CC BY
29
УДК 528.45
СТРОИТЕЛЬСТВО И РАСЧЕТЫ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ
Алия Серикбаевна Сапаргалиева
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант, тел. (747)415-77-18, e-mail: [email protected]
В статье представлены результаты расчеты дорожной одежды, дороги категории III Восточно-Казахстанской области.
Ключевые слова: дороги, дорожные одежды, расчеты дорожной одежды.
CONSTRUCTION AND CALCULATIONS OF ROAD CLOTHES (PAVEMENT)
Aliya S. Sapargalieva
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., undergraduate, tel. (747)415-77-18, e-mail: [email protected]
The article presents the results of calculations of the pavement, road category III East Kazakhstan region.
Key words: road, pavement, pavement calculations.
Важнейшими задачами экономического развития страны, является повышение эффективности ресурсов во всех сферах деятельности и резкое улучшение качества продукции. Высокие требования в связи с этим предъявляются и к автодорожному строительству.
Автомобильные дороги - весьма капиталоемкие и в то же время наиболее рентабельные сооружения. Проектирование организации строительства должно быть направлено на достижение высоких транспортно-эксплуатационных качеств, при минимуме строительных затрат и материалоемкости строительства, выбор наиболее экономичных и производительных машин и механизмов и их оптимальное использование при строительстве, в заданные сроки. Инженеры - строители автомобильных дорог активно решают ряд актуальных проблем развития технологии строительства дорог, среди них так же комплексные технико-экономические проблемы, как снижение себестоимости, повышение эффективности и качества дорожного строительства. Решение этих проблем возможно на основе широкого внедрения новых,
Рис. 1
более совершенных дорожно-строительных машин, которые смогут обеспечивать высокие темпы и качество работ при наименьшей стоимости.
Согласно заданию требуется составить проект возведения земляного полотна длиной 25 км и средней высотой 1.44 м при строительстве автомобильной дороги [1].
Расчет дорожной одежды
Исходные данные:
1. Категория дороги - III (капитального типа).
2. Интенсивность движения на начало срока службы:
N20=1 700 авт/сут q = 1,08;
дг 1700 1700
N0 = —20 =-™ =-= 364.8 авт/сут.
0 д20 1,08 4,66
3. Район проектирования - Восточно-Казахстанская область.
4. Дорожно-климатическая зона - IV.
5. Грунт рабочего слоя - глина 30-250 см.
6. Тип местности по увлажнению - I.
7. Уровень надежности - 0,90.
8. Коэффициент прочности Кпр = 0,94.
Таблица 1
Расчет приведенной интенсивности движения
Категория транспортных средств Содержание, % Интенсивность движения, авт/сут Суммарный коэф. приведения 8т к расчетной нагрузке А1 Произведение N1 • 8
Легковые 10 36,48 0 0
ЛАЗ-669 Н 5 18,24 0,290 5,29
ГАЗ-52-04 10 36,48 0,080 2,92
МАЗ-503А 10 36,48 1,050 38,30
ЗИЛ-131В 15 54,72 0,090 4,92
ЗИЛ-130 30 109,44 0,200 21,89
Камаз-5320 20 72,96 0,260 18,97
ИТОГО: 100 364.8 92,29
Вычисляем суммарное расчетное количество приложенной расчетной нагрузки за срок службы по формуле
N = ^ V N ■
урасч ./пол / , уг ^г '
где /пол=0,55 ; Nрасч = 0,55 х 92,29 = 50,760 авт/сут.
Приведенная суммарная интенсивность определяется по формуле:
X^расч =365 •50.76 • (1,0820 -1) - (1,08 -1) = 847628,5 (число загрузок).
Требуемый модуль упругости определяется в зависимости от расчетного суммарного количества приложений расчетной нагрузки за срок службы конструкции дорожной одежды:
Етр = А + В(^ X Мр - С).
Подставляя значения, получаем:
Етр = 120 + 74 (^ 847628,5 - 4,5) = 225,82 МПа ~ 226 МПа.
Еобщ при коэффициенте прочности Кпр = 0,94 для дорог III технической категории с капитальным типом покрытия будет равен:
Еобщ = Етр ■ Кр=226 ■ 0,94 = 212,44 МПа.
Определяем расчетную влажность грунта рабочего слоя:
жр = Ж • (1+0,1-г),
где Ж = 0,53.
При заданном уровне надежности Кн = 0,90, коэффициент нормированного отклонения будет равен ? = 1,32, тогда
Жр = 0,53 • (1 + 0,1-1,32) = 0,60Ж.
Таблица 2
Исходные данные
Есл, МПа Расчет на растяжение
Материал слоя Н при расчете при изгибе и сдвиге
слоя, см по допустим. прогибу по сдви-гоустой-чивости С, МПа Есл, МПа Яу, МПа
Асфальтобетон плотный на битуме БНД 60/90, 4 3 200 550 _ _ 4 500 2,8
марки II
Асфальтобетон пористый на битуме БНД 60/90 6 2 000 460 - _ 2 800 1,6
Черный щебень, обработанный битумом 12 400 400 _ _ 400 _
Щебеночно-гравийно-песчаная смесь 15 350 350 350
Глина 54 54 21 0,024 _ _
Расчет по допускаемому прогибу ведем послойно, с использованием номограммы [2].
Таблица 3
Результаты расчета
Модуль упругости слоя Есл, МПа Толщина слоя к, см Отношение Общий модуль упругости на поверхности слоя Е'общ, МПа Материал слоя
> Д Е Еобщ Есл Еобщ Есл
3 200 4 0,11 0,06 0,05 224 Плотный мелкозернистый асфальтобетон
2 000 6 0,16 0,08 0,06 220 Пористый крупнозернистый асфальтобетон
400 12 0,32 4 0,30 0,205 120 Черный щебень, обработанный битумом
350 16 0,41 0,234 0,11 82 Щебеночно-гравийно-песчаная смесь
54 Грунт земполот-на глина
> = ± = 0,11; Ек = 21244 = 0,07;
Д 37 Ен 3200
Е 2
Е°бщ = 0,07 ^ Е(2бщ = 0,07 ■ 3 200 = 224 МПа;
Ен
тт'2 ^ 1 ^ ^ ^ г3
Е°б = ^Х244 = 0,11; ЕОбщ = 0,11 ^ Ео3бщ = 0,112 000 = 220 МПа; Ен 2000 Ен общ '
>3 = 12 = 0,324; Ел = 100 = 0,3;
Д 37 Ен 400
дом
н
4
Е
= 0,205 ^ Ео4бщ = 0,205 ■ 400 = 82 МПа;
Ен
>4 = 15 = 0,41; = _82 = 0,234;
Д 37 Е 350
Е 5
Еобщ = 0,11 ^ Ео5бщ = 0,11 ■ 350 = 38,5 МПа.
Ен
Определяем толщину 4-го слоя:
^ = ^ = 0,234; ^Р = = 0,154 ^ ^ = 0,31;
Ен 350 Есл 350 Д
кз = 0,31 ■ 51 = 15,81 ~ 16 см.
Так как расчетная толщина основания больше толщины по типовому проекту, то принимаем толщину по расчету: 16 см.
Расчет конструкции по сопротивлению сдвигу в грунте
Расчетное активное напряжение сдвига в грунте или в песчаном слое определяем по формуле:
Тр= тн ' Р,
где тн - активное удельное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм, р =0,6 МПа.
Так как нижний слой - грунт земполотна суглинок тяжелый пылеватый, со следующими характеристиками:
Сгр = 0,024 МПа, Ен = 54 МПа.
Средний модуль упругости дорожной одежды вычисляем по формуле СН РК 3.03-19-2006:
550х4 + 460х6 + 400х12 + 350х16 2200 + 2760 + 4800 + 5600 ^ „ Л/гтт
Еср =-=-= 404,2 МПа;
ср 4 + 6 + 12 + 16 38
^Р. = I04,2 = 7,49; ^ = 38 = 1,03.
Ен 54 Д 37
Активное напряжение сдвига в грунте рабочего слоя определяем по формуле
Тр = тн ■ р= 0,0392 0,6 = 0,02352 МПа.
Допускаемое напряжение сдвига в грунте рабочего слоя определяется по формуле
Тдоп = Сгр х К1 х К2 х К3 = 0,024 х 0,6 х 1,12 х 3,0 = 0,04838 МПа.
К1 = 0,6; К3 = 3,0; К2 - определяем по СН РК 3.03-19-2006 в зависимости от расчетной приведенной интенсивности вычисленной по формуле СН РК 3.03-19-2006:
N = Ыр^1-1 = 50,76 1,0820-1 = 219,28 авт/сут, К = 1,12.
Проверяем выполнение условия по критерию сдвига:
Тдп = 0,04838 = 2,06 > 0,94 = к .
Тр 0,02352 пр
Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в грунте земляного полотна [3].
Расчет конструкции на сопротивление асфальтобетонных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе
Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой - часть конструкции, расположенная ниже асфальтобетонных слоев. Модуль упругости нижнего слоя Ен = 120 МПа.
Модуль упругости верхних слоев из асфальтобетона равен:
4500 х 4 + 2800 х 6 0/10„Л/п-г Ек =-= 3480 МПа;
в 4 + 6
Ев. = 3480 = 29; >в = 10 = 0,27.
Ен 120 Д 37
По номограмме определяем аг = 3,42 МПа.
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле
ак =~о~к хрх^= 3,42х0,6х0,85 = 1,74 МПа.
Расчетное сопротивление асфальтобетона растяжению при изгибе определяем по формуле
Яп=Ту х (1 - % х¥к) х Ку х Кт ,
где =1,6 - среднее значение предельного сопротивления асфальтобетона растяжению при изгибе;
? = 1,32 - коэффициент нормированного отклонения в зависимости от уровня проектной надежности Кн;
Ук = 0,1 - коэффициент вариации прочности на растяжение при изгибе асфальтобетона;
Кт = 0,90 - коэффициент снижения прочности от воздействия погодно-климатических факторов;
Ку - коэффициент усталости, учитывающий повторность нагружения от расчетной приведенной интенсивности движения на полосу, рассчитывается по формуле:
при N = 108,54 авт/сут, где N - приведенная интенсивность движения на последний год службы;
ф - параметр уравнения для плотных и пористых асфальтобетонов ф = 0,16,
% = 1,6х(1- 1,32х0Д)х1,427х0,90=1,784 МПа;
= = 1 > о =
пр аг 1,74 пр
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет критерию прочности по сопротивлению асфальтобетонных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе. Таким образом, конструкция дорожной одежды удовлетворяет всем критериям прочности.
Покрытие дорожной одежды принято двухслойным:
- верхний слой толщиной 4 см из горячей плотной мелкозернистой ас-фальто-бетонной смеси марки II;
- нижний слой толщиной 6 см из горячей пористой крупнозернистой асфальтобетонной смеси.
Основание дорожной одежды устраивается однослойным толщиной 12 см из черного щебня, обработанного битумом. Дополнительный слой основания из щебеночно-гравийно-песчаной смеси И = 16 см [4].
Таблица 4
Расчет срока строительства
Месяц Календарные дни Рабочие дни Выходные Актированные дни Трудовые дни
Апрель 25 19 6 3 21
Май 31 19 12 3 18
Июнь 30 22 8 3 21
Июль 31 21 10 2 20
Август 31 21 10 2 20
Сентябрь 30 22 8 3 21
Октябрь 9 7 2 3 20
Итого: Т = 187 Тр = 131 Тв = 56 Тп = 19 141
Начало строительного сезона: 6 февраля. Конец строительного сезона: 9 ноября.
Тср = (Т - (Тр + Тв + Тп)) Тср = (187 - (19 + 56 + 10)) = 102.
V = 16 000 : 102 = 156 м = 200 м.
Рис. 2. Конструкция дорожной одежды
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кудрявцев М. Н., Каганович В. Е. Изыскания и проектирование автомобильных дорог. - М. : Транспорт, 1980.
2. Митин Н. А. Таблицы для подсчета объемов земляного полотна автомобильных дорог. - М. : Транспорт, 1977.
3. ТП 503-0-48.87. Земляное полотно автомобильных дорог общего пользования.
4. Справочник инженера-дорожника «Изыскания и проектирование автомобильных дорог». - М. : Транспорт, 1977.
© А. С. Сапаргалиева, 2017
