5.1.7. Расчет на осушение дорожной одежды

Дренажная конструкция необходима при традиционных конструкциях дорожных одежд со слоями из зернистых материалов на участках с земляным полотном из слабофильтрующих грунтов во II дорожно-климатической зоне при всех схемах увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

Полная толщина дренируемого слоя определяется по формуле:

h_п = h_нас + h_зап ,

где h_зап – дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала (I), для песка h_зап = м;

h_нас – толщина слоя, полностью насыщенного водой, зависит от длины пути фильтрации L и расчетной величины притока воды в дренирующий слой на 1 м² q_р .

Значение q_р определяется по формуле:

q_р = q К_п К_в К_г К_р 10 ^-3,

где q – табличное значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, отнесенное к 1 м² проезжей части (I, табл. 5.3), q = л/м² сут;

К_п – коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков (I, табл. 5.4), К_п = ;

К_в – коэффициент, учитывающий накопление воды в местах измененияпродольного уклона (I, рис. 5.3,),

К_в = ;

К_г – коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги (I, табл. 5.4), К_г = ;

К_р – коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима (I, табл. 5.5),

К_р = .

q_р = м³/сут на1 м покрытия²

По номограмме (I, рис. 5.1) определяем h_нас при значениях параметров:

При двухскатном профиле

q' = 0,5 q_р В,

где В – ширина проезжей части (с учетом кромочных полос), равная В = в + 2а

q' = м³/ сут

К^мин_ф = м/сут ( для мелких и средних песков)

Уклон корыта i =

q'/ К^мин_ф = / =

По номограмме рис. 5.1 находим

3.5 h_нас / L = ,

где L – длина пути фильтрации, равная при отсыпке песка на всю ширину земляного полотна

L = 0,5*В + а + б,

где а – ширина обочины (за вычетом величины а);

б – средняя длина дренирующего слоя, расположенная в откосной части земляного полотна, равная сумме толщины дорожной одежды и половине толщины дренируемого слоя, умноженной на заложение откосов:

б = м.

L = м

Находим значение h_нас = м

Тогда, полная требуемая толщина дренируемого слоя равна:

h_п = м

Если требуемая толщина дренирующего слоя не превышает принятую по критериям прочности и морозоустойчивости толщину песчаного основания, то расчет закончен. В противном случае необходимо увеличить толщину дренирующего слоя или принять большее значение коэффициента фильтрации песка. Окончательную толщину дренируемого слоя принимаем равную см.

5.2. Конструирование и расчет прочности дорожной одежды

жесткого типа

5.2.1. Расчет бетонной плиты на прочность и морозоустойчивость

Расчет дорожной одежды выполнен по Методическим рекомендациям по проектированию дорожных одежд жесткого типа. М 2003.

Исходные данные для расчета

Техническая категория дороги –

Дорожно-климатическая зона –

Тип местности по увлажнению –

Глубина промерзания грунта – м

Уровень грунтовых вод –м, считая от низа дорожной одежды

Расчетная нагрузка принята – А-, имеющая расчетные характеристики:

Р = кН – статическая нагрузка на одиночную ось;

р = 0,6 МПа – давление на покрытие;

D_д = см

Коэффициент ежегодного прироста интенсивности движения принят q = 1,03.

Срок службы дорожной одежды – 25 лет .

Коэффициент прочности К_н

Коэффициент прочности К_пр = 1,0 (при N_пр авт/сут)

Расчет на морозоустойчивость выполняется по методике ОДН 218.046-01 при допускаемой величине пучения l_доп = 3 см.

Тогда

l_{пруч. ср =} l_пуч/ К_угв К_пл К_гр К_нагр К_вл,

где К_угв – коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины

залегания уровня грунтовых или длительно стоящих

поверхностных вод (I, рис. 4.1), К_угв = ;

К_пл – коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта

рабочего слоя (I, табл. 4.4), К_пл = ;

К_гр – коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического

состава грунта основания насыпи (I, табл. 4.5), К_гр = ;

К_нагр – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от

собственного веса вышележащей конструкции на грунт в

промерзающем слое (I, рис. 4.2), К_нагр = ;

К_вл – коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта

(I, табл. 4.6), К_вл = .

l_{пруч. ср} = 3.0/ = см

По номограмме рис.4.3 ОДН находим h_{д.о. треб} = см.

Конструкция дорожной одежды

Е₁ = МПа

Е₂ = МПа

Е₃ = МПа

Е₄ = МПа

h₁ Покрытие – бетон

h ₂ = см

h₃ = см

h = см

Е_гр = МПа Грунт –

Расчет приведенной к расчетному автомобилю интенсивности движения выполнен в табл. 1.

Таблица 1

Автомобили	Перспективная интенсивность движения на 20 год Ni, авт/сут	Коэффициенты приведения к нагрузке	Приведенная интенсивность движения NiSi, авт/сут
Грузовые грузоподъемности от 1 до 2 т
Грузовые грузоподъемности от 2 до 5 т
Грузовые грузоподъемности от 5 до 8 т
Грузовые грузоподъемности от более 8 т
Автопоезда (тягачи с прицепами)
Автобусы
Итого

.

Приведенная интенсивность движения на одну полосу на 20 год эксплуатации

N_пр =f∑N_iS_i = авт/сут.

Приведенная интенсивность движения на одну полосу на 25 год эксплуатации

N_р = N_пр q⁵= авт/сут.

Суммарное количество приложений нагрузки

∑ N_р = [0,7N_р(q^Тсл – 1) Т_рдгК_п] /[q^Тсл-1 (q – 1)] = авт.

где Т_рдг – число расчетных дней в году, определяемое по табл.П1;

К_п – коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения

от среднего ожидаемого, определяемый по табл. 3.3.

Толщину бетонного покрытия определяют из условия прочности

К_пр ,

где – расчетная прочность бетона на растяжение при изгибе, определяемая по формуле

,

где - класс бетона на растяжение при изгибе;

- коэффициент набора прочности со временем; для бетона естественного твердения для районов с умеренным климатом =1,2; для условий сухого и жаркого климата =1,0; для пропаренного - =1;

- коэффициент усталости бетона при повторном нагружении;

,

где - суммарное расчетное число приложения приведенной расчетной нагрузки за расчетный срок службы;

- коэффициент, учитывающий воздействие попеременного замораживания-оттаивания, равный 0,95;

σ_pt – фактические напряжения при изгибе, определяемые по формуле

σ_pt = Р_кК_м60К_услК_шт 0,0592 – 0,2137 lg(R/L)/(h²K_t),

где Р_к – расчетная нагрузка на колесо, Р_к = Р₀ К_д;

где Р₀ – нормативная (статическая) нагрузка на колесо задней оси автомобиля, равная для нагрузки А₁ Р₀ = 57,5 кН;

К_д – коэффициент динамичности, принимаемый К_д = 1,3;

К_м –= 1,5 – коэффициент, учитывающий приведение нагрузки к краю плиты;

К_усл = 0,66 – коэффициент, учитывающий условия работы;

К_шт = 1 – коэффициент, учитывающий влияние штыревых соединений;

K_t – коэффициент, учитывающий влияние температурного коробления плиты (табл. 7 Методических Рекомендаций)

R – расчетный радиус круга, равный радиусу отпечатка следа расчетного автомобиля на покрытие ;

L – упругая характеристика плиты, определяемая по формуле

L = h₁ (Е_б (1 - ²_осн))/(6 Е_общ (1 - ²_б)) ^1/3,

где h₁ – толщина плиты

Е_б , Е_общ – модуль упругости бетона и эквивалентный модуль слоев основания и грунта земляного полотна, Е_б = МПа (II, табл. 1);

_б , _осн – коэффициент Пуассона бетона и конструктивных слоев основания, _б = 0.2, _осн = 0.3.

Общий модуль Е_общ на поверхности слоев основания определяется по номограмме рис. 3. ОДН 218.046-01 при Д = 50 см:

h₄/D =, Е_гр/Е₄ = , Е_общ′′′/Е₄ = ,

Е_общ′′′ = МПа;

h ₃/D = , Е_общ′′′/Е₃ = , Е_общ′′/Е₃ =,

Е_общ′′ = МПа;

h ₂/D = , Е_общ′′/Е₂ = , Е_общ′/Е₂ =,

Е_общ′= МПа;

Результаты расчета сводим в табл. 2 .

Таблица 2

Слой	Модуль упругости, МПа	Толщина, см	h/D	Еi+1/Ei	Eобщ/Ei	Eобщ
Тощий бетон
Щебень
Песок
Грунт

L = h₁() ^1/3 =

σ_pt =

Толщину бетонной плиты определяют методом подбора, задаваясь различными толщинами бетона, проверяя условие прочности ≥ К_пр.

Расчеты сводят в табл. 3.

Таблица 3

Толщина плиты Hб, см	Упругая характеристика l ,см	Коэффициент Кt	Напряжение σpt	Коэффициент прочности	Требуемое значение коэффициента прочности

Вывод: Принимаем толщину бетонной плиты H_б = см при значении. К_пр.=