Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа (Отменен - приказ Укравтодора N756 от 15.10.204г.)

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

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

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