Расчёт дорожной одежды

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл. 3.5).

 МПа.

По отношениям и и при j = 28° с помощью номограммы (рис. 3.2) находим удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки: = 0,037 МПа.

Таким образом: Т = 0,037×0,6 = 0,022 МПа.

 

Предельное активное напряжение сдвига Тпр в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.14), где СN = 0,003 МПа, Кд = 4,0.

Zоп = 4 + 10 + 18 = 32 см.

jст = 33° (Приложение 2 табл. 2.6)

ycp = 0,0018+0,0022+0,0024=0,0064 кг/см3

Тпр = 0,003*4 + 0,1×0,0064×32×tg 33° = 0,025,

где 0,1 - коэффициент для перевода в МПа.

, что больше  (табл. 3.1).

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу.

 

5. Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Расчет выполняем в следующем порядке:

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание, песок и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя определяем по номограмме рис. 3.1.

 МПа

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя (hв = 14 см) устанавливаем по формуле (3.12)

 МПа

б) По отношениям и по номограмме рис. 3.4 определяем .

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.16):

 МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17):

при Ro = 5,65 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. П.3.1)

vR = 0,10 (табл. П.4.1)

t = 1,06 (табл. П.4.2)

- (формула 3.18)

m = 4,0; a = 6,3 (табл. П.3.1); SNp = 442520 авт.;

k2 = 0,8 (табл. 3.6)

RN = Rok1k2(1 - vR×t)= 5,65×0,277×0,8 (1 - 0,1×1,06) = 1,12 МПа

г) , что равно (табл. 3.1).

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

 

 

6.Проверка конструкции  на морозоустойчивость.

 

Материал	Толщина слоя hод(i), м	Коэффициент теплопроводности -lод(i) Вт/(мК) (Табл. П.5.1)
Плотный асфальтобетон	0,04	1,40
Высокопористый асфальтобетон	0,10	1,1
Укрепленная щебеночно-гравийно-песчаная смесь	0,18	2,02
Песок средней крупности	0,30	1,91

 

1. По карте рис. 4.4. находим среднюю глубину промерзания zпр(сp) для условий г. Нижний Новгород и по формуле (4.3) определяем глубину промерзания дорожной конструкции zпр:

zпр = zпр(cp)×1,38 = 1,55×1,38 = 2,14 м.

2. Для  глубины промерзания 2 м по номограмме рис. 4.3 по кривой для пучинистых грунтов определяем величину морозного пучения для осредненных условий:

lпр(ср) = 5,9 см.

По таблицам и графикам находим коэффициенты КУГВ = 0,4 (рис. 4.1): Кпл = 1,2 (табл. 4.4); Кгр = 1,3 (табл. 4.5); Кнагр = 0,90 (рис. 4.2); Квл = 1,05 (табл. 4.6).

По формуле 4.2 находим величину пучения для данной конструкции:

lпуч = lпуч(ср)×Кугв×Кпл×Кгр×Кнагр×Квл = 6,0×0,4×1,2×1,3×0,9×1,05 = 3,53 см.

Для данного типа дорожной одежды допустимая величина морозного пучения согласно табл. 4.3 составляет 4 см.

 

7. Расчет дренирующего  слоя:

В зависимости от конкретных условий дренажная конструкция может быть рассчитана на один из трех вариантов работы:

- работа  на осушение;

- работа  на осушение с периодом запаздывания  отвода воды;

- работа  на поглощение.

Полную толщину дренирующего слоя определяют по формуле:

hп = hнас + hзап= 0,14+0,14=0,28м,                                                          (5.1)

где hнас - толщина слоя, полностью насыщенного водой, м;

hзап - дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала и равная для песков крупных 0,10-0,12 м, средней крупности 0,14-0,15 м и мелких 0,18-0,20 м. Во всех случаях полную толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 0,20 м.

 

1. Для дренирующего слоя, работающего по принципу осушения величину hнас устанавливают с помощью номограмм рис. 5.1 и 5.2 в зависимости от длины пути фильтрации L и расчетной величины притока воды в дренирующий слой на 1 м2 qp, определяемой по формуле:

qp=qКпКгКвогКр/1000=3,0*1,5*1*0,3/1000=0,0014, [м3/м2],                                         (5.2)

где q =3,0- осредненное (табличное) значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, отнесенное к 1 м2 проезжей части, м3/м2 (табл. 5.3);

Кп=1,5- коэффициент “пик”, учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков (табл. 5.4);

Кг=1,0- коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги (табл. 5.4);

Квог=1 - коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона, определяемый при одинаковом направлении участков профиля у перелома по номограмме рис. 5.3;

Кр =0,30- коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима (табл. 5.5).

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

hп = (Q/(1000n) + 0,3hзап) : (1 -jзим)=(35/(1000*0,32)+0,3*0,14)=(0,109+0,04)/0.5=0,298 м.

где Q =35 - расчетное количество воды в л/м2, накапливающейся в дренирующем слое за весь расчетный период (табл. 5.3);

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

n=0,32 - пористость материала, в долях единицы.

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

hп = (qрТзап/n + 0,3hзап) : (1 - jзим)=(0,0014*5/0,32+0,3*0,21)/(1-0,45)=0,15 м,                                             

где Тзап =5 - средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств, принимаемая для II дорожно-климатической зоны равной 4-6 сут, для III дорожно-климатической зоны равной 3-4 сут (большее значение - для мелких песков);

jзим =0,45- коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (табл. 5.6);

qp =0,0014- расчетное значение воды, поступающей за сутки.

ВЫВОД:

Условия расчетов приведенных выше выполняются, следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям. Выбранная дорожная одежда сможет противостоять таким деформациям и разрушениям, как:

- потери прочности дорожной  одежды, вызванные непрерывным воздействием колес автомобилей и природно-климатических факторов. На потерю прочности большое влияние оказывают ошибки, допущенные при проектировании, строительстве и эксплуатации дорожной одежды, а также температурные деформации;

- сдвиги - деформации, которые происходят при действии касательных сил от колеса автомобиля. Сдвиги являются причиной отсутствия связи верхнего слоя дорожного покрытия с нижним; 

- трещины - деформации, обычно вызываемые резкими температурными изменениями. Сетка трещин появляется на дорожном покрытии как результат недостаточной прочности основания или покрытия;

- колеи, которые образуются на асфальтобетонных покрытиях в результате выдавливания колесами автомобиля из-за недостаточной сдвигоустойчивости асфальтобетона;

- деформации и разрушения, вызванные пучинами, происходящими в весенний период при оттаивании грунта земляного полотна на участках с неблагоприятными условиями водоотвода и защиты земляного полотна от температурных воздействий. Причинами таких разрушений могут быть ошибки в оценке перспективной интенсивности движения и нагрузок, некачественные материалы и их неоднородность, плохое уплотнение земляного полотна и дорожной одежды, а также переувлажнение земляного полотна.