Земляное полотно и дорожная одежда

Земляное полотно

 

Типовые поперечные профили запроектированы применительно к типовому проекту 503 – 0 – 48 – 87 с учетом требований СНиП РК 3.03-09-2006* и СТ РК 1413-2005.

Ширина проектируемого земляного полотна принята 27,5 м.

В проекте приняты типы земляного полотна:

Тип 1 – насыпь высотой до 3,0м на целине. Крутизна откосов земляного полотна 1:4. В местах расположения водопропускных труб крутизна откосов земляного полотна 1:1,5. С нагорной (верховой) стороны устраивается кювет, глубиной не менее 0,3м.

Тип 3 –насыпь на целине высотой свыше 3,0м до 6,0м. Крутизна откосов земляного полотна 1:1,5.

Тип 4 –насыпь на целине высотой свыше 6.0м до 12.0м. Крутизна откосов от верха проектной линии до 6м -1:1,5, ниже 6 до12м -1:1,75.

Тип 5 –насыпь, высотой свыше 12.0м до 18.0м. Крутизна откосов от верха проектной линии до 6м -1:1,5, от 6 до12м -1:1,75 ниже 12м – 1:2.

Тип 7 – выемка глубиной до 2.0м с двухсторонними кюветами. Крутизна внутренних откосов земляного полотна 1:4, внешних 1:1,5. Ширина кювета по дну 0,40м.

Тип 8 – выемка глубиной от 2.0 до 6,0м с двухсторонними кюветами с устройством закюветной полки шириной 1,0м. Крутизна внутренних откосов земляного полотна 1:4, внешних 1:1,5. Ширина кювета по дну 0,40м.

 

Крутизна внутренних откосов выемки 1:4, внешних 1:0,5.

Поперечный уклон поверхности земляного полотна двускатный и составляет 30%о.

Распределение земляных работ по условиям разработки, транспортировки, типам грунтов и потребное количество грунта приводится в покилометровой ведомости перемещения земляных масс. Особое внимание при возведении земляного полотна должно быть обращено на тщательное послойное уплотнение грунта в теле насыпи. Отсыпка последующего слоя допускается только после разравнивания и уплотнения катками нижележащего слоя до требуемой плотности. Не допускается возведение слоя насыпи из различных типов грунта.

При сопряжении проектной насыпи с существующим земляным полотном (при заложении существующего откоса от 1:1 до 1:5) необходимо произвести нарезку уступов. При заложении существующих откосов от 1:5 до 1:10 необходимо произвести планировку.

В программе CREDO_ОТКОС был произведен расчет устойчивости выемок и насыпей проектного земляного полотна.

Поперечный уклон земляного полотна принят двускатным 30%_о.

Распределение земляных работ по условиям разработки, транспортировки, грунтам и потребное количество грунта приводится в покилометровой ведомости перемещения земляных масс. Особое внимание при возведении земляного полотна должно быть обращено на тщательное послойное уплотнение грунта в грунте насыпи. Отсыпка последующего слоя допускается только после разравнивания и уплотнения катками нижележащего слоя до требуемой плотности. Также не допускается возведение слоя насыпи из разных типов грунта.

Уплотнение грунтов в теле насыпи производится с поливом водой при достижении влажности не менее 0,9 – 1,0 от оптимальной. Ориентировочно, оптимальная влажность составляет:

· для гравийных и скальных грунтов – 6-7%

· для песков 8-10%

· для супесей 13%

· для суглинков 12-14%

Средняя естественная влажность грунтов, согласно лабораторным данным составляет:

· гравийных грунтов – 2-3%;

· песков 2-4%;

· супесей 5,6%;

· суглинков 3%;

· разрыхленные скальные грунты -1-2% (по экспертной оценке).

Как видно из данных по естественной влажности грунты недоувлажнены в среднем на 8-9% или потребность в воде при уплотнении грунтов составляет 85м3 на 1000м3 уплотняемого грунта.

При возведении земляного полотна на участках уширения существующего полотна, строительные работы следует выполнять в следующем порядке:

1-й этап строительства – выполняются работы по одностороннему или двухстороннему уширению полотна до отметок существующей дороги.

2-й этап строительства – возведение насыпи на одной половине земляного полотна до отметок низа дорожной одежды с последующим устройством конструктивных слоев дорожной одежды правой или левой половины (две полосы движения + переходно-скоростные полосы + обочина + половина разделительной полосы и другие уширения).

3-й этап строительства – возведение насыпи второй половины земляного полотна и последующее устройство конструктивных слоев дорожной одежды.

Данное проектное решение обеспечит беспрепятственный пропуск транзитного транспорта.

При возведении верхней части насыпи (рабочий слой толщиной не менее 0,5 метра) из гравийных или разрыхленных скальных грунтов максимальный размер камней и комьев не должен превышать 2/3 толщины устраиваемого слоя, но в любом случае не должен включать фракции более 200 мм.

Объемы земляных работ подсчитаны по поперечникам программным комплексом CAD – CREDO и графическим редактором AutoCAD.

Земляные работы по основной дороге и по устройству переходно – скоростных полос автобусных остановок, съездов необходимо производить одновременно. Объемы земляных работ по устройству съездов и пересечений приведены в соответствующих ведомостях (см. Том 2 «Чертежи). Оплачиваемый объем линейных земляных работ по дороге с учетом переходно – скоростных полос, площадок отдыха и тела насыпи для остановок составил 5 180 690м³, в том числе буровзрывные работы 313 500 м3.

Проектом предусмотрена отработка откосов глубоких выемок методом контурного взрывания. Согласно пункта 9.3.13 СН РК 1413-2005 наиболее надежно достигается общая и местная устойчивость скальных откосов, безопасность строительных работ и эксплуатация сооружений при применении способа контурного взрывания, обеспечивающего сохранение устойчивости скального массива за пределами проектного контура выемки. Применение этого способа обязательно при крутизне откосов 1:0,2 и круче. При контурном взрывании очертание участков откосов в пределах каждого яруса разработки выемки (крутизна откосов уступов) принята наклонными крутизной 1:0,5. Ширина горизонтальных ступеней, оставляемых в пределах каждого яруса, обуславливается конструкцией применяемых буровых станков, запроектированной общей крутизной устойчивого откоса разрабатываемой выемки, наличием в пределах откоса дополнительной технологической полки безопасности шириной 4,0м.

Насыпи предусмотрено возводить из грунтов в основном из супесчаных и суглинистых грунтов выемок. Непригодные для возведения насыпи грунты - глины тяжелые жирные, в объеме 172,5 тыс. м³ перемещается в отвал. Излишний грунт выемок из пригодных грунтов в объеме 2,421 тыс. м³ складируется во временных отвалах – кавальерах для возведения насыпей на 5-м участке реконструируемой дороги Алматы – Усть-Каменогорск км 235,3 – 259.

На устройство присыпных обочин, которые устраиваются по мере готовности основания, грунт завозится из выемок в объеме 101 430 м³.

Поверхностный водоотвод обеспечен за счет устройства кюветов и водосбросов, со сбросом воды в проектируемые трубы.

Кюветы устраиваются с двух сторон на всех выемках и с верховой или нагорной стороны насыпей.

Ширина кюветов по дну на насыпях и выемках глубиной менее 0,4м. Минимальная глубина кюветов в насыпях не менее 0,4 м, в выемках не ниже 0,2м от уровня выхода дренажного слоя конструкции дорожной одежды.

На участках скальных выемок и в выемках, глубиной более 2-х метров ширина кювета по дну - 3,0 м. Данное решение позволит в процессе эксплуатации полотна дороги на участках в глубоких выемках обеспечить периодическое механизированное удаление аккумуляции продуктов выветривания в кюветах и беспрепятственную уборку снега в зимнее время.

Перед началом работ необходимо очистить откосы существующей насыпи и выемки от травы произвести их рыхление глубиной 0,25 м на ширину по откосам досыпаемой части земляного полотна, расчистить откосы и придорожную полосу от мусора и выполнить работы по снятию почвенно-растительного слоя.

По окончании работ предусмотрена обратная надвижка срезанного растительного слоя на проектный откос и придорожную полосу и произвести засев трав для предотвращения размыва возведенного земляного полотна.

Степень соблюдения принципа равноустойчивого откоса оценивают для различных участков откоса по коэффициенту Ку запаса устойчивости:

Ку = Tg(Фp)/Tg(A),

где Tg(Фp) = Tg(Fi) + C/(Pcp*Z),

Tg(Фp) = Fp - коэффициент сопротивления сдвигу для данного горизонта Z (м), считая от верха откоса,

Fi и C - угол внутреннего трения и коэффициент сцепления на том же горизонте,

Pcp - средняя плотность грунта, расположенного в толще откоса выше данного горизонта,

А - угол наклона поверхности проектного откоса к горизонтальной поверхности.

Дополнительные показатели и параметры для горизонта Z:

H - толщина расчетного слоя грунта,

Р - плотность грунта расчетного слоя,

Фp = Arctg(Fp) - угол сопротивления сдвигу.

Сейсмическое воздейстивие учитывают при расчете коэффициента сопротивления сдвигу по формуле:

Fp = Tg(Fi-б) + C/Ps,

где б - сейсмический угол, градус,

Ps - величина нормального давления с учетом сейсмичности:

Ps = Pcp*Z*(1+е),

е - коэффициент сотрясения, равный отношению расчетного сейсмического ускорения к ускорению силы тяжести.

См. Методические рекомендации по обеспечению устойчивости откосов земляного полотна при проектировании и строительстве автомобильных дорог. М., Союздорнии, 1974, с. 57-59.

Результаты расчета удерживающих и сдвигающих моментов для наиболее опасной кривой скольжения по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения в модификации К.Терцаги

K_stb = 1.42, K_norm = 1.43.

Координаты центра кривой: X = 20 m, Y = 18 m.

Сдвигающие силы умножены на сейсмический коэффициент Кс =1.05

 

Дорожная одежда

 

Требуемый модуль упругости дорожной одежды капитального типа для дороги IБ категории определен по результатам подсчета интенсивности движения на 20-летнюю перспективу в соответствии с требованиями СН РК 3.03-19-2006 «Проектирование дорожных одежд нежесткого типа».

Определение интенсивности движения производилось путем непосредственного учета на перегоне км 213 – 223 в соответствии с требованиями ПР РК 218-04-97 «Инструкция по учету интенсивности движения транспортного потока на автомобильных дорогах».

На дороге отмечено большое количество транзитных перевозок с использованием большегрузного тяжелого транспорта. За расчетную нагрузку принята нагрузка, соответствующая автомобилю группы А3, с нормативной статической нагрузкой на ось 130кН.

В данном проекте принятый коэффициент изменения роста интенсивности движения составляет 1,04.

На основе принятого коэффициента изменения роста интенсивности движения и имеющихся фактических данных по учету состава транспортных потоков на 2011г, в таблице приведен прогноз интенсивности движения на перспективу.

Предполагаемая расчетная интенсивность движения в физических единицах составит в 2030 году 9 702 авт/сутки, приведенная к легковому автомобилю – 15 556 ед./ сутки.

Результаты подсчета интенсивности и определения требуемого модуля упругости приведены в таблицах ниже:

ВЕДОМОСТЬ подсчета интенсивности движения автотранспортных средств и расчет интенсивности на перспективный период (2030г) в прямом и обратном направлениях (подсчет в июле 2014г)
Рабочий проект «Реконструкция автомобильной дороги "Алматы - Усть-Каменогорск"км 118-км259,участок км 213-км 233.
№	Перспективный период	Легковые и пикапы	Автобусы	Одиночные грузовики	Автопоезда (прицеп, полуприцеп)	Тракторы	Мотоциклы	Всего
Легкие	Тяжелые	До 2т	2-5 тн	5-10 тн	Свыше 10тн.	Автопоезда с прицепом количество осей	Седельные тягачи с полуприцепом, количество осей	Легкие	Тяжелые
2-х осн.	3-х осн.	11-11	11-12	12-11	12-12
к легковым автом				1,5		2,5	2,5		3,5				3,5					2,5	3,5	0,5
К для пересеч. и горн. местности				1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
Привед. к легков. автомобилю																					15 556

РАСЧЕТ приведенной интенсивности движения к интенсивности расчетных автомобилей группы А3 на автомобильной дороге "Алматы - Усть-Каменогорск" км 118-259,участок км213- км223.
Расчетный год - 2014 (планируемый год сдачи дороги эксплуатацию)
№№ пп	Категория транспортныхсредств	Интенсивность движения, авт/сут	Суммарный к-т приведения к расчетной нагрузке А3	Произведение
	Легковые и микроавтобусы		0.00	0.0
	Автобусы средней вместимости		0.011	1.0
	Автобусы большой вместимости		0.23	7.6
	Малые грузовики грузоподъемность до 2т		0.00	0.0
	2х осные грузовики грузоподъемностью до 5т		0.06	8.5
	2-х осные грузовики грузоподъемностью до 10 т		0.32	9.2
	3-х осные грузовики грузоподъемностью до 10 т		0.17	4.0
	3-х осные грузовики грузоподъемностью более 12 т		2.72	141.5
	2-х осные грузовики с прицепом (11-11)		0.89	125.5
	2-х осные грузовики с прицепом (11-12)		3.30	140.0
	3-х осные грузовики с прицепом (12-11)		2.55	83.8
	3-х осные грузовики с прицепом (12-12)		2,6
	2-хосные седельные тягачи с полуприцепами (111)		0.61	10.9
	2-х осные седельные тягачи с полуприцепами (112)		2.55	66.3
	2-х осные седельные тягачи с полуприцепами (113)		4.73	77.7
	3-х осные седельные тягачи с полуприцепами (122)		3.90	138.8
	3-х осные седельные тягачи с полуприцепами (123)		6.08	266.3
	Трактора легкие		0.00	0.0
	Трактора тяжелые		0.01	0.0
	Мотоциклы		0.00	0.0
	Итого:

 

 

Вычисляем интенсивность движения в первый год службы (2014г), приведенную к расчетной нагрузке группы А₃ с учетом четырех полос движения по формуле (6.5):

 

N_р= 1 393 ´ 0,35 = 487,8 ед/сут

Расчетное суммарное количество приложений расчетной нагрузки группы А3 (20лет), определена по формуле (6.6):

∑ Nр = 365 х 487,8 х (1,04 ^20–1): (1,04 - 1) = 9 378 605 ед.

Требуемый модуль упругости определяется в зависимости от расчетного суммарного количества приложений расчетной нагрузки (формула 6.8) за срок службы конструкции дорожной одежды с параметром С = 4,0:

Е_тр = 120+74 (lg ∑Np - 4.0) = 340 МПа

 

Требуемый уровень надежности для I категории дороги с капитальным типом покрытия (согласно таблице 6.1 СН РК 3.03-19-2006) Кн = 0,95; коэффициент прочности Кпр = 1,00. С учетом этого:

 

Е_общ = Е_р= Е_тр х К_пр = 340 х1,00 = 340 МПа

 

Полученный общий модуль упругости превышает минимальный согласно требованиям пункта 6.14

Е_мин = 230 МПа.

 

Исходные данные представлены в таблице

 

 

Таблица исходных данных

Материал	h слоя, см	Е, МПа, при расчете	Расчет на растяжение при изгибе и сдвиге
по допус-тимому упру­гому прогибу	по сдвиго­устойчивости	Е, МПа	МПа	j ^о	С, МПа
1. Щебеночно-мастичный асфальтобетон ЩМА-20					2,8	-	-
2. Асфальтобетон горячий крупнозернистый на битуме БНД 60/90					1,6	-	-
3. Асфальтобетон горячий пористый на битуме БНД 90/130					1,40	-	-
4. Щебеночно-песчаная смесь С4					-	-	-
5. Подстилающий слой из ПГС					-		0,02
5. Грунт земляного полотна – суглинок легкий	-		-	-	-		0,023