Проектирование участка автомобильной дороги по топографической карте между заданными точками в Псковской области

Исходные данные к проекту

1. Район проложения трассы дороги: Псковская область

2. Интенсивность и состав движения за отчетный год 4500 авт./сут.

Состав

Расчетная скорость движения 120км/ч

3. Ежегодный прирост интенсивности q= %.

4. Данные о грунтово-геологических условиях:

— растительный слой грунта ____________м;

5. Глубина залегания грунтовых вод __ м.

6.Расход воды в створе мостового перехода Q_P = ____м³/с.(выше по течению); Q_P = —————м³/с.(ниже по течению).

7. Данные о дорожно-строительных материалах.

Введение

Автомобильный транспорт представляет собой одну из важнейших отраслей народного хозяйства. На его долю приходится более 80% объема грузовых перевозок и более 90% объема перевозок пассажиров, выполняемых всеми видами транспорта.

Автомобиль как транспортное средство используется не только в системе автомобильного транспорта, не только для обслуживания народнохозяйственных перевозок. В составе транспортных потоков движется большое количество автомобилей и мотоциклов, принадлежащих гражданам и используемых в личных целях. В СНГ, как и в других странах мира, автомобиль находит широкое применение для хозяйственных и деловых поездок, для поездок к местам кратковременного и длительного отдыха и пр. Происходит процесс автомобилизации, суть которого заключается в быстром росте автомобильного парка и в проникании автомобиля во все сферы экономической и социальной деятельности человека.

Производственная работа автомобильного транспорта, эффективное использование личных автомобилей требуют наличия развитой сети благоустроенных автомобильных дорог. Дорожная сеть наиболее развита в европейской части СНГ и совершенно недостаточна в восточных и северо-восточных районах страны. За период с 1950 по 1990 гг. протяженность автомобильных дорог с твердым покрытием возросла более чем в 5 раз (железных дорог — только на 50%), однако темпы прироста сети значительно уступают темпам роста автомобильного парка.

Развитие автомобильного транспорта как в экономическом, так и в социальном аспекте — явление положительное. Есть все основания полагать, что уровень автомобилизации в будущем будет возрастать. Однако наряду с неоспоримыми положительными последствиями автомобилизации современное общество испытывает и ее отрицательные последствия.

Наиболее острой проблемой, вызванной этими последствиями, является аварийность. По данным Всемирной ассоциации дорожных конгрессов и Международной дорожной федерации на автомобильных дорогах всех континентов ежегодно гибнут более 200 тыс. человек, а потери от аварийности во многих странах составляют около 1% национального дохода.

Автомобиль является одним из основных источников загрязнения окружающей среды продуктами сгорания топлива и одним из основных источников транспортного шума.

Расход топлива автомобилями стал одной из причин чрезмерного расходования энергетических ресурсов, в частности нефтепродуктов. Если в промышленно развитых странах транспорт потребляет 12−17% всех энергетических ресурсов, то на долю автомобильного транспорта из этого количества приходится 50−60%.

Обеспечение эффективных мероприятий по повышению безопасности дорожного движения, уменьшение его отрицательного влияния на окружающую среду — все это является сложной социально-экономической и технической задачей. Решается она путем строительства новых дорог, реконструкции существующих, путем повышения транспортно-эксплуатационного уровня уже сложившейся сети дорог.

В последние десятилетия во многих странах как следствие развития дорожного движения наблюдается значительная модификация дорожной инфраструктуры. Создается сети автомобильных магистралей и скоростных дорог; строятся дороги-дублеры и кольцевые обходы агломераций; спрямляются трассы дорог, уширяются проезжие части и пр.

Инженерное оборудование автомобильных дорог в значительной степени способствует стабилизации режимов движения транспортных средств, безопасности, экономичности и комфортабельности дорожного движения, смягчению отрицательного воздействия транспортных потоков на окружающую среду. Чем выше категория дороги и чем больше интенсивность движения на ней, тем существеннее роль инженерного оборудования в организации дорожного движения.

Задача данного проекта — проектирование дороги II технической категории, проходящей в Московской области. Проектирование вызвано тем, что существующая сеть автомобильных дорог уже не способна обеспечить пропуск современного количества автомобилей с учетом того, что современная дорога должна обеспечивать и удобство движения автомобилей на всем пути следования независимо от погодных условий и времени года.

Скопление автомобилей на дорогах и улицах, увеличение интенсивности и плотности движения влечет за собой снижение скорости, способствует образованию заторов, что в свою очередь увеличивает себестоимость перевозок, снижает производительность работы автомобильного транспорта.

Чем выше транспортно-эксплуатационный уровень автомобильных дорог, тем в меньшей степени проявляются отрицательные последствия автомобилизации.

Глава 1. Характеристика природных условий района проектирования

1.1 Климат

Климатическая характеристика района изысканий приводится по данным «Справочника по климату СССР» и СНиП 23.01−99 «Строительная климатология».

Дорожно-климатическая зона Псковской областиII.

Климат района проектирования — влажный континентальный (умеренно холодный, переходящий от морского к континентальному). В течение всего года здесь преобладают воздушные массы, поступающие с Атлантики, что обуславливает продолжительную мягкую зиму и короткое прохладное лето. Наряду с этим проявляется и «дыхание» Арктики, вторжение воздушных масс из которой вызывают резкие, в некоторых случаях длительные, похолодания. Смена масс воздуха воздуха обычно осуществляется в результате интенсивной циклонической деятельности. Средняя температура января от -8 до -11 С. Средняя температура июля до 23 С. Продолжительность безморозного периода до 227 суток. Осадки преимущественно летние, количество их колеблется до 400−500 мм.

Необходимые для расчётов и проектирования данные приведены в ведомости климатических показателей (табл. 1)

Табл. 1.1

Расчет толщины снежного покрова обеспеченностью 95%

=0,18*(1+0,64*0,16)=0,20 м

— максимальная из средних месячных высот снежного покрова, =0,18 м

t — коэффициент доверительной вероятности, при 95% обеспеченности t=0,64

Cv — коэффициент вариации высоты снежного покрова по заданию, Cv = 0,16

Табл. 1.2 Толщина снега по декадам

Таблица 1.3 Повторяемость и скорость ветра

По данным табл. 1.3 строим графики розы ветров.

Январь

Июль

Среднегодовая роза ветров по повторяемости

Таблица 1.4 Среднемесячная температура воздуха (⁰С)

Таблица 1.5. Повторяемость направлений ветра

Таблица 1.5. Скорость ветра (м/сек)

Таблица 1.6. Осадки, мм

Рис. 1.2. Дорожный климатический график.

1.2 Рельеф

На большей части Псковской области преобладают низменности с небольшими абсолютными и относительными высотами (0−100 м). Несмотря на это, рельеф поверхности отличается значительным разнообразием и носит следы ледниковой деятельности. Общий равнинный характер данной территории местами нарушается отдельными возвышенностями, Лужской и Судомской, южнее располагаются Бежаницкая и Вязовская возвышенности.

1.3 Растительность и почвы

По природным условиям рассматриваемая территория относится к лесной зоне, однако в Псковской области лесные массивы занимают менее 27% всей поверхности, преобладают еловые леса с примесью широколиственных пород. Во многих местах с богатыми почвами леса вырублены, освобожденные территории заняты под пашни.

Почвы дерново-подзолистые, весьма обогащенные калием.

1.4 Инженерно-геологические условия

Грунтово-геологические условия района строительства автомобильной дороги представлены грунтами суглинок легкий пылеватый, глины. Для детального изучения геологического строения района расположения трассы автомобильной дороги, были применены такие виды горных выработок как шурфы и буровые скважины.

Наиболее отличительной чертой всей рассматриваемой территории является огромное количество водных бассейнов: больших и малых озер, крупных и малых рек и различных водотоков между озерами.

Вся рассматриваемая территория относится к зоне избыточного увлажнения, поэтому для нее также характерна большая заболоченность.

1.5 Наличие дорожно-строительных материалов

В районе проектирования имеются такие дорожно-строительные материалы, как песок, гравийно-песчаная смесь, суглинки пылеватые. Песок среднезернистый, коэффициент фильтрации принимаем по заданию К_ф=2 м/сут.

1.6 Вывод по главе 1

Проектируемая дорога находится во II дорожно-климатической зоне. Для района проектирования характерен влажный континентальный климат с нехолодной зимой и прохладным дождливым летом, как показывает дорожно-климатический график.

Укладка асфальтобетона допускается в случае при температуре: весной не ниже +5єС (основание должно оттаять), осенью не ниже +10єС. Среднесуточная температура не ниже +5єС определяет период укладки цементобетона без использования утеплителей на время твердения.

Осенне-зимние работы могут производиться беспрепятственно, пока не образуется корка льда, мерзлого грунта толщиной 10 см, что соответствует приблизительно середине ноября. Средняя продолжительность периода отрицательных температур составляет 227 суток. Наибольшая толщина снежного покрова наблюдается в феврале.

Глава 2. Технические нормативы проектируемой дороги

2.1 Расчёт технических нормативов

2.1.1 Определение расстояния видимости

Для автомобильной магистрали расстояние видимости определяем, исходя из первой схемы видимости (остановка автомобиля перед препятствием).

Расчет выполняем для горизонтального участка дороги:

V — скорость наиболее скоростного легкового автомобиля, км/ч;

К_Э — коэффициент, учитывающий эффективность действия тормозов, значения которого для легковых автомобилей и грузовых на их базе принимаются равными 1,3, а для грузовых автомобилей, автопоездов и автобусов -1,85;

₁ — коэффициент продольного сцепления при торможении на чистых покрытиях, принимаемый равным 0,50;

l_з.б. — зазор безопасности, принимаемый равным 5 м.

м Расстояние видимости для встречного автомобиля принимаем равным 450 м по ГОСТ Р 52 399−2005.

2.1.2 Определение наименьшего радиуса кривой в плане

V — расчетная скорость движения наиболее быстрого автомобиля, км/ч;

м — коэффициент поперечного сцепления, принимаемый из условий экономичности перевозок, принимаем равным 0,12 (по СНиП 2.05.02−85 для расчетной скорости 120 км/ч)

i₂ — поперечный уклон проезжей части, равный 0,02.

м Наименьший радиус кривой в плане принимаем равным 1200 м.

Наименьший радиус кривой в плане (с виражом):

м

Наименьший радиус кривой в плане (с виражом) принимаем равным 700 м.

2.1.3 Определение радиуса вертикальной выпуклой кривой

Радиус вертикальных выпуклых кривых определяем из условия обеспечения видимости поверхности дорожного покрытия:

Lрасчетное расстояние видимости поверхности дороги,

h — высота глаза водителя легкового автомобиля над поверхностью дороги (h=l, 2 м).

м 26 000 м Наименьший радиус вертикальной выпуклой кривой равен 15 000 м (по СНиП 2.05.02−85) для скорости 120 км/ч. Ввиду того, что полученная величина наименьшего радиуса вертикальной выпуклой кривой больше нормативной, в качестве действующей принимаем расчётную.

2.1.4 Определение радиуса вертикальной вогнутой кривой

Радиус вертикальных вогнутых кривых определяем из условия обеспечения видимости поверхности проезжей части дороги при свете фар, так как фары автомобиля на вогнутых кривых малых радиусов освещают поверхность покрытия лишь вблизи автомобиля, и необходимое расстояние видимости может быть не обеспечено:

S — расчетное расстояние видимости поверхности покрытия, м,

h_ф — высота фар легкового автомобиля над поверхностью проезжей части (h_ф=0,75),

— угол рассеивания пучка света фар (=2°).

м

Наименьший радиус вертикальной вогнутой кривой равен 6000 м. Ввиду того, что полученная величина наименьшего радиуса вертикальной выпуклой кривой больше нормативной, в качестве действующей принимаем расчётную.

2.1.5 Определение необходимого числа полос движения

Число полос движения:

— коэффициент перехода от суточной интенсивности к часовой (а=0,1),

N_пр — приведенная интенсивность движения, авт./сут.

z — расчетный коэффициент загрузки дороги движением (z=0,3);

Р — пропускная способность полосы движения, авт./ч, Р_max — 2000 легковых авт./ч для одной полосы многополосной дороги

N_i — заданная интенсивность отдельных типов автомобилей, авт./сут.;

k_i — коэффициенты приведения отдельных типов автомобилей к легковому, по СНиП 2.05.02−85:

авт./су т

Следовательно, необходимое количество полос движения, соответствующее рациональной загрузке дороги, принимаем равным 2.

2.1.6 Переходные кривые

При сопряжении прямых участков дорог с кривыми в плане при радиусах кривых менее 2000 м или кривых между собой применяются переходные кривые.

Минимальный радиус переходной кривой определяется по формуле:

V — расчетная скорость, км/ч (принимаем по заданию 120 км/ч);

R — радиус круговой кривой, м;

— допустимая скорость нарастания центробежного ускорения, принимается равной для дорог I категории — 0,8 м/с3, для остальных дорог — 1,0 м/с3

2.2 Таблица технических нормативов

Глава 3. Вариантное проектирование плана трассы дороги

Были разработаны 4 варианта трассы дороги.

Карта масштаба 1:25 000 с 4-мя вариантами трассы представлена на листе, варианты трассы показаны разными цветами и указаны на чертеже.

3.1 Описание вариантов плана трассы, общая характеристика и обоснование намеченных вариантов трассы

Выдержка из табл. 2.2 технических нормативов, имеющих отношение к вариантному проектированию плана трассы дороги

* ГОСТР52 399−2005. Классификация автомобильных дорог.

** ГОСТР52 398−2005. Геометрические элементы дорог.

*** СНиП 2.05.02−85. Автомобильные дороги.

Исходные данные: Карта масштаба 1:25 000, сечение горизонталей: основных через 2 м и вспомогательных через 0,5 м. Проектирование осуществляется на основе технических условий (см. главу 2, табл. 2.2). начальный пункт участка трассы (ПК 0) расположен на равнинном участке, конечный — также на равнинном участке, севернее ручья. Трасса будет пересекать две существующие дороги III технической категории (пересечения в разных уровнях) Рассмотрим все варианты трасс (все они соединяют между собой 2 дороги II категории):

1) Вариант 1 (длина 7,195 км) построен методом жесткого трассирования. Имеет 3 угла поворота со вписанными кривыми (каждая из них имеет переходные кривые).Вариант 1 проходит левее воздушной лини, обходя находящиеся на этой воздушной линии 2 холма и фруктовый сад справа. Пересекает реку под углом около 70?. Перепады по высоте минимальны, большую часть пути проходит вдоль одинаковых горизонталей.

2) Вариант 2 (длина 7,028 км) построен методом свободное + жесткое трассирование. Имеет 3 угла поворота, из которых один равен 20?, остальные менее 3?. Наиболее близок к воздушной линии. Обходит справа наиболее крупный холм вначале, обходит фруктовый сад слева. Пересекает реку под углом около 80−90?. Перепады по высоте существеннее.

Расчет элементов трассы проводился по следующим формулам:

Тангенс

Биссектриса

Длина кривой

3.2 Ведомости углов поворота, прямых и кривых

Глава 4. Проектирование вариантов дорожной одежды

Исходные данные

Местоположение — Псковская область.

Категория автомобильной дороги — II.

Количество полос движения — 2.

Требуемый уровень надежности — Кн=0,98 ([6], табл. 3.1)

Показатель изменения интенсивности движения по годам — q=1.06.

Тип грунтасупесь легкая.

Тип местности по увлажнению — 2.

Уровень грунтовых вод -1 м (в пониженных местах).

Перспективная интенсивность движения:

Таблица 4.1.1

Исходя из транспортно-эксплуатационных требований, на дороге II категории устраивается усовершенствованное покрытие капитального типа. Согласно «Изменению № 5» к СНиП 2.05.02−85 п. 4.2 от 8 октября 2004 г. В качестве расчётного принимается автомобиль с наибольшей нагрузкой на одиночную ось 115 кН (11,5 тс), с расчётным диаметром следа колеса D=40 см.

Расчет дорожной одежды проводиться по ОДН 218.046−01 на все этапы конструирования:

1) допустимый упругий прогиб

2) сдвигоустойчивость подстилающего грунта или малосвязанных материалов

3) расчет на сопротивление монолитных слоев усталостному сопротивлению при изгибе

4) проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость

4.1 Определение общего модуля упругости и допустимого упругого прогиба нежесткой дорожной одежды (для основной проезжей части)

1. Для II дорожно-климатической зоны определяем по табл. 6.2 расчетный срок службы дорожной одежды с учетом ее капитальности и категории.

II дор.-клим. зона Тсл=15 лет

2. Дорожную одежду рассчитывают по расчетной интенсивности движения на последний год ее службы Nm (m принимают по табл. 6.2)

q = 1.06 ежегодный прирост интенсивностиа = 0,75 (для Тсл=15 лет)

Таблица 4.2.1

(коэф-т Smсум взят из [25], табл. 6,1)

3. Определяем по данным таблицы приведенную к расчетной нагрузке интенсивность движения на одну полосу проезжей части для последнего года срока службы дорожной одежды коэффициент полосности fпол=0,55 для 2х полос движения привед. ед/сут. на полосу

4. по карте на рис. П. 6.1 определяем номер района, где расположена проектируемая дорога и по этому номеру определяем с помощью табл. П. 6.1 определяем рекомендуемое количество расчетных дней в году Трдг, в течении которых дорожная одежда работает в особо неблагоприятных условиях.

Трдг=125 дней

5. определяем значение коэффициента суммирования приложения нагрузки за срок службы дорожной одежды Кс по табл. п. 6.3 [6]

Кс = 23,2 для Тсл=15

6. определяем значение коэффициента Кп, учитывающего вероятность отклонения суммарного движения от среднего по табл. 5.4. Для II категории дороги и капитального типа одежды Кп = 1,5

7. Определяем расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды приложений

8. Определяем по формуле 3.10 минимальный требуемый модуль упругости дорожной одежды:

для нагрузки 115 кН С=3,20

МПа

9. Определяем общий модуль упругости дорожной одежды Еоб для расчета на упругий прогиб с учетом требуемого коэффициента прочности, назначаемого по табл. 3.1 и заданной надежности Кн (для II категории не ниже 0,95, назначаем Кн= 0,95)

Кн=0,95; =1,20

МПа

10. сравниваем общий модуль упругости с минимально допустимым его значением, приведенным в табл. 3.4 [6]

принимаем для расчетов Е=304 МПа

Определение общего модуля упругости и допустимого упругого прогиба нежесткой дорожной одежды (для обочины)

1. II дор.-клим. зона Тсл=15 лет

q = 1.06 ежегодный прирост интенсивностиа = 0,75

3. коэффициент полосности fпол=0,01 для остановочной полосы

привед.ед/сут. на полосу

4. Трдг=125 дней

5. Кс = 23.2 для Тсл=15

6. Кп = 1,5

приложений

8. минимальный требуемый модуль для нагрузки 11 кН С=3,20

МПа

9. Кн=0,98; =1,20

МПа

4.2 Определение расчётных характеристик грунта

Основными параметрами механических свойств грунта земляного полотна, которыми пользуются в расчётах дорожных одежд на прочность, служат модуль упругости грунта Е_гр, угол внутреннего трения ц_гр и удельное сцепление с_гр.

Расчётные значения характеристик грунта устанавливаются в зависимости от вида грунта и его расчётной влажности, обусловленной природными условиями и особенностями его работы, по таблицам и графикам, составленным на основании обобщении многочисленных испытаний грунтов.

Дорожно-климатическая зона — II. Тип местности по увлажнению — 1. Грунт — супесь легкая.

Средняя влажность грунта W^ср=0,73 (в долях от W_т) ([6], табл.П.2.1)

Расчётная влажность (ч.1, стр. 314), где г — коэффициент вариации влажности (г=0,1); t — коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от заданного уровня проектной надёжности конструкции дорожной одежды (при уровне проектной надёжности К_н=0,95, t = 1,71) (ч.1, стр. 315);

По полученному значению, используя таблицы П. 2.4, П. 2.5 «Рекомендуемые нормативные значения механических характеристик грунтов и песчаных, конструктивных слоёв», определяем характеристики грунта:

С_гр=0,003 МПа; ц_гр=11°; Е_гр=42 МПа.

4.3 Назначение материалов дорожной одежды и их расчётные характеристики.

Таблица 4.4.1

4.4 Расчет дренирующего слоя

1) песок среднезернистый, Кф=2 м/сут, n=0.32

Полная толщина дренирующего слоя, работающего по принципу поглощения, определяется по формуле:

h_п = (Q/(1000n) + 0,3h_зап): (1 — _зим)=, (формула 5.3,)

где Q — расчетное количество воды в л/м², накапливающейся в дренирующем слое за весь расчетный период (табл. 5.3 [6]); Q=20 л/м² (II дор.-кл. зона, схема увл. 2, грунт — суглинок легкий)

_зим — коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (табл. 5.6 [6]); принимаем _зим = 0.5

n — пористость материала, в долях единицы, песок крупнозернистый 0,32

h_зап — дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала и равная для песков крупных 0,10−0,12 м, средней крупности 0,14−0,15 м и мелких 0,18−0,20 м. (п. 5.12, [6]), h_зап =0,15

Полную толщину дренирующего слоя (в метрах), работающего по принципу осушения с периодом запаздывания отвода воды, достаточную для временного размещения в его порах поступающей в конструкцию в начальный период ее оттаивания воды, определяют по формуле:

h_п = (q_рТ_зап/n + 0,3h_зап): (1 — _зим)=м,

где Т_зап — средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств, принимаемая для II дорожно-климатической зоны равной 4−6 сут, для III дорожно-климатической зоны равной 3−4 сут (большее значение — для мелких песков); принимаем Т_зап =6 сут

_зим — коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (табл. 5.6); _зим =0,5

q_p — расчетное значение воды, поступающей за сутки (формула).

q_p = qК_пК_гК_вогК_р/ 1000=2*1,5*1.0*1*1,0/1000=0,003, [м³/м²], (5.2)

где q — осредненное (табличное) значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, отнесенное к 1 м² проезжей части, м³/м² (табл. 5.3 [6]); q=2 м³/м²

К_п — коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков (табл. 5.4 [6]); К_п=1.5

К_г — коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги (табл. 5.4); К_г =1.0

К_вог — коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона, определяемый при одинаковом направлении участков профиля у перелома по номограмме рис. 5.3 [6]; К_вог =1.0

Кр — коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима (табл. 5.5). Кр =1.0 принимаем в дальнейшем первую конструкцию, с дренирующим слоем по методу осушения, h=0,20 м (по [4], табл. 30, для песка h_min=0,10 м<0,20 м, принимаем h=0,30 м)

2) ПГС, Кф=3,5 м/сут, n=0.36

Полная толщина дренирующего слоя, работающего по принципу поглощения, определяется по формуле:

h_п = (Q/(1000n) + 0,3h_зап): (1 — _зим)=, (формула 5.3,)

где Q — расчетное количество воды в л/м², накапливающейся в дренирующем слое за весь расчетный период (табл. 5.3 [6]); Q=20 л/м² (II дор.-кл. зона, схема увл. 2, грунт — суглинок легкий)

_зим — коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (табл. 5.6 [6]); принимаем _зим = 0.4

n — пористость материала, в долях единицы, ПГС 0,36

h_зап — дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала и равная для песков крупных 0,10−0,12 м, средней крупности 0,14−0,15 м и мелких 0,18−0,20 м. (п. 5.12, [6]), h_зап =0,10

Полную толщину дренирующего слоя (в метрах), работающего по принципу осушения с периодом запаздывания отвода воды, достаточную для временного размещения в его порах поступающей в конструкцию в начальный период ее оттаивания воды, определяют по формуле:

h_п = (q_рТ_зап/n + 0,3h_зап): (1 — _зим)=м,

где Т_зап — средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств, принимаемая для II дорожно-климатической зоны равной 4−6 сут, для III дорожно-климатической зоны равной 3−4 сут (большее значение — для мелких песков); принимаем Т_зап =4 сут

_зим — коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (табл. 5.6); _зим =0,4

q_p — расчетное значение воды, поступающей за сутки (формула).

q_p = qК_пК_гК_вогК_р/ 1000=2*1,5*1.0*1*1,0/1000=0,003, [м³/м²],

где q — осредненное (табличное) значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, отнесенное к 1 м² проезжей части, м³/м² (табл. 5.3 [6]); q=2 м³/м²

К_п — коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков (табл. 5.4 [6]); К_п=1.5

К_г — коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги (табл. 5.4); К_г =1.0

К_вог — коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона, определяемый при одинаковом направлении участков профиля у перелома по номограмме рис. 5.3 [6]; К_вог =1.0

Кр — коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима (табл. 5.5). Кр =1.0

принимаем в дальнейшем первую конструкцию, с дренирующим слоем по методу осушения, но по [4], табл. 30, для ПГС h_min=0,15 м>0,11мпринимаем h=0,15 м

4.5 Конструирование и расчёт дорожной одежды

Расчет дорожной одежды нежесткого типа (вариант № 1).

Все принятые толщины слоёв (табл.4.5.1.1) удовлетворяют требованиям СНиПа 2.05.02−85.

Выполняется расчёт дорожной одежды согласно ОДН 218.046−01. В назначенной дорожной одежде известна толщина всех конструктивных слоёв, за исключением щебёночного основания.

Расчёт заключается в определении такой толщины этого слоя, которой будет соответствовать общий модуль упругости дорожной одежды, равный Е_общ.=304 МПа.

Для решения этой задачи необходимо предварительно найти общий модуль упругости слоёв, подстилающих слой щебня, а так же общий модуль упругости на поверхности рассчитываемого слоя.

Значение модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл.П.3.2 ОДН 218.046−01 при расчётной температуре +10°С.

Значение нижнего модуля упругости найдём, выполнив расчёт снизу вверх.

Для песчаного слоя Е_н=Е_гр=42 МПа;

0,60· 120=72 МПа, он же нижний для щебня.

Для определения модуля упругости на поверхности рассчитываемого слоя расчёт выполняем сверху вниз.

1) Для асфальтобетона верхнего слоя Е_в=Е_общ.=304 МПа

;

По номограмме; 0,065· 3200=208 МПа

2) ;

По номограмме ;

0,060· 2000=120 МПа

3) Для определения толщины слоя щебня находим следующие отношения:

;

По номограмме; h_сл=0,79· 40=32 см

(минимально допустимая толщина слоя необработанного щебня на песчаном основании =15 см по)

Результаты расчёта приведены в таблице:

Таблица

Выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

После расчёта дорожной одежды необходимо выполнить ряд проверок.

Проверка № 1. Расчёт конструкции по условию сдвигоустойчивости в грунте.

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле:

ф_н — удельное активное сопротивление сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм ОДН 218.046−01;

р — расчётное давление от колеса на покрытие.

Для определения ф_н предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

В качестве ее нижнего слоя принимаем грунт (супесь легкая) со следующими характеристиками: Е_осн. = 42 МПа; = 11° и С = 0,003 МПа.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле, в которой значения модуля упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П. 3.2 при расчетной температуре 20 C (табл. 3):

По отношениям и при =11° с помощью номограммы (рис. 3.3) определяем активное удельное напряжение сдвига от единичной нагрузки _н = 0,0155 МПа Т = 0,1 550,6 = 0,0093 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр. в грунте рабочего слоя определяем по формуле:, где

C_N = 0,003, МПа, сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), принимаемое с учетом повторяемости нагрузки (табл П. 2.6);

К_д = 1,0, коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем основания. Имеет значение, не равное 1, в случае устройства нижнего слоя основания из укрепленных материалов или при укладке на границе слоев геотекстильной прослойки;

Z_оп = 80 см, глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции ;

_ст = 34°, расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки;

_ср = 0,002 кг/см³, средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя;

0,1 — коэффициент для перевода в МПа;

что равно = 1,00 (табл.3.1 [6])

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в грунте.

Проверка № 2. Расчет конструкцию по условию сдвигоустойчивости в песчаном слое основания.

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле:

ф_н — удельное активное сопротивление сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм ОДН 218.046−01;

р — расчётное давление от колеса на покрытие.

Для определения ф_н предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

Нижнему слою модели присваиваем следующие характеристики: при; = 28° и с = 0,003 МПа.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле, в которой значения модуля упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П. 3.2 при расчетной температуре 20 C (табл. 3):

По отношениям и при =25° с помощью номограммы (рис. 3.3) определяем активное удельное напряжение сдвига от единичной нагрузки _н = 0,021 МПа => Т = 0,0210,6 = 0,0126 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр. в грунте рабочего слоя определяем по формуле:, где

C_N = 0,003 МПа;

К_д = 4,0 (геотекстильная прослойка);

Z_оп = 50 см;

_ст = 32°;

_ср = 0,002 кг/см³;

0,1 — коэффициент для перевода в МПа;

что больше = 1,00 (табл.3.1 [6])

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в песчаном слое основания.

Проверка № 3. Расчет конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Расчет выполняем в следующем порядке:

а) конструкцию представляем двухслойной моделью, в которой нижний слой — часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев.

Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме рис. 3.1:

К верхнему слою относятся все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле:

(модули упругости а/б определяются по табл. П. 3.1 [6])

б) по отношениям по номограмме рис. 3.4 определяем = 1,875

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле:

где

— растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку;

К_в — коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном, к_в = 0,85;

Р — расчетное давление, Р=0,60 МПа.

= 1,8750,60,85 = 0,956 МПа.

в) рассчитываем предельное растягивающее напряжение по формуле:

где R_о — нормативное значение предельного сопротивления растяжению при изгибе для расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки. R₀ = 8,00 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл.П.3.1);

k₁ — коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;

k₂ — то же, под воздействием погодно-климатических факторов k₂ = 0,95 (табл.3.6);

v_R — коэффициент вариации прочности на растяжение v_R =0,10(табл.П.4.1);

t — коэффициент нормативного отклонения t = 1,71(табл.П.4.2).

где N_p — расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия;

т — показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя т = 4,3(табл.П.3.1);

— коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности = 5,9(табл.П.3.1).

г) ,

что больше, чем .

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

Проверка № 4. Расчёт на морозоустойчивость.

1. По карте (рис. 4.4) средняя глубина промерзания z_{пр (ср)} = 1,1 м для условий г. Пскова. По формуле определяю глубину промерзания дорожной конструкции z_пp:

z_пp = z_{пр (ср)}1,38 = 1,11,38 = 1,5 м.

2. Для глубины промерзания 2 м по номограмме рис. 4.3 по кривой V для слабопучинистых грунтов (супесь легкая крупная) определяем величину морозного пучения для осредненных условий при толщине дорожной одежды 0,63 м:

l_{пуч (ср)2.0} = 2,2 см.

По таблицам и графикам находим коэффициенты:

К_угв = 0,46 (рис. 4.1); коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (Н_у);

К_пл = 1,0 (табл.4.4); коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего;

К_гр = 1,1 (табл.4.5); коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки;

К_нагр = 1,3 (рис. 4.2); коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания;

К_вл = 1,25 (табл.4.6); коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта.

По формуле определяем величину пучения для данной конструкции:

l_пуч = l_{пуч (ср)}К_угвК_плK_грK_нагрK_вл = 2,20,461,01,11,31,25 = 1,65 см.

Поскольку для данного типа дорожной одежды допустимая величина морозного пучения составляет 4 см, а полученная величина составляет 1,65 см, следовательно, морозного пучения не будет.

Расчет дорожной одежды нежесткого типа (вариант № 2)

Таблица

(толщину песчаного слоя увеличиваем по расчету на сдвигоустойчивость в грунте, см. ниже) Для песчаного слоя Е_н=Е_гр=65 МПа;

0,625· 120=75 МПа, он же нижний для щебня.

1) Для асфальтобетона верхнего слоя Е_в=Е_общ.=304 МПа

;

По номограмме; 0,070· 3200=224 МПа

2) Определяем модуль упругости на поверхности рассчитываемого слоя:

;

По номограмме ;

0,08· 2000=160 МПа Для определения толщины слоя щебня находим следующие отношения:

;

По номограмме; h_сл=0,63· 40=25 см

(минимально допустимая толщина слоя необработанного щебня на песчаном основании =15 см по [4])

Таблица

Выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

После расчёта дорожной одежды необходимо выполнить ряд проверок.

Проверка № 1. Расчёт конструкции по условию сдвигоустойчивости в грунте.

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле:

ф_н — удельное активное сопротивление сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм ОДН 218.046−01;

р — расчётное давление от колеса на покрытие.

Для определения ф_н предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

В качестве ее нижнего слоя принимаем грунт (супесь легкая) со следующими характеристиками: Е_осн. = 42 МПа; = 11° и С = 0,003 МПа.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле, в которой значения модуля упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П. 3.2 при расчетной температуре 20 C (табл. 3):

По отношениям и при =11° с помощью номограммы (рис. 3.3) определяем активное удельное напряжение сдвига от единичной нагрузки _н = 0,0165 МПа Т = 0,1 650,6 = 0,0099 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр. в грунте рабочего слоя определяем по формуле:, где

C_N = 0,003, МПа, сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), принимаемое с учетом повторяемости нагрузки (табл П. 2.6);

К_д = 1,0, коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем основания. Имеет значение, не равное 1, в случае устройства нижнего слоя основания из укрепленных материалов или при укладке на границе слоев геотекстильной прослойки;

Z_оп = 74 см, глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции ;

_ст = 34°, расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки;

_ср = 0,002 кг/см³, средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя;

0,1 — коэффициент для перевода в МПа;

что равно = 1,00 (табл.3.1 [6])

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в грунте.

Проверка № 2. Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости в песчаном слое основания.

Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле:

ф_н — удельное активное сопротивление сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм ОДН 218.046−01;

р — расчётное давление от колеса на покрытие.

Для определения ф_н предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

Нижнему слою модели присваиваем следующие характеристики: при; = 28° и с = 0,003 МПа.

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле, в которой значения модуля упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П. 3.2 при расчетной температуре 20 C (табл. 3):

По отношениям и при =25° с помощью номограммы (рис. 3.3) определяем активное удельное напряжение сдвига от единичной нагрузки _н = 0,032 МПа => Т = 0,0320,6 = 0,0192 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр. в грунте рабочего слоя определяем по формуле:

C_N = 0,003 МПа;

К_д = 4,0 (геотекстильная прослойка);

Z_оп = 3 см;

_ст = 28°;

_ср = 0,002 кг/см³;

0,1 — коэффициент для перевода в МПа;

что больше = 1,00 (табл.3.1 [6])

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в песчаном слое основания.

Проверка № 3. Расчет конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Расчет выполняем в следующем порядке:

а) конструкцию представляем двухслойной моделью, в которой нижний слой — часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев.

Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме рис. 3.1:

К верхнему слою относятся все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле:

(модули упругости а/б определяются по табл. П. 3.1 [6])

б) по отношениям по номограмме рис. 3.4 определяем = 1,75.

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле:

— растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку;

К_в — коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном, к_в = 0,85;

Р — расчетное давление.

= 1,750,60,85 = 0,8925 МПа.

в) рассчитываем предельное растягивающее напряжение по формуле:

где R_о — нормативное значение предельного сопротивления растяжению при изгибе для расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки. R₀ = 8,00 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл.П.3.1);

k₁ — коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;

k₂ — то же, под воздействием погодно-климатических факторов k₂ = 0,95 (табл.3.6);

v_R — коэффициент вариации прочности на растяжение v_R =0,10(табл.П.4.1);

t — коэффициент нормативного отклонения t = 1,71(табл.П.4.2).

Где N_p — расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия;

т — показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя т = 4,3(табл.П.3.1);

— коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности = 5,9(табл.П.3.1).

г) ,

что больше, чем .

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

Проверка № 4. Расчёт на морозоустойчивость.