Проектирование капитальной дорожной одежды нежесткого типа

Площадь поперечного сечения  слоя составит:

S=[2*(b/2+c)]*h = 2(3+0.5)*0.06=0.42 м²

где b,c,a –ширина проезжей части, краевой полосы и обочины соответственно, h – nтолщина слоя.

Объем материала на 1000 м² получим в виде;

V=S*p*1000/2*(b/2+c),

V=0.42*2.5*1000/2(3+0.5)= 150 тонны

 

 Норму расхода на 1000 м² покрытия из ПГС, укрепленной цементом для устройства основания: определим по условию:

V=S*1000/2*(b/2+c), м³

Площадь поперечного сечения  слоя укрепленной ПГС определим  через площадь трапеции  (рис. 1.8.2).

 

 Рис. 1.8.2- Схема для расчета площади поперечного сечения основания из ПГС

 

S=2*(b/2+c +0.25)*h =2*(3+0.5+0.25)*0.22=1.65 м²

V=1.65*1000/7=236 м³

Норму расхода на 1000 м² покрытия из щебня обработанный битумом для устройства основания: определим по условию:

V=S*1000/2*(b/2+c), м³

 

S=2*[(b/2+c +0.25)+ (b/2+c +0.25+h)]*h/2 =2*[(3+0.5+0.25)+(3+0.5+0.25+0,21)]0.105=1,62 м²

                                     V=1,62*1000/7=232 м³

Расчёт нормы расхода  на 1000 м² покрытия песка к/з для устройства дренирующего слоя:

Площадь поперечного сечения  складывается из двух трапеций и двух треугольников (рис.1. 8.3).

Рис. 1.8.3- Схема для расчета площади поперечного сечения песчаного слоя

 

Определим толщину дренирующего слоя на откосе (h¹).

 

H¹=(b/2+c +a+h_вm)* (i₀-i_п)+h

H¹=(3+0.5+1.5+0,53*1,5)*(0.03-0.02)+0,42=0.48 м

Определим площадь трапеции:

S_т=(h¹+h)(b/2+c +a+h_вm)/2=(0.48+0.42)(3+0.5+1.5+1,5*0.53)/2=2,61 м²

Площадь треугольника определим  по приближенной формуле;

 

S_тк=0.75(h¹)²*m = 0.75(0.48)²*1,5=0.26 м²

Общая площадь дренирующего слоя составит:

S=2(S_т+S_тк)=2*(2,61+0.26)=5,74 м²

Расход на 1000 м² покрытия составит:

V=S*1000/7= 5,74*1000/7=820 м³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Проектирование реконструкции дорожной одежды

2.1.Принятие решения  о сохранении или удалении  покрытия

При реконструкции дорожной одежды и проезжей части изменяют геометрические элементы проезжей части (уширение), а также увеличивают  толщину существующей дорожной одежды (усиление) (рис. 2.1.1). При капитальном  ремонте производится только усиление. Изменение геометрических элементов  дорожной одежды и проезжей части  в целом может выполняться  двумя способами:

1. Симметричное, двустороннее уширение
2. Несимметричное, одностороннее уширение

    Каждый из отмеченных способов имеет свои достоинства и недостатки. При одностороннем уширении сохраняется ось дороги, что упрощает разбивочные и геодезические работы, обеспечивается минимальный расход материалов. В тоже время ввиду небольших размеров уширения усложняется технология производства работ по устройству конструктивных слоев и их уплотнению. При двустороннем уширении технологические проблемы снижаются. Однако увеличивается расход материалов и стоимость работ. Связано это с необходимостью увеличения толщины покрытия на h_о (см. рис. 2.1.2), для обеспечения поперечного профиля проезжей части.

В пределах уширения устраивается новая конструкция дорожной одежды, параметры которой соответствуют  перспективному составу и интенсивности  движения транспортного потока. Расчет дорожной одежды ведут как новой. Расчет усиления существующей дорожной одежды имеет ряд особенностей, связанных  с использование существующих конструктивных слоев и их взаимодействием с  новыми слоями.

На основе данных диагностики  и изысканий, определяют уровень  дефектности (ДП) и коэффициент надежности.

Определяют фактический  и допустимый уровень ровности покрытия. Определяют значения фактического (Е_ф) и требуемого модулей упругости (Е_тр).

Если коэффициент надежности меньше допустимого  (К_н < К_н ^доп), то материал покрытия (верхний слой) удаляют.

Возможны два варианта проектного решения при необходимости  удаления покрытия:

1. Слои покрытия с низким  уровнем надежности удаляют (фрезеруют);

2. Слои покрытия перерабатывают, например методом холодного ресайклинга. 

В случае использования материала  покрытия в новой дорожной одежде возможны следующие варианты:

1. Ровность покрытия неудовлетворительная. Прочность дорожной одежды в  пределах нормы;

IRI_ф > IRI_доп,; Е_ф ≥·Е_тр,

2. Ровность покрытия неудовлетворительная. Прочность дорожной одежды меньше  допустимой;

IRI_ф > IRI_доп; Е_ф < Е_тр,

3. Ровность покрытия удовлетворительная. Прочность дорожной одежды больше  допустимой;

IRI_ф ≤ IRI_доп,; Е_ф ≥·Е_тр

4. Ровность покрытия удовлетворительная. Прочность дорожной одежды меньше  допустимой.

IRI_ф ≤ IRI_доп ; Е_ф < Е_тр,

По первому варианту предусматривается  устройство выравнивающего слоя и слоя износа. Усиление не требуется.

По второму варианту  предусматривается устройство выравнивающего слоя и слоев усиления.

По третьему варианту никаких  ремонтных мероприятий не требуется. Кроме устранения дефектов.

По четвертому варианту предусматривается  усиление дорожной одежды.

В курсовом проекте   уровень  дефектности определяют по условию:

 

 

где F₁, F₂,  F₃,  F₄ – относительные площади дорожного покрытия занятые пластическими, хрупкими, усталостными и коррозионными деформациями (приводятся в задании).

Вычисляем коэффициент надежности, который сравниваем с допустимым (табл. 2. 1.2).

 Таблица 2. 1.2 - Допустимый коэффициент надежности дорожной одежды К_н^доп  

Тип дорожной одежды	Категория дороги	Допустимый коэффициент  надежности Кндоп
Капитальный	III	0,80

 

Определяем уровень дефектности 

Коэффициент надежности по формуле 2.1.2 составит:

 

К_н = 1-ДП= 1 – 0,06 = 0.94

Допустимый коэффициент  надежности по таблице 2.1.2 составит 0.8.

К_н ≥К_н ^доп ; Следовательно, принимаем решение о сохранении материала старого покрытия.

2. Обоснование решения о наличии выравнивающего слоя

   В зависимости от состояния материала покрытия и данных диагностики принимают решение о конструкции дорожной одежды.

Возможны следующие варианты конструкции при сохранении материала  покрытия.

1. Если ровность покрытия неудовлетворительная, принимают трехслойное покрытие усиления, включающее нижний несущий слой и слой износа.

В этом случае конструкция  покрытия следующая;

__________________

_______4__________

_______3__________

_______2__________

1

Рис. 2.3.1. Конструкция дорожной одежды при неудовлетворительной ровности.

1 – старая дорожная  одежда;

                                                  2 – выравнивающий слой;

               3 – несущий (нижний) слой покрытия;

                                        4 – верхний слой покрытия.

2. При удовлетворительной ровности устраивают двухслойное покрытие, включающее выравнивающий слой,  нижний несущий слой и слой покрытия.

__________________

_______4__________

_______3__________

1

Рис. 2.3.2. Конструкция дорожной одежды при удовлетворительной ровности.

           Выравнивающий слой следует устраивать  из мелкозернистых пористых смесей. Минимальная толщина слоя составляет  при крупности щебня:

10 мм – 2 см;

   15 мм – 2,5 см;

20 мм – 3 см.

Либо песчаного асфальтобетона (минимальная толщина 1 см).

Минимальная толщина выравнивающего слоя включается в расчет.

Материалы для слоев 3 и 4 принимают по методике, изложенной в первом разделе .

Для расчета на критерий устойчивости к отраженным трещинам (в курсовом проекте можно принять  в качестве материала выравнивающего слоя песчаный или мелкозернистый пористый асфальтобетон, в качестве материала  несущего слоя крупнозернистый или  мелкозернистый пористый, или плотный  асфальтобетон.

Определим допустимую ровность покрытия.

Фактическая ровность на момент диагностики составила 7 мм/м (по заданию).

Определим допустимую ровность по формуле 2.1.1.

IRI_доп = IRI₀·ехр(В·t) ,                                             

Для дороги третьей категории  по таблице2. 1.

Таблица 2.1.1 – Значение показателя IRI₀ и коэффициента В

Категория дороги	I	II	III	IV
IRI 0,  мм/м	1,5	2,0	2,0	2,5
В, год-1	0,0559	0,0644	0,0677	0,0403

 

 IRI₀ = 2.0 мм/м, В=0.0677.

Срок службы покрытия (t) в нашем случае составляет 8 лет. Тогда;

           IRI_доп     = 2* ехр(0.0677*11) =4,21 мм/м    

Фактическая ровность (7 мм/м) больше допустимой (4,21 мм/м), что требует устройства выравнивающего слоя.                                                                                                                       

Таким образом, принимаем  трехслойное покрытие. Нижний слой принимаем из песчаного асфальтобетона типа Г марки II.

2.3. Разработка  мероприятий по борьбе с отраженными  трещинами

Во всех случаях,  (при  сохранении или удалении материала  покрытия в проекте предусматривают  мероприятия по предотвращению отраженных дефектов старого покрытия на новом, основным из которых являются температурные трещины. Условие отсутствия отраженных трещин имеет вид:

где – напряжения, возникающие в новом покрытии в районе трещины, МПа;

                 – предельное напряжение при растяжении, МПа;

Предельное напряжение при  растяжении ( ) вычисляется по формуле:

где -  предельная структурная прочность материала нижнего слоя нового асфальтобетонного покрытия.

Значение Δh определяют следующим образом:

В зависимости от модуля при минус 15 градусов и предельно  допустимого напряжения (( ) по рис. 2.4.1 находят толщину слоя покрытия (с учетом всех слоев) при котором отсутствуют отраженные трещины (h_п).

Глубина фрезерования составит:

Δh = h_о – h_п, (2.4.5),

h_о – суммарная толщина всех слоев асфальтобетона старого покрытия.

 Снизить растягивающие  напряжения можно за счет разделки  трещины на определенную ширину.

В случае значительной глубины  фрезерования, либо частых трещин с  требуемой шириной разделки более 30 см, рекомендуется вышеуказанный комбинированный способ. Т.е. произвести фрезерование и одновременно разделку трещин, при этом способе уменьшается как глубина фрезерования, так и ширина разделки трещин.

Эксплуатируемая дорожная одежда состоит из двух асфальтобетонных слоев: 1-й средней толщиной 4 см, 2-й средней толщиной 6 см. Общий вид конструкция дорожной одежды представлен на рисунке 2.3.1                                                          

 

Рис.2.3.1 Общий вид эксплуатируемой дорожной одежды

На рисунке 2.3.1 указаны модули упругости асфальтобетонных слоев при температуре минус 15 ^оС.

Проверка условия  необходимости предотвращения отраженного  трещинообразования

Для песчаного асфальтобетона тира Г марки II (принят в качестве выравнивающего слоя) значение Rс по таблице 1 Приложения 5  составит 10,0 МПа

Предельное напряжение при  растяжении, рассчитанное по формуле  составит: