Проектирование участка дорожной сети

При выборе конструкции одежды городской улицы необходимо учитывать: архитектурно-планировочное значение данной улицы; характер ее застройки и уровень благоустройства; санитарно-гигиенические требования; роль проектируемой дороги в обслуживании внутригородских и внешних транспортных связей; состав и интенсивность перспективного движения; климатические и гидрогеологические условия; свойства местных грунтов; обеспеченность местными дорожно-строительными материалами; характер работ (новое строительство, реконструкция) и возможную технологию их производства, а также опыт применения различных типов одежд на улицах данного города.

Определение требуемого модуля упругости

При расчете дорожных одежд нежесткого типа по допускаемому упругому прогибу в качестве критерия принимают значение вертикальной деформации дорожной одежды под нагрузкой от расчетного автомобиля. По вертикальной деформации вычисляют требуемый модуль упругости:

, Мпа 

Р – удельное давление на дорожную одежду от расчетного автомобиля, Р=0,6 МПа;

Д – диаметр круга, равновеликого площади контакта сдвоенного колеса расчетного автомобиля, равный 0,35 м;

μ=0,3 – коэффициент Пуассона;

δ – нормативный прогиб дорожной одежды, равный 0,9 мм.

МПа – для улицы «Б»,

МПа – для улицы «А».

Конструирование дорожной одежды

Типы покрытий дорожной одежды устанавливаются с учетом категории городских улиц, дорог и площадей.

После выбора типа покрытия следует разрабатывать конструкцию дорожной одежды городской улицы для участков, сходных по расчетным значениям модулей деформации земляного полотна, грунтово-водным условиям и по обеспеченности дорожно-строительными материалами.

Для каждого участка вначале намечается схема конструкции дорожной одежды с покрытием принятого типа. На схеме показывается расположение конструктивных слоев и различных материалов и на основании конструктивных данных и обобщения опыта устанавливается толщина слоев, которая затем остается без изменения, и лишь толщина одного из слоев основания определяется окончательным расчетом.

Количество слоев, вид материалов для каждого из них и сочетание толщины слоев при разработке конструкции одежды заданной прочности назначают таким образом, чтобы в результате была получена вполне надежная в эксплуатации и наиболее экономичная конструкция.

Для сооружения нижних слоев оснований должны широко применяться разнообразные природные местные материалы и отходы промышленности, в том числе и пониженной прочности, а также грунты, укрепленные вяжущими материалами.

Среди усовершенствованных капитальных типов покрытий в городских условиях наибольшее применение нашли асфальтобетонные покрытия на прочных основаниях.

Для обеспечения соответствующего формирования таких покрытий в процессе постройки и последующей их нормальной работы в эксплуатации модули деформации материалов верхнего слоя оснований должны составлять не менее 880-900 кГ/см2.

Поэтому верхний слой оснований под асфальтобетонные покрытия обычно устраивают из следующих материалов: щебня (обработанного или необработанного вяжущими материалами), подобранных гравийных смесей с добавкой дробленого материала (обработанных вяжущими), иногда каменных мостовых.

Вследствие большой разности модулей деформаций соседних слоев, в верхнем слое возможно появление трещин, поэтому желательно, чтобы соотношение модулей деформаций рядом расположенных слоев не превышало 2,5-3,5 и было тем меньше, чем тоньше верхний слой. С экономической точки зрения нецелесообразно укладывать в дорожную одежду материалы с расчетным модулем деформации менее 1,5 модуля деформации нижележащих слоев, либо подстилающего грунта.

Определение расчетных характеристик грунтов и материалов

Примем следующие расчетные характеристики:

Модуль упругости верхнего слоя асфальтобетона равен 280 МПа, нижнего 300 МПа.

Модуль упругости верхнего слоя из щебня обратного битумом – 200 МПа, нижнего – 100 МПа

Расчетные характеристика песка: модуль упругости – 40 МПа.

Относительная влажность подстилающего грунта по условиям увлажнения составляет 0,7 Wт; Егр =34 МПа; φгр=180; коэффициент сцепления Сгр=0,019 МПа.

Определение расчетных характеристик грунтов и материалов

Рис. Вариант конструкции нежесткой дорожной одежды

1 - мелкозернистый асфальтобетон;

2 - крупнозернистый асфальтобетон;

3 - слой щебня, обработанного  битумом;

4 - щебеночный слой;

5 - песчаный слой 

6- суглинок 

Расчет дорожной одежды по величине упругого прогиба

Требуемый модуль упругости Етр = 225 МПа

Рис. Расчетная схема дорожной одежды

Модули упругости:

Еобщ’=230 МПа; Еобщ”’= 125МПа;

Еобщ”=185 МПа; Еобщ”” = 100 МПа.

Таблица

Слой	Материал слоя	Е,МПа	h, см		Общий модуль упругости на поверхности слоев Еобщ, МПа
1	Мелкозернистый асфальтобетон	1200	3,5	0,10	260,0
2	Крупнозернистый песок	900	5,0	0,14	230
3	Слой щебеня, обратного битумом	750	16,0	0,44	185
4	Щебеночный слой	350	20	0,56	125
5	Песчаный слой	140	20	0,56	100

 

Расчет дорожной одежды по сдвигу в подстилающем грунте

Многослойную конструкцию дорожной одежды приводят к двухслойной системе, у которой толщина верхнего слоя равна суммарной толщине конструктивных слоев, а модуль упругости этого слоя вычисляют по формуле:

(МПа),(4.2)

где Еi,– расчетный модуль упругости, МПа;

hi – толщина i-го слоя, м.;

n – число слоев.

Условие, при котором не образуются пластические деформации в подстилающем слое одежды грунта, выражается неравенством:

,(4.3)

где τа, max – максимальное активное напряжение сдвига в нижнем слое двухслойной системы от расчетной временной нагрузки, МПа;

τа. m – активное напряжение сдвига от собственной массы дорожной одежды, МПа;

Кпр – коэффициент, зависящий от требований к эксплуатационным качествам дорожной одежды, равный 1;

К – коэффициент, зависящий от вида подстилающих грунтов и материалов, равный 0,8;

k2 – коэффициент запаса  на неоднородность условий работы  конструкций, равный 0,8;

- коэффициент сцепления грунта, МПа.

Средний модуль упругости:

Отношение среднего модуля упругости дорожной одежды к модулю упругости грунта:

Отношение общей толщины дорожной одежды к диаметру отпечатка следа колеса расчетного автомобиля

По этим данным с помощью номограммы при φгр =180 находим τа,max/р = 0.016 МПа, τа,max =0.096 МПа, τа,m =0.0004МПа.

Полное активное напряжение сдвига:

0.0086≤0.012 МПа 

Процент запаса напряжения сдвига в грунте:

Расчет дорожной одежды по условию сдвига в песчаном подстилающем слое

Определяется средний модуль упругости слоев, лежащих выше песчаного:

, МПа,

МПа,

Модуль упругости на поверхности песчаного слоя =125 МПа.

Вычислим отношения = и =

Находим по ним с помощью номограммы активное напряжение сдвига в песчаном слое от временной нагрузки: τа,max/р=0.0035, откуда τа,max=0.00225 МПа, τа.b= -0.0038 МПа

Полное активное напряжение сдвига

=0.00225 – 0.0038= – 0.00155 МПа.

Расчет асфальтобетонного покрытия на растяжение при изгибе

Условие прочности дорожной одежды в этом случае выражается неравенством

,(4.4)

где σr – наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, определяемое по формуле;

Ru– сопротивление растяжению при изгибе нижнего слоя для асфальтобетона – Ru=1,15 МПа; для щебеночного материала, обработанного вязкими битумами в установке Ru=1,0 МПа.

,

где 1,15 – коэффициент динамичности;

– максимальное удельное растягивающее напряжение.

Средний модуль упругости покрытия

, МПа.

МПа,

Вычисляем отношения = и =

По номограмме по полученным данным определяем =0.6 МПа Рассчитывается растягивающее напряжение в нижнем слое и проверяется выполнение условия прочности по выражению

=1.15∙0.6=1.1 МПа ≤ Rи – условие прочности выполняется.

Расчет верхнего слоя щебеночного основания на растяжение при изгибе

Условие прочности выражается неравенством ≤ Rи

Вычисляются отношения и , =

по этим данным по номограмме находим =0.64 МПа. Определяем наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое по формуле = 1.15∙0.6∙0.64=0.44<Rи – условие прочности