Расчет дорожной одежды на морозоустойчивость

 

В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд.

Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено условие:

l_пуч £ l_доп,

 

где l_пуч – расчетное пучение грунта земляного полотна;

l_доп – допускаемое для данной конструкции пучение грунта, определяемое по ([I], табл. 4.3), l_доп = 4 см.

 

l_пуч = l_{пруч.ср} К_угв К_пл К_гр К_нагр К_вл,

 

где l_{пуч. ср} – величина морозного пучения при осредненных условиях, зависит от толщины дорожной одежды, руппы грунта по степени пучинистости ([I], табл. 4.1 и глубины промерзания z_пр.

Группа грунта – по стени пучинистости –.Средняя глубина промерзания грунта в области z_гр = см.

Средняя глубина промерзания дорожной конструкции:

z_пр = 1.38 z_гр = 1.38 х = см

Требуемую толщину дорожной одежды по условию морозоустойчивости оределяем приняв, что l_пуч = l_доп = 4 см.

Тогда

l_{пруч. ср =} l_пуч/ К_угв К_пл К_гр К_нагр К_вл,

 

где К_угв – коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины

залегания уровня грунтовых или длительно стоящих

поверхностных вод ([I], рис. 4.1), К_угв =;

К_пл – коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта

рабочего слоя ([I], табл. 4.4), К_пл =;

К_гр – коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического

состава грунта основания насыпи ([I], табл. 4.5), К_гр =;

К_нагр – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от

собственного веса вышележащей конструкции на грунт в

промерзающем слое ([I], рис. 4.2), К_нагр =;

К_вл – коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта

([I], табл. 4.6), К_вл =.

 

l_{пруч. ср} = 4.0/ = см

По номограмме рис.4.3 ОДН находим h_{д.о. треб} = см.

Расчет дорожной одежды по упругому прогибу

Е_тр = 98.65[ lgSN_р – 3.55] = 98.65[ lg() – 3.55] = МПа

Þ Е_общ = Е_тр К_пр =

Расчетная схема дорожной одежды

Е1 = МПа

Е2 = 0 МПа

Е3 = МПа

Е4 = МПа

h₁ = см Е'_общ = МПа

h₂ = см Е''_общ = МПа

 

 

h₃ = см Е'''_общ = МПа

 

Е_гр = МПа

 

 

Расчет по кририю допускаемому упругому прогибу выполняется по номограмме Рис. 3.1. ОДН [I], снизу вверх

 

Расчет сопротивления сдвигу в песчаном слое основания

 

Расчет выполняется при температуре воздуха во 2 дорожно-климатической зоне t = 20°C.

 

Расчетная схема конструкции

 

Е1 = МПа

Е2 = МПа

Е3 = МПа

h₁ = см

 

h₂ = см

 

h₃ = см

 

 

Е ''' _общ =

 

Е_ср = ∑Е_ih_i/_ih_i = МПа

Критерий прочности Т_пред / Т_а ³ К_пр

где К_пр = 1.0,

Т _а – расчетное активное напряжение сдвига,

Т = рt,

где t – удельное активное напряжение сдвига отединичной

нагрузки;

р – расчетное давление от колеса на покрытие, р = 0.6 МПа;

Т_пред – предельная величина активного напряжения сдвига, определяемая по формуле

Т_пред = К_д(С_N + 0.1g z tg(j_ст)),

 

где К_д – коэффициент, учитывающий особенности работы

конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем

несущего основания ([I],п. 3.35), принимаемы равным К_д =;

С_N – сцепление в промежуточном песчаном слое;

g – плотность материала, равная g = 0.002 кг/см³;

z – толщина до рассматриваемого слоя;

j_ст– угол внутреннего трения при единичном нагружении,

Т_пред = 3

Е_ср / Е ''' _общ =, Sh =

j =°

По номограмме ([I], рис. 3.3) определяем t =

 

Т = =

 

К_пр = / = > К_пр = 1.00

 

Условие выполняется, т.е. устойчивость на сдвиг в песчаном слое обеспечена.

 

Расчет сопротивления сдвигу в подстилающем грунте

 

 

Е1 = МПа

Е2 = МПа

Е3 = МПа

Е4 = МПа

h₁ = см

h₂ = см

 

h₃ = см

 

 

h₄ = см

 

 

Е_ср = () = МПа

 

Т_пред / Т ³ К_пр , К_пр = 1.0

Е_ср / Е_гр = / =, Sh / D =/ =

j_ст = °, j = °, К_д = 1.0

Т_пред = ()) = МПа

 

По номограмме ([I], рис. 3.2) определяем t =

 

Т = 0.6 х =

К_пр = / = < К_д = 1.00 Условие выполняется, т.е. устойчивость на сдвиг в грунте обеспечена.

 

 

Расчет на сопротивление при изгибе монолитных слоев с учетом усталостных явлений

Расчетная схема

 

Е1 = МПа

Е2 = МПа

h₁ = см

h₂ = см

 

Е′′_общ =

Е_ср = МПа

 

В монолитных слоях дорожной одежды, возникающие при изгибе одежды напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок, не должны в течение заданного срока службы приводить к образованию трещин от усталостного разрушения. Условие прочности имеет вид:

 

R_N / s ³ К_пр,

 

где К_пр – требуемый коэффициент прочности с учетом заданного

уровня надежности, равный К_пр = 1.0;

s – наибольшее растягивающее напряжение в данном слое,

s = s_r р К_в ,

где р – расчетное давление, равное р = 0.6 МПа;

К_в – коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном, равный

К_в = 0.85

s_r – растягивающее напряжение от единичной нагрузки,

определяемое по номограмме ([I], рис. 3.4) в зависимости от величин:

 

Е_ср / Е′′_общ = / =, Sh / D =/ =

 

По номограмме рис. 3.4 определяем s_r = МПа;

 

 

s = ∙ 0.6 ∙ 0.85 =

Прочность материала монолитного слоя при многократном растяжении при изгибе определяют по формуле:

 

R_N = R К₁ К₂ (1 – 0.1t),

 

где R – нормативное значение предельного сопротивления растяжению при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при

однократном приложении нагрузки ([I], табл. П.3.1), R = МПА,

К₁ – коэффициент, учитывающий снижение прочности из-за

усталостных явлений при многократной нагрузке,

 

К₁ = a / (SN_p)^1/m,

 

где a – коэффициент, учитывающий различие в реальном и лаборатор- ном режимах растяжения повторной нагрузкой, определяемый по ([I], табл. П.3.1), a =

m – показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя ([I], табл. П.3.1), m = 4.3.

 

К₁ =

К₂ – коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов, определяемый по ([I], табл. 3.6), К₂ = 0.8;

t – коэффициент нормативного отклонения, при К_н = 0.95 t = 1.71.

 

R_N = МПа

R_N / s = ³ К_пр = 1.0.

Условие прочности выполняется.

 

Расчет на осушение дорожной одежды

 

Дренажная конструкция необходима при традиционных конструкциях дорожных одежд со слоями из зернистых материалов на участках с земляным полотном из слабофильтрующих грунтов во II дорожно-климатической зоне при всех схемах увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

Полная толщина дренируемого слоя определяется по формуле:

 

h_п = h_нас + h_зап ,

 

где h_зап – дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала ([I]), для песка h_зап = м;

h_нас – толщина слоя, полностью насыщенного водой, зависит от длины пути фильтрации L и расчетной величины притока воды в дренирующий слой на 1 м² q_р.

 

Значение q_р определяется по формуле:

 

q_р = q К_п К_в К_г К_р 10 ^-3,

 

где q – табличное значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, отнесенное к 1 м² проезжей части ([I], табл. 5.3), q = л/м² сут;

К_п – коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков ([I], табл. 5.4), К_п =;

К_в – коэффициент, учитывающий накопление воды в местах измененияпродольного уклона ([I], рис. 5.3,),

К_в =;

К_г – коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги ([I], табл. 5.4), К_г =;

К_р – коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима ([I], табл. 5.5),

К_р =.

 

q_р = м³/сутна1 м покрытия²

 

По номограмме ([I], рис. 5.1) определяем h_нас при значениях параметров:

q' = 0.5 q_р В,

где В – ширина проезжей части (без учета кромочных полос), В = м.

q' = м³/ сут

К^мин_ф = 2 м/сут (для мелких и средних песков)

Уклон корыта i = 0.04

 

q'/ К^мин_ф = / =

По номограмме рис. 5.1 находим

3.5 h_нас / L =,

 

где L – длина пути фильтрации, равная при отсыпке песка на всю ширину земляного полотна

L = 0.5*В + а + б,

где а – ширина обочины;

б – средняя длина дренирующего слоя, расположенная в откосной части земляного полотна, равная сумме толщины дорожной одежды и половине толщины дренируемого слоя, умноженной на заложение откосов:

б = м.

L = м

 

Находим значение h_{на с} = м

Тогда, полная требуемая толщина дренируемого слоя равна:

h_п = м

Если требуемая толщина дренирующего слоя не превышает принятую по критериям прочности и морозоустойчивости толщину песчаного основания, то расчет закончен. В противном случае необходимо увеличить толщину дренирующего слоя или принять большее значение коэффициента фильтрации песка. Окончательную толщину дренируемого слоя принимаем равную см.

 

Конструирование и расчет прочности дорожной одежды

Жесткого типа