(14)
где t - период от базисного года до года, в котором осуществляются затраты (базисный это год окончания строительства).
Срок сравнения вариантов tc (лет) зависит от типа покрытия и капитальности конструкции. Для одежд с капитальными покрытиями tc = 20, а для одежд с усовершенствованными покрытиями tc = 15.
Составляющие формулы (13) и параметры, от которых они зависят, определяются по известным формуламх), учитывающим эксплуатационные требования к дороге, тип покрытия, коэффициенты прочности и надежности конструкции, величины межремонтных периодов, влияние состояния поверхности покрытия на скорость движения автомобилей и себестоимость перевозок, а также фактор времени.
х) Содержание и ремонт автомобильных дорог. / Под ред. А.П. Алексеева. - М.: Транспорт, 1974.
5.2. Экономический эффект от учета динамических прочностных характеристик песчаных грунтов при проектировании дорожных одежд может быть достигнут в результате проведения мероприятий по повышению прочности дорожной конструкции и тем самым увеличения срока службы дорожной одежды.
Указанный эффект заключается в сокращении приведенных затрат, которые согласно ВСН 21-75 рассчитывают по формуле
Рпр = с + ЕнK, (15)
где с - показатель текущих затрат в расчете на определенный объем работ;
Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, Ен = 0,12;
K - капитальные вложения на определенный объем работ.
В том случае, если уточненные прочностные характеристики грунта φN и CN не соответствуют их проектным значениям φпред и Cпред, необходимо проверить, удовлетворяется ли условие прочности песка подстилающего слоя исходя из новых значений φN и CN.
Если условие прочности не удовлетворяется, то дорожную одежду следует усилить за счет вышележащих слоев и провести повторную проверку по условию сдвига.
Использование прочностных характеристик φпред, Cпред при расчете дорожной одежды фактически приводит к снижению прочности дорожной конструкции по сравнению с требуемой по условию сдвига в песке подстилающего слоя; реальный срок службы дорожной одежды будет меньше нормативного.
Определение срока службы Тi дорожной одежды согласно «Методическим указаниям по оценке прочности и расчету усиления нежестких дорожных одежд» (М.: Транспорт, 1979) в этом случае производят по формуле
(16)
где q - показатель роста интенсивности движения на дороге, q = 1,1;
Nпр.i - интенсивность движения, приведенная к расчетной нагрузке;
N1 - интенсивность движения на первый год работы;
γ - коэффициент, для усовершенствованного капитального типа покрытии γ = 0,12, для усовершенствованного облегченного γ = 0,148 и для переходного типа покрытий γ = 0,171.
Приведенная интенсивность движения Nпр.i определяется по соответствующей номограмме Nпр = f(Еобщ) ВСН 46-72, исходя из модуля упругости дорожной конструкции, запроектированной с использованием φпред и Cпред.
Приведенная интенсивность движения на первый год работы определяется по формуле
(17)
где - приведенная интенсивность движения в зависимости от модуля упругости дорожной конструкции, запроектированной с использованием φN и CN;
T - нормативный срок службы дорожной одежды, годы, для дорог с покрытием капитального типа T = 15, с усовершенствованным облегченным T = 10, с переходным T = 8.
Как указывалось выше, приведенные затраты рассчитывают по формуле (15). При этом текущие затраты С будут складываться из затрат на средние, текущие ремонты и стоимости содержания дорожной одежды:
С = Сс.р + Ст.р,с, (18)
где Сс.р - стоимость среднего ремонта 1 км дорожной одежды;
Ст.р,с - стоимость текущего ремонта и содержания 1 км дорожной одежды.
Стоимость ремонта и содержания рассчитываем по формуле
(19)
где - стоимость ремонта 1 м2 дорожной одежды;
S - площадь поверхности 1 км дорожной одежды;
Ен.п - нормативный коэффициент, Ен.п = 0,08;
Т - год проведения ремонта.
Капитальные вложения на 1 км дороги определяются по следующей формуле:
(20)
где K0 - стоимость строительства 1 м2 дорожной одежды;
Kк.р - стоимость капитального ремонта 1 м2 дорожной одежды;
T - год проведения капитального ремонта.
6. Примеры расчета
Пример 1. Определить толщину дренирующего слоя, работающего по принципу поглощения.
Исходные данные. Дорога II категории проложена на территории Московской обл. на участке с обеспеченным поверхностным стоком при глубоком залегании грунтовых вод. Высота насыпи 1,5 м, заложение откосов 1:1,5. Покрытие проезжей части - асфальтобетонное; расстояние от верха покрытия до дренирующего слоя - 0,5 м; обочины укреплены песчано-гравийной смесью; грунт земляного полотна - суглинок легкий пылеватый. Дренирующий слой устраивается на всю ширину земляного полотна. Песок мелкий с оптимальной влажностью 11 %, максимальной плотностью 1660 кг/м3 по методу стандартного уплотнения; пористость в уплотненном состоянии 0,38; полная влагоемкость 22,8 %; капиллярная влагоемкость - 18,8 %; влажность перед началом весеннего периода равна оптимальной. Приток воды в дренирующий слой от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части в весенний период, - 5 л/м2, на поверхность обочин и от стока воды с проезжей части на обочину - 12 л/м2. Объем воды, поступающей в дренирующий слой из нижележащих грунтов при их осадке после оттаивания - 13 л/м2, под действием динамической нагрузки - 14 л/м2. Испарение воды из дренирующего слоя через откосы земляного полотна - 50 л/м2.
Задаемся толщиной дренирующего слоя 0,33 м. При этом площадь поперечного сечения песчаного слоя в пределах всей ширины земляного полотна F = 5,61 м2. Коэффициент заполнения водой пор дренирующего слоя перед началом весеннего периода φзим = 0,11 : 0,228 = 0,48. Коэффициент заполнения пор капиллярной водой в запасной части дренирующего слоя φк = (0,188 - 0,11) : (0,228 - 0,11) = 0,66.
Тогда количество воды, которое может разместиться в свободных порах дренирующего слоя, рассчитываем по формуле (8):
Qдоп = 0,38[5,61(1 - 0,48) - (7,5 + 2 · 3,75) · 0,2 ·0,66] · 1 = 0,36 м3.
Количество воды, которое может поступить весной расчетного года в дренирующий слой, определяем по уравнению (7):
Q = [(0,005 + 0,013 + 0,014) · 7,5 + (0,012 + 0,013) · 2 · 3,75 - 0,052 · 2 · 0,59] · 1 = 0,36 м3.
Расчеты показали, что Q = Qдоп, следовательно, толщина дренирующего слоя задана правильно и составляет 0,33 м.
Пример 2. Определить расчетную величину угла внутреннего трения песчаного грунта в верхней части, дренирующего слоя, работающего по принципу поглощения в условиях динамического воздействия нагрузки.
Исходные данные. Дорога проложена на территории II дорожно-климатической зоны. Дорожная одежда нежесткого типа. Интенсивность движения расчетных автомобилей по одной полосе проезжей части - 1000 авт./сут. Продолжительность периода между средними ремонтами три года. Дренирующий слой из мелкого песка с содержанием пылеватых и глинистых частиц 8 % и коэффициентом фильтрации 0,25 м/сут.
По табл. 3 имеем:
φ = 31,5° при влажности, равной капиллярной влагоемкости;
φ = 32° при влажности, равной оптимальной.
Из табл. 4 tb = 60 сут; tл = 140 сут; tос = 35 сут.
По формуле (12) имеем:
Nb = 60 · 1000 · 3 = 180 тыс. авт.;
Nл = 140 · 1000 · 3 = 420 тыс. авт.;
Nос = 35 · 1000 · 3 = 105 тыс. авт.
По формуле (10) при интенсивности снижения угла внутреннего трения грунта при полной его влагоемкости
= 0,0343 · 0,25-0,11 = 0,04;
при оптимальной влажности по формуле (11)
при влажности, равной его капиллярной влагоемкости,
Определяем величины φN для различных расчетных состояний грунта по формуле (9):
φN(b.ос) = 31,5[1 - 0,029lg(180000 + 105000)] = 26,5°;
φN(л) = 32(1 - 0,018lg420000) = 28,8°;
φN = 26,5°.
Пример 3. Определить снижение стоимости строительства при замене дренирующего слоя, работающего по принципу осушения, на дренирующий слой, работающий по принципу поглощения.
Исходные данные. Дренирующие слои устраивают на дороге II категории, проходящей в насыпи на участках местности с обеспеченным поверхностным стоком и глубоким залеганием грунтовых вод во II дорожно-климатической зоне (см. пример 1). Толщина дренирующего слоя, работающего по принципу осушения, - 0,2 м, по принципу поглощения - 0,33 м. Первая конструкция устраивается из привозных кондиционных песков стоимостью 10 руб. за 1 м3, вторая - из местных песков стоимостью 2 руб. за 1 м3.
При этих условиях стоимость строительства снижается на 22 тыс. руб. на 1 км дороги.
Пример 4. Определить технико-экономический эффект от применения динамических прочностных характеристик песка при проектировании дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием капитального типа на участке дороги II категории во II дорожно-климатической зоне.
Местность по условиям увлажнения относится ко 2-му типу; грунт земляного полотна - суглинок пылеватый. Интенсивность движения, приведенная к расчетной нагрузке, 320 авт./сут.
В соответствии с проектом была принята конструкция дорожной одежды приведенная в табл. 5.
Таблица 5
|
Номер слоя |
Материал |
Е, МПа |
φпред, град |
Спред, МПа |
h, см |
h Д |
Общий модуль упругости на поверхности слоев Eобщ, МПа |
|
1 |
Асфальтобетон (верхний слой) |
1500 |
- |
- |
5 |
0,15 |
200 |
|
2 |
Асфальтобетон (нижний слой) |
1000 |
- |
- |
5 |
0,15 |
170 |
|
3 |
Щебень гранитный |
450 |
- |
- |
20 |
0,61 |
140 |
|
4 |
Песок мелкий |
100 |
38 |
0,008 |
50 |
1,51 |
65 |
|
5 |
Суглинок пылеватый |
24 |
13 |
0,010 |
- |
- |
- |
В соответствии с ВСН 46-72 принятая конструкция была рассчитана по условию сдвига в подстилающем грунте и песке подстилающего слоя.
В подстилающем грунте
τа.м = 0,0094 · 0,6 = 0,00564 МПа; τа.b = 0,0007 МПа; τa = τа.м + τа.b = 0,00634 МПа;
τa.доп = 0,8 · 0,8 · 0,01 = 0,0064; τa < τa.доп.
в песке подстилающего слоя
ЕIIIобщ = 65 МПа;
τа.м = 0,0065 · 0,6 = 0,0039 МПа; τа.b = 0,002 МПа; τa = τа.м + τа.b = 0,0019 МПа;
τa.доп = 0,45 · 0,8 · 0,008 = 0,00288; τa < τa.доп.
Расчет показывает, что условие сдвига обеспечивается в обоих случаях.
Проверяем, обеспечивается ли условие сдвига в песке подстилающего слоя при уточненных значениях его прочностных характеристик. Для мелкого песка:
φN = 29°, CN = 0,003 МПа;
τа.м = 0,0086 · 0,6 = 0,0052 МПа; τа.b = 0,0014 МПа; τa = τа.м + τа.b = 0,0038 МПа.
В связи с тем, что прочностные характеристики песка φN и CN определены в условиях воздействия повторных нагрузок, коэффициент K1 = 0,6, учитывающий снижение сопротивления грунта сдвигу под воздействием повторных нагрузок, в расчет не принимается. Тогда
τa.доп = 0,75 · 0,8 · 0,003 = 0,0018; τa > τa.доп.
Таким образом, условие сдвига не обеспечивается.
Для обеспечения условия сдвига усиливаем конструкцию дорожной одежды за счет увеличения толщины слоя щебня на 10 см. Проверяем, обеспечивается ли в этом случае условие сдвига для песка:
ЕIIIобщ = 65 МПа; τа.м = 0,0051 · 0,6 = 0,00306 МПа;
τа.b = -0,0019 МПа; τa = τа.м + τа.b = 0,00116 МПа; τa.доп = 0,8 · 0,003 = 0,0018 МПа;
τa < τa.доп.
В связи с тем, что для обеспечения условия сдвига в песке подстилающего слоя необходимо увеличить толщину вышележащих слоев дорожной одежды, очевидно, можно уменьшить толщину слоя песка, так как подстилающий грунт будет работать с большим запасом прочности.
Уменьшаем толщину слоя песка на 15 см. Тогда
τа.м = 0,009 · 0,6 = 0,0054 МПа; τа.b = 0,0007 МПа;
τa = τа.м + τа.b = 0,0061 МПа; τa < τa.доп = 0,0064 МПа.
Определяем требуемый модуль упругости дорожной конструкции по номограмме рис. 4 ВСН 46-72: Еобщ = 225 МПа, при этом приведенная интенсивность движения , определяемая по номограмме рис. 2 ВСН 46-72, составляет 900 авт./сут.
Определяем срок службы дорожной одежды, принятой по проекту, по формуле (16):
где Nпр.i по номограмме рис. 2 ВСН 46-72 составляет 320 авт./сут при Е = 200 МПа;
N1 - по формуле (17)
Таким образом,
Согласно ВСН 21-75, стоимость ремонта 1 м2 дорожной одежды II категории с асфальтобетонным покрытием составит:
среднего Сс.р = 0,59 руб.;
текущего ремонта и содержания Ст.р,с = 0,06484 руб. в год.
Так как по существующим нормативам средний ремонт проводится через 3 - 4 года, но не менее двух средних ремонтов до капитального, проведение средних и капитальных ремонтов после строительства распределяется по годам следующим образом:
а) базовый вариант:
1-й средний ремонт - 3-й год;
2-й средний ремонт - 6-й год;
1-й капитальный ремонт - 8-й год;
3-й средний ремонт - 11-й год;
4-й средний ремонт - 14-й год;
б) сравниваемый вариант:
1-й средний ремонт - 4-й год;
2-й средний ремонт - 8-й год;
3-й средний ремонт - 12-й год;
1-й капитальный ремонт - 15-й год.
Текущий ремонт для обоих вариантов производят ежегодно.
Стоимость среднего ремонта 1 км дороги по базовому варианту в соответствии с формулой (19) составит:
Стоимость среднего ремонта по сравниваемому варианту составит:
Стоимость текущего ремонта и содержания для обоих сравниваемых вариантов одинакова и составит:
