Рабочий проект автомобильной дороги в Воронежской области

Расчет ведем в табличной форме.

 Таблица 5.1                   Расчет параметра Nр

Типы тс	fпол	Nm, груз.авт/сут	Smсум	Nр(m), расч.авт/сут
Средние	0,55	1110	0,2	222
Тяжелые	0,55	1406	0,7	984
Очень тяжелые	0,55	518	1,25	647
Автобусы	0,55	1406	0,7	984
Легковые	0,55	2590	0,005	12
Итого	-	7400	-	1872

Nр= 0,55*1872=986 авт/сут

2. Вычисляем суточную, приведенную к расчетному автомобилю, интенсивность движения (в оба направления) в первый год службы, используя степенную модель прогнозирования интенсивности движения, по формуле (3.16) [2].

 

3. Определяем коэффициент суммирования по таблице 2.14 [4].

1.4 Вычисляем суммарное  расчетное число приложений расчетной  нагрузки к точке на поверхности  конструкции за срок службы по формуле (2.11) [4].

                       

2. Определяем расчетные  характеристики грунта рабочего  слоя земляного полотна.

2.1 Определяем расчетную  влажность грунта рабочего слоя  по формуле:

,

где =0,60; =0; =0,02; =0; t=1,32.

Получаем Wр= (0,60+0-0,02)(1+1,71∙0,1)=0,679 (в долях от Wт).

2.2 Определяем величину  модуля упругости (Е), сцепление (с), угла внутреннего трения (φ) грунта рабочего слоя.

С=0,006, φ=130. Для супеси легкой Е=56 МПа.

3. Предварительно назначаем  конструкцию дорожной одежды  со следующими толщинами слоев:

 

Покрытие  - плотный асфальтобетон I марки, горячий на битуме БНД 60/90-4 см; второй слой – пористый асфальтобетон, горячий, на битуме БНД 60/90-5 см; слои основания – подобранные щебеночно-гравийные материалы, обработанные битумной эмульсией – 38 см; щебень (заклинка)-18см; песок средней крупности - 30 см.    

4. Назначаем расчетные  характеристики материалов слоев.

- для расчета по допускаемому  упругому прогибу;

- для расчета по условию  сдвигоустойчивости;

- для расчета на сопротивление  монолитных слоев усталостному  разрушению от растяжения при  изгибе.

 

Таблица 5.2

Расчетные характеристики слоев дорожной одежды

№	Материал слоя	h слоя, см	Расчет упруг. прогибу, Е, МПа	Расчет по усл. сдвигоуст., Е, Па	Расчет на растяжение при изгибе
					Е, МПа	Ro, МПа	a	m
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1.	Асфальтобетон плотный (БНД60/90)	4	2600	1100	4500	9,8	5,9	5,5
2.	Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	5	1800	700	2800	8	7,1	4,3
3.	Подобранные щебеночно-гравийные материалы, обработанные битумной эмульсией	38	400	400	400	-	-	-
4.	Щебень	18	400	400	400	-	-
5.	Мелкозернистый песок	30	100	100	100	-	-	-
6.	Супесь легкая Wo = 0,6WТ	-	32	32 с=0,003 γ=12о	32	-	-	-

Характеристики асфальтобетона назначаем относительно каждого критерия прочности. Для упругого прогиба модуль упругости назначаем при температуре +100С. При расчете конструкции по критерию сдвига в грунте и слабосвязных слоях Е асфальтобетона для 400С.

5. Рассчитываем конструкцию  по условию упругого прогиба

Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно снизу вверх

 

 

 

Еобщ=352МПа

4  Еобщаб2=280МПа

5 Еобщграв=240МПа

12

Еобщщеб=116МПа

38

Еобщпесок=58МПа 

30

 

 

 

Рис.5.1. Схема конструкции дорожной одежды

1)Егр/Епесок=32/100=0,32; Н/Д=30/39=0,77; => Еобщпесок=58МПа

2) Еобщпесок /Ещеб=58/400=0,15; Н/Д=0,46; => Еобщщеб=116МПа

3) Еобщщеб /Еграв=116/400=0,29; Н/Д=0,97; => Еобщграв=240МПа

4) Еобщграв /Еаб2=240/2000=0,12; Н/Д=0,14; => Еобщаб2=280МПа

5) Еобщаб2 /Еаб1=280/3200=0,09; Н/Д=0,1; => Еобщ=352МПа

6)Требуемый модуль упругости  определяем по формуле:

 Етр = 98,65 [lg(SNр) - c]=98,65(lg(2293952)-3,55)=277МПа.

7) Определяем коэффициент  прочности по упругому прогибу:

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу – 1,2. Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

6. Рассчитываем конструкцию по сопротивлению сдвигу  в грунте.

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле: . Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

 

Рис.5.2. Расчетная схема

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь легкая) со следующими характеристиками: (при Wp = 0,80WТ и SNp =423579авт.) Ен = 32 МПа, j = 12° и с = 0,003 МПа.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле:

 МПа.

По отношениям и , и при j = 13°, с помощью номограммы, находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: =0,022МПа. Таким образом: Т=0,022×0,6=0,0132 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Тпр в грунте рабочего слоя определяем по формуле: Tnp = сNkд + 0,1gсрzопtgjСТ,

 где СN = 0,006 МПа, Кд = 1,0; Zоп = 62см; jст = 35° ; ycp = 0,002 кг/см2.

Тпр = 0,006 + 0,1×0,002×62×tg 35° = 0,0147, , что больше , т.е. требования критерия выполнены.

7. Рассчитываем конструкцию  по сопротивлению сдвигу в  песчаном слое.

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле: . Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

Рис.5.3. Расчетная схема

В качестве нижнего слоя модели принимаем песок среднезернистый со следующими характеристиками: Ен = 120 МПа, j = 26° и с = 0,003 МПа.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле:

 МПа.

По отношениям и , и при j = 26° с помощью номограммы находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: =0,041МПа. Таким образом: Т=0,041×0,6=0,0246 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Тпр в грунте рабочего слоя определяем по формуле : Tnp = сNkд + 0,1gсрzопtgjСТ,

 где СN = 0,003  МПа, Кд = 4,0; Zоп = 42см; jст = 32° ; ycp = 0,004 кг/см2.

Тпр = 0,003∙4+0,1×0,004×42×tg 32°=0,0255, , что больше , т.е. требования критерия выполнены.

8. Рассчитываем конструкцию  на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Расчет выполняем в следующем порядке:

 Приводим конструкцию  к двухслойной модели, где нижний  слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных  слоев, т.е. основание и грунт рабочего слоя.

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя (hв = 12 см) устанавливаем из выражения:

 МПа

По отношениям и по номограмме

определяем = 2,35. Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле: = 2,35·0,6·0,85 = 1,2МПа.

При расчете слоя асфальтобетона на растяжение при изгибе для слоя асфальтобетона предельное допустимое растягивающее напряжение необходимо вычислить по формуле: RN = Rok1k2(1 - vR×t), 

где k1 - коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки: ;

k2=0,8 - коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов;

vR =0,1-коэффициент вариации прочности на растяжение;

  t=1,38 - коэффициент нормативного отклонения.

RN =8,0·0,33·0,8·(1-0,1·1,38)=1,82 МПа.

  = 1,52, что больше, чем = 0,94.

Вывод. Выбранная конструкция дорожной одежды удовлетворяет всем критериям прочности.

 

6. Проектирование  дороги в продольном и поперечном  профиле

 

Проектирование продольного профиля

Продольным профилем дороги называют развернутую в плоскости чертежа проекцию оси дороги на вертикальную плоскость. Продольный профиль характеризует крутизну отдельных участков дороги, измеряемую продольным уклоном и расположение ее проезжей части относительно поверхности земли.

Построение продольного профиля поверхности земли по оси дороги начинают с графы 12, для чего по топографической карте определяют отметки пикетных и плюсовых точек.

После этого приступают к вычерчиванию продольного профиля поверхности земли, откладывая значения отметок по ординатам над пикетами и плюсами от условного горизонта.

Все намеченные точки рельефа соединяют прямыми линиями. Грунтово-геологический профиль наносят от продольного профиля поверхности земли, вычерченного еще раз на 20 мм ниже первоначального в масштабе 1:100 по данным шурфования и бурения скважин.

Построение проектной линии.

Продольный профиль трассы проектируют в виде плавной линии , состоящей из прямолинейных участков и вертикальных кривых.

При проектировании продольного профиля должны быть обеспечены:

1. Устойчивость земляного  полотна и дорожной одежды  в течении года при любых  изменениях климатических условий.

2. Наименьшая строительная  стоимость дороги.

3. Удобство и безопасность движения автомобилей с наименьшей стоимостью перевозок.

Прежде чем приступить к построению проектной линии необходимо:

• Определить технические нормативы:

imax=40ä ; Rmin Ç =15000 м; Rmin È =5000м.

• Установить руководящую отметку.
• Вычислить отметки контрольных точек проектной линии.
• Ознакомиться с правилами  и методами проектирования продольного профиля.

В условиях равнинного и слабопересеченного рельефа земляное полотно проектируют в насыпи, высоту которой по условию снегозаносимости определяют по формуле:

hр=hсн + D h

hсн – расчетная высота снегового покрова с вероятностью превышения 5%,определяемая по климатическим справочникам.

hр =0,5+0,7=1,2 м

 

 

При проектировании трассы в продольном профиле необходимо помнить, что проектную линию следует проводить через контрольные токи, наименьшие проектные отметки которых должны обеспечивать размещение искусственных сооружений с учетом их высотных габаритов. 

Осуществляют точную взаимную увязку концов элементов проектной линии с определением проектных отметок. Определяют рабочие отметки. Проектируют водоотвод. Затем окончательно оформляют  продольный профиль.

 

Земляное полотно

Тип поперечного профиля земляного полотна назначается в зависимости от высоты насыпи, геологических и гидрологических условий местности, ценности земель, способа производства работ.