Определение технических условий и параметров верха земляного полотна для магистрального и подъездных путей

Категорию путей определяем по максимальной интенсивности движения.

Максимальная интенсивность движения по магистральному ходу составляет 3473 пр. авт./сут., что соответствует III категории дороги.

Максимальная интенсивность движения на подъездных путях составляет 1351 пр. авт./сут., что также соответствует IV категории дороги.

Технические условия на проектирование и параметры земляного полотна для III категории внешних автомобильных дорог:

расчетная скорость V_расч=100 км/ч;

наибольший продольный уклон i=50%;

расстояние видимости дороги в попутном направлении S_д=200 м;

расстояние видимости встречного автомобиля S_а=350 м;

радиус поворота на плане трассы R_гор=600 м;

радиус выпуклой горизонтальной кривой R_выпук=10000 м;

радиус вогнутой вертикальной кривой R_вог=3000 м;

число полос движения n=2;

ширина полосы движения ШП=3,5 м;

ширина проезжей части ШПЧ=7 м;

ширина обочин ШО=2,5 м;

наименьшая ширина укрепленной полосы обочины – 0,5 м.

ширина земляного полотна ШЗП=12 м.

 

Категория дороги – IV – это автомобильные дороги республиканского, областного (краевого) и местного значения (не отнесённые к I-б, II и III категориям).

Продольный уклон,

Количество полос движения, n=2м

Ширина обочины, ШО=2м

Ширина полосы, ШП=3м

Ширина проезжей части, ШПЧ=6м

Ширина земляного полотна, ШЗП=10м

 

 

Расчет дорожной одежды

Дорожная одежда – конструкция проезжей части, по которой непосредственно движутся транспортные средства.

Покрытие – слой дорожной одежды, который воспринимает основную динамическую нагрузку от воздействия движущегося автомобиля, передает ее на нижележащий слой в уменьшенном состоянии, а также воспринимает действие окружающей среды.

Основание – слой, лежащий ниже покрытия, основная задача которого воспринять остаточную нагрузку после прохождения покрытия и передать ее в уменьшенном виде на подстилающий слой.

Дренирующий слой – устройство, предназначенное для предотвращения подъема капиллярной воды с грунта земляного полотна в вышележащие слои дорожной одежды.

Подстилающий слой – верхний слой земляного полотна, обработанный катками и обезвоженный.

Выбираем расчетную нагрузку Н-10, так как заданная грузоподъемность автомобиля Г=8

т. Диаметр следа колеса при такой нагрузке d=36 см, удельное давление на единицу площади следа покрытия p=6 кгс/см².

3.1 Расчет дорожной одежды для подъездных путей (IV категории дороги)

Весь транспортный поток, движущийся по расчетному участку дороги, приводим к единой нагрузке по формуле:

где U_прi – приведенная интенсивность i-го вида транспорта в общем транспортном потоке;

    - коэффициент приведения i-го вида транспорта к расчетной нагрузке. Так как заданная грузоподъемность автомобиля Г=8т коэффициент приведения =0,43.

-коэффициент зависящий от количества n полос движения, т. к. n=2, =0,5.

 

Нагрузку по верху первого слоя определяем по Номограмме 1.

Е₁^в=1550 кгс/см². К конструированию принимаем капитальную дорожную одежду.

Схема капитальной дорожной одежды.

               Е₁^в=2140 кгс/см²

а/б Е=15000 кгс/см²

основание 1 – материал без вяжущих

основание 2 – материал без вяжущих

                                                            

песок средний Е=1200 кгс/см² φ=42˚ с=0,6

супесь пылеватая Е=210 кгс/см² φ=11˚ с=0,07

 

Расчет дорожной одежды ведем в табличной форме.

Таблица 4 – Расчет на прочность дорожной одежды для IV категории дороги

Этап расчета	Материал слоя	Модуль упругости слоя Еi, кгс/см2	Толщина слоя hi, см	hi/d	Еiн/ Еi	Еiв/ Еi	Модуль упругости по низу слоя Еiн, кгс/см2	Модуль упругости по верху слоя Еiв, кгс/см2
I	Асфальтобетон	15000	7	0,19	0.105	0.14	1575	2140
	Черный щебень (из щебня I и II класса)	9000	10,5	0.29	0.115	0.175	1035	1575
	Черный щебень (из щебня I-III класса)	6000	15	0.41	0.09	0.17	540	1035
	Песок средний	1200	35,3	0.98	0.175	0.45	210	540

                                         

 

Проверка на сдвиг

Проверка на сдвиг делается между слоями основания, где материал берется без вяжущих и между слоем песка и грунта.

               Е₁^в=2140 кгс/см²

асфальтобетон Е=15000 кгс/см²

основание 1 – материал с вяжущим      

основание 2 – материал без вяжущих

                                                                                  II плоскость

песок средний Е=1200 кгс/см² φ=42˚ с=0,6

                                                                          I плоскость

супесь пылеватая Е=210 кгс/см² φ=11˚ с=0,07

 

I плоскость.

Проверка на сдвиг определяется по формуле:

Т_а ≤ Т_доп,

где Т_а – максимальное касательное напряжение, возникающее в плоскости контакта слоев. Определяется по формуле:

Т_а=τ_ам+τ_ав; кгс/см²,

где τ_ам – активное касательное напряжение, возникающее на плоскости контакта слоев от динамической нагрузки;

τ_ав – активное напряжение сдвига, возникающее на плоскости контакта слоев от веса конструкции;

Т_доп – допустимое активное напряжение сдвига для материала, лежащего ниже плоскости расчета. Определяется по формуле:

Т_доп=к^’∙с; кгс/см²,

где с – коэффициент сцепления материала, лежащего в основании плоскости расчета.

Коэффициент к^’ определяется по формуле:

где к₁ - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления материала при повторной нагрузке. =0.6;

к₂ – коэффициент запаса на неоднократные условия работы конструкции. Зависит от интенсивности движения автомобилей на одну полосу. При данной интенсивности движения к₂=0.65;

m – коэффициент перегрузки при движении автомобиля. При совместной работе слоев m=0.15;

n – коэффициент, учитывающий условия на контакте конструктивных слоев. n=1.15;

к_пр^** - коэффициент, зависящий от требований к эксплуатационным качествам дорожной одежды. Для капитальной дорожной одежды к_пр^**=1.

Т_доп=0.29∙0.07=0.02 кгс/см².

τ_ам/p определяем по Номограмме 3 по Е_ср/Е_пл^в и ∑h_i/d.

где Е_i и h_i – соответственно модуль упругости материала и толщина слоя, лежащего выше плоскости контакта.

     По Номограмме 3 или 4 τ_ам/p=0.012, τ_ам= 0,072     

     По Номограмме 5 определяем τ_ав=0.01.

Т_а=0.072+0.01=0.082 кгс/см².

Т_доп=0.02 кгс/см²; Т_а=0.082 кгс/см². Проверка не проходит.

Уплотняем рабочий слой грунта.

Е_гр=420, φ=21˚, с=0.26.

 

Т_доп=0.52∙0.26=0.135кгс/см².

     τ_ам/p=0.0151

τ_ам =0,09

τ_ав=-0,009

Т_а=0.09-0.009=0.081 кгс/см².

0.081<0.135.

Проверка проходит.

II плоскость

к₁=0.6;

к₂=0.65;

m=1.15, так как материалы не связаны;

n=1.15;

к_пр^**=1;

Т_доп=0.29∙0.6=0.174 кгс/см²

     τ_ам/p=0.006

τ_ам =0,036

τ_ав=-0.06

Т_а=0.036-0.06=-0.024 кгс/см².

-0.06<0.174.

Проверка проходит.

Проверка на изгиб

При проверке на изгиб рассчитываются монолитные слои из асфальтобетона и материалов, пропитанных вяжущими. При проверке на изгиб должно соблюдаться следующее неравенство:

где  - максимальное напряжение изгиба, которое может выдержать расчетный слой. Для асфальтобетона R_изг=20 кгс/см².

σ_r – максимальное напряжение изгиба, возникающее в расчетном слое.

                                Е₁^в=2140 кгс/см²

асфальтобетон Е=15000 кгс/см²            I плоскость

основание 1 – материал с вяжущим              II плоскость

основание 2 – материал без вяжущих

                                                                           

песок средний Е=1200 кгс/см² φ=42˚ с=0,6 

                                                                                                    

супесь пылеватая Е=210 кгс/см² φ=11˚ с=0,07

I плоскость

σ_r определяется по формуле:

где  - удельное максимальное напряжение изгиба в расчетном слое.

 определяем по Номограмме 6 по h/d и Е_ср/Е₂^в.

В данном случае Е_ср=Е_осн1.

Е_ср=15000 кгс/см².

 кгс/см²

=1.15∙6∙1,7=11,73 кгс/см².

11,73<20.

Проверка проходит.

II плоскость

Для черного щебня из щебня I и II класса R_изг=10 кгс/см².

     По Номограмме 7 определяем .

     Увеличиваем толщину слоя =15

0,24

=1,15∙6∙0,24=1,65 кгс/см².

1,65<10.

Проверка проходит.

 

3.2 Расчет дорожной одежды магистрального хода (для III категории дороги)

    Расчет проводим аналогично.

Е₁^в=2300 кгс/см². К конструированию принимаем капитальную дорожную одежду.

Схема капитальной дорожной одежды.

               Е₁^в=2300 кгс/см²

асфальтобетон Е=15000 кгс/см²

основание 1 – материал с вяжущим      

основание 2 – материал без вяжущих

                                                            

песок средний Е=1200 кгс/см² φ=42˚ с=0,6

супесь пылеватая Е=210 кгс/см² φ=11˚ с=0,07

 

Расчет дорожной одежды ведем в табличной форме

Таблица 5 – Расчет на прочность дорожной одежды магистрального хода

Этап расчета	Материал слоя	Модуль упругости слоя Еi, кгс/см2	Толщина слоя hi, см	hi/d	Еiн/ Еi	Еiв/ Еi	Модуль упругости по низу слоя Еiн, кгс/см2	Модуль упругости по верху слоя Еiв, кгс/см2
I	Асфальтобетон	15000	7	0.19	0.11	0.15	1650	2300
	Черный щебень из щебня I и II класса	9000	10,5	0.29	0.12	0.183	1080	1650
	Щебеночные слои (из щебня I-III класса)	6000	15,7	0.43	0.09	0.18	540	1080
	Песок крупный	1200	35,6	0.99	0.175	0.45	210	540

                                       

Проверка на сдвиг

               Е₁^в=2300кгс/см²

асфальтобетон мелкий Е=15000 кгс/см²

основание 1 – материал с вяжущим      

основание 2 – материал без вяжущих

                                                                                  II плоскость

песок средний Е=1200 кгс/см² φ=42˚ с=0,6

                                                                          I плоскость

суглинки пылеватые Е=210 кгс/см² φ=11˚ с=0,07

 

I плоскость.

к₁=0.6;

к₂=0.65;

m=1.15;

n=1.15;

к_пр^**=1, так как дорожная одежда капитальная.

Т_доп=0,29∙0,07=0,02 кгс/см².

    

     τ_ам/p=0.01.

     τ_ам =0,06

     τ_ав=0.012.

Т_а=0.012+0.06=0.072 кгс/см².

Т_доп=0.02 кгс/см²; Т_а=0.072 кгс/см². Проверка не проходит.

Уплотняем рабочий слой грунта.

Е_гр=420;

φ=21˚;

с=0,26.

Т_доп=0.52∙0,26=0.135 кгс/см².

     τ_ам/p=0.012

τ_ам =0,072

τ_ав=-0.009

Т_а=0.072-0.009=0.063 кгс/см².

0.063<0.135.

Проверка проходит.

II плоскость

к₁=0.6;

к₂=0.65;

m=1.15,

n=1.15;

к_пр^**=1;

                              Т_доп=0.29∙0,6=0,176 кгс/см²

 

     τ_ам/p=0,007

     τ_ам =0,042

     τ_ав=-0,062

Т_а=0,042-0,062=-0,02 кгс/см².

-0,02<0,176

Проверка проходит.

Проверка на изгиб

                                Е₁^в=2300кгс/см²

асфальтобетон мелкий Е=15000 кгс/см²                         I вариант

основание 1 – материал с вяжущим                     II вариант

основание 2 – материал без вяжущих

                                                                                      

песок средний Е=1200 кгс/см² φ=42˚ с=0,6

                                                                              

супесь пылеватая Е=420кгс/см² φ=21˚ с=0,26

 

I вариант

Для асфальтобетона R_изг=20 кгс/см².

где  - удельное максимальное напряжение изгиба в расчетном слое.

 определяем по Номограмме 6 по h/d и Е_ср/Е₂^в.

В данном случае Е_ср=Е_осн1.

Е_ср=15000 кгс/см².

 кгс/см²

=1.15∙6∙1,7=11,73 кгс/см².

11,73<20.

     Проверка проходит.

II плоскость

Для черного щебня из щебня I и II класса R_изг=10 кгс/см².

     По Номограмме 7 определяем .

     Увеличиваем толщину слоя =15

0,24

=1,15∙6∙0,24=1,65 кгс/см².

1,65<10.

Проверка проходит.