Проектирование осушения дорожных одежд.

Полную толщину дренирующего слоя дорожной одежды h_п (м) определяют по формуле (1.8.1):

h_п=h_m∙b∙К_с+h_зап,

 

где h_m - толщина слоя, определяемая по номограмме (рисунок 8.2.1) в зависимости от коэффициента фильтрации материала дренирующего слоя (К_ф) и объема воды, поступающей в основание проезжей части за сутки (q), м;

b - коэффициент, зависящий от длины пути фильтрации воды, равный 0,33 для дороги IV категории.

К_ф – коэффициент фильтрации, зависящий от вида песка:

К_ф = 11 м/сут - пески крупные;

h_зап - дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала и равная:

0,10 - 0,12 м………………………... пески крупные;

Во всех случаях полную толщину дренирующего слоя дорожной одежды следует принимать не менее 0,25 м.

Определим толщину дренирующего слоя из к/з песка (К_ф = 11 м/сут):

 

Hд = 0,38*0,33*1,1+0,12=0,26 м

 

Рассчитаем стоимость слоя:

С₁ = 4080*26=106080 руб/м³;

 

1.10. Расчет дорожной одежды по критерию упругого прогиба и оптимизация толщины слоев.

 

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба при условии 1.10.4:

Е_об > Е_тiп ,

где Е_об - общий расчетный модуль упругости конструкции, определяемый расчетом с помощью номограммы 1.7.8, МПа;

Е_тiп - минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции, МПа по 1.10.5 или табл.1.10.1;

К^тр_пр - требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба, принимается в зависимости от требуемого коэффициента надежности.

Величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции дорожной одежды при SN_р =791330 (авт) Е_тiп (МПа)вычисляют по формуле 1.10.5:

 

Е_min = 98,65 [ lg (SN_р) - c ] =98,65* (lg791330 – 3,55)=231,7МПа

где SN_р - суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды, авт.

с - коэффициент, зависящий от группы нагрузки (для группы нагрузки А₁ с=3,55)

Независимо от результата расчета по формуле (1.10.5), требуемый модуль упругости дорожной одежды должен быть не менее указанного в таблице 1.10.1.

Е_факт> Е _тр

 

Т.к. по таблице 1.10.1. для нагрузки А₁ и дороги IV-ой категории значение Е_тр отсутствует, примем: Е_тр=Е_min=231,7 МПа.

Значение К^тр_пр примем по табл. 1.4.2. В нашем случае оно составит 0.95.

Окончательно принимаем Е_общ= К^тр_пр * Е _тр =231,7*0.95=221 МПа

 

Выполним оптимизацию конструкции дорожной одежды.

Принимаем конструкцию дорожной одежды по предварительной схеме, полученной в разделе 1.8.

Значения расчетных модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, принимаем при температуре +10 °С (табл.1.2). Составляем схему конструкции дорожной одежды:

 

E_общ=221 МПа

E₁=2400 МПа h₁=5см

E₂=1400 МПа h₂=7см

E₃=450 МПа h₃=?

E₄=130 МПа h₄=26см

E_гр=27 МПа

Назначим минимальные толщины слоев, руководствуясь положениями раздела 1.7.4.2.5. и таблицы 1.7.3..

1. Горячий, плотный, м/з а/б типа Б, марки 2 на битуме БНД 90/130.

М/з а/б типа Б имеет максимальный размер частиц щебня - 20 мм. Содержание щебня составляет менее 50%. Следовательно, минимальная толщина слоя составит 1.5*20= 30 мм. Толщину слоя примем 5 см.

2. Горячий, пористый, к/з а/б на битуме БНД 90/130.

К/з а/б имеет максимальный размер зерен 40мм. Содержание щебня примем менее 50%. Тогда минимальная толщина составит 1.5*40 = 60 мм. Толщину слоя примем 7 см.

3. Щебень, устроенный по способу заклинки.

В соответствии с таблицей минимальная толщина составит 17 см.

4. Песчаный слой.

Минимальная толщина песчаного слоя составляет 25 см.

Поскольку подстилающий слой выполняет функцию дренирующего, его минимальная толщина не должна быть ниже, полученной по расчету толщины дренирующего слоя.

В нашем случае толщина дренирующего слоя составляет 26 см. Окончательно толщину подстилающего слоя принимаем, равной 26 см.

 

Назначаем толщины слоев покрытия равным минимальным значениям. В нашем случае: 5 и 7 см соответственно.

Используя номограмму для определения общего модуля упругости двухслойной системы, выполняя расчет сверху вниз, находим эквивалентный модуль упругости на поверхностях слоев.

 

1)

E_общ=221 МПа

E₁=2400 МПа h₁=5см

E’_общ=?

Е_общ /Е₁ = 221/2400=0,092

h₁/Д = 5/37=0,135

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем Е’_общ /Е₁=0,085

Е’_общ =204 Мпа

 

2)

E’_общ=204 МПа

E₂=1400 МПа h₂=7см

E’’_общ=?

Е’_общ /Е₂ = 204/1400=0,145

h₂/Д = 7/37=0,189

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем Е’’_общ /Е₂=0,12

Е’’_общ =168 МПа

 

3)

E’’’_общ=?

E₄=130 МПа h₄=26см

E_гр=27 МПа

Е_гр /Е₄ = 27/130=0,208

h₄/Д = 26/37=0,702

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем Е’’’_общ /Е₄=0,43

Е’’’_общ =56 МПа

 

4)

E’’_общ=168 МПа

E₃=450 МПа h₃=?

E’’’_общ=56 МПа

Е’’_общ /Е₃ = 168/450=0,37

Е’’’_общ /Е₃ = 56/450=0,124

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем h₃/Д = 0,93

h₃=35см

Толщина слоя превышает максимальное значение толщины слоя, допустимой при уплотнении катками (h_упл=30см). Принимаем толщину слоя h₃=30см и находим толщину слоя h_4.

5)

E’’_общ=168 МПа

E₃=450 МПа h₃=30см

E’’’_общ=?

Е’’_общ /Е₃ = 168/450=0,37

h₃/Д = 30/37=0,81

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем Е’’’_общ /Е₃ = 0,14

Е’’’_общ=63 МПа

 

6)

E’’’_общ=63 МПа

E₄=130 МПа h₄=?

E_гр=27 МПа

Е_гр /Е₄ = 27/130=0,208

Е’’’_общ /Е₄=63/130=0,485

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем h₄/Д = 0,95

h₄=37*0,95=35см.

 

Окончательно принимаем толщину слоя h₄=35см.

 

Начинаем вариацию толщин слоев дорожной одежды с целью поиска толщин, обеспечивающих минимальную стоимость. Результаты расчёта сведём в табл. 1.3.

Таблица 1.3.

h4	h3	Стоимость h4+ h3
		35*4080+30*7900=379800
		38*4080+28*7900=376240
		41*4080+27*7900=380580

 

Расчёт для толщины слоя h₄=38см

1)

E’’’_общ=?

E₄=130 МПа h₄=38см

E_гр=27 МПа

Е_гр /Е₄ = 27/130=0,208

h₄/Д = 38/37=1,03

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем Е’’’_общ /Е₄=0,52

Е’’’_общ =67,6 МПа

 

 

2)

E’’_общ=168 МПа

E₃=450 МПа h₃=?

E’’’_общ=67,6 МПа

Е’’_общ /Е₃ = 168/450=0,37

Е’’’_общ /Е₃ = 67,6/450=0,15

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем h₃/Д = 0,75

h₃=28 см

 

Расчёт для толщины слоя h₄=41см

1)

E’’’_общ=?

E₄=130 МПа h₄=41см

E_гр=27 МПа

Е_гр /Е₄ = 27/130=0,208

h₄/Д = 41/37=1,11

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем Е’’’_общ /Е₄=0,53

Е’’’_общ =68,9 МПа

 

2)

E’’_общ=168 МПа

E₃=450 МПа h₃=?

E’’’_общ=68,9 МПа

Е’’_общ /Е₃ = 168/450=0,37

Е’’’_общ /Е₃ = 68,9/450=0,153

По номограмме (рис. 1.7.8) найдем h₃/Д = 0,73

h₃=27 см

 

Принимаем толщину слоя h₄=38см и слоя h₃=28 см.

 

1.11. Расчет на сдвигоустойчивость грунтов и несвязных слоев основания.

В качестве исходной принимаем конструкцию, полученную при расчете по упругому прогибу с учетом коррекции модулей упругости асфальтобетона при 20 градусах.

 

E_общ=221 МПа

E₁=1200 МПа h₁=5см

E₂=800 МПа h₂=7см

E₃=450 МПа h₃=28см

E₄=130 МПа h₄=38см

E_гр=27 МПа

1) Расчет грунта земляного полотна.

Конструкцию дорожной одежды приводим к двухслойной.

Найдем расчетное активное напряжение сдвига по формуле (1.11.9):

t_а - найдем по номограмме (рис.1.11.2 или 1.11.3) для этого определим суммарную толщину вышележащих слоев (h_в), отношение (h_в/Д) и средневзвешенный модуль упругости вышележащих слоев (Е_в).

h_в =5+7+28+38=78 см

h_в /Д = 78/37=2,1

Е_в=(5·1200+7·800+28·450+38·130)/(5+7+28+38)=373 МПа

Е_в /Е_н=373/27=14,0

Угол внутреннего трения φ_г =14 ^о

По номограмме (h_в /Д≽2) получим что t_а =0,0125

По номограмме получим, что t_в =0,00066 МПа

Подставляя все полученные значения в формулу (1.11.9) получим

Т_а=0,0125·0,6+0,00066=0,0082 МПа

Определим предельное активное напряжение сдвигу Т_пр в грунте рабочего слоя по формуле 1.11.7.

Т_пр=С·k₁·k ₂,

Сцепление в грунте земляного полотна с=0,007 МПа.

Коэффициент k₁ составит 4,5 (Табл. 1.11.1). Коэффициент k₂ определим по графику на рисунке 1.11.1.

По формуле (1.11.8) найдем:

N_сут=åN_р/(Т_рдг·T_cл) = 7913306/135*8 = 733 авт/сут

Получаем, что k₂ =0,825 тогда:

Т_пр=0,007·4,5·0.825=0,026 МПа

Проверяем условие 1.11.6.

К_пр по табл. 1..4.2 составит 0.94

Получаем, что условие выполняется. Следовательно, деформации сдвига в грунте отсутствуют.

 

2) Расчет подстилающего (дренирующего) слоя.

Конструкцию дорожной одежды приводим к двухслойной.

h_в =5+7+28=40 см

h_в /Д = 40/37=1,1

Е_в=(5·1200+7·800+28·450)/(5+7+28)=605 МПа

Е_в /Е_н=606/63=9,6

Угол внутреннего трения φ_г =35 ^о

По номограмме (рис.1.11.3, h_в /Д≤2) получим что t_а =0,019

По номограмме получим, что t_в = -0,0025 МПа

Подставляя все полученные значения в формулу получим

Т_а=0,019·0,6-0,0025=0,0089 МПа

Сцепление в грунте земляного полотна с=0,004 МПа.

Коэффициент k₁ составит 6,5. Коэффициент k₂ =0,825 тогда:

Т_пр=0,004·6,5·0.825=0,0215 МПа

Проверяем условие.

К_пр по таблице составит 0.94

Получаем, что условие выполняется. Следовательно, деформации сдвига в грунте отсутствуют.

 

3) Расчет слоя основания.

Конструкцию дорожной одежды приводим к двухслойной.

h_в =5+7=12 см

h_в /Д = 12/37=0,32

Е_в=(5·1200+7·800)/(5+7)=967 МПа

Е_в /Е_н=967/168=5,75

Угол внутреннего трения φ_г =48 ^о

По номограмме (h_в /Д≤2) получим что t_а =0,043

По номограмме получим, что t_в = -0,0015 МПа

Подставляя все полученные значения в формулу получим

Т_а=0,043·0,6-0,0015=0,0243 МПа

Сцепление в грунте земляного полотна с=0,07 МПа.

Коэффициент k₁ составит 7,0. Коэффициент k₂ =0,825 тогда:

Т_пр=0,07·7·0.825=0,4043 МПа

Проверяем условие.

К_пр по таблице составит 0.94

Получаем, что условие выполняется. Следовательно, деформации сдвига в грунте отсутствуют.