4263

Практическая работа № 2

«РАСЧЕТ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ»

2.1 Основные виды и классификация дорожных одежд.

Дорожная одежда является наиболее дорогим элементом дороги

(40...50% и более от общей стоимости постройки), во многом определяющим транспортно-эксплуатационные качества дороги.

Дорожные одежды разделяются на жесткие с покрытием из цементобетона, железобетонных плит и с деревянными колесопроводами и нежесткие — все остальные виды дорожных одежд. В зависимости от числа слоев их разделяют на однослойные и многослойные. Верхний конструктивный слой называют покрытием, остальные — слоями основания.

Некоторые виды покрытий требуют устройства поверхностной обработки,

представляющей собой защитный от износа и проникновения влаги слой толщиной 1,5...4,5см, создаваемый на поверхности покрытия из мелкого щебня, обработанного горячим вязким битумом. Покрытие определяет собой эксплуатационные качества одежды. Основание одежды устраивают из одного или нескольких слоев. Оно является основным элементом,

определяющим ее прочность.

Ниже основных слоев основания в ряде случаев укладывают дополнительный подстилающий слой из песка и других местных зернистых материалов, служащий для дренажа одежды и повышения ее прочности и морозоустойчивости. В однослойных одеждах покрытие выполняет и роль основания. Дорожная одежда вместе с земляным полотном представляет собой единую дорожную конструкцию, воспринимающую воздействие внешних сил.

Дорожные одежды нежесткого типа проектируют на основании инструкции ВСН 46—83 (Минтрансстроя), в которой принята следующая классификация дорожных одежд:

11

капитальные, с усовершенствованным покрытием из асфальтобетона,

цементобетона;

облегченные с усовершенствованным покрытием из асфальтобетона, и

каменных материалов, обработанных органическим вяжущим, из черного щебня, уложенного по способу заклинки, из пористой асфальтобетонной смеси с поверхностной обработкой и из прочного щебня, уложенного по способу заклинки с поверхностной обработкой;

переходные с покрытием из прочного щебня, уложенного по способу заклинки без вяжущего, из грунтов и малопрочных материалов, укрепленных вяжущими, из булыжного и колотого камня;

низшие с покрытием из щебеночных, гравийно-песчаных смесей и других малопрочных материалов и шлаков, грунтов, укрепленных или улучшенных различными местными материалами, из древесных материалов

идр.

Винструкции ВСН 46—83 есть указание, что она распространяется и на лесовозные дороги. Усовершенствованные покрытия капитального и облегченного типов укладывают на прочное основание из одного или нескольких конструктивных слоев. Покрытия переходных и низших типов укладывают обычно непосредственно на грунт, за исключением щебеночных,

под которыми следует укладывать основание из грунтов, укрепленных вяжущими, из шлаков или из других местных материалов.

Серповидный профиль дорожной одежды [1] представляет собой наиболее простую конструкцию. Серповидный профиль применяют на грунтовых дорогах, улучшенных минеральными добавками или поверхностной россыпью гравия или щебня (так называемые грунтогравийные дороги), для покрытий из песчано-гравийных или щебеночных смесей на земляном полотне из недренирующего грунта при любой толщине покрытия и ширине обочины.

На земляном полотне из дренирующего грунта серповидный профиль применяют при ширине обочин менее 1м, а при большей ширине обочин — с

12

толщиной слоя покрытия до 15см; для покрытии из грунтов, укрепленных вяжущими материалами, при ширине обочин менее 1 м при любой толщине,

а при большей ширине обочин — с толщиной покрытий до 15см.

Корытный профиль дорожной одежды применяется в случаях, когда покрытие устраивается из дорогостоящих материалов (асфальтобетона,

черного щебня и др.) или имеет большую толщину. Его достоинством является экономия дорожно-строительных материалов, а недостатком — необходимость дренажа корыта с использованием трубчатых дрен или других устройств. На лесовозных дорогах в целях экономии гравия или щебня их можно укладывать в корыте, устроенном в песчаном подстилающем слое.

Полукорытный профиль одежды является промежуточным решением между корытным и серповидным профилями. На лесовозных дорогах полукорытный профиль можно применять для покрытий из гравийных смесей и грунтов, укрепленных вяжущими, при ширине обочин 1м и более и толщине покрытия более 15см. На двухполосных дорогах поперечные уклоны проезжей части назначают: для покрытий из асфальтобетона 20‰, из грунтов и каменных материалов, обработанных вяжущими 20...30‰, из гравия или щебня, необработанных вяжущими 30...40‰.

На однополосных дорогах поперечные уклоны принимают: для покрытий из укрепленных грунтов 30...40‰, для гравийных и щебеночных покрытий 50...60‰. Поперечные уклоны на обочинах шириной 1м и более принимают на 20‰ больше уклонов проезжей части, а для более узких обочин — равными поперечному уклону проезжей части.

2.2 Основы расчета на прочность нежестких дорожных одежд

Воздействие нагрузки от автомобилей на дорожную одежду резко отличается от статических нагрузок, например на основание фундаментов сооружений. В данном случае нагрузка передается через упругие шины и при

13

движении автомобиля действует в течение краткого периода времени (0,1с),

быстро нарастая и снижаясь. При этом деформации одежды и грунта основания не успевают полностью проявиться и поэтому они по своей величине значительно меньше, чем от стоящего автомобиля.

Характер деформации дорожной одежды под нагрузкой показан на рисунке

2.1а. Движущиеся по дороге автомобили создают своими колесами горизонтальные и вертикальные усилия, приложенные к ее поверхности. К

горизонтальным усилиям относятся сила тяги автомобиля, тормозные силы,

центробежная сила, возникающая на кривых участках или при обгоне и др., а

к вертикальным силам — вес автомобиля и динамические усилия,

возникающие в результате колебаний рессор, сотрясений на ухабах и неровностях дороги. Горизонтальные силы действуют в основном на покрытие, вызывая его износ. Вертикальные силы вызывают напряженное состояние во всей одежде и в грунте земляного полотна (рис. 2.1, б).

Поэтому расчет дорожной одежды ведется на действие вертикальных сил, а влияние горизонтальных учитывается некоторым увеличением толщины покрытия, полученной расчетом на прочность или же устройством слоя износа поверхностной обработкой, не учитываемыми при расчете дорожной одежды.

Методика расчета нежестких дорожных одежд на прочность, изложенна в инструкции ВСН 46 — 83, в основу которой положены представления об одежде и земляном полотне, как слоистом упругом полупространстве. Расчет дорожной одежды заключается в определении необходимой толщины ее конструктивных слоев.

14

Таблица 2.1– Основные параметры расчетных нагрузок по ВСН 46-83

Примечания: 1. Для неподвижного автомобиля kдин = 1,0 и для движущегося kдин = 1,3. 2. В знаменателе приведены значения D для порожняковых полос движения.

Дорожная одежда на перегонах рассчитывается на кратковременное

(0,1с), но многократное воздействие подвижной нагрузки, а на остановках,

перекрестках, у переездов через железную дорогу и т.п., кроме того, на продолжительное однократное воздействие статической нагрузки. Одежды на обочинах и стоянках рассчитывают на однократное продолжительное нагружение (10мин) статической нагрузкой. Согласно ВСН 46—83 за расчетную подвижную нагрузку принимают наиболее тяжелые автомобили,

систематически работающие на данной дороге.

Расчет дорожных одежд выполняют с учетом требований

надежности, под которой понимают вероятность безотказной работы в течение всего периода между капитальными ремонтами. Отказом считается необходимость проведения капитального ремонта одежды раньше нормативного срока (согласно ВСН 46—83, 15лет для одежд с усовершенствованными покрытиями, капитального типа, 10лет для одежд с облегченными усовершенствованными покрытиями и 8 лет для переходных

где lпр — протяженность участков на данной дороге, не требующих капитального ремонта; lоб — общая протяженность дороги или участка с заданным нормативным значением запаса прочности.

16

В зависимости от коэффициента надежности в ВСН 46—83 установлены коэффициенты прочности kпр для различных типов дорожных одежд и коэффициенты нормированного отклонения t, необходимого при использовании вероятностного метода определения расчетных характеристик влажности W и сопротивления растяжению при изгибе Rн (табл. 2.2).

Таблица 2.2 – Значения уровней надежности, коэффициентов kпр и t

Примечание. Лесовозные дороги I-л категории по СНиП 2.05.07—85 по интенсивности движения соответствуют дорогам III категории по СНиП 2.05.02—85 общего пользования, дороги Ш-л категории — дорогам общей сети IV категории и лесовозные дороги IV-л категории и ЛЛД— дорогам V категории общей сети.

Дорожные одежды с усовершенствованными покрытиями капитального типа должны работать в стадии упругой деформации с обеспечением достаточного запаса прочности и в наиболее неблагоприятные периоды года.

Такие же требования предъявляются и к одеждам с усовершенствованными покрытиями облегченного типа, но с меньшим запасом прочности. Для покрытий переходного типа, восстановление ровности которых легко осуществимо, допускают некоторое накопление деформаций под действием движения автотранспорта.

При использовании многоколесных автопоездов или трехосных автомобилей и двухосных роспусков, рассчитывая одежду на прочность,

необходимо учитывать совместное воздействие смежных колес подвижного состава на дорожную конструкцию (при расстоянии между осями менее

2,5м). С учетом этого, расчетная интенсивность движения (воздействия подвижной нагрузки) определяется по формуле:

17

табл. 2.1), а значения Smcyм принимают (для одиночных автомобилей)

равными: для ГАЗ-53А —0,74; ЗИЛ133Г — 2,43; «Урал-377Н» —2,39; ЗИЛ- 130—1,94; КамАЗ-5320 —2,25; КамАЗ-5410 (седельный тягач) — 2,21. При работе перечисленных автомобилей с роспуском типа ТМЗ-802 можно ориентировочно принимать один автопоезд за два автомобиля.

Дорожные одежды переходного типа рассчитывают по двум критериям:

1)по сопротивлению упругому прогибу,

2)по сопротивлению сдвигу в грунте и слоях из малосвязных материалов, а одежды с усовершенствованными покрытиями, кроме того, по сопротивлению растяжению при изгибе монолитных слоев.

В методе расчета одежд по упругому прогибу приняты следующие основные положения:

1) дорожные одежды представляют собой сложные многослойные системы с различной жесткостью, лежащие на грунтовом массиве,

принимаемом за упругоизотропное полупространство;

2)основным критерием прочности является допускаемая величина упругого прогиба, принимаемая в зависимости от расчетной интенсивности движения;

3)в качестве основных показателей, характеризующих прочность

(вернее, деформативные свойства) материалов одежды, приняты их модули упругости. С учетом принятого критерия прочности, дорожная одежда в целом должна иметь под расчетной нагрузкой упругий прогиб lуп<lдоп, т.е.

равный или меньше допустимого упругого прогиба.

Исходным параметром для расчета дорожной одежды является требуемый общий модуль упругости одежды, который удобно определять по графику на рисунке 2.3, построенному на основе экспериментальных данных для knp=1 или по формуле

E TP a b lg NP , (2.4)

где NP — расчетная на полосе интенсивность движения, авт/сут; а, b —

коэффициенты, равные для нагрузок группы А: а = 65, 6 = 65; для нагрузок

19

группы Б — а = 5; б = 70. Требуемый модуль упругости должен быть не менее значений, приведенных в таблице 2.4.

Рисунок 2.3 – Номограмма для определения требуемого модуля упругости одежды для нагрузки от автомобилей групп А и Б.

Определив Eтр, переходят к расчету толщины слоев одежды. Основное условие прочности одежды по рассматриваемому критерию выразится так:

где kпр — коэффициент прочности (см. табл. 2.2); Еоб — общий модуль упругости одежды, зависящий от числа и толщины конструктивных слоев

(включая земляное полотно), прочностных свойств материалов слоев, а также от параметров р и D, характеризующих нагрузку от колеса расчетного автомобиля, МПа.

В практических расчетах пользуются графиком-номограммой (рис.

2.4), на котором на оси ординат отложены значения E2/E1 и на оси абсцисс — значения h/D (где Е1, Е2 — модули упругости материалов верхнего и нижнего слоев; h — толщина слоя одежды, м; D — диаметр эквивалентного круга, м).

20