По проектированию жестких дорожных одежд

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

 

 

ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ распоряжением Минтранса России № ОС-1066-р от 03.12.2003 г.

Руководители работ: канд. техн. наук В.М.Юмашев и д-р техн. наук В.Д.Казарновский (Союздорнии).

В подготовке текста Рекомендаций участвовали сотрудники Союздорнии: инж. В.А.Зельманович (ответственный исполнитель), канд. техн. наук А.М.Шейнин, канд. техн. наук С.В.Эккель, канд. техн. наук. В.И.Коршунов, инж. И.В.Басурманова (вопросы конструирования, расчета жестких дорожных одежд и расчетных характеристик цементобетона).

Кроме материалов Союздорнии, использованы материалы, полученные от организаций-соисполнителей:

Санкт-Петербургского филиала Союздорнии: д-р техн. наук Ю.М.Васильев, кандидаты технических наук П.И.Теляев, А.О.Салль, М.А.Железников, инж. В.Н.Лукантьева (вопросы расчета прочности и устойчивости дорожной одежды);

Смоленского филиала Союздорнии: д-р техн. наук А.В.Линцер, канд. техн. наук Ю.Н.Высоцкий (вопросы конструирования жестких дорожных одежд);

МАДИ (ТУ): д-р техн. наук В.П.Носов, кандидаты технических наук М.С.Коганзон, В.К.Апестин (вопросы расчета и конструирования жестких дорожных одежд);

ГП "Росдорнии": канд. техн. наук Л.Б.Каменецкий, инж. О.Н.Нагаевская (вопросы конструирования и расчета цементобетонных покрытий и асфальтобетонных покрытий на цементобетонном основании).

Учитывались также опубликованные материалы исследований, выполненных в период 1983-1999 гг. под руководством канд. техн. наук В.А.Чернигова и канд. техн. наук В.С.Орловского.

Использованы также результаты разработок, выполненных в различных организациях, отраженные в Инструкции по проектированию жестких дорожных одежд Минтрансстроя СССР (ВСН 197-91).

 

ВЗАМЕН ВСН 197-91.

 

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

1.1. Настоящие Методические рекомендации (далее по тексту Рекомендации) распространяются на проектирование жестких дорожных одежд автомобильных дорог общего пользования, подъездных дорог к промышленным предприятиям, внутрихозяйственных сельских дорог различных категорий с покрытиями:

цементобетонными монолитными на различных видах основания;

асфальтобетонными на основаниях из цементобетона;

сборными из предварительно напряженного железобетона, железобетона, армобетона на различных видах основания.

1.2. В дорожных одеждах различают следующие конструктивные слои (рис.1.1):

покрытие - верхняя часть одежды, воспринимающая усилия от колес автомобилей и подвергающаяся непосредственному воздействию атмосферных факторов;

основание - часть одежды, обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на нижележащие дополнительные слои или грунт земляного полотна;

дополнительные слои основания - слои между основанием и грунтом земляного полотна. Дополнительные слои основания выполняют морозозащитную, дренирующую и теплоизолирующую функции.

I категория

 

II категория

 

III категория

 

IV категория

 

Рис.1.1. Поперечные разрезы типовых дорожных одежд с цементобетонным покрытием для дорог I-IV категорий: 1 - покрытие; 2 - основание; 3 - нижний слой основания;

4 - земляное полотно; 5 - выравнивающий слой; 6 - краевая укрепительная полоса;

7 - укрепленная часть обочины; 8 - неукрепленная часть обочины; 9 - откос

 

Примечание. На схемах не указан продольный и поперечный водоотвод

 

Между покрытием и основанием при необходимости укладывают выравнивающий слой из обработанных вяжущими зернистых материалов, который в качестве конструктивного слоя одежды не рассматривается и в расчетах не учитывается.

Дорожные одежды сооружают на земляном полотне, верхняя часть которого носит название рабочего слоя.

1.3. Проектирование дорожных одежд с учетом свойств земляного полотна представляет собой единый процесс конструирования и расчета их на прочность, деформативность, морозоустойчивость и дренирующую способность, а также технико-экономического обоснования вариантов. Конструированию и расчету посвящены соответствующие разделы Рекомендаций.

1.4. Основными положениями раздела конструирования надлежит пользоваться при назначении вида покрытия и его минимально необходимой толщины, швов сжатия и расширения в покрытии, их конструкции, предельных расстояний между швами; при выборе материалов для устройства слоев основания и назначении их минимальной толщины; при выборе материалов для устройства дополнительных слоев основания.

1.5. В расчетной части Рекомендаций определяют расчетные и нормативные нагрузки, размеры основных конструктивных элементов (толщину и длину плит, толщину слоев основания, армирование плит и швов, необходимость устройства швов расширения и расстояние между ними) для различных видов покрытия, категорий дорог, для различных величин транспортных нагрузок, грунтовых и природно-климатических условий.

Расчетом определяют рациональные варианты конструкции по ряду показателей технико-экономического сравнения, а также конструкцию дренирующих и морозозащитных слоев.

1.6. Для определения приведенной стоимости при вариантном проектировании руководствуются сроками службы, вытекающими из долговечности материала верхнего слоя покрытия, которые для дорожных одежд капитального типа с цементобетонным покрытием составляют не менее 25 лет, а для дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием на бетонном основании - не менее 20 лет.

В условиях непрерывного роста стоимости строительных материалов, непредсказуемого во времени нарастания интенсивности движения и увеличения нагрузки, наиболее эффективной мерой в проектировании дорожной одежды является создание "базовой" конструкции с учетом последующего наращивания поверхностных слоев при реконструкции и рассчитанной на перспективную долговечность за счет повышения ресурса несущей способности цементобетонного покрытия.

Расчетный срок службы при определении конструкции дорожной одежды и расчетных параметров конструктивных слоев устанавливают не менее 25 лет или менее 25 лет, но с учетом работы в раннем возрасте на воздействие построечного транспорта.

Допускается проектировать конструкции на длительную перспективу по технико-экономическим соображениям со сроком службы 35... 40...45... 50 лет.

Существенное увеличение долговечности может быть осуществлено за счет применения высокопрочных бетонов с повышением классов бетона до B_tb 5,2-6,4 и расширения применяемого диапазона толщин конструкций до 28-30 см. Причем любое увеличение основных параметров должно быть направлено в сторону увеличения сроков службы покрытия.

 

Расчет колейных покрытий

3.25. Расчет колейных покрытий ведется так же, как и цементобетонных. Изгибающий момент в колейных покрытиях определяют с учетом ширины колей, используя существующие методы расчета балок на упругом и упругопластическом основании, учитывая перераспределение реакций отпора основания за счет его пластических деформаций под торцами плит и приложение нагрузки через штамп (см. ниже расчет сборных покрытий из плит).

 

Расчет основания

3.33. Критерием устойчивости основания является устойчивость его по сдвигу и отсутствие недопустимых деформаций под торцами плит к концу расчетного срока службы. Для дорог I-III категорий величину предельно допустимых деформаций или высоту уступов между плитами в поперечных швах устанавливают равной 0,3 см.

Толщину дорожной одежды в целом определяют также из условия обеспечения отвода влаги из основания и из расчета на морозное пучение.

3.34. Устойчивость основания по сдвигу допускается оценивать двумя вариантами.

При расчете на формирование в результате накопления остаточных деформаций в основании к концу срока службы дорожной одежды уступов между плитами высотой не более 0,3 см устойчивость считают обеспеченной при условии q_расч £ q_доп.

3.34.1. Расчетное давление q_расч (МПа) на основание при нагружении обоих углов плиты у поперечного шва (длина плиты более 15 h) можно определить по формуле

; Q - вкН; - в см, (3.58)

где m_ст - коэффициент, учитывающий влияние стыкового соединения; если стык работает, то m_ст = 0,7, если нет, то m_ст = 1,0.

Значения и не должны превышать, соответственно, 2 A и 2 B. Если под плитой основание толщиной h_o укрепленное, то проверку на сдвиг проводят на глубине h_o, a и увеличивают на 3 h_o; при этом £ 2 B + 4 h_o и £ 2 A + 2 h_o.

На подошве слоя песка толщиной h_п значения и увеличивают на 0,7 h_п.

При применении подшовных подкладок - £ 2 A + 0,5 l_п,

где l_п - размер подшовной подкладки вдоль покрытия для поперечных швов и поперек покрытия для продольных швов и краев.

Расчетное давление q_расч (МПа) на основание составляет:

для плит длиной 8-15 h

, (3.59)

для плит длиной менее 8 h

, (3.60)

где Q' - вес плиты, кН; Q - в кН; A, B, a, в - в см.

3.34.2. Допустимое давление q_доп (МПа) на основание

, (3.61)

где m - коэффициент, учитывающий условия работы; m = 1,3;

К_н - коэффициент надежности; К_н = 1,1;

A ₁, A ₂ и A ₃ - безразмерные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта, принимаемые по табл.3.5;

g _гр - удельный вес грунта, тс/м³;

h_в.с - толщина выравнивающего слоя;

С - удельное сцепление грунта основания (см. обязательное приложение 3), МПа;

n_j, n_q и n_c - коэффициенты, учитывающие размеры площадки погружения:

; ; , (3.62)

L_x(y), h, h_o и h_в.с принимаются в м; .

 

Таблица 3.5

 

Угол внутреннего трения грунта j, град	Безразмерные коэффициенты
А 1	А 2	А 3
	0,06	1,25	3,51
	0,10	1,39	3,71
	0,18	1,73	4,17
	0,72	3,87	6,45
	0,84	4,37	6,90
	0,98	4,93	7,40
	1,15	5,59	7,95
	1,34	6,35	8,55
	1,55	7,21	9,21
	1,81	8,25	9,98
	2,11	9,44	10,80
	2,46	10,84	11,74

 

3.34.3. Высота накапливаемых уступов w _уст (см) между плитами:

, (3.63)

где Q - в кН; - в см; E_o - в МПа;

К_д - коэффициент, учитывающий влияние виброползучести динамическом нагружении подвижной колесной нагрузкой:

; (3.64)

- то же, для основания толщиной по табл.3.6;

h_o - проектная, т.е. предварительно назначенная толщина слоя укрепленного основания;

K_q - коэффициент, учитывающий влияние нагруженности основания по сдвигу;

 

Таблица 3.6

 

Основание	Толщина основания , см	Материал выравнивающего слоя	Значение , когда стыки
не работают	работают
Песчаное		Песок	5,7**	1,6**
		СНМ	2-3*/**	1,3**
		Подшовные подкладки	2-3*	1,2-1,5*
Песчано-гравийное		Песок	2,0	1,2
		Цементо-песчаная смесь	1,2	1,0
Цементо- грунтовое		Песок	1,5	1,1
		Цементо-песчаная смесь	1,1	1,0
Нефте-грунтовое		Нефтегрунт	2,2	1,3
		СНМ	1,8	1,2
Нефте-цементо- грунтовое		Нефтегрунт	1,2	1,1
Грунтовое с добавкой отработанных буровых растворов		СНМ	1,1	1,0

__________________

* Меньшее значение - для более сухого грунта земляного полотна, уплотненного в летнее время.

** Для песчаных оснований из однозернистых (барханных) песков значение при отсутствии стыков увеличивают в 1,3 раза, а при наличии - в 2 раза.

 

. (3.65)

Из формулы (3.63) получаем

, (3.66)

где w _доп - в см.

Величину h_o назначают предварительно, а затем для определения уточняют исходя из условия . E_o для назначенной толщины основания определяют как эквивалентный модуль упругости по обязательным приложениям 3 и 4.

Подшовные подкладки, применяемые для укрепления песчаных оснований, должны выдерживать на песчаном основании на изгиб (при приложении нагрузки через полосу шириной 10 см, размещенную в центре подкладки) нагрузку, равную 0,5 Q.

Подшовные подкладки следует располагать на такой высоте, чтобы после прикатки покрытая несколькими проходами крана по сборному покрытию подкладки находились заподлицо с поверхностью основания.

При использовании в основании некондиционных сборных плит вначале определяют их конструктивные и прочностные характеристики по тем группам, на которые они были предварительно рассортированы. Расчет этих плит проводится с учетом увеличения размеров (а и в) площадки нагружения на половину толщины верхнего асфальтобетонного слоя. При необходимости под плитами можно применять укрепленный нижний слой основания, толщина которого определяется расчетом.

 

РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ

 

2.1. При проектировании дорожных одежд в качестве расчетных принимают нагрузки, соответствующие предельным нагрузкам на ось расчетного двухосного автомобиля.

Если в задании на проектирование расчетная нагрузка не оговорена специально, за расчетную принимают нагрузку, соответствующую расчетному автомобилю группы А (табл.П.2.1).

Таблица П.2.1

 

Группа расчетной нагрузки	Нормативная статическая нагрузка на ось, кН	Нормативная статическая нагрузка на поверхность покрытия от колеса расчетного автомобиля Qрасч, кН	Расчетные параметра нагрузки
Р, МПа	D, см
A 1			0,60	37/33
A 2			0,60	39/34
A 3			0,60	42/37

 

Примечание. В числителе для движущегося колеса, в знаменателе - для неподвижного.

 

2.2. Данные о нагрузках, передаваемых на дорожное покрытие выпускаемыми серийно автотранспортными средствами, следует принимать по специальным справочникам.

2.3. Значение суммарного коэффициента приведения определяют по формуле

, (П.2.1)

где n - число осей у данного транспортного средства, для приведения которого к расчетной нагрузке определяется коэффициент S_mсум;

S_n - коэффициент приведения номинальной динамической нагрузки от колеса каждой из n осей транспортного средства к расчетной динамической нагрузке.

2.4. Коэффициенты приведения нагрузок S_n определяют по формуле

, (П.2.2)

где Q_дn - номинальная динамическая нагрузка от колеса на покрытие;

Q_драсч - расчетная динамическая нагрузка от колеса на покрытие;

b - минимальный показатель степени, принимаемый равным:

4,4 - для капитальных дорожных одежд;

3,0 - для облегченных дорожных одежд;

2,0 - для переходных дорожных одежд.

2.5. Номинальная динамическая нагрузка Q_дn определяется по паспортным данным на транспортное средство с учетом распределения статических нагрузок на каждую ось:

Q_дn = К_дин · Q_n, (П.2.3)

где К_дин - динамический коэффициент, принимаемый равным 1,3; допускается принимать К_дин в зависимости от осевой массы автомобиля:

 

Осевая масса автомобиля, т
Кдин	1,6	1,3	1,15	1,08	1,06	1,04

 

Q_n - номинальная статическая нагрузка на колесо данной оси.

При определении расчетного значения номинальной статической нагрузки для многоосных автомобилей фактическую номинальную нагрузку на колесо, определяемую по паспортным данным, следует умножать на коэффициент К_с, вычисляемый по формуле

, (П.2.4)

где Б_т - расстояние в метрах между крайними осями тележки;

а, в, с - параметры, определяемые в зависимости от капитальности дорожной одежды и числа осей тележки по табл.П.2.2.

 

Таблица П.2.2.

 

Тележки	а	в	с
Двухосные	1,7/1,52	0,43/0,36	0,5/0,5
Трехосные	2,0/1,60	0,46/0,28	1,0/1,0

 

Примечание. В числителе - для капитальных и облегченных типов дорожных одежд, в знаменателе - для переходных.

 

2.6. Суммарный коэффициент приведения определяют в следующей последовательности:

- назначают расчетную нагрузку и определяют ее параметры - Q_расч, P и D;

- для каждой марки автомобилей в составе перспективного движения по паспортным данным устанавливают величину номинальной статической нагрузки на колесо для всех осей транспортного средства Q_n;

- умножив полученные значения Q_n и расчетную нагрузку Q_расч на динамический коэффициент, находят величины номинальных динамических нагрузок Q_дn от колеса для каждой оси и величину расчетной динамической нагрузки Q_драсч;

- по формуле (П.2.2) вычисляют коэффициент приведения номинальной нагрузки от колеса каждой из осей S_n к расчетной;

- по формуле (П.2.1) вычисляют суммарный коэффициент приведения нагрузки от рассматриваемого типа автомобиля к расчетной нагрузке.

2.7. Допускается приближенно принимать суммарный коэффициент приведения S_mсум поданным табл.П.2.3.

 

Таблица П.2.3

 

Типы автомобилей	Коэффициент приведения Smсум к расчетной нагрузке
A 1	A 2	A 3
Легкие грузовые автомобили грузоподъемностью от 1 до 2 т	0,005	0,003	0,0015
Средние грузовые автомобили грузоподъемностью от 2 до 5 т	0,2	0,13	0,063
Тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью от 5 до 8 т	0,7	0,46	0,22
Очень тяжелые грузовые автомобили грузоподъемностью более 8 т	1,25	0,82	0,40
Автобусы	0,7	0,46	0,22
Тягачи с прицепами	1,5	0,99	0,47

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

(справочное)

 

А. Слои из асфальтобетона

 

Таблица П.4.1

 

ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНОГО СУММАРНОГО ЧИСЛА ПРИЛОЖЕНИЙ НАГРУЗКИ ЗА СРОК СЛУЖБЫ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ

 

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

 

Пример 1

Требуется запроектировать дорожную одежду с цементобетонным покрытием на дороге I категории.

Исходные данные

ширина проезжей части для движения в одном направлении - 7,5 м;

ширина земляного полотна (с учетом обочин) - 15 м;

расчетный срок службы покрытия - 25 лет;

расчетная нагрузка на дорожную одежду типа А₁;

статическая нагрузка на поверхность покрытия от колеса расчетного автомобиля – Q_k = 50 кН;

давление в шинах - 0,6 МПа;

расчетный диаметр отпечатка колеса: движущегося - D = 37 см; неподвижного - D = 33 см;

интенсивность движения, ед./сут, в первый год службы дорожной одежды характеризуется следующими данными:

легкие грузовые автомобили с нагрузкой на ось 50 кН
средние грузовые автомобили с нагрузкой на ось 70 кН
тяжелые грузовые автомобили с нагрузкой на ось 100 кН
автобусы с нагрузкой на ось 96 кН

показатель ежегодного роста интенсивности движения - q = 1,05;

дорожно-климатическая зона - II, подзона – II₁;

схема увлажнения рабочего слоя - 2;

грунт земляного полотна - супесь пылеватая;

глубина промерзания - 1,5 м;

глубина залегания грунтовых вод - 1,8 м;

коэффициент фильтрации дренирующего материала (песка) – К_ф = 3 м/сут;

материал покрытия - бетон класса B_tb 4,4;

материал основания - песок, укрепленный цементом; нижний слой - песок среднезернистый;

расчетная влажность грунта W_p = 0,85 W_T.

Назначение расчетных характеристик грунта и материалов дорожной одежды

Для проведения расчетов назначаем следующие показатели:

1) Требуемый уровень надежности и соответствующий коэффициент прочности по табл.3.1 Рекомендаций:

для вычисленной ниже интенсивности движения, приведенной к расчетной нагрузке (1418 ед./сут), вероятность предельного состояния (уровень надежности) - 0,95; коэффициент прочности – К_пр = 1,00.

2) Расчетную влажность грунта рабочего слоя по формуле

,

где = 0,73;

= 0,00 (равнинные районы);

= 0,00;

D₃ = 0,00, т.к. < 0,75 W_T;

t = 1,71 при К_н = 0,95.

Получаем W_p = 0,73 (1 + 0,1 · 1,71) = 0,855.

3) Расчетный модуль упругости грунта по табл. для супеси пылеватой - W_p = 0,85 W_T; Е_гр = 27 МПа.

4) Определение расчетной интенсивности движения.

Сначала число воздействий автомобилей с различной нагрузкой на ось Q_i приводим к числу воздействия расчетных нагрузок:

по формуле (5) Рекомендаций находим коэффициент приведения i -го автомобиля с нагрузкой на колесо Q_i к нормативной нагрузке Q_k = 50 кН:

легкие грузовики – S_n = (25,0 / 50,0) ^4,64 = 0,04;

средние грузовики - S_n = (35,0 / 50,0) ^4,64 = 0,19;

тяжелые грузовики - S_n = (50,0 / 50,0) ^4,64 = 1,00;

автобусы - S_n = (35,0 / 48,0) ^4,64 = 0,83.

По табл.3.2 Рекомендаций для двух полос движения f_пол = 0,55.

По формуле (3.2) находим интенсивность движения N_пр, приведенную к расчетной нагрузке:

N_p = 0,55(0,04·1080+0,19·950+1,0·1940+0,83·500)=1418 ед./сут.

По формуле (3.4) определяем расчетную повторность нагружения при T = 25 лет; Т_рдг = 210 сут; q = 1,05:

.

5) Расчетные характеристики сопротивления грунта сдвигу по табл.П.2.4 ОДН 218.046-01:

для супеси пылеватой j _гр = 10°; С_гр = 0,003 МПа.

6) Плотность грунта 1,9 т/м³.

7) Модуль упругости материала верхнего слоя основания (песок, укрепленный цементом) по табл.П.3.6 ОДН 218.046-01: для песков средних, укрепленных цементом и соответствующих марке 40, Е_цгр = 550 МПа.

8) Модуль упругости песчаного слоя основания по табл.П.2.6 ОДН 218.046-01 для песка среднезернистого Е_п = 120 МПа.

9) Характеристики сопротивления сдвигу песчаного слоя по табл.П.2.4 ОДН 218.046-01 j _п =26°; С_гр = 0,002 МПа.

10) Модуль упругости и сопротивление растяжению при изгибе бетона по табл.П.1.1 Рекомендаций:

для бетона класса B_tb 4,4 P_tb =55, E = 36000 МПа.

11) Характеристики для расчета конструкции на морозоустойчивость:

для цементобетонных покрытий с условиями эксплуатации по 1-й расчетной схеме допускаемая величина общего приподнятия от выпучивания 3 см.

Определение необходимости проведения расчета конструкции на морозоустойчивость

Грунт земляного полотна (супесь пылеватая) является сильнопучинистым по ОДН 218.046-01 (табл.4.2).

Условие морозоустойчивости – I_пуч £ I_доп,

где I_пуч - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;

I_доп - допускаемое для данной конструкции пучение грунта.

Величина возможного морозного пучения равна:

I_пуч = I_пуч(ср) · К_УГВ · К_пл · К_гр · К_нагр · К_вл;

I_пуч(ср) = 3; К_УГВ = 0,53; К_пл = 1,0; К_гр = 1,1; К_нагр = 0,9; К_вл = 1,25;

z_пр = z_пр(ср) · 1,38 = 1,5 · 1,38 = 2,07 м» 2,0 м;

I_пуч = 3 · 0,53 · 1,0 · 1,1 · 0,9 · 1,25 = 1,97 см < 3 см.

Условие морозоустойчивости выполнено, так как I_пуч < 0,8 I_доп.

Расчет необходимой толщины дренирующего слоя

Удельный вес воды по табл.5.3 ОДН 218.046-01:

q = 4,5 л/(м²·сут); К_пк = 1,6; К_вог = 1,0; К_г = 1,2; К_р = 0,9;

q_p = 4,5 · 1,6 · 1,0 · 1,2 · 0,9: 1000 = 0,0078 м³/(м²·сут);

q' = q_p · (B / 2) = 0,0078 · 75 = 0,02925 м³/м²;

q' / К_ф = 0,02925 / 3 = 0,00975.

По номограмме 3,5 · h_нас / L = 0,11;

L = 7,5 + (0,75 + 0,35 / 2) · 1,5 = 12,64 м;

h_нас = 0,11 · 12,64 / 3,5 = 0,40 м;

h_зап = 0,14 м;

h_п = 0,40 + 0,14 = 0,54 м.

Поскольку требуемая толщина дренирующего слоя превышает заданную, следует применить конструкцию с прикромочным дренажом.

Назначение конструкции дорожной одежды

Назначаем следующую конструкцию дорожной одежды: покрытие - цементобетон класса B_tb 4,4; E = 36000 МПа;

основание - песок, укрепленный цементом, марки 40;

Е_цгр = 550 МПа; h_цгр = 16 см;

нижний слой основания - песок среднезернистый;

Е_п = 120 МПа; h_п = 35 см.

Определение эквивалентного модуля упругости

1) На уровне дренирующего слоя песка:

при Е_гр = 21 МПа; Е_п = 120 МПа; h_п = 35 см; D = 50 см по формуле (3.13) Рекомендаций

см;

по формуле (3.12)

МПа.

2) На уровне слоя цементогрунта:

при Е_цгр = 550 МПа; Е_э = 51,25 МПа; h_цгр = 16 см; D = 50 см

см;

МПа.

Определение расчетной прочности бетона

По формуле (3.8), при S N_p = 14,823299,

K_y = 1,08 · (S N_p)^-0,063 = 0,38.

По формуле (3.7) Рекомендаций

МПа.

Определение толщины покрытия

1) По формуле (П.2.3) Рекомендаций определяем расчетную нагрузку:

Q = 50 · 1,3 = 65 кН.

2) По формуле (3.10) определяем радиус отпечатка колеса при q_ш = 0,6 МПа:

см.

3) Для нескольких значений h определяем:

I_y - по формуле (3.11);

K_t - по табл.3.4;

s _pt - по формуле (3.9);

K_y - по формуле

.

Значения указанных величин приведены в табл.1.

 

Таблица 1

 

Значение h, см	Iy, см	Kt	s pt	Ky
	81,22	0,85	2,23	0,42
	89,34	0,80	2,04	0,39
	97,47	0,73	1,95	0,37

 

4) Строим график зависимости K_y = f (h).

С помощью этого графика определяем значение h = 23 см, соответствующее требуемому значению K_y = 0,38.

Расчет по сдвигу в грунте земляного полотна

По табл.3.7 Рекомендаций находим E_p = 1770 МПа.

Расчет производится в соответствии с пп.3.30-3.37 ОДН 218.046-01.

По формуле (3.12) ОДН 218.046-01

МПа;

Е_ср / Е_гр = 725,8 / 27 = 26,88;

.

По номограмме (3.3) ОДН 218.046-01, при j = 10°, = 0,01.

По формуле (3.13) ОДН 218.046-01 Т = 0,01 · 0,6 = 0,006 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.14) ОДН 218.046-01, где C_N = 0,003 МПа; К_д = 1,0;

Z_оп = 23 + 16 + 35 = 74 см;

j _ст = 34° (табл.П.2.6 ОДН 218.046-01);

g _ср = 0,002 кг/см³;

0,1 - коэффициент для перевода в МПа;

Т_пр = 0,003 + 0,1 · 0,002 · 74 · tg34° = 0,013 МПа;

К_пр = 0,013: 0,006 = 2,17, что больше К_пр = 1,0 (см. табл.3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в грунте.

Расчет промежуточного слоя (песка) на устойчивость против сдвига (по ОДН 218.046-01)

1) В формуле (3.12)

Е_ср = (1770 · 23 + 600 · 16) / 39 = 1290 МПа;

Е_р =1770 МПа, h = 23 см;

Е_цгр =600 МПа, h = 16 см;

Е_п =120 МПа, h = 35 см;

C_N = 0,002 МПа, Æ _N = 27°;

= 51,25 МПа;

Е_в / Е_н = 1290 / 51,25 = 25,17; h_в / D = 39 / 37 = 1,05;

= 0,016 МПа.

По формуле (3.13) Т = 0,016 · 0,6 = 0,0096 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в песчаном слое определяем по формуле (3.14) ОДН 218.046-01,

где C_N = 0,002 МПа; К_д = 4,0;

Zоп = 23 + 16 = 39 см;

j _ст = 34° (табл.П.2.6 ОДН 218.046-01);

g _ср = 0,002 кг/см³;

0,1 - коэффициент для перевода в МПа;

Т_пр = 4 · (0,002 + 0,1 · 0,002 · 39 · tg34°) = 0,029 МПа;

К_пр = 0,029 / 0,0096 = 3,03; = 1,0 (см. табл.3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, условие по сдвигоустойчивости в песчаном слое основания выполнено.

 

Пример 2

Требуется запроектировать дорожную одежду с цементобетонным покрытием на дороге IV категории.

Исходные данные

дорога имеет две полосы движения шириной по 3 м;

ширина земляного полотна - 10 м;

расчетный срок службы покрытия - 25 лет;

расчетная нагрузка от колеса на дорожную одежду Q_k = 50 кН;

общая суточная интенсивность движения расчетной нагрузки по проектируемой дороге на конец срока ее службы - 500 ед./сут. на полосу;

схема увлажнения рабочего слоя - 1;

грунт земляного полотна - супесь легкая;

расчетная влажность грунта W_p = 0,62 W_T;

глубина промерзания - 0,5 м;

дорожно-климатическая зона - IV;

материал покрытия - бетон класса B_tb 3,6;

материал основания - песок среднезернистый, коэффициент фильтрации - 6 м/сут.

Назначение расчетных характеристик грунта и материалов дорожной одежды

Для проведения расчетов назначаем следующие показатели:

1) Требуемый уровень надежности и соответствующий ему коэффициент прочности по табл.3.1 Рекомендаций:

для заданной интенсивности движения уровень надежности - 0,80; коэффициент прочности - К_пр =0,87.

2) Расчетную влажность грунта рабочего слоя по формуле (П.2.1) ОДН 218.046-01:

,

где = 0,57;

= 0,00 (равнинные районы);

= 0,00;

D₃ = 0,00, т.к. < 0,75 W_T;

t = 0,84 при К_н = 0,80.

Получаем W_p = 0,57 (1 + 0,1 · 0,84) = 0,62 W_T.

3) Расчетный модуль упругости грунта по табл.П.2.5 ОДН 218.046-01 при W_p = 0,62 W_T; Е_гр =55 МПа.

4) Определение расчетной повторности нагружения.

Находим интенсивность движения в первый год:

ед./сут.

Расчетную повторность нагружения по формуле (3):

.

5) Расчетные характеристики сопротивления грунта сдвигу по табл.П.2.4 ОДН 218.046-01:

для супеси легкой j _гр = 12°; С_гр = 0,005 МПа.

6) Плотность грунта 1,9 т/м³.

7) Модуль упругости материала верхнего слоя основания (песок среднезернистый) по табл.П.2.5 ОДН 218.046-01:

8) Характеристики сопротивления сдвигу песчаного слоя по табл.П.2.6 ОДН 218.046-01 - j _п =27°; С_гр = 0,002 МПа.

9) Модуль упругости и сопротивление растяжению при изгибе бетона по табл.П.1.1 Рекомендаций:

для бетона класса B_tb 3,6; P_tb = 45, E = 32000 МПа.

Определение необходимости проведения расчета конструкции на морозоустойчивость

Глубина промерзания конструкции 0,5 м, что меньше 0,6, поэтому расчет дорожной одежды на морозоустойчивость не требуется.

Расчет необходимой толщины дренирующего слоя

Значение удельного притока воды по табл.5.3 ОДН 218.046-01 для IV дорожно-климатической зоны и 1-й схемы увлажнения земляного полотна отсутствует. Принимаем полную толщину дренирующего слоя равной 0,20 м.

Назначение конструкции дорожной одежды

Назначаем следующую конструкцию дорожной одежды:

покрытие - цементобетон класса B_tb 3,6; E = 32000 МПа;

основание - песок среднезернистый; Е_п = 120 МПа; h_п = 35 см.

Определение эквивалентного модуля упругости

По формуле (3.13) Рекомендаций: при h_п = 20 см; Е_п = 120 МПа;

Е_гр = 55 МПа рассчитываем h_э:

см.

По формуле (3.12) Рекомендаций, при D = 50 см, определяем Е_э:

МПа.

Определение расчетной прочности бетона

По формуле (3.8), при S N_p = 887724, находим К_у = 1,08 · 887724^-0,063 = 0,46.

По формуле (1) приложения 1, при К_нп = 1,2 и К_у = 0,46, определяем:

= 3,6 · 0,46 · 1,2 · 1,0 = 1,99 МПа.

Определение толщины покрытия

По формуле (П.2.3) Рекомендаций определяем расчетную нагрузку:

Q = 50 · 1,3 = 65 кН.

По формуле (3.10) определяем радиус отпечатка колеса при q_ш = 0,6 МПа:

см.

Для нескольких значений h определяем:

I_y - по формуле (3.11);

K_t - по табл.3.4;

s _pt - по формуле (3.9);

K_y - по формуле:

Значения указанных величин приведены в табл.2.

 

Таблица 2