Проверка дорожной конструкции с нежесткой дорожной одеждой

На морозоустойчивость

Проверка выполняется в следующей последовательности:

а) Определяется глубина промерзания дорожной конструкции по (5.3)

z_пp = z_пp(cp) × 1,38,

где z_пp(cp) - средняя глубина промерзания для данного района, устанавливаемая при помощи карт изолиний (Прил.5 рис.П. 5.1), для условий г.Москвы z_пp(cp) = 1,4м по формуле (5,3) получаем

z_пp = z_пp(cp) × 1,38 = 1,4×1,38 = 1,93м ≈ 2м,.

б) Определяется l_{пуч ср}. При глубине промерзания дорожной конструкции z_пp до 2м l_{пуч ср} устанавливают по графикам рис. 5.1. По прил.5,табл.П. 5.2 супесь легкая относится к III грунтов и при z_пp = 200см l_{пуч ср} = 6см.

в) Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна – III.

г) Определяется коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (Н_у)-К_УГВ, для III-типа местности по рис. 5.2. Определяющим фактором при этом является величина Н_у, которая определяется следующим образом:

- для случая влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых

Н_у = Н_г.в. + h_н – h_д.о. = 0,6 + 1,5 – 0,67 = 1,43м

- для случая влияние длительно стоящих поверхностных вод

Н_у = h_н – h_д.о. = 1,5 – 0,67 = 0,83м

Большее значение К_УГВ , а значит более неблагоприятное получаем при

Н_у = 0,83м, К_УГВ = 0,75.

д) Определяется коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя - К_пл (табл. 5.2), при К_упл = 0,98 К_пл = 1.

е) Определяется коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки - К_гр (табл. 5.3), для супесей К_гр = 1,1

и) Определяется коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое - К_нагр и зависящий от глубины промерзания - Z_пp (рис. 5.3), при Z_пp ≈ 2м для суглинка легкого К_нагр = 0,85.

к) Определяется коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта - К_вл (табл. 5.4), при W_p = 0.75 К_вл = 1.15.

л) Определяется расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна - l_пуч по (5.2)

l_пуч = l_{пуч ср}К_УГВ К_пл К_грК_нагрК_вл = 6∙0,75∙1∙1,1∙0,85∙1,15 = 4,84см,

м) Производится проверка условия (5.1) при l_доп = 4см, условие не выполняется.

н) Рассчитывается допустимая средняя величину морозного пучения l_{пуч.ср.доп} по формуле (5.5.):

l_{пуч.ср. доп} = l_доп/К_УГВ К_пл К_гр К_нагр К_вл = 4/0,75∙1∙1,1∙0,85∙1,15 =5,73см.

о) Определяется h_oд по графику рис. 5.1.в соответствии с группой грунта по степени пучинистости, h_oд = 72см, таким образом для обеспечения условия морозоустойчивости следует увеличить толщину дорожной одежды до 72см. Выполним это за счет песчаного слоя назначив его толщину h ₅ =25см.

Проектирование нежесткой дорожной одежды завершено.

 

 

Пример проектирования жесткой дорожной одежды

Исходные данные

Исходные данныеобщего назначения соответствуют принятым в примере для проектирования нежестких дорожных одежд (разд.10.1).

Дополнительные исходные данные:

1. Срок службы – 25лет.

Расчет параметров подвижной нагрузки

Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за срок службы определяют по формуле (3.3):

,

Учитывая изменение срока службы дорожной одежды, изменится (по сравнению с нежесткой дорожной одеждой) значение К_с. К_с - коэффициент суммирования определяется по формуле (3.4):

К_с= (q ^{Т сл} – 1)/(q - 1) = (1.03²⁵ – 1)/(1.03 – 1) = 36,46.

Таблица 11.1

Расчет суммарной приведенной нагрузки ∑N_p за срок службы.

fпол	∑ N1m Sm	kn	Трдг	Tcл	Кс	∑Np
0,55	986,04	1,38			36,46

При проектировании нежестких дорожных одежд необходимо также значение N_p - приведенной интенсивности на последний год срока службы. Учитывая, что известно ∑N_p, значение N_p определим по формуле полученной из (3.3*):

N_p = ∑N_p∙ (q ^{Т сл – 1})/(0,7 ∙ К_с∙Т_рдг∙ k_n)=3410853∙1,03²⁴/(0,7∙36,46∙125∙1,38)=1575 расчет.авт/сут.

Конструирование

Типовая конструкция жесткой дорожной одежды выбирается из рис.6.1 для III категории дороги

Рис.11.1. Поперечные разрез типовой дорожных одежд с цементобетонным покрытием

для дорог III категории: 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

 

В соответствии с рекомендациями разд.6.1 для покрытия класс бетона по прочности следует принимать в зависимости от вида покрытия, категории автомобильной дороги и интенсивности расчетной нагрузки, (ед./сут) по прил.1, табл.П.1.14. При однослойном покрытии, III категории дороги и интенсивности расчетной нагрузки N_p =1575 расчет.авт/сут. минимальный проектный класс по прочности на растяжение при изгибе B_tb = 4МПа. Модуль упругости бетона Е_б покрытия назначается по по прил.1, табл.П.1.15, принимая мелкозернистый бетон выбираем Е_б = 26500МПа. При расчете конструкции по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев расчетный модуль упругости бетонного покрытия назначают в зоне швов покрытия, согласно табл.3.7 Е_б.расч =1300МПа. Предварительную минимальную толщину покрытия принимается по табл.6.1, h ₁=20см.

В соответствии с рекомендациями разд.6.2 верхний слой основания предварительно принимаем из супеси легкой укрепленной цементом М40 с модулем упругости Е = 400 МПа (табл.П.1.10) толщиной h ₂=18см. Дополнительный слой основания проектируется из среднезернистого песка, h =20см с модулем упругости Е =120МПа (прил.2,табл. П.2.5), прочностные (сдвиговые) характеристики среднезернистого песка, с учетом SN_p = 3410853 расчетных автомобилей (прил.2: табл.П.2.6) С =0,002МПа и φ =22˚.

Для определения характеристик подстилающего грунта необходимо установить уровень надежности проектируемой дорожной одежды. Жесткие дорожные одежды рассчитывают с учетом уровня надежности К_н принимаемого в соответствии с табл.7.1, в зависимости интенсивности расчетной нагрузки N_p, для рассматриваемого примера К_н = 0,95.

Определение W _р выполняется в соответствии с прил.2. При суммарной толщине одежды до 0,75 м, W _р определяется по табл. П.2.1 в зависимости от дорожно-климатической зоны и подзоны (рис. П.2.2), схемы увлажнения земляного полотна и типа грунта по формуле

W_p = _таб ∙(1 + 0,1 t)

Для рассматриваемого примера ДКЗ II₆, схема увлажнения земляного полотна - 3, грунт- супесь легкая, получаем _таб= 0,67. Определение t производится по табл. П.4.2 Приложения 4 при К_Н =0,95 выбираем t = 1,71.

W_p = 0,67(1+0,1∙1,71)= 0,78 ≈ 0,8

По установленным W _р = 0,8 и SN_p = 3410853 расчетных автомобилейопределяются расчетные значения прочностных (сдвиговых С и φ) и деформационных (модули упругости Е_г) характеристик грунта рабочего слоя – супеси легкой. По прил.2: табл.П.2.4 - нормативные значения сдвиговых характеристик супеси легкой, С =0,003МПа и φ =12˚; табл.П.2.5 - нормативные значения модулей упругости супеси легкой Е_г =43МПа.

 

11.4 Расчет монолитных цементобетонных покрытий

Расчет проводят путем проверки прочности покрытия по условию (7.1)

К_пр^ТР ≤ R_ри /σ_рt,

где К_пр^ТР - требуемый коэффициент прочности, определяемой в зависимости от категории дороги по табл.7.1, для условий примера К _пр^ТР = 1; R_ри - расчетная прочность (сопротивление) бетона на растяжение при изгибе; σ_рt - напряжение растяжения при изгибе, определяемое по (7.4).

1) Определяется К_У^ТР - требуемый коэффициент усталости бетона при повторном нагружении, определяется по (7.3);

К_У^ТР = 1,08∙(∑ N_P)^{- 0,063},

где ∑ N_P - суммарное расчетное число приложения приведенной расчетной нагрузки за расчетный срок службы, для условий примера ∑ N_P = 3410853 расчетных автомобилей

К_У^ТР = 1,08∙(∑ N_P)^{- 0,063} = 1,08∙3410853^-0,063 = 0,42

2) Определяется R_ри -расчетное сопротивление бетона на растяжение при изгибе определяют по формуле (7.2)

R_ри = B_tb∙К _н.п∙ К_У ∙К_F,

где B_tb - класс бетона на растяжение при изгибе, для условий примера B_tb = 4МПа (см.разд.11.3); К _н.п - коэффициент набора прочности со временем, для условий примера К _н.п=1,2; К_F - коэффициент, учитывающий воздействие попеременного замораживания-оттаивания, К_F = 0,95.

R_ри = B_tb∙К _н.п∙ К_У ∙К_F = 4∙1,2∙0,42∙0,95 = 1.92МПа

3) Выбирается расчетная схема для определения толщины покрытия, для условий примера выбрана первая расчетная схема.

4) Определяется общий (эквивалентный) модуль упругости основания Е_общ, как многослойной конструкции, определяется путем последовательного приведения слоистой системы к двухслойной.

Модули упругости материалов слоев, слагающих основание определяются по прил. 1, табл. П.1.8…П.1.13, а грунтов по прил. 2,табл.П.2.5…П.2.6.

4.1) Первая двухслойная система- (супесь легкая + среднезернистый песок) формируется для определения Е_ЭП (рис.11.2) - на уровне дренирующего слоя песка:

 

Рис.11.2 Схема двухслойной системы для определения Е_ЭП

(заливкой выделен нижний слой)

Определение Е_ЭП производится в следующей последовательности:

- определяется h _эппо (7.8)

h _эп = 2∙ h₃[ 0,17∙ E₃ /Е_Э4)] ^0,3333= 2∙20∙(0,17∙120/43)^0,3333=31см;

- определяется Е_ЭП по (7.7) при D =50 см

Е_ЭП =Е₃ /[ 0,71(Е_Э4/E₃)^0,3333 ∙ arctg( 1,35∙ h _эп /D) + 0,64∙ E₃ / Е_Э4 ∙ arctg(D/ h _эп )] =

=120/[0,71∙(43/120)^0,3333 arctg (1,35∙31/50)+0.64∙120/43 arctg (50/31)]=55МПа.

4.2) Вторая двухслойная система- (нижний слой (супесь легкая + среднезернистый песок) + верхний слой (цементогрунт)) формируется для определения Е_Э2 (рис.11.3) – на уровне цементогрунта.

 

Рис.11.3 Схема двухслойной системы для определения Е_Э2

(заливкой выделен нижний слой)

Определение Е_ЭЦ производится в следующей последовательности:

- определяется h _эппо (7.8)

h _эц = 2∙ h₂[ 0,17∙ E₂ /Е_Э3)] ^0,3333= 2∙18∙(0,17∙400/55)^0,3333=38,6см;

- определяется Е_ЭЦ по (7.7) при D =50 см

Е_ЭЦ =Е₂ /[0,71(Е_Э3/E₂)^0,3333 ∙ arctg( 1,35∙ h _эц /D) + 0,64∙ E₂ / Е_Э3 ∙ arctg(D/ h _эц )] =

=400/[0,71(55/400)^0,3333 arctg (1,35∙38,6/50)+0.64∙400/55 arctg (50/38,6)] =88МПа.

5) Построение графика зависимости К_у=f(h). Значения К_у определяются по формуле (7.9)

К_у=(σ_рt ∙ К_пр)/(B_tb ∙ К _н.п∙ К_F).

Для построения графика следует заполнить табл.11.2. Входящие в табл.11.2 величины определяются в соответствии с формулами и таблицами разд.7.1: l _у по форм.(7.6), К_t по табл.(7.2), σ_рt по форм.(7.4). Другие величины входящие в указанные формулы, для условий примера, имеют следующие значения: Q_дн = Q_рс k_дн = 50∙1,3 = 65кН по (7.4*), R= [ Q_дн /(0,1∙ π ∙ p_ш)] ^0,5 = [65/(0.1∙3.14∙0.6)]^0.5 = 18,57смпо (7.5), K_M =1,5, K_усл =0,66, К_ШТ =1, К _пр^ТР = 1, B_tb = 4МПа, К _н.п=1,2, К_F = 0,95, Е_б = 26500МПа, Е_об.о = Е_ЭЦ = 361МПа, μ_б = 0,2, μ_о = 0,3

 

Таблица 11.2

Величины для построения графика зависимости К_у=f (h)

#G0Значение , см	l у,см	Kt	σрt, МПа	Ку
	72,46	0,85	2,11	0,46
	79,71	0,80	1,94	0,43
	86,95	0,73	1,86	0,41

 

В табл.11.2 приводятся значения величин зависящих от толщины покрытия h.

Рис.11.4 График Ку = f(h)

С помощью построенного графика определяется толщина покрытия соответствующую требуемому коэффициенту усталости К_У^ТР = 0,42 (см. разд.11.4 п.1) определенного по формуле (7.3). По рис.11.4 определяем

h = 22.5см ≈ 23см. Расчет цементобетонного покрытия завершен.