close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Bondarev Izyskanie2

код для вставкиСкачать
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
Автомобильно-дорожный факультет
Кафедра автомобильных дорог, мостов и тоннелей
ИЗЫСКАНИя И ПРОЕкТИРОВАНИЕ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
94
Санкт-Петербург
2013
95
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
Автомобильно-дорожный факультет
Кафедра автомобильных дорог, мостов и тоннелей
ИЗЫСКАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Методические указания к курсовому проекту № 2
«Конструкции земляного полотна и дорожной одежды»
Санкт-Петербург
2013
1
УДК 625.731.1
Рецензент д-р техн. наук, проф. Б. Н. Карпов (СПбГАСУ)
Изыскания и проектирование автомобильных дорог: метод. указания к курсовому проекту № 2 «Конструкции земляного полотна и дорожной одежды» / сост.: Э. Д. Бондарева, М. П. Клековкина; СПб. гос. архит.строит. ун-т. – СПб., 2013. – 92 с.
Изложены основные рекомендации по методике и последовательности проектирования земляного полотна и дорожной одежды, в том числе
с применением геосинтетических материалов. Особое внимание уделено
проектированию земляного полотна на слабых грунтах и оценке устойчивости насыпи высотой более 12 м. Приведены методики конструирования
и расчета дорожных одежд нежесткого и жесткого типов, а также сравнения
вариантов дорожных одежд по методике приведенных затрат.
Предназначены для студентов специальности 270800 – строительство по
профилю «Автомобильные дороги» (дневной и заочной форм обучения).
Табл. 36. Ил. 27. Библиогр: 9 назв.
Состав и последовательность
выполнения курсового Проекта
Исходными данными для выполнения курсового проекта является задание на проектирование.
Курсовой проект выполняется на основе курсового проекта № 1
на тему «Проект участка автомобильной дороги».
Все проектные решения должны приниматься на основе сравнения вариантов и обосновываться технико-экономическими расчетами.
Раздел 3 посвящен разработке детали курсового проекта на
основе индивидуального задания на тему: «Применение геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна и дорожных одежд».
Курсовой проект состоит из пояснительной записки, к которой
подшиваются все чертежи.
Примерное содержание пояснительной записки
© Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2013
2
1. Земляное полотно.
1.1. Проектирование земляного полотна высокой насыпи (глубокой выемки).
1.2. Проектирование насыпи на слабом основании.
2. Дорожная одежда.
2.1. Проектирование дорожной одежды нежесткого типа.
2.2. Проектирование дорожной одежды жесткого типа.
2.3. Технико-экономическое сравнение вариантов дорожной
одежды.
3. Деталь проекта. Применение геосинтетических материалов
в конструкциях земляного полотна и дорожных одежд.
3
Примерное содержание чертежей
1. Чертежи к расчету устойчивости земляного полотна, в том
числе с применением геосинтетических материалов в откосах повышенной крутизны.
2. Конструктивное решение земляного полотна на слабом основании.
3. Поперечный профиль дороги с указанием принятой конструкции дорожной одежды.
Чертежи должны быть выполнены в масштабе 1:100 или 1:200.
Раздел 1
ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО
1.1. Проектирование земляного полотна высокой насыпи
(глубокой выемки)
Индивидуальный поперечный профиль земляного полотна согласно СНиП 2.05-02–85* [1] проектируется при высоте насыпи или
глубине выемки более 12 м.
Основные рекомендации по проектированию откоса сводятся
к следующему [2]:
1. Крутизна откоса, характеризуемая коэффициентом заложения
откоса m, должна увеличиваться сверху вниз от значения m = 1,5
с шагом 0,25 через каждые 6 м (рис. 1, а).
2. Бермы шириной 2–3 м с уклоном 20–30 ‰ устраивают, начиная
с нижнего откоса, через каждые 6 м (рис. 1, б).
3. Откосы выемок глубиной более 12 м проектируют аналогично откосам высоких насыпей. Однако ввиду большей устойчивости
откосов, устраиваемых в грунтах естественного сложения, бермы
устраивают значительно реже.
Расчетные характеристики грунта насыпи (табл. 1) следует принять по табл. 1, прил. 1.
б)
а)
Рис. 1. Откосы переменной крутизны: а – с переменной крутизной откосов (без
берм); б – с бермами; 1 – берма
4
5
Таблица 1
Наименование показателя
Обозначение
Единица
Величина
измерения
Hнас
м
Плотность грунта для возведения насыпи
γ0
кН/м3
Сцепление
С
кПа
Угол внутреннего трения
φ
град
Проектная высота насыпи по оси дороги
Грунт насыпи
Размеры в метрах
II
18К
18К
II–II
18К
1,2
1,2
18К
1,2
9К
0,2
0,8
9К
с = 2,7
D = 3,6
II
Рис. 2. Схема нормативной нагрузки для расчета устойчивости земляного полотна
6
4 ⋅18К
,
( D + 0,2)(с + 0,8) γ гр
где D = 3,6 м – база нормативной нагрузки НК, м; c = 2,7 – колея нормативной нагрузки НК, м; γ гр – плотность влажного грунта, кН/м3.
Эквивалентный слой грунта располагается на всей ширине земляного полотна (рис. 3).
Разрушение земляного полотна, как правило, начинается с обрушения откоса, которое происходит по поверхностям скольжения,
близким к круглоцилиндрическим.
Устойчивость земляного полотна оценивается в условиях плоской
задачи, то есть рассматривается массив грунта, расчлененный плоскостями, перпендикулярными оси дороги, протяженностью 1 м.
Обрушение откосов происходит под влиянием внешних нагрузок
(автомобилей и др.) и собственного веса грунтового массива.
По ГОСТ [3] в качестве нагрузки от автотранспорта принимают
нагрузку НК, которая представляет одиночную четырехосную тележку с нагрузкой на каждую ось 18К в кН (рис. 2).
Для расчета земляного полотна автомобильных дорог всех категорий класс нагрузки К = 8,3.
Полоса нагрузки НК
При расчете устойчивости откосов насыпи временная нагрузка
от транспорта приводится к эквивалентному слою грунта земляного
полотна.
Толщину эквивалентного слоя грунта H экв вычисляют по формуле
H экв =
1.1.1. Расчет устойчивости откоса насыпи (выемки) методом
круглоцилиндрических поверхностей
Обрушение откосов происходит по вогнутым поверхностям, называемым кривыми скольжения, близким к поверхности кругового
цилиндра. Отсюда название метода – метод круглоцилиндрических
поверхностей.
Устойчивость откоса оценивается величиной коэффициента
устойчивости, который равен отношению момента сил, удерживающих откос от смещения, к моменту сил, способствующих смещению.
Сдвигающий и удерживающий моменты определяются относительно центра кривой возможного смещения откоса.
Расчет устойчивости откоса выполняется в следующей последовательности:
1. Разрабатывают поперечный профиль насыпи, задаваясь очертанием откосов с устройством берм или без них.
2. Кривые скольжения для насыпей, возводимых на прочном
основании, проходят через одну из точек на поверхности насыпи:
бровку, кромку проезжей части и др.
Для определения центра кривой скольжения используют графоаналитический метод Терцаги – Феллениуса (см. рис. 3).
Положение наиболее опасной кривой скольжения находят, выполняя следующие построения:
• ломаный откос насыпи или откос с бермой заменяют спрямленным откосом, для чего соединяют бровку насыпи с кромкой откоса;
7
а)
• положение точки А находят на пересечении двух линий, проведенных под углами α и β, определяемыми по табл. 2 в зависимости
от угла наклона откоса насыпи;
• положение точки В находят, откладывая вниз от кромки откоса
расстояние, равное высоте насыпи, а по горизонтали в сторону насыпи величину, равную 4,5 Н;
• положение центра кривой скольжения находят на пересечении
с линией АВ перпендикуляра, восстановленного из середины хорды,
стягивающей концы намеченной кривой скольжения.
O
γ
A
1 : 1,5
6
2–3 м
b
1:2
Таблица 2
6
1 : 1,75
α1 : 2,25
с–а
b+а
B/2
β
H
6
∆
H
–
б)
X
+
4,5 H
B
Коэффициент
заложения откоса
Угол наклона откоса,
град
1:1
1:1,5
1:2
1:3
1:4
1:5
45,0
33,7
26,5
18,5
14,0
11,3
Углы, град
α
28
26
25
25
25
25
β
37
35
35
35
36
37
O
3. Отсеченный кривой скольжения участок откоса разбивают на
ряд вертикальных призм шириной 2–3 м и толщиной (в направлении
оси дороги) 1 м, ведя отсчет от верха откоса.
Вес каждой призмы грунта определяется по формуле
γ
A
β
с–а
b+а
B/2
Qi = ωi b γi,
2
где ωi – площадь призмы, м ; b – толщина призмы, равная 1 м; γi –
плотность влажного грунта, кН/м3.
4. Находят сумму удерживающих сил, нормальных к кривой
скольжения ΣNi, и сумму сдвигающих сил, касательных к кривой
скольжения ΣTi, по формулам
ΣNi = Qi cos δi ;
ΣTi = Qi sin δi ,
H
α
H
–
X
+
4,5 H
В
Рис. 3. Графическое определение положения кривой скольжения методом Терцаги –
Феллениуса: а – без применения геосинтетических материалов; б – с применением
геосинтетических материалов
8
B
где δ – угол наклона отрезков кривой скольжения к вертикали в пределах каждой призмы, определяемый по его синусу:
sin δi = хi / R,
9
где хi – расстояние от центра тяжести каждой кривой скольжения до
вертикали, проведенной из центра кривой скольжения; R – радиус
кривой скольжения.
Расстояния хi и R определяются по рис. 3 в масштабе.
Значения sin δi принимаются со знаком «+» для расстояний хi, отмеряемых вправо от вертикали, и со знаком «–» – влево.
Таким образом, составляющие веса призм, расположенные влево
от вертикали, касательные к кривой скольжения, повышают устойчивость откоса.
5. Моменты удерживающих и опрокидывающих сил определяют
по формулам
Mуд = R (tg · Σ (Qi cos δI) + cl), кНм ;
Mопр = R Σ (Qi sin δi), кНм ,
где φ – угол внутреннего трения грунта насыпи; с – удельное сцепление, кПа; l – длина окружности кривой обрушения, м (l = πRγ /180°,
где γ – угол, стягивающий кривую скольжения (определяется
по рис. 3)).
Коэффициент устойчивости определяется по формуле
Kу = Муд / Мопр .
Минимальное требуемое значение коэффициента устойчивости,
при котором устойчивость откоса насыпи или выемки обеспечена,
по действующим нормам не должно быть меньше 1,3.
При значении коэффициента устойчивости Kу меньше требуемого значения возможны следующие решения, направленные на повышение устойчивости насыпи:
• изменение конфигурации откоса насыпи (уположение откоса,
создание двух берм или более широкой одной бермы);
• пригрузка нижней части насыпи – слева от вертикальной оси,
проходящей через центр кривой скольжения;
• отсыпка насыпи из грунта, имеющего более высокие расчетные
характеристики с и φ;
• армирование откоса геосинтетическими материалами.
10
1.1.2. Расчет устойчивости насыпи, армированной
геосинтетическими материалами
Расчет устойчивости армированного геосинтетическим материалом откоса выполняется, если коэффициент устойчивости менее 1,3
или для более крутого откоса (1:m = 1:1 или 1:0,6).
Для такого откоса находят положение наиболее опасной кривой
скольжения, выполняя построения, аналогичные вышеприведенным
(см. рис. 3, б).
Коэффициент устойчивости армированной насыпи определяется
по формуле
∑ Q i cos δ i tg ϕ + cl + nRдоп
,
Kу =
∑ Qi sin δ i
где n – количество слоев геосинтетического материала; Rдоп – расчетное значение прочности геосинтетического материала, определяемое по кратковременной прочности по формуле
Rдоп= RрА1А2А3А4/γ ,
где Rр – кратковременная прочность геосинтетического материала
на растяжение, кН/м; А1 – коэффициент учета ползучести, зависящий от вида полимера, из которого изготовлен геосинтетический
материал (0,7 – для полиэстера; 0,4 – для полипропилена); А2 – коэффициент учета повреждений материала при транспортировке и производстве работ, равный 0,95; А3 – коэффициент снижения прочности в местах стыковки полотен, равный 0,8; А4 – коэффициент учета
влияния окружающей среды, равный 0,90; γ – коэффициент запаса,
принимаемый равным 1,25–1,40.
Расчетные характеристики рекомендуемых геосинтетических материалов для армирования откоса приведены в табл. 3.
Таблица 3
Расчетные характеристики
Наименование
материала
Полимер
Георешетка
Геоткань
Rр, кН/м
ε, %
Полиэстер
25–150
10–12
Полиэстер
100–1000
10–12
11
1.2. Проектирование земляного полотна
на слабых грунтах
1.2.1. Общие принципы проектирования насыпи
на слабом основании
К слабым грунтам относят грунты, имеющие прочность на сдвиг
в условиях природного залегания при испытании прибором вращательного среза менее 0,075 МПа, удельное сопротивление статическому зондированию конусом с углом при вершине α = 30° менее
0,02 МПа или модуль осадки при нагрузке 0,25 МПа более 50 мм/м
(модуль деформации ниже 5 МПа).
Насыпи, в основании которых в пределах активной зоны имеются
слабые грунты мощностью более 0,5 м, проектируются как насыпи
на слабом основании.
Земляное полотно на участке залегания слабых грунтов проектируют в следующем порядке [4]:
• устанавливают мощность и расчетные характеристики слабых
грунтов;
• устанавливают высоту насыпи на данном участке;
• определяют расчетом величину осадки;
• проверяют устойчивость основания;
• прогнозируют длительность завершения осадки;
• намечают варианты конструктивно-технологических решений,
обеспечивающих повышение устойчивости, ускорение осадки или
снижение ее величины.
Исходные данные (табл. 4) для проектирования земляного полотна на слабых грунтах следует принять:
• расчетные характеристики грунта насыпи – по табл. 1, прил. 1;
• расчетные характеристики торфа – по табл. 2, прил. 1, в соответствии с указанным вариантом в задании.
1.2.2. Определение осадки насыпи на слабом основании
Для прогноза конечной величины используют схему одномерного
компрессионного сжатия.
При расчете осадки насыпи в качестве транспортной нагрузки
принимают нагрузку АК, представляющую одну двуосную тележку
с нагрузкой на ось 10К, кН, по ГОСТ [3] (рис. 4).
12
Таблица 4
Обозначение
Наименование показателя
Единица Величиизмерения
на
Характеристики насыпи
Ширина насыпи поверху
В
Крутизна откосов насыпи
1:m
м
Проектная высота насыпи по оси дороги
h
м
Общая мощность торфа
Расстояние от поверхности торфа до уровня
грунтовых вод
Плотность грунта для возведения насыпи
Hт
м
Zг.в
м
γ0
кН/м3
Пористость грунта насыпи
n
%
Плотность частиц грунта
∆
кН/м3
Влажность
W
%
Степень разложения
R
%
Характеристики торфа
Eшт
кПа
Сцепление в природном залегании
cн
кПа
Сцепление при полной консолидации
Угол внутреннего трения в природном залегании
Угол внутреннего трения при полной консолидации
Плотность влажного грунта
cк
кПа
ϕн
град
ϕк
град
Штамповый модуль деформации
γт
Ck
Коэффициент консолидации
кн/м3
2
м /с ⋅ 10–5
Нагрузка от транспортных средств приводится к эквивалентному
слою грунта земляного полотна по формуле
n  10К 
hэкв =
,

Bз.п γ н  d + 0,2 
где Вз.п – ширина земляного полотна поверху, м; γн – плотность
влажного грунта насыпи, кН/м3; n – количество полос движения;
d = 2,5 м – расстояние между осями колесной тележки нагрузки АК;
К – тип колесной нагрузки: для дорог I–II категорий – К = 11,5; дорог
III– IV категорий – К = 10; V категории – К = 6.
13
Полоса нагрузки
I
10К
Размеры в метрах
I–I
10К
5К
0,2
d
5К на колесо
0,6
с = 1,9
q = 0,5К
q = 0,5К
q = 0,5К
I
Рис. 4. Схема нормативной нагрузки АК для расчета дорожной одежды и земляного
полотна на слабых грунтах
При отсутствии данных компрессионных испытаний грунтов для
ориентировочных прогнозов конечная осадка рассчитывается с использованием модуля деформации слабого грунта.
С учетом отличия свойств грунта насыпи в естественном и водонасыщенном состоянии формула для определения осадки имеет вид
S=
hрасч + (1 − γ вз.в
н / γ н ) Z г.в
,
( Е шт /( γ н Н сл )) − γ вз.в
н / γн )
где hрасч = h + hэкв ; Zг.в – уровень грунтовых вод, отсчитываемый от
поверхности земли; γ н , γ вз.в
н – плотность грунта насыпи в естественном состоянии и с учетом взвешивающего действия воды:
γ вз.в
н = (∆ – ∆в)(1– n),
где ∆, ∆в – соответственно плотность частиц грунта и воды; n – пористость грунта насыпи в долях единицы.
1.2.3. Оценка устойчивости основания насыпи
Оценка устойчивости основания выполняется для определения
возможности бокового выпирания слабого грунта основания под
воздействием нагрузки от веса насыпи.
В зависимости от результатов оценки устойчивость основания
в его природном состоянии относят к одному из трех типов [4]:
14
I – основания, не требующие специальных мер по обеспечению
устойчивости;
II – основания, для обеспечения устойчивости которых достаточно ограничить режим отсыпки насыпи;
III – основания, требующие применения специальных мероприятий для исключения бокового выпирания слабых грунтов и обеспечения их устойчивости.
Степень устойчивости основания устанавливают по величине коэффициента безопасности:
Kбез = Рбез /Ррасч ,
где Рбез – безопасная предельная нагрузка, отвечающая условию
устойчивости, кН/м2; Ррасч – расчетная проектная нагрузка, кН/м2.
Величины Рбез и Ррасч зависят не только от параметров возводимой насыпи и свойств торфа, но и от режима возведения насыпи.
В связи с этим величина Kбез устанавливается применительно к двум
случаям:
нач
;
• быстрой ( условно мгновенной) отсыпки насыпи – K без
• медленной в соответствии со скоростью уплотнения и упрочнекон
.
ния торфа отсыпки насыпи – K без
Безопасную нагрузку для условий быстрой отсыпки насыпи
определяют по формуле
сн + γ вз.в
⋅ Z ⋅ tg ϕн
н
т
,
Р
=
без
β
вз.в
где γ т – плотность торфа с учетом взвешивающего действия воды,
– 10; Z – глубина рассматриваемого горизонта торфа,
равная γ вз.в
т
при которой безопасная нагрузка минимальна. Для упрощения расчетов можно принимать Z = Нт; β – коэффициент, устанавливаемый
по табл. 3, прил. 1, в зависимости от значений φн, V, Т :
V = Нт/b; Т = (2b – B)/В; b – ширина земляного полотна поверху;
В – полуширина насыпи понизу:
В = (b + 2 hрасч m)/2,
где hрасч – расчетная высота насыпи; m – коэффициент заложения откосов насыпи.
Расчетную проектную нагрузку для условий быстрой отсыпки
насыпи определяют по формуле
н
Ррасч
= γ н (hрасч + S ) .
15
⋅ Z ⋅ tg ϕк
,
β
к
Ррасч
= γ н (hрасч + Z г.в ) + γ вз.в
н ( S − Z г.в ) ,
где ск и φк – условные сцепление и угол внутреннего трения, получаемые при испытании на консолидацию при нагрузке, соответствующей давлению от веса насыпи; β – коэффициент, определяемый по
табл. 3, прил. 1, при значениях φк, V, Т.
В зависимости от численных значений коэффициентов безопасности выделяют следующие типы основания:
к
н
• при одновременном соблюдении условий: K без
< 1 и K без > 1 –
основание относят к подтипу II–А;
к
• при 0,2 ≤ K без
< 1 – к подтипу II–Б;
к
• при K без
< 0,2 – к III типу.
На основании полученных результатов следует рекомендовать
необходимые мероприятия по повышению устойчивости насыпи на
слабом основании.
В табл. 4, прил. 1, согласно [4], приведены типы основания по
степени устойчивости и необходимые мероприятия для обеспечения
устойчивости основания.
На основе принятого решения вычерчивают поперечный профиль
земляного полотна на слабом основании. Пример конструктивного
решения с применением песчаных дрен приведен на рис. 5.
16
Прогноз длительности осадки осуществляют по схеме одномерного сжатия при условии, что водопроницаемость и скорость отжатия поровой воды в горизонтальном направлении значительно меньше, чем в вертикальном направлении.
В результате прогноза осадки слабого основания во времени
должны быть рассчитаны:
• время достижения требуемой интенсивности осадки в зависимости от типа дорожной одежды;
• время достижения конечной осадки.
Таким образом, прогноз хода осадки во времени выполняется для
двух участков консолидационной кривой, называемых участками
первичной и вторичной осадок (рис. 6).
λIi
к
Рбез
=
1.2.4. Прогноз хода осадки основания насыпи во времени
λII
ск + γ вз.в
т
Рис. 5. Конструкция земляного полотна на слабом основании
λI
В случае, когда соблюдается условие
н
Рбез
н
K
=
≥ 1,
без
н
Ррасч
основание относят к I типу по устойчивости и никаких дополнительных проверок устойчивости не проводят.
н
Если K без
< 1, для отнесения основания ко II или III типу определяют безопасную нагрузку при медленной отсыпке насыпи по выражению
к
Рбез
к
K
=
,
без
к
Ррасч
где
0
ТIi
ТI
Рис. 6. Общий вид кривой консолидации
17
ТII
сут
Прогноз хода осадки на участке первичной фильтрационной консолидации выполняют по формуле
2
K u ⋅ H сл
,
ТTIiIi =
86 400 ⋅ C k
где K и – коэффициент, величина которого зависит от степени консолидации (табл. 5); Н сл – расчетный путь фильтрации воды, принимаемый при одностороннем дренировании равным мощности слабого
слоя, м; Сk – коэффициент консолидации слабого грунта, м2/с.
Таблица 5
U, %
20
30
40
50
60
Ku
0,03
0,07
0,12
0,20
0,29
U, %
70
80
85
90
95
Ku
0,40
0,57
0,69
0,85
1,13
На участке вторичной фильтрационной консолидации прогноз
осадки во времени осуществляют по формуле
T
λ II = λ I + m p lg II ,
TI
где λ I , λ II – относительная осадка соответственно на момент окончания первичной и вторичной фильтрационной консолидации;
ТI, ТII – время окончания участка первичной и вторичной стадий
консолидации; m p – консолидационный параметр, определяемый
как тангенс угла наклона участка вторичной осадки, принимаемый
равным 0,03–0,05.
Для нахождения времени завершения полной осадки принимают
λ II = S / H т
и решают приведенное выше уравнение относительно TII:
Т II = 10
λ II −λ I
mp
⋅ TI .
По полученным данным строят график хода осадки во времени
(см. рис. 6), анализируя который, решают вопрос о сроках возведения насыпи и дорожной одежды.
18
Раздел 2
ДОРОЖНЫЕ ОДЕЖДЫ
2.1. Общие положения проектирования дорожных одежд
(нежесткого и жесткого типов)
К дорожным одеждам относят, как правило, слоистые конструкции, состоящие из асфальтобетона или цементобетона и материалов
или грунтов, укрепленных различными вяжущими, а также из слабосвязных зернистых материалов (щебня, гравия, песка и др.).
Различают следующие элементы дорожной одежды [2]:
• покрытие – верхняя часть дорожной одежды, состоящая из
одного или нескольких слоев из наиболее прочных материалов, воспринимающая усилия от колес автомобилей и непосредственно подвергающаяся воздействию атмосферных факторов. Покрытие обеспечивает необходимые транспортно-эксплуатационные качества
дорожной одежды (сцепление, износ и др.) и восприятие горизонтальных (тормозных) усилий. По поверхности покрытия может быть
устроен слой износа в виде одиночной или двойной поверхностной
обработки, предохраняющий основной слой покрытия от непосредственного соприкосновения с колесами автомобилей, т. е. от истирания под действием касательных усилий и от воздействия природных
факторов. Слой износа восстанавливается каждые два-три года и не
учитывается в расчете дорожной одежды;
• несущий слой основания – один или несколько слоев, расположенных под покрытием, обеспечивающих восприятие главным
образом вертикальных напряжений, а также перераспределение
и снижение давления на нижележащие слои дорожной одежды и
грунт земляного полотна. Верхний слой основания устраивают из
прочных каменных материалов, обработанных вяжущим, нижний
слой – из щебенистых смесей, не обработанных вяжущим, или грунтов, обработанных вяжущим;
19
• дополнительный слой основания – один или несколько слоев,
выполняющих, кроме снижения давления на грунт, в зависимости от
климатических и грунтово-гидрологических условий роль дренирующего, морозозащитного или теплоизолирующего слоя. Как правило, дополнительные слои устраивают из песка, песчано-гравийной
смеси и других местных материалов, в естественном состоянии имеющих коэффициент фильтрации не менее 1–2 м/сут, или из местных
грунтов, укрепленных вяжущими, а также из материалов с малым
коэффициентом теплопроводности.
Дорожную одежду укладывают на грунт земляного полотна, верхняя часть которого до глубины, равной 2/3 глубины промерзания, но не
менее 1,5 м от поверхности покрытия, согласно СНиП 2.05.02–85* [1],
называется рабочим слоем.
Рабочий слой грунта воспринимает нагрузку от автомобильного транспорта, он находится в зоне воздействия повторяющихся
в годовом цикле природных факторов, т. е. подвергается замораживанию, оттаиванию, сезонному переувлажнению и др., поэтому
к нему предъявляются повышенные требования по плотности и несущей способности.
Дорожная одежда и грунт рабочего слоя составляют дорожную
конструкцию.
Классификация дорожных одежд по СНиП [1] приведена в табл. 6.
Таблица 6
Тип дорожной одежды
Вид
покрытия
Материалы, применяемые
для устройства покрытия
КапитальУсовершен- Горячая асфальтобетонная смесь (2–3 слоя)
ный
ствованное Монолитный цементобетон
Горячая и холодная асфальтобетонные смеси (1–2 слоя)
Каменные материалы, укрепленные вяжущим в устаОблегченТо же
новке, методом смешения на дороге или пропитки
ный
Щебень с двойной поверхностной обработкой и др.
Щебень прочных пород по способу заклинки
Переходный Переходное Грунты и малопрочные каменные материалы, укрепленные вяжущими, и др.
Щебеночно-гравийно-песчаная смесь и малопрочные
каменные материалы и шлаки
Низший
–
Грунты, укрепленные местными вяжущими материалами
20
Проектирование дорожных одежд ведется комплексно с учетом
свойств земляного полотна и представляет собой единый процесс
конструирования и расчета их на прочность, морозоустойчивость
и дренирующую способность, а также технико-экономического обоснования вариантов.
Таким образом, проектирование дорожной одежды состоит из последовательно выполняемых этапов:
• I – конструирование – предварительное назначение конструкции дорожной одежды;
• II – расчет – проверка предварительно назначенной дорожной
одежды на прочность, морозоустойчивость и осушение;
• III – технико-экономическое сравнение вариантов дорожных
одежд и выбор наиболее целесообразного варианта.
Расчеты дорожной одежды выполняются для однотипных участков дороги, имеющих:
• один тип земляного полотна (насыпь, нулевые отметки или выемка);
• одинаковые грунтово-гидрологические условия (один тип
и схему увлажнения рабочего слоя грунта).
2.2. Проектирование дорожной одежды нежесткого типа
2.2.1. Задачи и принципы конструирования дорожной одежды
нежесткого типа
Задачами конструирования дорожной одежды являются [5]:
• назначение типа дорожной одежды и вида покрытия;
• назначение числа конструктивных слоев;
• выбор материалов для их устройства;
• размещение их в конструкции в такой последовательности,
чтобы с учетом уменьшения по глубине напряжений от колесной
нагрузки, климатических и грунтово-гидрологических условий наилучшим образом проявлялись их прочностные, деформативные
и теплоизолирующие свойства;
• назначение ориентировочных толщин слоев (при расчете дорожной одежды на ЭВМ – минимальных, максимальных толщин
и шага перебора);
• назначение мероприятий по осушению дорожной одежды
и снижению притока воды в дорожную одежду.
21
Конструирование дорожной одежды производят с учетом следующих факторов:
• категории дороги;
• интенсивности и состава движения;
• дорожно-климатической зоны и подзоны;
• вида грунта рабочего слоя;
• схемы увлажнения рабочего слоя земляного полотна (табл. 13,
прил. 2 СНиП [1]);
• наличия и качества дорожно-строительных материалов;
• возможности стадийного усиления дорожной одежды путем
устройства сверху слоев из более прочных материалов по мере увеличения интенсивности движения.
Рекомендации по конструированию сводятся к следующему:
1. Материалы в конструкции дорожной одежды следует располагать в порядке убывания прочности и модулей упругости. Соотношение модулей упругости материалов вышележащего и нижележащего
слоев не должно превышать 3–5.
2. Покрытие и верхние слои основания должны быть монолитными, водо-, морозо- и теплостойкими. Развитие прочности дорожной
одежды должно идти за счет увеличения толщины слоев из местных
материалов. Из привозных материалов следует назначать верхние
слои дорожной одежды минимальной толщины. Минимальная толщина однослойного асфальтобетонного покрытия должна быть не
менее 5 см, двухслойного – не менее 10–12 см.
3. Для устройства несущих слоев основания хорошо себя зарекомендовали пористые асфальтобетонные смеси и каменные материалы и грунты, обработанные органическими вяжущими. Минимальная толщина щебеночного основания, укрепленного органическими
вяжущими, должна быть не менее 8 см, общая толщина слоев (покрытие и основание) из асфальтобетона – не менее 12 см.
4. При использовании в несущих слоях основания щебня или
грунта, укрепленного цементом, толщина вышележащих слоев, укрепленных органическим вяжущим (битумом), для ограничения появления «отраженных» трещин должна быть не менее толщины слоя
основания, укрепленного цементом, но не меньше 18 см – для капитального типа дорожной одежды и 12 см – для облегченного типа.
Для повышения трещиностойкости покрытия можно предусмотреть
специальные трещинопрерывающие прослойки из георешеток, использование модифицированных битумов и другие решения.
22
5. Основание из зернистых материалов должно быть, как правило, двухслойным: несущий слой основания устраивается из фракционированного щебня, уложенного по способу заклинки, щебеночной
или гравийно-песчаной смеси; дополнительный слой – из песков
различной крупности.
6. В конструкциях дорожных одежд капитального типа с тяжелым
и интенсивным движением (на дорогах I–III категорий) на контакте
слоев из крупнообломочных материалов с песком или с грунтом земляного полотна следует предусматривать устройство армирующих
или разделяющих прослоек из геосинтетических материалов (геотекстилей или георешеток) с целью предотвратить взаимопроникновение материалов смежных слоев [6].
Примеры конструкций дорожных одежд приведены на рис. 7.
2.2.2. Расчетная нагрузка. Определение суммарного числа
приложений расчетной нагрузки
Нагрузка от колеса автомобиля весом P, кН, передается в виде
равномерно распределенной нагрузки р, МПа, через площадку, имеющую форму круга диаметром D.
Дорожные одежды на перегонах рассчитывают на кратковременное многократное воздействие подвижных нагрузок, на остановках
и перекрестках – на подвижную и статическую нагрузку (однократное нагружение при продолжительности действия нагрузки не менее
10 мин).
Стоянки и обочины рассчитываются только на статическую нагрузку.
При расчете на кратковременную нагрузку вводят коэффициент
динамичности Kд = 1,3. Условно считая, что давление р от колеса
автомобиля не меняется, введение коэффициента динамичности Kд
приводит к увеличению нагрузки от колеса автомобиля в 1,3 раза по
сравнению с нормативной статической нагрузкой, и, следовательно,
диаметр отпечатка от движущегося автомобиля больше, чем от неподвижного (статического) автомобиля.
Расчет дорожных одежд по ГОСТу [3] выполняется на нормативную нагрузку – двухосную тележку АК (см. рис. 4).
Расчетные характеристики расчетной нагрузки приведены
в табл. 7.
23
Усовершенствованные капитальные покрытия
Усовершенствованные капитальные покрытия
Усовершенствованные
капитальные
покрытия5
5
5
6
6
Усовершенствованные
капитальные
покрытия56
5
5
Усовершенствованные
капитальные
покрытия10
6
6
6
7
9
7
9
10
Усовершенствованные
капитальные
покрытия
5
5
11
Усовершенствованные
капитальные
покрытия56
6
6
Усовершенствованные
капитальные
покрытия58
1
11
5
5
5
6
5
6
7
7
5
9
6
9
5
5
7
6
8
6
7
8
5
9
5
7
6
5
9
6
9
7
6
8
4
7
7
4
9
8
9
8
9
4
8
8
4
8
4
4
4
4
9
9
7
7
3
9
3
7
9
4
9
7
4
3
7
9
3
9
3
7
9
4
7
7
3
4
3
4
3
4
4
4
14
14
14
14
14
14
4
14
4
14
14
14
14
4
14
14
4
14
4
4
4
4
Таблица 7
1
8
7
9
10
5
5
5
6
6
6
4
6
6
6
7
9
10
5
5
5
11
4
7
9
10
5
5
5
4
1
8
6
6
6
5
5
5
11
6
6
6
4
4
7
9
10
11
6
6
6
1
8
4
7
9
10
4
1
8
7
9
10
11
4
4
11
1
8
4
11
4
1
8
4
1
8
4
4
4
4
Усовершенствованные облегченные
покрытия
4
4
4
Усовершенствованные
облегченные
покрытия
4
4
4
4
4
9
9
14
14
9
9
4
14
9
4
14
9
14
9
9
4
14
14
4
14
4
4
4
4
3
3
Группа
расчетной
нагрузки
Усовершенствованные облегченные покрытия
Усовершенствованные
облегченные10покрытия
12
Усовершенствованные
облегченные покрытия
12
10
Усовершенствованные
облегченные
3
Усовершенствованные
облегченные88покрытия
покрытия
3
Усовершенствованные
облегченные10покрытия
12
13
13
13
13
13
13
4
13
4
13
13
13
13
4
13
13
4
13
4
4
4
4
12
10
4
4
3
8
12
10
4
4
3
8
12
10
3
8
12
10
12
10
4
4
3
8
3
8
4
4
3
8
Покрытия
4 переходных типов
4
Покрытия переходных типов
4
4
4
4
4
4
Покрытия переходных типов
8
Покрытия
переходных типов
15
Покрытия
переходных типов
8
15
Покрытия
переходных
Покрытия
переходных типов
типов
4
4
8
15
Покрытия
переходных типов
4
4
4
3
4
3
3
4
3
3
4
3
4
4
4
4
8
15
8
15
4
4
8
15
8
15
4
4
8
15
4
4
4
4
4
4
Низшие
типы покрытий
4
4
Низшие
типы покрытий
17
17
17
Низшие типы покрытий
Низшие типы
18 покрытий
Низшие типы
покрытий
18
Низшие
типы
Низшие типы покрытий
покрытий
Низшие типы
18 покрытий
16
16
4
16
4
16
16
4
16
16
4
16
4
4
4
4
17
18
Рис. 7. Типы конструкций
1 – низкомарочный цементобетон
17 дорожных одежд:
18
М 40–100; 2 – прослойка17
из
песка,
обработанного
органическими вяжущими; 3 –
18
17
18
17
18
щебеночный слой; 4 – дополнительный
(морозоустойчивый, дренирующий) слой
основания из песка, гравия, шлака или морозоустойчивых местных каменных материалов; 5 – мелкозернистый плотный асфальтобетон; 6 – крупнозернистый плотный
асфальтобетон; 7 – крупнозернистый пористый асфальтобетон; 8 – щебень гранитный фр. 40–70 мм с расклинкой мелким щебнем; 9 – щебень, обработанный органическими вяжущими в установке; 10 – гравийная смесь, обработанная вяжущим в
установке; 11 – цементогрунт; 12 – черное щебеночное покрытие с поверхностной
обработкой; 13 – щебень, укрепленный цементом; 14 – грунт, укрепленный органическими и неорганическими вяжущими; 15 – гравийное покрытие, укрепленное цементом, с двойной поверхностной обработкой; 16 – булыжная мостовая; 17 – грунт,
укрепленный гранулометрическими добавками; 18 – грунт, укрепленный шлаком,
щебнем, гравием или дресвой
24
Нормативная статическая
нагрузка, кН
Расчетные параметры
нагрузки
на ось
на колесо Рст
Давление на покрытие р, МПа
Диаметр
Dд / Dст , см
А-11,5
115
57,5
0,6
40/35
А-10
100
50,0
0,6
37/33
А-6
60
30
0,5
32/28
Примечание. В числителе приведен диаметр для движущегося колеса Dд, в знаменателе – для неподвижного Dст.
В качестве расчетной нагрузки могут использоваться другие более тяжелые автомобили, если доля их к концу межремонтного срока
службы дорожной одежды составляет не менее 10 % от состава грузового и автобусного движения.
В этом случае по известным данным: Pст – нагрузке на колесо
наиболее загруженной оси (в кН) и р – удельному давлению воздуха
в шинах – определяются Dст и Dд – диаметры (в см) приведенного
к кругу отпечатка следа соответственно неподвижного и подвижного
автомобилей по формулам
40 Pст
=
;; D д = 1,3Dст .
Dст
ст =
π⋅ р
Расчетная интенсивность движения на одну полосу Nр на год
службы Т сл дорожной одежды определяется по формуле
i
N р = f пол ∑ ( N i K i ),
1
где f пол – коэффициент приведения интенсивности движения в
обоих направлениях к интенсивности движения, приходящейся на
одну полосу (табл. 8); Ni – число автомобилей i-марки в обоих направлениях на год службы дорожной одежды Тсл, авт./сут; K i – коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства i-марки с нагрузкой на колесо Pi к расчетной нагрузке
А-10 (табл. 9).
25
Таблица 8
Коэффициент fпол для полосы от обочины
Число полос
движения
1
2
3
1
1,00
–
–
2
0,55
–
–
3
0,50
0,50
–
4
0,35
0,20
–
6
0,30
0,20
0,05
Примечание. На перекрестках и подходах к ним (в местах перестройки потока
автомобилей для выполнения левых поворотов и др.) при расчете одежды в пределах всех полос движения следует принимать fпол = 0,50, если их больше трех.
Таблица 9
клонения суммарного движения от среднего ожидаемого, определяется по табл. 10; Тсл – расчетный срок службы дорожной одежды,
принимается по Приказу Минтранса № 157 (табл. 11); q – показатель
изменения интенсивности движения (знаменатель геометрической
прогрессии):
q = (1 + r / 100),
где r – ежегодный прирост интенсивности движения, %.
Таблица 10
Тип дорожной
одежды
Значения коэффициента kn при различных категориях дорог
I
II
III
IV
V
Капитальный
1,49
1,49
1,38
1,31
–
Облегченный
–
1,47
1,32
1,26
1,06
Переходный
–
–
1,19
1,16
1,04
Коэффициент Ki
Автомобили
Легкие грузовые грузоподъемностью 1–2 т
0,005
Средние грузовые грузоподъемностью 2–5 т
0,20
Легкие грузовые грузоподъемностью 5–8 т
0,70
Тяжелые грузовые грузоподъемностью более 8 т
1,25
Автобусы
0,70
Тягачи с прицепами
1,50
Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки на
полосу движения за срок службы дорожной одежды определяется
по формуле
q (Т сл −1)
ΣN р = 0,7 N р (Т −1)
Т k ,,
q сл (q −1) р.д.г n
где Nр – расчетная интенсивность движения, приходящаяся на одну
полосу движения, на год службы Тсл дорожной одежды; Т р.д.г – расчетное число дней в году, зависящее от района проектирования
(табл. 1, прил. 2); k n – коэффициент, учитывающий вероятность от26
Таблица 11
Категория
дороги
Тип дорожной
одежды
Сроки службы в зависимости
от дорожно-климатической зоны Тсл
I–II
III
IV–V
IА, IБ, IВ
Капитальный
12
14
18
II
Капитальный
12
12
15
Капитальный
12
12
15
Облегченный
12
12
12
Капитальный
12
12
12
Облегченный
10
10
12
Переходный
5
5
5
Облегченный
10
10
12
Переходный
5
5
5
Низший
3
3
3
III
IV
V
27
2.2.3. Определение расчетных характеристик грунта
и материалов конструктивных слоев дорожной одежды
Расчетные характеристики связного грунта (модуль упругости,
удельное сцепление и угол внутреннего трения) назначаются в зависимости от расчетной влажности грунта и суммарного количества
приложений нагрузки ∑ N р .
Расчетная влажность определяется по формуле
W
1)(11+++00,01,1,t1t)t)−)−−∆∆∆3W
((W
W
W
=(W
Wтаб
+∆∆∆1W
W+++∆∆∆22W
W))()(
W, ,,
ppp==
таб
таб++
11W
2W
33W
где Wтаб – среднее многолетнее значение относительной влажности
(доли от границы текучести) в наиболее неблагоприятный (весенний)
период года в рабочем слое грунта при толщине дорожной одежды
до 0,75 м, зависящее от дорожно-климатической зоны, типа местности по увлажнению и вида грунта (табл. 2, прил. 2); ∆1W – поправка на особенности рельефа: равнинные районы – 0,00; предгорные
районы (до 1000 м над уровнем моря) – 0,03; горные районы (выше
1000 м над уровнем моря); ∆ 2W – поправка на конструктивные мероприятия, снижающие приток влаги в дорожную одежду (табл. 3,
прил. 2); ∆ 3W – поправка, учитывающая снижение влажности при
толщине дорожной одежды более 0,75 м (рис. 8); t – коэффициент
нормированного отклонения, зависящий от требуемого уровня надежности Kн, принимаемый по табл. 12.
Таблица 12
∆3
0,12
4
0,1
0,08
3
0,06
0,04
2
0,02
0
0,6
1
0,8
1
1,2
1,4
1,6
Z, м
Рис. 8. Графики для определения поправки ∆3W: 1 – при значении Wтаб = 0,75Wт;
2 – 0,80Wт; 3 – 0,85Wт; 4 – 0,90Wт
крытия, состава асфальтобетона и марки битума по табл. 7, прил. 2,
на растяжение при изгибе – по табл. 8, прил. 2, на статическую нагрузку – по табл. 9, прил. 2.
Модули упругости конструктивных слоев остальных материалов
не зависят от температуры и влажности и назначаются при расчете
по всем критериям как на подвижную, так и на статическую нагрузку по табл. 10–14, прил. 2.
2.2.4. Обеспечение морозоустойчивости дорожной одежды
Kн
0,7
0,75
0,8
0,85
0,90
0,95
0,98
t
0,52
0,68
0,84
1,06
1,32
1,71
2,19
Расчетные характеристики несвязного грунта принимаются по
табл. 4 и 5, прил. 2.
Расчетные характеристики связного грунта и песка дополнительного слоя дорожной одежды не зависят от влажности грунта и принимаются по табл. 4 и 6, прил. 2.
Кратковременные модули упругости слоев асфальтобетона при
расчете по критериям допускаемого упругого прогиба и условию
сдвигоустойчивости назначаются в зависимости от температуры по28
В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна
при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожной
одежды.
Конструкцию дорожной одежды считают морозоустойчивой,
если соблюдено условие
lпуч ≤ lдоп ,
где lпуч – расчетное пучение грунта земляного полотна; lдоп – допускаемое для данной конструкции пучение грунта, принимаемое равным для дорожной одежды капитального типа – 4 см, облегченного
типа – 6 см, переходного – 10 см.
29
Требуемую по критерию морозоустойчивости толщину дорожной
одежды определяют, предварительно определив величину морозного пучения при осредненных условиях lпуч.ср по формуле
lпуч.ср = lпуч / (Kугв Kпл Kгр Kнагр Kвл),
где Kугв – коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых (УГВ) или длительно стоящих поверхностных вод (УПВ) (рис. 9); Kпл – коэффициент, зависящий от
степени уплотнения грунта рабочего слоя (табл. 13); Kгр – коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта
основания насыпи, принимаемый для песков – 1,0, супесей – 1,1,
суглинков – 1,3, глин – 1,5; Kнагр – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на
грунт в промерзающем слое (рис. 10); Kвл – коэффициент, зависящий
от расчетной влажности грунта (табл. 14).
KУ.Г.В
Kугв
Kнагр
1,2
0,8
1,0
1
0,6
0,8
2
0,4
1
0
1
2
3
0,6
0,5
НУ.Г.В
Hугв,, м
Рис. 9. Зависимость коэффициента
Kугв от расстояния от низа дорожной
одежды до расчетного Нугв или Нупв
2
1,0
1,5
2,0
2,5
Zпр, м
Рис. 10. Зависимость коэффициента Kнагр
от глубины промерзания Zпр от поверхности покрытия
Коэффициент
уплотнения Kупл
Kпл для грунта
песка пылеватого, супеси легкой
и пылеватой, суглинка, глины
песка, кроме пылеватого,
супеси легкой крупной
1,03–1,00
0,8
1,0
1,01–0,98
1,0
1,0
0,97–0,95
1,2
1,1
0,94–0,90
1,3
1,2
< 0,90
1,5
1,3
18
14
10
6
2
20
Zгр = 100 см
Относительная влажность W/Wт
0,6 и менее
0,7
0,8
0,9
Kвл
1,0
1,1
1,2
1,3
На рис. 9 и 10 приняты следующие обозначения: 1 – супесь пылеватая и тяжелая пылеватая, суглинок; 2 – песок, супесь легкая
и легкая крупная.
Требуемую толщину дорожной одежды определяют по номограмме рис. 11 в зависимости от lпуч.ср группы грунта по степени пучи-
V
Zгр = 150 см
V
20
Zгр = 200 см
IV
V
IV
10
IV
III
IIа
IIб
0 10
Таблица 14
30
см
Морозное пучение 1 пуч/ср.
пуч/ср.
см
Таблица 13
60
100
10
10
III
III
IIа
IIа
IIб
IIб
40
80
120
0
40
80
120
160
Толщина дорожной одежды h, см
Рис. 11. Графики для определения требуемой толщины дорожной одежды по критерию морозоустойчивости: цифры на кривых – группа грунта по степени пучения
(кривую IIа выбирают при 2-й и 3-й схемах увлажнения рабочего слоя,
кривую IIб – при 1-й)
нистости (табл. 15) и глубины промерзания дорожной конструкции
Zпр, равной
Zпр = 1,38 Zгр ,
где Zгр – средняя глубина промерзания грунта для данного района,
устанавливаемая по карте (рис. 4.4 [5]).
31
Таблица 15
Грунт
Группа
Песок гравелистый, крупный и средней крупности, содержащий
до 2 % частиц мельче 0,05 мм
I
Песок гравелистый, крупный, средней крупности и мелкий, содержащий до 15 % частиц мельче 0,05 мм, супесь легкая крупная
II
Супесь легкая, суглинок легкий и тяжелый, глины
III
Песок пылеватый, супесь пылеватая, суглинок тяжелый пылеватый
IV
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый
V
Полученная расчетом на прочность толщина дорожной одежды
не должна быть меньше требуемой по критерию морозоустойчивости.
Расчет на прочность на статическую нагрузку выполняется по
одному критерию: условию сдвигоустойчивости подстилающего
грунта и малосвязных конструктивных слоев.
При этом расчетные характеристики слоев асфальтобетона принимаются при длительном нагружении (табл. 9, прил. 2).
Расчету дорожной одежды на прочность предшествуют:
• определение суммарного количества приложений расчетной
нагрузки за срок службы дорожной одежды (см. п. 2.2.2);
• определение расчетных характеристик грунта и материалов
конструктивных слоев дорожной одежды (см. п. 2.2.3).
Расчеты дорожной одежды на прочность выполняются с заданными уровнями надежности, определяемыми для федеральных дорог в зависимости от категории дороги и дорожно-климатической
зоны (табл. 16).
Таблица 16
2.2.5. Расчет дорожной одежды на прочность
Под прочностью дорожной одежды понимают ее способность
сопротивляться процессу развития остаточных деформаций и разрушений под воздействием нормальных и касательных напряжений,
возникающих от расчетной нагрузки.
Расчет на прочность дорожной одежды выполняется по следующим критериям:
• допускаемому упругому прогибу;
• условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев;
• сопротивлению монолитных слоев усталостному разрушению
при изгибе.
Дорожные одежды, не содержащие слоев асфальтобетона (переходные и низшие), рассчитываются только по двум первым критериям.
Расчет на прочность по всем критериям может выполняться в любой последовательности. Однако методически целесообразно при
больших перспективных интенсивностях движения и малой влажности грунтов начинать расчеты по критерию упругого прогиба,
а при малых интенсивностях и высокой влажности грунтов – по
сдвигу в грунте.
32
Категория
дороги
Тип
дорожной
одежды
IА, IБ, IВ
Коэффициенты надежности в зависимости
от дорожно-климатической зоны
I–II
III
IV–V
Капитальный
0,98
0,95
0,88
II
Капитальный
0,95
0,92
0,88
III
Капитальный
0,92
0,90
0,85
Облегченный
0,86
0,85
0,84
Капитальный
0,85
0,84
0,83
Облегченный
0,85
0,84
0,82
Переходной
0,82
0,80
0,77
Облегченный
0,82
0,80
0,79
Переходной
0,65
0,60
0,58
Низший
0,65
0,60
0,58
IV
V
В зависимости от принятого уровня надежности назначаются
требуемые значения коэффициентов прочности Kпр, зависящие от
критерия расчета (табл. 17).
33
Критерий прочности имеет вид
Таблица 17
Тип
дорожной
одежды
Капитальный
Категория
дороги
Заданная надежность
Kн
I
Требуемый коэффициент
прочности Kпр по критерию
упругого
прогиба
сдвига и растяжения
при изгибе
0,98
0,95
1,50
1,30
1,10
1,00
II
0,95
0,92
0,88
1,20
1,10
1,00
0,94
III
0,92
0,90
0,85
1,29
1,10
1,10
1,10
0,94
0,94
III
0,86
0,85
0,84
IV
0,85
0,84
0,82
1,06
1,06
1,02
0,90
0,90
0,87
IV
0,82
0,80
0,77
V
0,65
0,60
0,58
Облегченный
Переходный
тр
Е общ ≥ Е min K пр
,
где Еобщ – общий модуль упругости на поверхности дорожной контр
– требуемый коэффициент прочности, зависящий от
струкции; K пр
принятого уровня надежности (см. табл. 17); Еmin – минимальный
требуемый модуль упругости, определяемый по эмпирической формуле
(lg
Е min = 98,65(
lg ∑ N p − c )),,
где с – эмпирический параметр, принимаемый для расчетной нагрузки: А-10 – с = 3,55, А-11,5 – с = 3,20.
Расчет по критерию допускаемого упругого прогиба не производится на нагрузку 12 т и более на ось.
Независимо от результата расчета, полученного по данной формуле, требуемый модуль упругости должен быть не менее указанного в табл. 18.
Таблица 18
I
Суммарное минимальное расчетное число
приложений расчетной
нагрузки на наиболее
нагруженную полосу
750 000
Категория
дороги
1,06
0,98
0,90
0,94
0,87
0,80
2.2.5.1. Расчет на прочность по критерию допускаемого упругого
прогиба
Расчетом по критерию допускаемого упругого прогиба проверяется на прочность конструкция дорожной одежды в целом. Наихудшие условия работы дорожной одежды по этому критерию имеют
место весной при температуре покрытия 10 °С, поэтому расчетные
характеристики материалов, содержащих органические вяжущие,
принимаются во всех дорожно-климатических зонах при этой температуре.
34
Требуемый модуль упругости дорожной
одежды типа, МПа
капитального облегченного переходного
230
–
–
II
500 000
220
–
–
III
375 000
200
200
–
IV
110 000
150
150
100
V
40 000
–
100
50
Для определения общего модуля упругости многослойная дорожная одежда представляется в виде нижеследующей расчетной схемы
(рис. 12).
Общий модуль упругости на поверхности i-го слоя определяется на
основе решения теории упругости для двухслойной модели (рис. 13):
слой конечной толщины h с модулем упругости Ев лежит на упругом
полупространстве (неограниченном снизу) с модулем Ен.
35
D
h1
h2
E1
E2
h3
E3
Eобщ
I
Eобщ
II
Eобщ
III
Eобщ
h4
E4
IV
Eобщ
Eгр
Рис. 12. Расчетная схема дорожной одежды
D
Eобщ
h
Eв
Eн
Рис. 13. Расчетная схема двухслойной системы
Формула для определения общего модуля двухслойной конструкции имеет вид

E (i +1) 
h 
1,05 − 0,1 i 1 − 3 общ  Ei
D
Ei 



(i )
Eобщ =
,
(i +1)
Eобщ
1,35hэ 
Ei 2
D

0,71 3
arctg
 + (i +1) ⋅ arctg
π
Ei
hэ
 D  Eобщ
где
hэ 2hi
=
D D
3
E
( i +1) ; hi – толщина i-го слоя, см; D – диаметр нагру6 Eобщ
36
( i +1)
женной площади, см; Eобщ
– общий модуль упругости полупространства, подстилающего i-й слой, МПа; Ei – модуль упругости i-го
слоя, МПа.
На основе данной формулы построена номограмма (рис. 14).
Для многослойной дорожной одежды расчет по номограмме выполняют сверху – вниз или снизу – вверх, последовательно рассматривая каждые два слоя.
Нумерацию слоев ведут сверху – вниз.
При расчете сверху – вниз принимают, что общий модуль упругости на поверхности
тр
Еобщ = Еmin K пр
.
В этом случае по отношениям Eобщ / E1 (цифра на кривой) и h1/D
(абсцисса) определяют ординату, равную E'общ / E1, где E'общ – общий
модуль упругости конструкции дорожной одежды под верхним слоем дорожной одежды.
Далее расчет повторяют аналогично для второго и всех остальных
слоев. В конце расчета определяют толщину нижнего слоя основания: по величинам Е n−1 / Еп (цифра на кривой) и Eгр / Eп (ордината)
общ
находят hп/D (абсцисса).
При заданных толщинах слоев дорожной одежды (при необходимости усиления дорожной одежды или перерасчете конструкции
дорожной одежды) расчеты выполняют снизу – вверх.
В этом случае по номограмме по отношениям Eгр / Eп (ордината)
и hп/D (абсцисса) определяют отношение Е n−1 / Еп (цифра на кривой).
общ
2.2.5.2. Расчет по условию сдвигоустойчивости в подстилающем
грунте и малосвязных слоях дорожной одежды
Дорожную одежду проектируют с таким расчетом, чтобы под
действием кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы
не накапливались недопустимые остаточные деформации формоизменения.
При расчете по условию сдвигоустойчивости значения модулей
упругости слоев асфальтобетона принимают соответствующим температурам: в I–II дорожно-климатических зонах – 20 °С, в III – 30 °С,
IV – 40 °С, V – 50 °С (табл. 7, прил. 2).
37
Ен / Ев
Ев
D
Недопустимые деформации сдвига в конструкции не будут накапливаться, если в грунте земляного полотна и в малосвязных (песчаных) слоях обеспечено условие
Т пр
Т ≤ тр ,
K пр
где Т – активное напряжение сдвига от действующей временной нагрузки; Тпр – предельное напряжение сдвига, превышение которого
тр
– требуемый коэффивызывает нарушение прочности на сдвиг; K пр
циент прочности, зависящий от принятого уровня надежности (см.
табл. 17).
Предельное (допускаемое) напряжение сдвига Тпр на кратковременную нагрузку в грунте рабочего слоя (или в песчаном материале
промежуточного слоя) определяется по формуле
Tпр = kд (C N + 0,1 ⋅ γ ср ⋅ Z ⋅ tg ϕст ),
где C – сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточ-
Еобщ
Еобщ = 0,9
Ен
N
hс / D
Рис. 14. Номограмма для определения общего модуля упругости Еобщ двухслойной
системы
38
ном песчаном слое), принимаемое с учетом повторности нагрузки,
МПа; Z – глубина расположения поверхности слоя, проверяемого
на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, см; γср – средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше
проверяемого слоя, равный приближенно 0,002 кг/см3; φст – угол
внутреннего трения материала нижнего слоя при статическом действии нагрузки, град; kд – коэффициент, учитывающий особенности
работы конструкции на границе несвязных слоев.
Коэффициент kд принимают:
• при устройстве нижнего слоя несущего основания из укрепленных материалов или при укладке на границе несущее основание –
песчаный слой (или песчаный грунт) разделяющей геосинтетической прослойки: kд = 4,5 – для песка крупного; 4,0 – средней крупности; 3,0 – мелкого;
• при устройстве нижнего слоя несущего основания из неукрепленных материалов и без разделительной геосинтетической прослойки kд = 2;
• при укладке геосинтетического материала на грунт в основании
дорожной одежды kд = 1,5 [6];
• для подстилающего дорожную одежду связного грунта земляного полотна kд = 1,0.
39
0,02
0,01
Рис. 16. Номограмма для определения активного напряжения сдвига от временной нагрузки в нижнем слое двухслойной
системы (при h/D = 0–2,0)
–
2,0 h / D
τ n /P
0,02 0,03 τ**
/P
1,9
1,8
1,7
1,6
0,03
0,03
1,5
1,4
0,02
1,3
,3
0,01
0,03
1,2
1,1
0,02
0,01
1,0
0,9
0,03
0,02
0,8
0,7
0,03 0,01
0,6
0,5
0,2
0,1
0,3
0,02
8
10
14 12
16
20 18
41
0,01
E
Е1/E
/ Е22 ==55
6
Рис. 15. Приведение многослойной дорожной одежды к двухслойной
при расчете по критерию сдвига
40
0,02
p
E1
E2
10
20
Eгр, Сгр, ϕгр
0,03
E4
Eср
0,4
h4
30
E3
50
h3
42
E2
44
E1
h2
46
h1
ϕ = 40
30
D
Р
ϕ, с
D
Расчетная схема
24
28
32
34
где Еi – модуль упругости i-го слоя; hi – толщина i-го слоя.
При расчете по условию сдвигоустойчивости в песчаном подстилающем слое Еср определяют по приведенной выше формуле для
всех слоев, кроме нижнего слоя дорожной одежды.
Нижний слой двухслойной конструкции имеет параметры: удельное сцепление с и угол внутреннего трения φ, принятые для нижнего
несвязного (или малосвязного) слоя дорожной одежды. Общий модуль
упругости на уровне верха песчаного основания принимается равным
общему модулю упругости на поверхности песчаного основания.
Активное напряжение сдвига определяют по номограмме (рис. 16
и 17).
0,01
6
8
12
14
16
18
22
∑ Еi hi ,
∑ hi
36
Е ср =
38
h
При расчете по условию сдвигоустойчивости в подстилающем
грунте многослойную дорожную одежду приводят к двухслойной
расчетной модели (рис. 15).
Толщину дорожной одежды принимают равной сумме толщин
слоев одежды h = ∑ hi .
Модуль упругости многослойной дорожной одежды вычисляют
как средневзвешенный по формуле
,
Рис. 17. Номограмма для определения активного напряжения сдвига от временной нагрузки в нижнем слое двухслойной
системы (при h/D = 0–4,0)
τ–τnн
hh/D
в/D
E1в/E
/ E2н== 5
42
Номограммами пользуются следующим образом: по отношениям
hв Ев
и при известном угле внутреннего трения нижнего слоя φ
,
D Ен
определяют удельное активное напряжение сдвига τ н при давлении
р = 1 МПа.
Действующие активные напряжения сдвига определяют по формуле
Т = τн p ,
где р – расчетное давление колеса на покрытие от расчетного автомобиля, равное 0,60 МПа.
Отличие расчета по критерию сдвигоустойчивости на статическую нагрузку (для стоянок и остановок транспорта, участков перекрестков) заключается в следующем:
• средний модуль упругости определяют при статических значениях модулей упругости асфальтобетона (табл. 9, прил. 2);
• предельное (допускаемое) напряжение сдвига Тпр и действующие активные напряжения сдвига Т в грунте рабочего слоя и в песчаном материале промежуточного слоя определяют при статических
значениях удельного сцепления сст и угла внутреннего трения φст.
Если условие прочности по критерию сдвигоустойчивости не
обеспечено, возможны следующие решения:
• увеличивается толщина одного или нескольких вышележащих
слоев;
• заменяется материал одного или нескольких вышележащих
слоев более жестким материалом, имеющим более высокий модуль
упругости;
• заменяется или укрепляется грунт для повышения его сдвиговых характеристик: c и φ;
• укладывается геосинтетическая прослойка на грунт или между
несвязными слоями дорожной одежды.
2.2.5.3. Расчет конструкции дорожной одежды на сопротивление
монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения
при изгибе
В монолитных слоях дорожной одежды (из асфальтобетона) возникающие при ее прогибе напряжения под действием повторных
43
кратковременных нагрузок не должны в течение заданного срока
службы приводить к образованию трещин от усталостного разрушения.
Расчет монолитных слоев на растяжение при изгибе выполняется во всех дорожно-климатических зонах при температуре воздуха
близкой к 0 °С.
Условие прочности имеет вид
R
σ r < Nтр ,
K пр
где RN – предельное напряжение на растяжение при изгибе с учетом
усталостных явлений (предельное растягивающее напряжение); σr –
наибольшее растягивающее напряжение в монолитном слое, устатр
– требуемый коэффициент прочности,
навливаемое расчетом; K пр
зависящий от принятого уровня надежности (см. табл. 17).
Предельное напряжение на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений RN определяют по формуле
R N = R0 ⋅ k1 ⋅ k 2 (1 − ν R ⋅ t ) ,
где R0 – нормативное значение предельного сопротивления растяжению при изгибе (принимают по табл. 8, прил. 2); k1 – коэффициент,
учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений
при многократном приложении нагрузки; k2 – коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия природноклиматических факторов, определяемый по табл. 18; vR – коэффициент вариации прочности на растяжение, равный 0,1; t – коэффициент
нормированного отклонения, определяемый по табл. 19.
Коэффициент k1 определяется по формуле
α
,
k1 =
m∑N
р
где α – коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения (табл. 8, прил. 2); m – показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного
слоя (табл. 8, прил. 2); ∑ N р – суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки на полосу движения за срок службы дорожной одежды (п. 2.2.2).
Наибольшее растягивающее напряжение σr возникает на нижней
поверхности нижнего слоя асфальтобетона. Для его определения реальную конструкцию приводят к двухслойной модели (рис. 18).
К верхнему слою модели Ев относят все асфальтобетонные слои,
то есть толщина верхнего слоя модели hв равна сумме толщин асфальтобетонных слоев.
Модуль упругости верхнего слоя Ев определяют как средневзвешенный для всех слоев из асфальтобетона.
Модули упругости слоев асфальтобетона принимают по табл. 8,
прил. 2.
D
Р
hа/б
E1
E2
σr
II
Eобщ
Таблица 19
Асфальтобетон расчетного слоя
Высокоплотный
Плотный марки:
I
II
III
Пористый и высокопористый
k2
1,0
0,95
0,90
0,80
0,80
E3
E4
Eгр
Рис. 18. Двухслойная модель для определения растягивающих
напряжений в слоях асфальтобетона
44
45
Общий модуль основания Eобщ.осн определяется по номограмме
(см. рис. 14) путем приведения слоистой нижележащей конструкции
к однородному полупространству.
Наибольшее растягивающее напряжение определяют по формуле
σr = σr ⋅ p ⋅ Kв ,
где p – расчетное давление; Kв – коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия, равный 0,85 для спаренного баллона автомобиля и 1,0 – для однобаллонного колеса;
σr – растягивающее напряжение от единичной нагрузки, определяемое по номограмме (рис. 19) при значениях: Ев / Еобщ.осн и Σhв / D.
σQr 1
5,2
4,8
D
р=1
4,4
h1
4,0
σr Eобщ.осн
E1
E2
E3
3,6
Eгр
3,2
2,8
2,4
E1 / Eобщ.осн = 100
2,0
1,6
1,2
0,8
0,4
0,1
100
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
h1/D
80
Рис. 19. Номограмма для определения растягивающего напряжения σr при изгибе
в верхнем монолитном слое двухслойной системы
46
2.2.6. Расчеты дренирующего слоя
2.2.6.1. Общие положения расчета
Дренирующий слой в традиционных конструкциях дорожных одежд
со слоями из зернистых материалов на земляном полотне из связных
грунтов необходим во II и III дорожно-климатических зонах для всех
схем увлажнения рабочего слоя, в IV и V зонах – для 3-й схемы [5].
В процессе расчета определяется необходимая толщина дренирующего слоя.
Возможны следующие конструктивные решения устройства дренирующего слоя (рис. 20):
1. Дренирующий слой отсыпается на всю ширину земляного полотна с поперечными уклонами 20–40 ‰, обеспечивающими сток
воды на откосы (рис. 20, а).
2. Дренирующий слой отсыпается на ширину проезжей части
и краевых полос. Отвод воды осуществляется с помощью продольных труб-дрен и поперечных выпусков через каждые 50–80 м в зависимости от продольных уклонов на дороге (рис. 20, б).
3. Дренирующий слой отсыпается на ширину проезжей части
и краевых полос без устройства отводящих устройств (рис. 20, в).
4. Конструкция дренажа с трапецеидальным ровиком в городских
условиях (рис. 20, г).
Первые две конструкции применяются на дорогах высоких категорий, третья – на дорогах IV–V, четвертая – на городских улицах.
В районах сезонного промерзания грунтов учитываются два расчетных этапа работы дренажных конструкций:
• первый – для периода, когда основание дорожной одежды под
серединой проезжей части уже оттаяло, а дренирующий слой у ее
краев находится в мерзлом состоянии, поэтому водоотводящие
устройства не работают;
• второй для времени, когда дренирующий слой полностью оттаял
и водоотводящие устройства начали нормально функционировать.
В зависимости от конкретных условий дренажная конструкция
автомобильной дороги рассчитывается на один из трех вариантов
работы:
• осушение;
• осушение с периодом запаздывания отвода воды;
• поглощение.
47
Рис. 20. Конструктивные решения дренирования дорожной одежды: а – устройство дренирующего слоя на всю ширину
земляного полотна; б – устройство дренирующего слоя на ширину проезжей части и краевых полос с отводом воды с помощью дренажных труб; в – устройство дренирующего слоя на ширину проезжей части и краевых полос без устройства
водоотводных устройств; г – конструкция дренажа с ровиком
г)
B/2
б)
а)
B/2
в)
B/2
B/2
48
Дренирующий слой в конструкциях рис. 20, а, б и г рассчитывается по методу осушения; в конструкции рис. 20, в – по методу поглощения всей воды, собирающейся в дренирующем слое.
До начала расчета дренирующего слоя необходимо определить
приток воды в весеннее время года в дорожную конструкцию.
2.2.6.2. Определение расчетного притока воды
в дренирующий слой
Общий приток воды в весеннее время года на 1 м2 проезжей части
Q (числитель) и средний удельный приток воды на 1 м2 проезжей
части в сутки q (знаменатель) определяется по табл. 20.
Таблица 20
Схема
Дорожноувлажнеклиматическая
ния рабочезона
го слоя
II
III
IV–V
Объем воды, поступающей в основание
дорожной одежды из грунта, Q/q
супеси
легкой
и песка
пылеватого
суглинка
и глины
1
15/2,5
20/2
35/3
80/3,5
2
25/3
50/3
80/4
130/4,5
3
60/3,5
90/4
130/4,5
180/5
1
10/1,5
10/1,5
15/2
30/3
2
15/2
25/2
30/2,5
40/3
3
25/2,5
40/2,5
50/3,5
60/4
3
20/2
20/2
30/2,5
40/3
суглинка
супеси
пылеватого пылеватой
Примечания: 1. В числителе дан объем воды Q в л/м2, поступающей в основание
дорожной одежды за весь расчетный период, в знаменателе q – в л/м2 за сутки.
2. Для насыпей из непылеватых грунтов высотой более требуемой СНиП [1] во
II дорожно-климатической зоне принимают q = 1,5 л/(м2 · сут).
3. При наличии разделительной полосы для участков насыпей, проходящих в нулевых отметках, высотой меньше требуемой СНиП [1] во II дорожно-климатической
зоне расчетные значения q повышают на 20 %.
49
Расчетный приток воды в дренирующий слой qр в м3/сут на 1 м2
проезжей части определяется по формуле
qqpp = qK пк K г K вог K р / 1000,
Таблица 21
где q – среднее значение притока воды в дренирующий слой (см.
табл. 19); Kпк – коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания
и выпадения атмосферных осадков (табл. 21); Kг – коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной
способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги
(см. табл. 21); Kр – коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию воднотеплового режима (табл. 22); Kвог – коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона.
Коэффициент Kвог определяется при одинаковых направлениях
уклонов на продольном профиле по рис. 21, при встречных уклонах – по эмпирической формуле
K вог = 1 + ( K ф (Т зап + 1)(i1 + i2 )) /(2n),
Дорожноклиматическая
зона
Схема
увлажнения
1
1,5
1,5
1,0/1,0
II
2
1,5
1,6
1,2/1,2
III
IV и V
3
1,6
1,7
1,3/1,2
1,4
1,5
1,0/1,0
2
1,4
1,5
1,1/1,0
3
1,5
1,6
1,2/1,1
3
1,5
1,3
1,1/1,0
Таблица 22
Мероприятие
Укрепление обочин (по отношению к неукрепленным)
2,0
Монолитные слои основания
с остаточной пористостью
материала до 5 %
1,6
i2
1,4
0
0,25
0,2
0,2 0,4 0,6
I
0,70
0,75
Тяжелый
суглинок,
глина
0,80
II, III
0,895
0,9
0,95
I
0,80
0,80
0,80
II, III
0,90
0,90
0,90
Супесь
Легкий
суглинок
Полную толщину дренирующего слоя определяют по формуле
0,8
Kфi2 / n
Рис. 21. Номограмма для определения коэффициента Kвог увеличения объема воды
в дренирующем слое в местах изменения вогнутого профиля: i1 и i2 – продольные
уклоны выше и ниже перелома профиля; Kф – коэффициент фильтрации, м/сут; n –
коэффициент пористости дренирующего слоя в долях единицы
50
Грунт
2.2.6.3. Определение толщины дренирующего слоя, работающего
по методу осушения (см. рис. 20, а, б)
1,2
1,0
Схема
увлажнения
= 1,0
0,5
0,3
Kг для пылеватых грунтов
пылеватых
1
Kвог
i1 − i2
непылеватых
Примечания: 1. Для непылеватых грунтов Kг = 1,0.
2. В числителе Kг – для дорог I и II категорий, в знаменателе – III и IV.
где Kф – коэффициент фильтрации, м/сут; Тзап – время запаздывания,
сут; i1, i2 – абсолютная величина уклонов, доли единицы; n – пористость дренирующего слоя, доли единицы.
1,8
Kпк для грунтов
hдр = hнас + hзап ,
где hнас – толщина слоя, полностью насыщенного водой (рис. 22), м;
hзап – дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных
свойств материала, равная 0,10–0,12 м – для крупнозернистых
51
песков; 0,14–0,15 м – для среднезернистых песков; 0,18–0,20 м – для
мелкозернистых песков.
Во всех случаях полную толщину дренирующего слоя следует
принимать не менее 0,20 м.
Необходимую толщину слоя hнас устанавливают для песков средних и мелких по номограммам рис. 23 в зависимости от длины пути
фильтрации L и расчетной величины притока воды qp в дренирующий слой на 1 м2.
q ′ = qp B ;
при двускатном поперечном профиле
q ′ = 0,5q p B,
где В – ширина проезжей части с учетом краевых полос, м.
Необходимую толщину hнас определяют по ординате на рис. 23:
hнас = a L / 3,5,
сс –– аа
hзап
где а – ордината, снятая с графика (см. рис. 23); L – длина пути фильтрации, равная половине ширины дренирующего слоя при двускатном профиле и полной его ширине – при односкатном профиле.
Для крупных песков с коэффициентом фильтрации более 10 м/сут
hнас определяется по рис. 24.
hнас
0,4
h0
hнас
hдр
В
/2
В/2
При односкатном поперечном профиле погонный приток воды q',
м3/сут на 1 м длины дороги:
3,5
0,02
0,03
Рис. 22. Схема работы дренирующего слоя по методу осушения
0,2
0,04
3,5hнас / L
i = 0,05
0
0,4
0,3
i = 0,04
0,2
0,004
0,008
0,012
qpп/K
/ Kфф
Рис. 24. Расчет толщины hнас дренирующего слоя из крупных песков с коэффициентом фильтрации более 10 м/сут: i – поперечный уклон низа дренирующего слоя;
L – длина пути фильтрации; Kф – коэффициент фильтрации песка, м/сут
i = 0,02
2.2.6.4. Определение толщины дренирующего слоя, работающего
по способу поглощения
0,1
0
0,004
L
0,006
0,008
0,01
0,012
0,014
0,016
0,018
0,02
0,022 q′ / K
Рис. 23. Расчет толщины hнас дренирующего слоя из песков мелких, средней крупности и крупнозернистых с коэффициентом фильтрации менее 10 м/сут: цифры на
кривых: i – поперечный уклон низа дренирующего слоя; L – длина пути фильтрации
52
По этому принципу рассчитывается толщина дренирующего слоя –
конструкция на рис. 20, в, а также любая конструкция при длине
пути фильтрации более 10 м (см. п. 5.16 ОДН 218.046–01 [5]).
Полная толщина дренирующего слоя, работающего по принципу поглощения, определяется по формуле, основанной на сравнении
53
объема воды, подлежащего размещению, и объема свободных пор
в материале дренирующего слоя:
Q /(1000n) + 0,3hзап
,
hп =
1
−
ϕ
зим
где Q – расчетное количество воды, накапливающейся в дренирующем слое за весь расчетный период, л/м2 (см. табл. 20); φзим – коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя
к началу оттаивания (табл. 23); n – пористость материала, доли единицы.
Таблица 23
Значение ϕзим для II дорожно-климатической зоны
при пористости n
Толщина
дренирующего
слоя, см
0,4
0,36
0,32
0,28
До 20
0,40
0,50
0,60
0,70
20–40
0,35
0,40
0,50
0,60
Более 40
0,30
0,35
0,45
0,55
Полную толщину дренирующего слоя hп (в метрах), достаточную
для временного размещения в его порах поступающей в конструкцию в начальный период ее оттаивания воды, определяют по формуле
qpTзап /(1000n) + 0,3hзап
,
hп =
1 − ϕзим
где Tзап – время запаздывания начала работы водоотводящих
устройств (во II дорожно-климатической зоне Tзап = 4–6 сут,
в III зоне – 3–4 сут, большие значения для мелких песков).
Дренирующий слой в дренажной конструкции с углубленными
продольными ровиками (см. рис. 20, г), усиливающими процесс
движения воды в песке мелком и средней крупности, рассчитывают
с помощью номограммы, показанной на рис. 25.
54
а)
б)
hп , м
hп , м
i = 0,02
100
L = 10,5 м
80
0,04
L = 10,5 м
80
7
60
i = 0,02
100
0,04
7
60
5
5
40
40
3,5
20
0
0,004
0,008
3,5
20
qqpп/K
/ Kфф
0
0,004
0,008
qqpп/K
/ Kфф
Рис. 25. Номограмма для расчета дренирующего слоя в конструкции с прикромочным дренажом: а – мелкий песок; б – песок средней крупности; i – поперечный
уклон низа дренирующего слоя; L – длина пути фильтрации
2.3. Проектирование дорожной одежды жесткого типа
2.3.1. Конструирование дорожной одежды
с цементобетонным покрытием
К жестким одеждам относят одежды с покрытием из цементобетона. Проектирование жестких дорожных одежд выполняется по
Методическим рекомендациям [8].
Наибольшее распространение в дорожном строительстве получили однослойные монолитные неармированные бетонные покрытия. Достоинствами цементобетонных покрытий являются:
• большой срок службы, принимаемый не менее 25 лет;
• высокая ровность, нарушаемая только при плохом контакте
с основанием и при некачественном выполнении швов;
• высокие значения коэффициентов сцепления, даже при мокром
покрытии.
В цементобетонном покрытии устраивают продольные и поперечные швы (сжатия и расширения), делящие покрытие на плиты
определенной длины и ширины (рис. 26).
55
Таблица 24
2
1
3
4
Рис. 26. План бетонных плит: 1 – шов расширения; 2 – поперечный шов сжатия;
3 – продольный шов сжатия; 4 – штыри
Швы обеспечивают возможные перемещения плит по основанию при изменении средней по сечению температуры. Швы сжатия
продольные и поперечные дают возможность сокращаться размерам плиты в плане при понижении температуры, швы расширения,
устраиваемые только в поперечном направлении, – увеличиваться
размерам плиты при повышении температуры.
Продольные швы предусматривают при ширине покрытия более
23hб. В швах предусматривают штыревые соединения. Пазы швов
заполняют герметизирующим материалом.
Размеры плит назначают исходя из следующих соображений:
ширина плиты принимается равной ширине полосы движения, толщина плиты определяется расчетом на действие нагрузки от автотранспорта, длина плиты (расстояние между поперечными швами
сжатия) – расчетом на температурные напряжения.
Для бетонных покрытий рекомендуются дорожные бетоны, расчетные показатели которых приведены в табл. 24.
Конструирование дорожных одежд с цементобетонным покрытием сводится к следующему.
Между плитой и слоем основания устраивают выравнивающий
слой, обеспечивающий ровность основания и, главное, возможность
перемещения плит покрытия при изменении температуры. Выравнивающий слой устраивают из рубероида (битумонизированной бумаги), полимерной пленки или битумопесчаной пленки.
Несмотря на передачу давления от колеса автомобиля на большую площадь, прочность бетонных покрытий во многом зависит от
56
Конструктивный
слой дорожной
одежды
Монолитное однослойное покрытие
или верхний слой
двухслойного покрытия
Нижний слой
двухслойных
монолитных покрытий
Категория
автомобильной
дороги
Расчетные
Расчетная
характеристики бетона
интенсивность
Минимальные
движения на
проектные классы Модули
одну полосу на
(марки) по проч- упругогод службы Тсл
ности на растядорожной одеж- жение при изгибе сти Еб,
МПа
ды Np, авт./сут
Btb, МПа, кг/см2
I
II–III
Более 2000
От 1000 до 2000
4,4 (55)
4,0 (50)
36 000
33 000
IV
Менее 1000
3,6 (45)
32 000
I–II
Более 1000
3,2 (40)
30 000
III–IV
Менее 1000
2,8 (35)
28 000
ровности и прочности слоев основания и грунта, обеспечивающих
передачу нагрузки по всей нижней поверхности плиты.
Верхний слой основания, как правило, устраивают на дорогах:
• I–III категорий из бетона низких марок по прочности, из нерудных материалов и грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими;
• IV категории – из щебня, шлака или гравия.
В ряде случаев возможен вариант устройства основания из щебня, укрепленного слоем цементопесчаного раствора толщиной
4–5 см, выполняющего одновременно роль выравнивающего слоя.
Минимальная толщина основания из бетона низкой прочности –
14 см; из нерудных материалов, укрепленных неорганическими вяжущими, – 16 см; из щебня, шлака или гравия – 15 см.
При бетонировании покрытия гусеничными бетоноукладчиками
со скользящими формами ширина укрепленного основания должна
быть шире покрытия на 1,05 м с каждой стороны.
Дополнительные морозозащитные (из укрепленных грунтов)
и дренирующие (из песка и песчано-гравийной смеси) слои назначают в зависимости от грунтово-гидрологических условий.
Краевые укрепленные полосы устраивают из цементо- или асфальтобетона на бетонном основании, как правило, по типу основной дорожной одежды без устройства продольных швов. Для дорог низких
категорий (IV) допускается краевые полосы устраивать из щебня.
57
Ширина краевых полос на дорогах I категории – 0,75 м, II–IV категорий – 0,50 м. Толщина краевых полос должна быть равна толщине покрытия.
2.3.2. Определение расчетной интенсивности движения
Расчетная интенсивность движения на одну полосу Nр на год
службы дорожной одежды Тсл определяется по формуле
i
N р = f пол ∑ ( N i K i ),
1
где fпол – коэффициент приведения интенсивности движения в обоих направлениях к интенсивности движения, приходящейся на одну
полосу (табл. 8, прил. 2); Ni – число автомобилей i-марки в обоих направлениях на год службы Тсл, авт./сут; Ki – коэффициент приведения
воздействия на дорожную одежду транспортного средства i-марки
с нагрузкой на колесо Pi к расчетной нагрузке Pрасч (табл. 25).
Таблица 25
Коэффициенты приведения Ki
Грузоподъемность автомобилей
А-10
А-11,5
Грузовые грузоподъемности:
от 1 до 2 т
от 2 до 5 т
от 5 до 8 т
более 8 т
0,005
0,20
0,70
1,25
0,002
0,11
0,38
0,68
Автопоезда (тягачи с прицепами)
1,50
0,81
Автобусы
0,7
0,38
Срок службы для цементобетонных покрытий Тсл независимо от
категории дороги принимается равным 25 годам.
2.3.3. Расчет цементобетонного покрытия
на морозоустойчивость, осушение и прочность
Расчет дорожной одежды с цементобетонным покрытием на морозоустойчивость проводят по методике ОДН [5] (см. п. 2.2.5), исходя из допустимой величины пучения 3 см.
58
Расчет дренирующего слоя проводят также согласно ОДН [5] (см.
п. 2.2.7).
Толщину бетонного покрытия определяют, проверяя условие
расч
Rр.и
,
K пр ≤
σ pt
где Kпр – коэффициент прочности, определяемый в зависимости от
категории дороги и расчетной интенсивности движения на одну полосу движения на год службы Тсл дорожной одежды Np (табл. 26);
расч
– расчетная прочность бетона на растяжение при изгибе; σpt –
Rр.и
напряжения растяжения при изгибе, возникающие в бетонном покрытии от действия нагрузки, с учетом перепада температуры по
толщине плиты.
расч
Расчетная прочность бетона на растяжение при изгибе Rр.и
определяется по формуле
расч
Rр.и
= Btb K в K у K F ,
где Btb – класс бетона на растяжение при изгибе (см. табл. 24); KB –
коэффициент набора прочности со временем; для бетона естественного твердения для районов с умеренным климатом KB = 1,2; для
условий сухого и жаркого климата – KB = 1,0; для пропаренного бетона – KB = 1; Ky – коэффициент усталости бетона при повторном
нагружении:
K у = 1,08(∑ N р ) −0,063 ,
где ∑ N р – суммарное расчетное число приложения приведенной расчетной нагрузки на одну полосу за расчетный срок службы
Тсл; KF – коэффициент, учитывающий воздействие попеременного
замораживания-оттаивания, равный 0,95.
Таблица 26
Расчетная интенсивность движения на одну
полосу на год службы Тсл дорожной одежды
Np, авт./сут
Уровень
надежности
Kн
Коэффициент
прочности
Kпр
Более 1000
0,95
1,00
500–1000
0,90
0,94
Менее 500
0,80
0,87
59
Напряжения растяжения при изгибе σpt определяются по формуле
2
σpt = РкKм60KуслKшт [0,0592 – 0,2137 lg(R/L)] / (h Kt),
где Рк – расчетная нагрузка на колесо, Рк = Р0 Kд; Р0 – нормативная
(статическая) нагрузка на колесо задней оси автомобиля, кН, принимаемая по табл. 7; Kд – коэффициент динамичности, равный 1,3;
Kм = 1,5 – коэффициент, учитывающий приведение нагрузки к краю
плиты; Kусл = 0,66 – коэффициент, учитывающий условия работы;
Kшт – коэффициент, учитывающий влияние штыревых соединений
на условия контактирования плит с основанием; при наличии в поперечных швах штырей Kшт = 1, при отсутствии штырей Kшт =1,05; Kt –
коэффициент, учитывающий влияние температурного коробления
плиты (табл. 27); R = Dд/2 – расчетный радиус круга, равный радиусу
отпечатка движущегося колеса расчетного автомобиля (см. табл. 7);
L – упругая характеристика плиты, определяемая по формуле
L = hб[(Еб (1 – µ2осн))/(6 Еэкв (1 – µ2б))] 1/3,
где hб – толщина бетонной плиты, cм; Еб, Еэкв – модуль упругости бетона (см. табл. 24) и эквивалентный модуль слоев основания, МПа;
µб, µосн – коэффициент Пуассона бетона и конструктивных слоев
основания, µб = 0,2, µосн = 0,3.
Таблица 27
Дорожноклиматическая
зона
Значения Kt при толщине плиты hб, см
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
II
0,95 0,93 0,90 0,87 0,85 0,83 0,80 0,77 0,73 0,70 0,67
III
0,95 0,93 0,90 0,87 0,84 0,92 0,79 0,76 0,72 0,69 0,66
IV
0,94 0,92 0,89 0,86 0,84 0,82 0,78 0,75 0,71 0,68 0,65
V
0,94 0,92 0,89 0,85 0,83 0,81 0,77 0,74 0,70 0,66 0,63
Эквивалентный модуль Еэкв на поверхности слоев основания
определяется по номограмме (см. рис. 14), при этом расчет выполняется при отношении h / Dосн, где Dосн – диаметр отпечатка колеса
на уровне контакта верхнего слоя покрытия с нижележащим слоем
основания, принимаемый для всех видов расчетной нагрузки равным 50 см (Методические рекомендации, п. 3.12 [8]).
60
Толщину бетонной плиты определяют методом подбора, задаваясь различными толщинами бетона, проверяя условие прочности
расч
Rр.и
≥ Kпр.
σ pt
Выполненные расчеты сводят в табл. 28.
Таблица 28
Толщина
плиты
hб, см
Упругая
характеристика
L, см
Коэффициент Kt
Напря- Предель- Коэффициент
Требуемое
жение
ные напрочности
значение
расч
σpt
пряжения
коэффициента
Rр.и
тр
Kпр =
расч
прочности K пр
Rр.и
σ pt
(см. табл. 24)
2.3.4. Расчет цементобетонных покрытий по условию
сдвигоустойчивости подстилающего грунта и малосвязных
конструктивных слоев
Дорожную одежду проектируют из расчета, чтобы под действием
кратковременных или длительных нагрузок в подстилающем грунте
или малосвязных (песчаных) слоях за весь срок службы не накапливались недопустимые остаточные деформации.
Расчет на сдвиг цементобетонных покрытий выполняют по методике расчета нежестких дорожных одежд (см. п. 2.2.6.3). При
этом модуль упругости бетонного покрытия в зоне швов принимают
по табл. 29.
Таблица 29
Класс бетона на растяжение при изгибе Вbt
Ерасч , МПа
4,4
4,0
3,6
3,2
2,8
1770
1650
1600
1520
1420
тр
Требуемый коэффициент прочности K пр , зависящий от принятого уровня надежности, принимают по табл. 26.
61
2.3.5. Расчет бетонных плит на температурные напряжения
0,7(hб ⋅ γ ⋅ tg ϕ + c )BL
Т=
,
2
где γ – плотность бетона: γ = 24 кН/м3; tg φ, с – угол внутреннего
трения и сцепление плиты с основанием, принимаемые при наличии прослойки из рубероида или битумонизированного песка: tg φ =
= 0,90, с = 0,04 МПа; F = Bhб – площадь поперечного сечения плиты.
В приведенной формуле температурных напряжений σt знак «+»
относится к нижним волокнам, знак «–» – к верхним волокнам сечения плиты.
Поскольку бетон на растяжение работает хуже, чем на сжатие,
расчетным случаем является понижение средней по сечению темпе62
hб
Силы трения
б)
L /2
τсредн
τmax
hγ tg ϕ
в)
Сопротивление
сдвигу
Температурные напряжения в бетонных плитах возникают вследствие:
• сопротивления плиты короблению;
• трения плиты по основанию.
Напряжения коробления возникают при наличии перепада температуры на верхней и нижней поверхностях плиты. Короблению
плиты препятствует ее вес и штыревые соединения в швах. В идеальном случае – плита не имеет веса – напряжения коробления отсутствуют.
Напряжения коробления учитываются при расчете толщины плиты (см. п. 2.3.3) введением коэффициента Kt, увеличивающего напряжения растяжения при изгибе σpt в бетонных плитах.
Перемещению плиты при изменении средней по сечению температуры препятствуют силы трения, действующие по подошве плиты
из-за наличия контакта плиты с основанием (рис. 27).
Расстояние между швами сжатия (длину плиты) определяют, делая допущение, что середина плиты остается на месте, а концы плиты перемещаются.
Под действием сил трения в плите возникает напряженное состояние – внецентренное сжатие (расширение) с эксцентриситетом
e = hб / 2:
T  6⋅e T
 = (1 ± 3),
σ t = 1 ±
F
hб  F
где Т – суммарное сопротивление полуплиты сдвигу:
а)
Деформация сдвига
Рис. 27. Схема к определению длины плиты между швами сжатия
ратуры. В этом случае на нижней поверхности плиты возникают растягивающие напряжения, в два раза превышающие растягивающие
напряжения на верхней поверхности плиты при удлинении плиты
и повышении температуры.
Максимальные растягивающие напряжения на нижней поверхности плиты определяются по формуле
4T 1,4 L(hб ⋅ γ ⋅ tg ϕ + c )
.,
σt =
=
F
hб
откуда
L=
hб σt
.
1,4(hб ⋅ γ ⋅ tg ϕ + c )
63
Напряжения σt принимают равными 0,35 Btb при условии совпадения знака напряжений от изменения температуры и от временной
нагрузки, поэтому необходимо выполнить проверку условия
σt + σ pt ≤ Btb .
Согласно Методическим указаниям [8] длину плиты принимают:
• на укрепленном основании – не более 25 hб ;
• на земляном полотне с ожидаемыми неравномерными осадками (включая насыпи высотой более 3 м) – 25 hб ;
• в местах перехода из выемок в высокие насыпи, в местах примыкания к искусственным сооружениям и в покрытиях шириной
6 м и менее – 20 hб .
Расстояние между швами расширения определяют исходя из
условия обеспечения возможности расширения плит при расчетном
перепаде температур ∆Тр:
∆Тр = Тmax + Тс – Ту – Тукл ,
где Тmax – максимальная температура воздуха в районе строительства, °С; Ту – температура, эквивалентная усадке бетона, равная
12–15 °С; Тс – максимальная температура от нагрева солнечной радиацией (15–17 °С); Тукл – температура укладки бетона, °С.
Расстояние между швами растяжения определяется по формуле
Lрасш = b/(β α ∆Тр),
где b – ширина шва расширения, равная 0,03 м; β – коэффициент,
учитывающий сжимаемость прослойки в шве, при деревянной прокладке β = 2; α – коэффициент температурного расширения бетона,
равный 0,00001.
Согласно Методическим указаниям [8] расстояние между швами
расширения следует принимать кратное 10 плитам.
Приведенные затраты по вариантам определяются по формуле
Зi = K i + ∑ Д i + ∑ Т i ,
где Ki – сметная стоимость строительства, тыс. р.; Дi – дорожные затраты на капитальный ремонт, ремонт и содержание дороги с учетом
коэффициента дисконтирования в годы их введения; Тi – транспортные расходы – ежегодная себестоимость автотранспортных перевозок с учетом коэффициента дисконтирования и роста интенсивности
движения.
При выполнении сравнения вариантов дорожных одежд расчетный период принят равным 25 годам – сроку службы наиболее капитального варианта дорожной одежды.
Соизмерение разновременных затрат осуществляется путем дисконтирования их к базовому году – первому году ввода дороги в эксплуатацию t = 0.
Коэффициент приведения – дисконтирования (уменьшения) затрат будущих лет к базовому году – рассчитывается по формуле
Kпр = 1/(1+Ен)t,
где Ен – ставка дисконтирования – норма дисконта в долях единицы
в год; t – период приведения, равный разности между годом, в котором осуществляются затраты, и годом, к которому они приводятся.
Расчетная ставка дисконтирования Ен может быть определена по
табл. 30.
Таблица 30
Сценарии прогноза ежегодного
прироста ВВП
Расчетная ставка дисконтирования Ен в зависимости
от района проектирования, %
Неосвоенные
и малоосвоенные
территории
Города с численностью
населения более 500 тыс.
человек
Прочие
территории
2.4. Выбор оптимального варианта конструкции
дорожной одежды по методике приведенных затрат
Менее 3 %
6
8
7
3–4 %
7
11
9
Оценка рассматриваемых вариантов конструкций дорожных
одежд выполнена по ВСН 21–83 [9], согласно которым при сравнении альтернативных решений предпочтение отдается решению
с меньшими приведенными затратами.
5 % и более
8
12
10
64
Коэффициенты приведения Kпр при Ен = 0,10 определяются по
табл. 31.
65
Таблица 31
Год введения
затрат t
Коэффициент приведения Kпр
Год введения
затрат t
Коэффициент приведения Kпр
1
0,909
14
0,263
2
0,826
15
0,239
3
0,751
16
0,218
4
0,683
17
0,198
5
0,620
18
0,180
6
0,564
19
0,164
7
0,513
20
8
0,466
21
Таблица 32
Дорожноклиматическая
зона
Фактическая интенсивность транспортного
потока по крайней правой полосе движения
на 1 год эксплуатации дороги, авт./сут
I–II
≥4501
III
≥4001
IV–V
≥3001
I–II
2501–4500
III
2001–4000
0,149
IV–V
1501–3000
0,135
I–II
≤2500
≤2000
9
0,424
22
0,123
III
10
0,385
23
0,112
IV–V
201–1500
I–V
≤200
11
0,350
24
0,101
12
0,319
25
0,092
13
0,290
Σ
9,074
Межремонтные сроки между капитальными ремонтами дорожной одежды нежесткого типа определяются по табл. 11.
Срок службы дорожной одежды с цементобетонным покрытием
принимается во всех дорожно-климатических зонах равным 25 годам.
Сроки службы между ремонтами дорожных одежд нежесткого
типа принимаются в зависимости от дорожно-климатической зоны
и фактической интенсивности транспортного потока (включая легковые автомобили) по крайней правой полосе движения на 1 год эксплуатации дороги по табл. 32.
Срок проведения работ по ремонту жестких дорожных одежд
(с цементобетонным покрытием) принимается равным 12 годам.
Затраты на содержание (текущий ремонт) дороги вводятся ежегодно.
Дорожные приведенные затраты на ремонты дорожной одежды
определяются по формулам:
• на капитальный ремонт
Kкр = KсрΣ(1/(1 + Енп)t);
66
Межремонтный
срок, лет
3
4
6
8
Примечания: 1. Для верхних слоев дорожного покрытия из асфальтобетона типа
А, из щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА), асфальтобетона с полимерными добавками при устройстве слоев износа срок проведения работ по ремонту автомобильных дорог увеличивают на 40–45 % с округлением до целого количества лет.
2. Срок проведения работ по ремонту автомобильных дорог IV–V категории
с переходными и низшими типами дорожной одежды принимают равным 3 годам.
• на ремонты
Рр = РсрΣ(1 /(1 + Енп)t);
• на содержание (текущий ремонт)
Ссод = СсрΣ(1/(1 + Енп)t),
где Kср, Рср, Сср – среднегодовые затраты на капитальный ремонт, ремонт и содержание дороги, принимаемые в процентах к стоимости
строительства дорожной одежды по ВСН 21–83 [9] (табл. 33).
Приведенные транспортные расходы Ттр рассчитываются в том
случае, если они отличаются по вариантам, то есть когда сравниваются варианты с разными транспортно-эксплуатационными качествами покрытия (например, с капитальным и облегченным типами
дорожной одежды), имеющими разную себестоимость перевозок.
67
Таблица 33
Стоимость капитального ремонта, % от сметной
стоимости
строительства
Тип дорожной
одежды
Усовершенствованное
капитальное с цементобетонным покрытием
Усовершенствованное
капитальное с асфальтобетонным покрытием
Стоимость
Стоимость ежеремонта, % от годного содержасметной стои- ния, % от сметмости строиной стоимости
тельства
строительства
40
4,0
0,50
35
3,5
0,35
Расчет приведенных транспортных расходов выполняется по
формуле
1
Tтр i = Tср1 ∑ [
(q + 1)t −1 ],
t
(1 + Ен )
где Тср1 – годовые транспортные расходы на первый год эксплуатации; q – знаменатель геометрической прогрессии, учитывающий
ежегодный прирост интенсивности движения.
Транспортные затраты на первый год эксплуатации на м2 покрытия определяются по формуле
Тср1 = DΣ(Nф1Si) / (1000В),
где D – число дней осуществления перевозок в году, равное 365 дням
или за вычетом выходных и праздничных дней; Nф1 – интенсивность
движения в обоих направлениях всего потока, включая легковые
автомобили, авт./сут, на 1-й год эксплуатации дороги; В – ширина
проезжей части с учетом краевых полос; Si – себестоимость одного
автомобиле-километра, определяемая по табл. 34.
Сравнение вариантов дорожных одежд выполняется в такой последовательности:
1. Определяются капитальные вложения в строительство дорожной одежды по укрупненным показателям по формуле
K = ∑Сi hi ,
где Сi – стоимость слоев дорожной одежды при толщине слоя 1 см,
р./м2 покрытия; hi – толщина слоев дорожной одежды.
68
Таблица 34
Тип автомобиля
Себестоимость Si 1 авт./км, р., в зависимости
от типа дорожной одежды
Капитальный
Облегченный
Переходный
Легковые
0,11
0,15
0,22
Грузовые:
до 2 т
до 5 т
до 8 т
более 8–20 т
0,15
0,26
0,33
0,57
0,17
0,30
0,39
0,65
0,21
0,39
0,47
0,76
Автобусы
0,31
0,39
0,45
Автопоезда 20–30 т
0,77
0,85
0,96
Ориентировочные стоимости 1 см слоев дорожной одежды приведены в табл. 35.
2. Определяются межремонтные сроки между капитальными ремонтами (табл. 2, прил. 2) и ремонтами (см. табл. 32).
3. Вычисляются среднегодовые стоимости ремонтов в зависимости от капиталовложений (сметной стоимости).
4. Определяются приведенные затраты на ремонты и приведенные транспортные расходы.
Суммирование затрат на ремонты выполняется только за те годы,
когда эти затраты имеют место.
Таблица 35
Наименование Стоимость 1 см
Наименование
Стоимость 1 см
слоя
слоя, р./м2
слоя
слоя, р./м2
Асфальтобетон
80–90
Щебень, укреплен30–40
плотный
ный вяжущими (цементом или битумом)
Асфальтобетон
70–80
Щебень фр. 40–70 мм
20–30
пористый
с расклинкой мелким
щебнем
Бетон
80–100
Песок
5–10
69
Затраты на содержание дорожной одежды и транспортные расходы определяются за каждый год в течение срока сравнения вариантов.
Результаты сравнения вариантов на 1 м2 покрытия сводятся
в табл. 36.
Рекомендуемая литература
Таблица 36
Наименование показателя
Вариант 1 Вариант 2
Капиталовложения в строительство (сметная стоимость),
р./м2
Сроки службы:
капитальный ремонт
ремонт
содержание
Годовая стоимость капитального ремонта
% от сметной стоимости, р./м2
Годовая стоимость ремонта
% от сметной стоимости, р./м2
Годовая стоимость содержания
% от сметной стоимости, р./м2
Приведенные затраты на капитальный ремонт
Приведенные текущие затраты на ремонты
Приведенные текущие затраты на ежегодное содержание
Суммарные приведенные затраты
Оптимальным вариантом конструкции дорожной одежды является вариант, имеющий минимальные суммарные приведенные затраты.
Выбранный вариант дорожной одежды должен быть представлен
на поперечном профиле дороги (см. рис. 26).
70
1. СНиП 2.05.02–85*. Автомобильные дороги. Нормы проектирования. –
М.: Стройиздат, 2004.
2. Федотов, Г. А. Изыскание и проектирование автомобильных дорог:
учебник: в 2 кн. / Г. А. Федотов, П. И. Поспелов. – Кн. 1. – М.: Высш. шк.,
2009. – 646 с.
3. ГОСТ 52748–2007. Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения. Введ. 01.01.08. Введ. впервые. – М.: ГУП ЦПП, 2008. – 7 с.
4. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. – М., 2004. – 151 с.
5. ОДН 218.046–01. Проектирование нежестких дорожных одежд. – М.:
Государственная служба дорожного хозяйства Минтранса РФ, 2001. – 144 с.
6. ОДН 218.3.039–03. Укрепление обочин автомобильных дорог. – М.:
Государственная служба дорожного хозяйства Минтранса РФ, 2003. – 23 с.
7. ОДМ 218.5.003–2010. Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог. – М.:
Федеральное дорожное агентство (РОСАВТОДОР), 2010. – 116 с.
8. Методические указания по проектированию жестких дорожных
одежд. – М.: ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР», 2004. – 128 с.
9. ВСН 21–83. Указания по определению экономической эффективности
капитальных вложений в строительство и реконструкцию автомобильных
дорог. – М.: Транспорт, 1985.
71
38–40
38
0,006
Песок пылеватый
1600–1650
40–44
30
0,007
Супесь легкая
1600–1700
43–48
34
0,010
Супесь пылеватая
1600–1700
43–48
15
Суглинок легкий
1700–1750
43–48
13
0,010
Суглинок легкий
пылеватый
1700–1800
43–48
11
0,008
72
73
25–40
1500–1600
25
Песок мелкий
Очень
влажный
(901–
1200)
0,005
40
40
25–40
36–38
25
1500–1600
Средней
влажности
(601–900)
Песок средний
40
0,005
25–40
42
25
32–36
Маловлажный
(300–600)
1400–1500
40
с, МПа
25–40
φ, град
Осушенный
(< 300)
Песок крупный
Параметры, определяющие
сопротивление сдвигу
мз
сз
мз
сз
мз
сз
мз
сз
мз
сз
мз
сз
мз
сз
мз
сз
мз
сз
мз
сз
мз
Пористость,
%
25
Расчетные характеристики земляного полотна
Угол внутреннего
КоэфРасПлотСцепление с, кПа
Модуль
трения, град
фициент
стояние деформаность
до уровня
в при- при полной в при- при полной влажного консолидации
грунтовых Е ции
родном
консолида- родном консолида- грунта,
шт, кПа залегании
Сk
вод Z, м
кг/мЗ
ции
залегании
ции
0,1
600
49
250
19
31
1068
0,81
0,1
500
42
170
16
26
1064
1,39
0,1
400
30
125
14
22
1060
0,64
0,2
370
33
105
12
20
1050
1,16
0,2
350
19
80
10
17
1040
0,46
0,3
330
26
73
7
11
1030
0,93
0,3
330
40
200
16
25
1034
0,58
0,3
310
32
130
11
18
1032
1,04
0,3
280
25
100
12
19
1028
0,4
0,3
260
20
60
8
13
1026
0,81
0,4
240
14
60
8
13
1024
0,33
0,4
230
20
54
5
10
1018
0,58
0,4
230
23
120
9
15
1022
0,35
0,5
220
19
78
7
11
1020
0,69
0,5
210
14
50
5
8
1018
0,24
0,5
200
13
45
4
7
1014
0,46
0,6
200
6,5
28
4
7
1012
0,12
0,5
190
10,5
29,5
2
5
1008
0,23
0,6
190
13,5
75
4
7
1015
0,12
0,5
180
13,5
54
3
6
1010
0,35
0,6
180
8
35
2
5
1008
0,09
Таблица 1
Вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Зольность
Грунт
Наименование, Степень
влажразложеность W, ния R, %
%
Плотность
влажного
грунта, кг/м3
Таблица 2
Приложение 1
Физико-механические свойства торфа
Приложения
Таблица 3
Значения коэффициента β
V
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
T
0,2
0,4
0,6
0,8
0,2
0,4
0,6
0,8
0,2
0,4
0,6
0,8
0,2
0,4
0,6
0,8
0,2
0,4
0,6
0,8
0,2
0,4
0,6
0,8
0,2
0,4
0,6
0,8
0,2
0,4
0,6
0,8
0,2
0,4
0,6
0,8
Величина β при значениях φ, град
0
0,315
0,305
0,295
0,285
0,320
0,315
0,310
0,305
0,320
0,316
0,312
0,298
0,315
0,310
0,306
0,301
0,315
0,312
0,310
0,308
0,290
0,282
0,275
0,268
0,275
0,262
0,250
0,238
0,255
0,240
0,225
0,210
0,235
0,216
0,198
0,180
5
0,272
0,263
0,255
0,247
0,279
0,274
0,270
0,266
0,279
0,277
0,276
0,275
0,276
0,272
0,269
0,267
0,275
0,267
0,260
0,253
0,260
0,252
0,245
0,238
0,246
0,240
0,235
0,230
0,236
0,225
0,215
0,205
0,225
0,213
0,198
0,185
10
0,235
0,230
0,225
0,220
0,239
0,234
0,230
0,226
0,240
0,237
0,234
0,231
0,240
0,237
0,235
0,233
0,239
0,234
0,230
0,226
0,232
0,226
0,220
0,214
0,222
0,213
0,205
0,197
0,210
0,203
0,196
0,189
0,198
0,183
0,168
0,153
15
0,200
0,190
0,180
0,170
0,203
0,200
0,197
0,194
0,205
0,202
0,200
0,198
0,205
0,202
0,200
0,198
0,205
0,202
0,200
0,198
0,202
0,196
0,190
0,184
0,195
0,190
0,185
0,180
0,187
0,182
0,177
0,172
0,175
0,166
0,158
0,150
74
20
0,175
0,167
0,159
0,151
0,176
0,173
0,171
0,169
0,177
0,176
0,175
0,174
0,180
0,178
0,177
0,176
0,180
0,178
0,176
0,174
0,180
0,175
0,170
0,165
0,175
0,167
0,160
0,153
0,160
0,152
0,144
0,136
0,145
0,135
0,125
0,115
25
0,156
0,148
0,140
0,132
0,151
0,149
0,147
0,145
0,153
0,153
0,154
0,154
0,150
0,151
0,152
0,152
0,150
0,149
0,148
0,147
0,153
0,149
0,145
0,141
0,150
0,143
0,137
0,131
0,139
0,131
0,124
0,117
0,125
0,117
0,110
0,103
30
0,126
0,118
0,110
0,102
0,127
0,123
0,119
0,116
0,128
0,125
0,122
0,119
0,130
0,127
0,125
0,123
0,130
0,126
0,122
0,118
0,126
0,122
0,119
0,116
0,123
0,120
0,117
0,114
0,118
0,111
0,105
0,099
0,105
0,100
0,095
0,90
35
0,106
0,102
0,098
0,094
0,122
0,110
0,099
0,088
0,123
0,113
0,103
0,093
0,100
0,100
0,100
0,100
0,110
0,106
0,102
0,098
0,100
0,096
0,093
0,090
0,098
0,097
0,096
0,095
0,097
0,091
0,086
0,081
0,085
0,082
0,080
0,078
Примечания: 1. При величинах V < 0,4 значения β принимаются для случая
V = 0,4; при величинах V > 2,0 значения β принимаются для случая V = 2,0.
2. При величинах Т < 0,2 значения β принимаются для случая Т = 0,2; при величинах V > 0,8 значения β принимаются для случая Т = 0,8.
3. Интерполяция значений β не производится. Значения β принимаются только для приведенных в приложении величин V, Т и φ. Если эти величины имеют
промежуточные значения, они округляются до значений, приведенных в данном
приложении (средние значения округляются в меньшую сторону). Например, при
V = 0,5, Т = 0,34 и φ = 2,5°, значение β принимается для случая V = 0,4, Т = 0,4
и β = 0°, т. е. β = 0,305.
75
Приложение 2
Таблица 4
Тип основания по коэффициенту безопасности
Тип
основания
Таблица 1
I
Определяющий
признак
н
K без > 1
Возможность
Характери- Преобладающие
дефориспользования
Конструктивностика степе- мации грунта слабой толщи технологические
ни устойчинаиболее
в качестве
мероприятия
вости
опасного слоя
основания
Устойчивость
обеспечена
при любой
скорости
отсыпки
насыпи
Можно использовать
«Плавающая»
в качестве
насыпь
основания
Сжатие
«Плавающая»
насыпь при медотсыпке.
Можно исполь- ленной
Геосинтетичезовать
ская прослойка.
в качестве
приоснования при Временная
грузка.
медленной от- Легкая насыпь.
сыпке насыпи Частичная замена слабых
грунтов
н
K без < 1
II-А
к
K без > 1
к
II-Б
III
0,2 ≤ K без <
<1
Устойчивость при
быстрой
отсыпке не
обеспечена,
но обеспечена при
медленной
отсыпке
При быстрой
отсыпке –
сдвиг (выдавливание), при
медленной
отсыпке –
сжатие
Без конструктивных мероприятий в качестве основания
использовать
нельзя
Устойчивость не
н
<
1
K без
обеспечена Сдвиг (выдавни при
ливание)
к
K без < 0,2 каких режимах отсыпки
76
Без конструктивных мероприятий в качестве основания
использовать
нельзя
Песчаные дрены, прорези.
Частичная замена слабых
грунтов.
Устройство распределяющей
плиты (настила),
обоймы из геосинтетики.
Сваи с армогрунтовым
ростверком
Сваи с армогрунтовым
ростверком.
Эстакада.
Посадка насыпи
на минеральное
дно
Рекомендуемые значения Тр.д.г в зависимости от номера района
по карте (прил. 6 ОДН [4])
Номера
районов на
карте
1
2
3
4
5
6
7
8
Географические границы районов
Рекомендуемое
количество
расчетных дней
в году Тр.д.г
Зона распространения вечномерзлых грунтов север70
нее семидесятой параллели
Севернее линии, соединяющей Онегу – Архангельск –
145
Мезень – Нарьян-Мар – шестидесятый меридиан –
до побережья Европейской части
Севернее линии, соединяющей Минск – Смоленск –
125
Калугу – Рязань – Саранск – сорок восьмой меридиан – до линии, соединяющей Онегу – Архангельск –
Мезень – Нарьян-Мар
Севернее линии, соединяющей Львов – Киев – Бел135
город – Воронеж – Саратов – Самару – Оренбург –
шестидесятый меридиан до линии районов 2 и 3
Севернее линии, соединяющей Ростов-на-Дону –
145
Элисту – Астрахань – до линии Львов – Киев – Белгород – Воронеж – Саратов – Самара
Южнее линии Ростов-на-Дону – Элиста – Астрахань
205
для Европейской части, южнее сорок шестой параллели для остальных территорий
Восточная и Западная Сибирь, Дальний Восток
130–150 (мень(кроме Хабаровского и Приморского краев, Камчатшие значения
ской области), ограниченные с севера семидесятой
для центральпараллелью, с юга сорок шестой параллелью
ной части)
Хабаровский и Приморский края, Камчатская область
140
Примечание. Значения Тр.д.г на границах районов следует принимать по
наибольшему из значений.
77
Таблица 3
Таблица 2
Среднее значение влажности грунта Wтаб
Дорожноклиматическая
зона
Дорожноклиматическая
подзона
I1
I
I2
I3
II1
II2
II3
II
II4
II5
II6
Схема
увлажнения рабочего слоя
земляного
полотна
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Поправка к влажности ∆2W в зависимости от конструктивных
особенностей дорожной одежды
Среднее значение влажности Wтаб грунта,
доли от WТ
Супесь
легкая
Песок
пылеватый
Суглинок
легкий
0,53
0,55
0,57
0,57
0,59
0,62
0,60
0,62
0,65
0,60
0,63
0,65
0,57
0,60
0,62
0,63
0,66
0,68
0,60
0,63
0,65
0,65
0,68
0,70
0,62
0,65
0,67
0,57
0,59
0,62
0,57
0,62
0,65
0,62
0,65
0,70
0,62
0,65
0,67
0,59
0,62
0,64
0,65
0,68
0,70
0,62
0,65
0,67
0,67
0,70
0,72
0,64
0,67
0,69
0,62
0,65
0,67
0,62
0,67
0,70
0,65
0,70
0,75
0,65
0,68
0,70
0,62
0,65
0,67
0,68
0,71
0,73
0,65
0,68
0,70
0,70
0,73
0,75
0,67
0,70
0,72
Супесь
пылеватая
и суглинок
пылеватый
0,65
0,67
0,70
0,65
0,70
0,75
0,70
0,75
0,80
0,70
0,73
0,75
0,67
0,70
0,72
0,73
0,76
0,78
0,70
0,73
0,75
0,75
0,78
0,80
0,72
0,75
0,77
Примечание. Табличными значениями Wтаб можно пользоваться только
при обеспечении возвышения земляного полотна в соответствии со СНиП
[1]. На участках, где возвышение не обеспечивается (например, в нулевых
местах и в выемках с близким залеганием грунтовых вод), величина Wтаб
назначается не менее чем на 0,03 выше табличных значений.
78
№
п/п
Конструктивная особенность
Поправка ∆2W в дорожноклиматических зонах
II
III
IV
V
крупнообломочного грунта и песка
0,04
0,04
0,03
0,03
супеси
0,05
0,05
0,05
0,04
пылеватых песков и супесей, суглинка,
зологрунта
0,08
0,08
0,06
0,05
асфальтобетоном
0,05
0,04
0,03
0,02
щебнем (гравием)
0,02
0,02
0,02
0,02
Основание дорожной одежды, включая
слои на границе раздела с земляным полотном, из укрепленных материалов:
1
Укрепление обочин (не менее 2/3 их ширины):
2
3
Дренаж с продольными трубчатыми дренами
0,05
0,03
–
–
4
Устройство гидроизолирующих прослоек из
полимерных материалов
0,05
0,05
0,03
0,03
5
Устройство теплоизолирующего слоя,
предотвращающего промерзание
Снижение расчетной
влажности до полной
влагоемкости при требуемом
Kупл грунта
6
Грунт в активной зоне земляного полотна в
«обойме»
7
Грунт, уплотненный до Kупл = 1,03–1,05 в
слое 0,3–0,5 м от низа дорожной одежды,
расположенном ниже границы промерзания
79
Снижение расчетной
влажности до оптимальной
–
0,03–
0,05
0,03–
0,05
0,03–
0,05
Нормативные значения модулей упругости грунтов в зависимости от
расчетной влажности грунта
Грунт
Пески:
крупные
средней крупности
мелкие
однородные
пылеватые
Суглинки:
легкий, тяжелый
легкий пылеватый,
тяжелый пылеватый
Глины
0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95
130
120
100
75
96
90
84
78
72
66
60
54
48
43
Супеси:
легкая
70
пылеватая, тяжелая 108
пылеватая
легкая крупная
60
90
56
72
53
54
49
46
45
38
43
32
42
27
41
26
40
25
65
108
108
90
90
72
72
50
54
41
46
34
38
29
32
25
27
24
26
23
25
108
90
72
50
41
34
29
25
24
23
80
81
Песок крупный с содержанием
пылевато-глинистой фракции, %:
0
5
Песок средней крупности с содержанием пылевато-глинистой
фракции, %:
0
5
Песок мелкий с содержанием
пылевато-глинистой фракции, %:
0
5
8
Тип грунта
31/0,003
31/0,005
31/0,006
32/0,004
33/0,005
35/0,004
34/0,005
28/0,003
27/0,004
27/0,005
30/0,004
30/0,004
33/0,003
31/0,004
27/0,002
26/0,004
26/0,004
30/0,003
29/0,003
32/0,003
30/0,004
26/0,002
25/0,004
25/0,003
28/0,003
28/0,003
31/0,003
29/0,003
25/0,002
24/0,003
23/0,002
27/0,002
26/0,002
29/0,003
28/0,003
Сцепление с, МПа, и угол внутреннего трения φ, град, при суммарном числе
приложений нагрузки (ΣNр)
1
103
104
105
106
Примечания: 1. В числителе – угол внутреннего трения в градусах, в знаменателе – сцепление в МПа.
2. Значения сдвиговых характеристик при ΣNр = 1 используются при расчете на статическое действие
нагрузки.
3
2
1
№
п/п
Нормативные значения угла внутреннего трения и сцепления песчаных грунтов и песков
конструктивных слоев в зависимости от расчетного числа приложений расчетной нагрузки (ΣNр)
Модуль упругости при относительной влажности
W/WТ, МПа
Таблица 5
Таблица 4
82
0,014
0,013
0,012
0,011
0,010
0,009
0,008
0,030
0,024
0,019
0,015
0,011
0,008
1
0,012
0,010
0,009
0,008
0,007
0,007
0,004
0,030
0,019
0,013
0,009
0,007
0,004
103
24
23,5
23,5
23
23
22
21
20
15
11,5
10
8
6,5
103
18
17
17
17
17
15
12,5
14,5
11
8,5
7,5
5
3,5
104
106
9
7
5,5
4
2,5
2
12
12
12
12
12
10
8
105
11
8
6,5
5
3
2,2
14
14
14
14
14
12
10
Угол внутреннего трения, град, при суммарном
числе приложений нагрузки (ΣNр)
105
106
1
Суглинки и глины
24
0,012
0,014
0,016
21
0,009
0,011
0,013
18
0,006
0,007
0,009
15
0,004
0,005
0,006
13
0,002
0,003
0,005
11,5
0,001
0,002
0,004
Супеси и пески пылеватые
36
0,005
0,006
0,008
36
0,004
0,006
0,008
35
0,004
0,005
0,006
35
0,003
0,004
0,005
34
0,003
0,004
0,005
34
0,003
0,003
0,004
33
0,003
0,003
0,003
104
Сцепление, МПа, при суммарном числе приложений нагрузки (ΣNр)
Примечания: 1. Значения сдвиговых характеристик при ΣNр = 1 используются при расчете на статическое
действие нагрузки.
2. При ΣNр > 106 расчетные значения φ и с следует принимать для нагрузки 106.
3. Значения для супеси легкой крупной принимать как для песка мелкого с содержанием пылеватоглинистой фракции 8 %.
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,90
Расчетная относительная влажность
Таблица 6
Нормативные значения сдвиговых характеристик связных грунтов в зависимости от расчетного
числа приложений расчетной нагрузки и расчетной влажности грунта
Таблица 7
Нормативные значения кратковременного модуля упругости
асфальтобетонов различных составов (при расчете по допускаемому
упругому прогибу и по условиям сдвигоустойчивости)
Материал
Плотный асфальтобетон и
высокоплотный
асфальтобетон
Пористый и
высокопористый асфальтобетон
Плотный дегтебетон
Пористый дегтебетон
Асфальтобетоны
холодные:
Бх
Вх
Гх
Дх
Марка битума
Кратковременный модуль упругости Е,
МПа, при температуре покрытия, °С
+10
+20
+30
+40
+50(60)
Вязкого БНД и БН:
40/60
60/90
90/130
130/200
200/300
4400
3200
2400
1500
1200
2600
1800
1200
800
600
1550
1100
550
670
500
850
650
550
460
420
520
460
420
380
360
Жидкого:
БГ-70/130
СГ-130/200
СГ-70/130
МГ-70/130
1000
1000
800
800
420
420
360
360
400
400
350
350
350
350
350
350
350
350
350
350
Вязкого БНД и БН:
40/60
60/90
90/130
130/200
200/300
2800
2000
1400
1100
950
1700
1200
800
600
450
900
700
510
400
350
540
460
380
340
330
390
360
350
340
330
3800
1500
800
500
350
2000
300
400
350
300
–
–
–
–
–
–
–
1300
1100
900
750
Примечание. При расчете дорожной одежды на упругий прогиб следует
принимать модуль упругости при t = +10 °С.
83
Таблица 8
Характеристики асфальтобетонов при расчете на сопротивление
слоев асфальтобетона усталостному разрушению от растяжения
при изгибе
Асфальтобетон
Высокоплотный на
БНД марки:
40/60
60/90
90/130
130/200
200/300
Плотный на БНД
марки:
40/60
60/90
90/130
130/200
200/300
Расчетные
значения
модуля
упругости Е,
МПа
m
α
Таблица 9
Расчетные характеристики асфальтобетона при расчете
на длительную нагрузку
Нормативные
значения сопротивления
растяжению при
изгибе, R0, МПа
Асфальтобетон
8600
6000
4600
3500
2500
6,0
5,5
5,0
4,5
4,3
5,0/5,6*
5,2/5,9
5,4/6,3
5,8/6,8
5,9/7,1
10,00
9,80
9,50
9,30
9,00
Плотный
6000
4500
3600
2600
2000
6,0
5,5
5,0
4,5
4,3
5,0/5,6
5,2/5,9
5,4/6,3
5,8/6,8
5,9/7,1
10,00
9,80
9,50
9,30
9,00
Пористый
и высокопористый
3600
2800
2200
1800
1400
4,5
4,3
4,0
3,75
3,7
5,8/6,8
5,9/7,1
6,3/7,6
6,6/8,2
6,7/8,2
8,30
8,00
7,80
7,60
7,10
Высокопористый на
БНД марки:
40/60
60/90
90/130
3000
2100
1700
4,3
4,0
3,8
5,9/7,1
6,3/7,6
6,5/7,9
5,50/6,50**
5,65/6,20
5,5/–
Холодные асфальтобетоны:
Бх
Вх
Гх
Дх
2600
2200
1800
1500
3,0
2,5
2,0
2,0
8,0/10,3
9,8/13,4
13,2/19,5
13,2/19,5
4,90
4,60
4,20
3,90
Пористый на БНД
марки:
40/60
60/90
90/130
130/200
200/300
Холодный
Тип смеси
Значение Е при статической нагрузке, МПа,
и температуре, °С
20
30
40
50
A
480
420
360
300
Б
400
350
300
250
В
320
280
240
200
Г
300
270
220
200
Д
200
180
160
150
Крупнозернистая
360
320
280
250
Мелкозернистая
290
250
220
200
Песчаная
250
225
200
190
Бх
180
–
–
–
Вх
170
–
–
–
Гх
160
–
–
–
Дх
150
–
–
–
* В числителе для II дорожно-климатической зоны, в знаменателе – для
III–V дорожно-климатических зон; ** для песчаного асфальтобетона.
84
85
Таблица 10
Таблица 12
Нормативные значения модуля упругости для конструктивных слоев
из щебеночно-гравийно-песчаных смесей и грунтов, обработанных
органическими и комплексными вяжущими
Нормативные значения модуля упругости для конструктивных слоев
из смесей щебеночно-гравийно-песчаных и грунтов, обработанных
неорганическими вяжущими материалами
Нормативные
значения модуля
упругости Е,
МПа
Материал слоя
Щебеночно-гравийно-песчаные смеси и крупнообломочные
грунты (оптимального/неоптимального состава), обработанные:
жидкими органическими вяжущими или вязкими, в том
числе эмульгированными органическими вяжущими
жидкими органическими вяжущими совместно с минеральными или эмульгированными органическими вяжущими
совместно с минеральными
Пески гравелистые, крупные, средние; пески мелкие, супесь
легкая и пылеватая, суглинки легкие обработанные:
жидкими органическими вяжущими или вязкими, в том
числе эмульгированными органическими вяжущими
жидкими органическими вяжущими совместно с минеральными или эмульгированными органическими вяжущими
совместно с минеральными
450/350
950/700
430/280
700/600
Таблица 11
Нормативные значения модуля упругости для конструктивных слоев
из черного щебня
Нормативные
значения модуля
упругости Е, МПа
Материал
Черный щебень, уложенный по способу заклинки
600–900
Слой из щебня, устроенного по способу пропитки вязким
битумом и битумной эмульсией
400–600
Нормативные
значения модуля
упругости Е, МПа
Материал
Щебеночно-гравийно-песчаные смеси, крупнообломочные грунты (оптимального/неоптимального состава),
обработанные цементом, соответствующие марке:
20
40
60
75
100
То же, обработанные зольными или шлаковыми вяжущими, соответствующие марке:
20
40
60
75
100
Пески гравелистые крупные, средние; пески мелкие и
пылеватые, супесь легкая и тяжелая, суглинки легкие, обработанные цементом, соответствующие марке:
20
40
60
75
100
То же, обработанные зольными или шлаковыми вяжущими, соответствующие марке:
20
40
60
75
100
Примечание. Большие значения – для покрытий, меньшие – для оснований.
86
87
500/400
600/550
800/700
870/830
1000/950
450/350
550/500
750/650
870/780
950/910
400/250
550/400
700/550
870/750
950/870
300/200
450/300
600/450
730/600
870/750
Таблица 14
Таблица 13
Нормативные значения модуля упругости для конструктивных слоев
из щебеночно-гравийно-песчаных материалов, не обработанных
вяжущими, соответствующих ГОСТ 25607–94 и ГОСТ 3344–83
Нормативные
значения модуля
упругости Е, МПа
Материал слоя
Щебеночные/гравийные смеси (С) для покрытий:
непрерывная гранулометрия (ГОСТ 25607)
при максимальном размере зерен:
С1 – 40 мм
С2 – 20 мм
Смеси для оснований:
непрерывная гранулометрия:
С3 – 120 мм
С4 – 80 мм
С5 – 80 мм
С6 – 40 мм
С7 – 20 мм
Шлаковая щебеночно-песчаная смесь из неактивных
и слабоактивных шлаков (ГОСТ 3344):
С1 – 70 мм
С2 – 70 мм
С4 – 40 мм
С6 – 20 мм
88
300/280
290/265
280/240
275/230
260/220
250/200
240/180
Нормативные значения модуля упругости для щебеночных
оснований, устраиваемых методом заклинки, соответствующих
ГОСТ 25607–94
Нормативные
значения модуля
упругости Е, МПа
Материал слоя
Щебень фракционированный 40–80 (80–120) мм с заклинкой:
фракционированный мелким щебнем
известняковой мелкой смесью или активным мелким
шлаком
мелким высокоактивным шлаком
асфальтобетонной смесью
цементопесчаной смесью М75 при глубине пропитки
0,25–0,75 h слоя
450/350
400/300
450/400
500/450
450–700/350–600
Примечание. В числителе – для слоя из легкоуплотняемого щебня; в знаменателе – из трудноуплотняемого щебня.
275
260
250
210
89
Оглавление
Состав и последовательность выполнения курсового проекта................. 3
Примерное содержание пояснительной записки........................................ 3
Примерное содержание чертежей................................................................ 4
Раздел 1. ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО................................................................... 5
1.1. Проектирование земляного полотна высокой насыпи
(глубокой выемки)................................................................................ 5
1.1.1. Расчет устойчивости откоса насыпи (выемки) методом
круглоцилиндрических поверхностей................................................ 7
1.1.2. Расчет устойчивости насыпи, армированной
геосинтетическими материалами...................................................... 11
1.2. Проектирование земляного полотна на слабых грунтах.................. 12
1.2.1. Общие принципы проектирования насыпи на слабом
основании............................................................................................ 12
1.2.2. Определение осадки насыпи на слабом основании.................... 12
1.2.3. Оценка устойчивости основания насыпи.................................... 14
1.2.4. Прогноз хода осадки основания насыпи во времени................. 17
2.3.2. Определение расчетной интенсивности движения.................... 58
2.3.3. Расчет цементобетонного покрытия на морозоустойчивость,
осушение и прочность........................................................................ 58
2.3.4. Расчет цементобетонных покрытий по условию
сдвигоустойчивости подстилающего грунта и малосвязных
конструктивных слоев ....................................................................... 61
2.3.5. Расчет бетонных плит на температурные напряжения............... 62
2.4. Выбор оптимального варианта конструкции дорожной
одежды по методике приведенных затрат........................................ 64
Рекомендуемая литература.............................................................................. 71
Приложения...................................................................................................... 72
Приложение 1................................................................................................... 72
Приложение 2................................................................................................... 77
Раздел 2. ДОРОЖНЫЕ ОДЕЖДЫ................................................................. 19
2.1. Общие положения проектирования дорожных одежд
(нежесткого и жесткого типов).......................................................... 19
2.2. Проектирование дорожной одежды нежесткого типа....................... 21
2.2.1. Задачи и принципы конструирования дорожной одежды
нежесткого типа.................................................................................. 21
2.2.2. Расчетная нагрузка. Определение суммарного числа
приложений расчетной нагрузки....................................................... 23
2.2.3. Определение расчетных характеристик грунта
и материалов конструктивных слоев дорожной одежды................ 28
2.2.4. Обеспечение морозоустойчивости дорожной одежды............... 29
2.2.5. Расчет дорожной одежды на прочность....................................... 32
2.2.6. Расчеты дренирующего слоя......................................................... 47
2.3. Проектирование дорожной одежды жесткого типа........................... 55
2.3.1. Конструирование дорожной одежды с цементобетонным
покрытием........................................................................................... 55
90
91
ИЗЫСКАНИя И ПРОЕкТИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Методические указания к курсовому проекту № 2
«Конструкции земляного полотна и дорожной одежды»
Составители: Бондарева Эльвира Дмитриевна
Клековкина Мария Петровна
Редактор О. Д. Камнева
Корректор К. И. Бойкова
Компьютерная верстка Н. И. Печукониса
Подписано к печати 27.12.13. Формат 60×84 1/16. Бум. офсетная.
Усл. печ. л. 5,3. Тираж 100 экз. Заказ 203. «С» 85.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.
Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.
92
93
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
3 529 Кб
Теги
izyskanie2, bondarev
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа