Проектирование капитальной дорожной одежды нежесткого типа

1. Проектирование  дорожной одежды нежесткого типа 

1.1. Определение категории автомобильной дороги и типа дорожной                                    одежды

Ориентировочно категория  дороги назначается по перспективной  интенсивности движения N_t:

N_t = N₀ ( 1 + 0,01 p ) ^{t – 1} ,  авт/сут;

где    N₀ – начальная интенсивность движения, авт/сут;

         p  – ежегодный прирост интенсивности, % (по заданию);

          t – расчетный период (t=20лет).

N₂₀=1100(1+0,01*2)^20-1=1603, авт/сут;

По полученной интенсивности  движения автомобилей  определяю:

                              -  категорию дороги  IV

Тип дорожной одежды  выбираем  в зависимости от категории дороги по табл.1.1.2.

Тип  дорожной одежды  –  капитальный.

Вид покрытия, материалы  и способы их укладки – асфальтобетонные из плотных смесей: марки II, укладываемые в горячем и теплом состояниях; марки I , укладываемой в холодном состоянии.

    Используя Справочные данные (табл. 1.3.1)  и данные задания составляем колесные   схемы обращающихся по дороге автомобилей на первый год эксплуатации и определяем интенсивность движения. Расчет ведем в табличной форме.

Таблица 1.1.1

 

№ п/п	Вид и марка транспортного средства	Схема транспортного средства	Макси- мальная нагрузка на ось,т	%, автомобилей
1	2	2	3	4
1.	Легковые автомобили	--------	0.75	25
2	Грузовые автомобили грузоподемностью до 2,5-и тонн		1,7	5
3	Грузовые  автомобили до 5 тонн		3,2	10
4	Грузовые  автомобили до 12-ти тонн марки МАЗ-533603-221		8,2	10
5	Грузовые  автомобили до    12-ти  тонн марки КА МАЗ – 53605		20/1.78 = 11.2	10
6	Грузовые  автомобили до    12-ти  тонн марки ЗиЛ - 432932		8.2	10
7	Автопоезд     МАЗ 6430А5-320- 010		19/1.78 = 10.7	10
8	Автопоезда с  прицепом марки КАМАЗ -65221		20/1.78 = 11.2	10
9	Автобусы марки  МАЗ 105		11.5	10

 

     Из данных таблицы видно, что количество автомобилей с нагрузкой на одиночную ось более 10 тонн составляет 50% (строки 3,5.6). Нагрузки выше 11.5 тонн отсутствуют. Следовательно в качестве расчетной принимаем нагрузку класса А2.

    Для дороги 4-й категории с капитальным типом покрытия и нагрузки А2 по табл. 1.4.2 примем уровень надежности 0.85.

 Для  IV категории дороги с капитальным типом покрытия при коэффициенте надежности 0.85 срок службы составит 8 лет (табл. 1.5.2). Битум для устройства покрытия (верхнего и нижнего слоев) примем марки БНД 90/130 по СТБ 1062 (Табл.1.5.3). Материал верхнего слоя покрытия (слоя износа) –

смеси асфальтобетонные мелкозернистые горячие плотные типа А марки I по СТБ 1033. Материал нижнего слоя покрытия (несущего слоя) – смеси асфальтобетонные крупнозернистые горячие пористые марки I по СТБ 1033.

    Определим величину приведенной интенсивности движения на последний год срока службы дорожной одежды N_p (ед/сут)  определяют по формуле

                                                 

          где f_пол - коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним, равный 0.55

                N_m - число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств в физических единицах на конец срока службы.

N_m = 1100*(1+0,01*2)^8-1 = 1264 авт/сут

  S_{m cум} - суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства т-й марки к расчетной нагрузке Q_расч,,

Значение суммарного коэффициента приведения при упрощенном подходе  S_mсум определяют по формуле

, (1.6.14)

где n - число групп отдельных автомобилей.

       S_n - коэффициент приведения конкретной группы автомобилей по табл. 1 (2). Приложения 2;

Рn- удельное количество автомобилей данной группы, в долях единицы.

    Расчет выполним в табличной форме.

Таблица 1.1.2 Расчет коэффициентов приведения

 

№ п/п	Вид и марка транспортного средства	Схема транспортного Средства По табл. 1 Прил. 2	Макси- мальная нагрузка на ось,т	%,авто-мобилей в долях  едиицы	Строчка табл 1 П1	коэфприведения
1	2	2	3	4	5	6
1.	Легковые автомобили	--------	0.75	0.25	1	0.0015
2.	Грузовые автомобили грузоподемност-ью до 2,5-и тонн	-------------	1,7	0.05	3.1	0.1
3	Грузовые автомобили грузоподъемностью  до 5 тонн		3,2	0,1	3.3.1	0,3
4.	Двухосные грузовые авто Зил-432932		8,2	0.1	3.3.1	0,87
5.	Грузовые автомобили до  12-ти тонн марки МАЗ-533603-221		11,5	0.1	3.3.2	1,0
6.	Грузовые   автомобили до    12-ти  тонн        марки КАМАЗ - 53605		20 на тележку	0. 1	3.3.4	1,6
7.	Автопоезд марки МАЗ 6430А5-320-010		тележка тягача 20 т	0.1	4.7.	3,5
8	Автопоезд   с      прицепом марки КАМАЗ -65221		тележка тягача 20 т	0,1	5,5	2,5
9	Автобусы марки  МАЗ 105		средняя ось 11,5 т	0,1	6,3	1,2

Получаем суммарный  коэффициент приведения по   формуле:

=0.25*0.015+0.05*0.1+0.1*0.3+0.1*1+0.1*1.6+0.1*0.87+0.1*2.5+

+0.1*3.5+0.1*1.2=1,106

Величину  приведенной интенсивности движения на последний год срока службы дорожной одежды Np (ед/сут) определяют по формуле:

                

                       

     Выполненный расчет позволяет назначить уровень надежности материла покрытия, который необходимо обеспечить на стадии подбора состава (рис1. 5.1). Интенсивность 769 поэтому принимаем значение 0.77.

    Определим суммарное число воздействий расчетного автомобиля за срок службы по формуле:

                                     

где   N_p - приведенная интенсивность воздействия нагрузки на последний год срока службы, авт/сут;

      Т_рдг - расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции, определяемое по табл; 1.6.4.

       k_n - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого, принимаемый по таблице 1.6.3. В нашем случае k_n=1,31

      К_с - коэффициент суммирования определяют по формуле:

                                                ,

где Т_сл - расчетный срок службы дорожной одежды ;

q - показатель изменения  интенсивности движения данного  типа автомобиля по годам (р).

q=1+0.01p=1+0.02=1.02

Расчетное число  расчетных дней в году (Т_рдг) за проектный срок службы конструкции (Т_сл) устанавливают по данным специальных исследований. Расчетным считается день, в течение которого сочетание состояния грунта земляного полотна по влажности и температуре асфальтобетонных слоев конструкции обеспечивают возможность накопления остаточной деформации в грунте земляного полотна или малосвязных слоях дорожной одежды и верхних слоях асфальтобетона. Значение Т_рдг  северного дорожно-климатического района составит 125 дней.

 

  

1.2 Конструирование дорожной одежды

Конструкцию дорожной одежды под нагрузку 11.5.тонн примем по рис 1.2.1. Она включает двухслойное покрытие. Двухслойное основание и дополнительный слой основания.

Верхний слой покрытия (1) назначим из горячего плотного асфальтобетона типов А марки 1 по СТБ 1033.

  Для устройства нижнего слоя  покрытия (2) будем  использовать  горячий, крупнозернистый, пористый  асфальтобетон по СТБ 1033 на  битуме БНД 90/130 (см. раздел 1.5).

  Верхний слой основания (3)  будем устраивать из песчано-гравийной  смеси укрепленной вяжущим в  соответствии с заданием (цемент).  Нижний слой основания (4) примем из неукрепленных материалов (в нашем случае щебень обработанный битумом).

Дополнительный слой основания (5) устраиваем из песков с коэффициентом  фильтрации не менее 1 м/сутки. В нашем  случае можно использовать песок  крупнозернистый или песок мелкозернистый.

Рис 1.2.1 - Конструкция дорожной одежды под нагрузку 11.5 тонн (А₂)

В соответствии с заданием принимаем грунт земполотна в виде глины. Для Витебской  области по рис. 1.7.6 назначаем первый климатический район.

Назначим в качестве основного источника увлажнения кратковременно стоящие (до 30 сут) поверхностные воды, атмосферные осадки, что соответствует схеме увлажнения №2 (Табл. 3 Приложения 3),. По таблице относительной нормативной влажности грунта (Табл. 2 Приложения 3), уровня надежности 0.85, первого климатического района, второй схемы увлажнения относительная нормативная влажность для глины составит 0.71.

Расчетную влажность грунта W_р определяют по формуле

 W_р = W_таб(1+0,1t), 

где W_таб - среднее многолетнее значение относительной (доли от границы текучести) влажности грунта в наиболее неблагоприятный (весенний) период года в рабочем слое земляного полотна в зависимости от дорожно-климатической зоны, схемы увлажнения земляного полотна и типа грунта;

     t - коэффициент  нормированного  отклонения, принимаемый  по таблице 7.4.1. в зависимости  от  требуемого уровня надежности.

       По формуле определим влажность грунта с учетом неоднородности. Параметр (t) по таблице 1.7.1. составит 1.06.

                          Wр = Wтаб(1+0,1t) =0.71(1+0.1х1.06)=0.79

По таблице расчетных значений характеристик грунтов (табл. 1 Приложения 3) определим расчетные характеристики для глины легкой непылеватой:

• модуль упругости – 11 МПА
• угол внутреннего трения - 4
• силу внутреннего сцепления – 0.012 МПа

 

В качестве дополнительного  слоя основания согласно заданию применяем песок  крупнозернистый и песок мелкозернистый.

По таблице расчетных значений характеристик грунтов определяем характеристики для мелкозернистого песка:

• модуль упругости – 100 МПА
• угол внутреннего трения – 31^о
• силу внутреннего сцепления – 0.003 МПа

Для крупнозернистого песка

• модуль упругости – 130МПа
• угол внутреннего трения - 35^о
• силу внутреннего сцепления – 0.004

          Для асфальтобетона и нагрузки А₁ (также А₂) расчет асфальтобетона на сдвиг не производиться. Поэтому достаточно назначить характеристики для расчета на упругий прогиб и сплошность монолитных слоев.

Как было показано выше в качестве материала покрытия принимаем из горячего плотного асфальтобетона типа А марки 1 на битуме БНД 90/130.

В качестве материала  нижнего слоя покрытия принимаем  горячий пористый асфальтобетон  на битуме БНД 90/130.

Для верхнего слоя основания будем применять песчано-гравийную  смесь укрепленную цементом.

Для нижнего  слоя основания используем щебень обработанный битумом.

песчано-гравийную  смесь укрепленную цементом. Характеристики материалов для устройства дополнительных слоев (песок средний и крупный) были получены в предыдущем разделе.

Все данные сведем в таблицу 1.2.1.

   Таблица 1.2.1 – Значения  расчетных характеристик

Материал	Модуль упругости при температуре, МПа			Прочность на изгиб при 0оС, МПа	Угол внутр. трения φ, о	Внутр. сцепле- ние С, МПа	Коэффициенты m и а
	0 0С	10/20 0С	50 0С
1	2	3	4	5	6	7	8
Горячий, плотный, м/з а/б типа Б, марки 2 на битуме БНД 90/130	3600	2400 1200	420	9.5			5.0;4.8
Горячий, пористый, к/з а/б на битуме БНД 90/130	2200	1400 800	350	7.8			4,0;8.6
Щебень обработанный битумом		280		0.2
ПГС укр. цементом		600		0,6
Песок крупный		130			35	0,004
Песок мелкий		100			31	0.003
Грунт зп супесь пылеватая		11			4	0.012