Перспективная интенсивность движения по полосе составляет 2300 авт./сут, в том числе: автобусов ЛАЗ-4202 340 авт./сут, Икарус-250 380 авт./сут; троллейбусов ЗИУ-9В 200 авт./сут, ЗИУ-682В 210 авт./сут; автомобилей ГАЗ-53А 320 авт./сут, ЗИЛ-130-76 420 авт./сут, МАЗ-500А 430 авт./сут.

Поскольку в составе движения имеются троллейбусы ЗИУ-9В и ЗИУ-682В, нагрузка на заднее колесо которых превышает нормированную нагрузку для автомобиля группы А, а число троллейбусов составляет более 5% общей интенсивности движения, за расчетную нагрузку следует принять автобус группы А. По данным табл. 1, расчетное давление на покрытие р=0,6 МПа и расчетный диаметр следа колеса движущейся нагрузки DД = 39 см.

Конструирование и расчет в данном случае слагается из семи этапов:

  1. Приведенная перспективная интенсивность движения к расчетной интенсивности нагрузки дана в табл. 21.
  2. Минимальное значение коэффициента прочности одежды по любому из критериев, соответствующее коэффициенту надежности Кн =0,95 (см. табл. 3.1), составляет (см. рис. 3.1) Кпр =1,0.
  3. Принимая во внимание высокие эксплуатационные требования к скоростной дороге, намечают конструкцию одежды: покрытие из плотного асфальтобетона, уложенного на основание из высокопористого асфальтобетона, подстилаемого слоями из щебня и крупнозернистого песка. Расчетные характеристики материалов и грунта следующие:

а) модули упругости асфальтобетона покрытия (асфальтобетон плотный I марки, на битуме БНД-60/90) при +40°С Е1=550 МПа, а при +10°С Е1=3200 МПа, в расчете на изгиб Е1=4500 МПа;

б) асфальтобетон верхнего слоя основания (асфальтобетон высокопористый I марки, на битуме БНД-60/90). Его модуль упругости при +40°С Е2=460 МПа, а при +10°С Е2=2000 МПа, в расчете на изгиб Е2=2100 МПа, сопротивление растяжению при изгибе

МПа;

Таблица 22

слоя

Материал слоя

Е,

МПа

h, см

Общий модуль

упругости на

поверхности слоев, МПа

1

Асфальтобетон покрытия

3200

5

0,128

=352

2

Асфальтобетон основания

»v

2000

15

0,385

=300

3

Щебень известняковый

350

23

0,590

=144

4

Песок крупный

130

28

0,718

=76

5

Грунт — суглинок, пылеватый

46

в) модуль упругости фракционированного щебня из прочных осадочных пород (см. табл. 17) Е3=350 МПа;

г) расчетные характеристики крупного песка (см. табл. 17): Е4=130 МПа, °, с4=0,007 МПа;

д) расчетная относительная влажность грунта земляного полотна (см. приложение 2, табл. 6)

.

При этой расчетной влажности расчетные характеристики грунта: Егр=46 МПа, гр =18°, сгр = 0,016МПа.

4. При расчете одежды по упругому прогибу требуемый модуль упругости конструкции в соответствии с указаниями п 3.31 настоящей инструкции составляет Етр =2651,1 =292 МПа.

Подбирают толщины слоев одежды так, чтобы общий модуль упругости на поверхности покрытия был не менее Етр с учетом заданной надежности. Этому условию отвечает конструкция (рис. 11), результаты расчета которой приведены в табл. 22; Еобщ>Етр; Еобщ/Етр = 352 : 292 = 1,21 > Кпр = 1,0.

5. Определяют, не достигается ли предельное равновесие по сдвигу в подстилающем одежду грунте. Вычисляют средний модуль упругости дорожной одежды:

МПа

Отношения: Еср / Егр = 301/46 = 6,54;

По этим данным с помощью номограммы (см. рис. 3.5) при гр = 18° находят ; активное напряжение сдвига от временной нагрузки МПа. Активное напряжение сдвига от веса вышележащих слоев одежды (см. рис. 3,7) МПа. Полное активное напряжение сдвига: Т = 0,0109 - 0,0003 = 0,0106 МПа. Допускаемое активное напряжение сдвига в грунте:

МПа.

Таким образом, Т < Тдоп, Тдоп / Т = 0,0108:0,0106=1,02>Кпр ==1,0.

6. Определяют, не достигается ли предельное напряженное состояние в песчаном слое. Для этого вычисляют средний модуль упругости слоев лежащих выше песчаного:

МПа

отношения:

и

Рис. 11 Деталь конструции к примеру 2:

1 – плотный асфальтобетон; 2 – высокопористый асфальтобетон; 3 – известняковый щебень; 4 – песок крупный; 5 – суглинок легкий пылеватый

Активное напряжение сдвига в песчаном слое от движущейся нагрузки при этих отношениях по номограмме (см. рис. 3.5) составляет , откуда МПа. Напряжение сдвига от веса слоев одежды, лежащих выше песчаного по номограмме (см. рис. 3.7): МПа.

Полное активное напряжение сдвига:

Тпес=0,0174-0,0031=0,0140 МПа, что меньше Тдоп =.

7. Рассчитывают асфальтобетон на растяжение при изгибе. Для этого вначале определяют средний модуль упругости асфальтобетонных слоев дорожной одежды:

МПа.

При =144 МПа (см. табл. 22) отношение Еср /=2775:144=19,27. Относительная толщина асфальтобетонного слоя

(h1+ h2) : D = 20 : 39 = 0,513

По номограмме (см. рис. 3 11) инструкции = 1,59 и МПа. Коэффициент прочности Rизг /= 0,812:0,811 =1,00, что равно минимальному требуемому коэффициенту прочности Кпр=1,0.

Согласно расчетам, принятая конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

Пример 3. Требуется запроектировать дорожную одежду для дороги IIIп категории, проходящей в IV дорожно-климатической зоне при 2-м типе местности по условиям увлажнения, при следующих исходных данных: расчетная интенсивность воздействия нагрузки группы А—500 ед.сут. на полосу; параметры нагрузки: давление р=0,6 МПа, диаметр нагруженной площади движущегося автомобиля Dд =37 см; материалы для сооружения основания—щебень известняковый песок, а грунт земляного полотна — суглинок пылеватый.

Конструирование и расчет слагается из семи этапов.

  1. Предварительно намечают конструкцию одежды: двухслойный асфальтобетон на известняковом щебне; основание из фракционированного щебня 2-го класса прочности, укладываемого с расклинкой; подстилающий слой из песка мелкого.
  2. Требуемый коэффициент прочности проектируемой дорожной одежды, соответствующий коэффициенту надежности для дороги IIIп категории 0,95 Кпр > 1,0 (см. табл. 3.1).
  3. Расчетные характеристики Еi материалов и грунта принимают:

а) для материала усовершенствованного капитального покрытия — плотного асфальтобетона I марки (битум БНД-60/90) динамические модули упругости (см. табл. 12, 13); при +40°С, Е1 =550 МПа, при +10°С Е1 =3200 МПа и при расчете на изгиб Е1 =4500 МПа;

б) для верхнего слоя основания — пористого асфальтобетона из известнякового щебня марки 700 (битум БНД-60/90) модуль упругости (см. табл. 12. 14): при +40°С, Е2=460 МПа; при +10°С, Е2=2000 МПа, а при расчете на изгиб Е2=2800 МПа, причем допускаемое напряжение на растяжение при изгибе по формуле (5):

МПа

в) для нижнего слоя основания — фракционированного щебня 2-го класса прочности из осадочных пород, укладываемого с расклинкой (см. табл. 17) Е3=350 МПа;

г) модуль упругости и характеристики прочности песка (табл. 17).

Е4=120 МПа, °, с4=0,006 МПа;

д) расчетные характеристики грунта земляного полотна — суглинка пылеватого при расчетной влажности (см. табл. 6, формулу (4):

Wp=Wт=0,75 Wт,

Егр=38 МПа; гр =15°; сгр=0,013МПа;

допускаемое напряжение сдвига в грунте по формуле (3.12)

Tгр = МПа.

4. Требуемый модуль упругости при заданной интенсивности воздействия нагрузки составляет 245 МПа.

5. Подбирая толщины слоев одежды так, чтобы общий модуль упругости на поверхности покрытия был близок к Eтр, устанавливают, что этому условию отвечает конструкция, результаты расчета которой приведены в табл. 23. Отсюда имеют Еобщ/Етр=272:245=1,11>Кпр=1.

6. Проверяют конструкцию на сопротивление сдвигу в грунте. Находят, что

МПа

а и

При этих отношениях и гр =15° по номограмме (см. рис. 3.6) находят =0,0167, откуда МПа. Составляющая от веса одежды (см. рис. 3.7) равна МПа. Действующее в грунте сдвигающе напряжение

МПа

Таблица 23

слоя

Материал слоя

Е,

МПа

h, см

Общий модуль

упругости на

поверхности слоев, МПа

1

Асфальтобетон покрытия

3200

4

0,108

=272

2

Асфальтобетон основания

»v

2000

8

0,216

=240

3

Щебень известняковый

350

30

0,81

=159

4

Песок крупный

120

30

0,81

=70

5

Грунт — суглинок, пылеватый

38

Коэффициент прочности по сдвигу в грунте

Тдоп/Т = 0,0103 : 0,0102 = 1,01 > Кпр = 1,00.

7. Проверяют прочность конструкции на сопротивление сдвигу в песке. Допускаемое напряжение сдвига в песке

МПа

МПа

При Еср/Епес=390:120=3,25 и и при ° по номограмме (см. рис. 3.5) определяют =0,052, откуда МПа.

От веса вышележащих слоев при =42 см и ° составляющая напряжения сдвига МПа; действующее напряжение сдвига в песке

Т4 = 0,018 - 0,0028 = 0,0152 МПа.

Коэффициент прочности по сдвигу в песке Тдоп/Т = 0,0190:0,01 = 1,25. Условия прочности песка по сдвигу допускают корректировку конструкции, если это экономически целесообразно.

8. Выясняют прочность асфальтобетона на растяжение при изгибе

МПа.

При отношениях Еcp/Еосн = 3367:159=21,18 и по номограмме (см. рис. 3.11) находят, что = 2,5, откуда действуйщее растягивающее напряжение при изгибе МПа; R2 /= 1,31:1,28=1,02, что равно минимальному требуемому коэффициенту прочности.

Пример 4. Требуется запроектировать дорожную одежду с покрытием из гравийного материала на дороге IV категории во IIі дорожно-климатической зоне (1-я подзона) при следующих исходных данных: местность по условиям увлажнения относится ко 2-му типу; грунт земляного полотна — суглинок тяжелый; материал для основания — песок мелкий; расчетная нагрузка — автомобиль группы Б (Dд ==32 см, р=0,5 МПа), расчетная интенсивность воздействия нагрузки — 250 ед./сут. на полосу, заданный уровень надежности сооружения (см. табл. 3.1) Кн =0,60.

Конструирование и расчет слагается из четырех основных этапов.

1. Устанавливают расчетные характеристики грунта земляного полотна и материалов конструктивных слоев:

а) расчетная влажность грунта при заданном уровне надежности Кн = 0,60 (см. табл. 6) по формуле (4)

;

б) характеристики грунта при расчетной влажности 0,70Wт (см. табл. 10)

Егр=41 МПа; гр =18°; сгр=0,019 МПа;

в) расчетное значение модуля упругости материалов (гравийной смеси) при условии, что частиц менее 0,63 мм 15% и n=0,5 (см. приложение 3, рис. 8) E1=190 МПа, а мелкого песка (см. табл. 17) E2 = 100 МПа.

По графику (см. рис. 3.1) находят, что минимальное допустимое значение коэффициентов прочности при коэффициенте надежности Кн =0,60 составляет Кпр =0,63.

2. Предварительно намечают конструкцию одежды (рис. 12): гравийный материал h1=18 см; слой песка h2=28 см.

Рис. 12. Деталь конструкции к примеру 4:

1 — гравийный материал; 2 — песок мелкий;

3 — суглинок тяжелый

3. Рассчитывают конструкцию по упругому прогибу. При Np=250 ед./сут. требуемый модуль упругости Етр =165 МПа; он превышает минимальное значение для заданных условий (см. табл. 3.3). Поэтому в расчет вводят полученный по номограмме (см. рис. 3.2) требуемый модуль упругости. Результаты расчета (см. в табл. 24).

Коэффициент прочности по упругому прогибу Еобщ/Етр = 104:165=0,63, что равно минимально допустимому значению коэффициента прочности Кпр при заданном уровне надежности Кн = 0,60 дороги.

  1. Рассчитывают конструкцию на сопротивление сдвигу в грунте земляного полотна. При заданных толщинах слоев одежды (см. рис. 12), средний модуль упругости одежды

а отношения Еср/Егр = 135:41=3,29 и (h1+ h1)/DД = 46:32 = 1,44.

Для этих отношений по номограмме (см. рис. 3.5) находят, что = 0,049, откуда МПа. Составляющая активного напряжения сдвига за счет веса одежды (см. рис. 3.7) = - 0,0002 МПа. Полное активное напряжение сдвига в грунте

МПа

допускаемое активное напряжение сдвига в грунте

МПа

Коэффициент прочности по сопротивлению сдвигу в грунте составляет Тдоп/Тпр = 0,0169:0,0243=0,70, что превышает требуемое значение Кпр =0,63. По поскольку коэффициент прочности по упругому прогибу равен требуемому, нет необходимости перепроектировать конструкцию одежды.

  1. Расчет песчаного слоя по сопротивлению сдвигу не требуется (см. п. 3.29).

Таблица 24

слоя

Материал слоя

Модуль упругости

Е,МПа

Толщина

h, см

Еобщ, МПа

1

Гравийный материал

190

18

0,56

= 104

2

Песок

»v

100

28

0,88

= 68

5

Грунт

41