных материалов, а также обладает высокими транспортно-эксплуатационными качествами и отвечает требованиям безопасности движения.
2. Выполненные расчеты по осушению и обеспечению морозоустойчивости дорожной одежды подтверждают выводы о том, что конструкции не требуют устройства морозозащитных слоев.