2. Технические параметры дороги до и после реконструкции

Согласно заданию на проектирование дорога подлежит переводу с IVвоIIкатегорию. В связи с чем, необходимо привести технические показатели существующей автомобильной дороги в соответствие с действующими нормативным требованиям (таблица 1).

Таблица 1

Основные технические нормы для автомобильных дорог

IIиIVкатегорий

№ п/п	Название показателей	Нормы согласно [1]
		до реконструкции	после реконструкции
1	Категория дороги	IV	II
2	Интенсивность движения, авт/сут	100-1000	3000-7000
3	Расчетная скорость движения, км/ч	80	120
4	Число полос движения, шт.	2	2
5	Ширина полосы движения, м	3.0	3.75
6	Ширина проезжей части, м	6.0	7.5
7	Ширина обочин, м	2.0	3,75
8	Ширина укрепительной полосы, м	0.5	0.75
9	Ширина земляного полотна, м	10	15
10	Уклон проезжей части, ‰	20	20
11	Уклон обочин, ‰	40	40

2.1. Технические параметры дороги до реконструкции

По результатам обследования установлены: отметки земли и бровки земляного полотна (см. продольный профиль участка дороги в графической части проекта), конструктивные элементы существующей дорожной одежды (рис.1), модуль упругости, ровность и состояние покрытия существующей дорожной одежды по участкам. Грунт земляного полотна – глина плотная.

Существующая автомобильная дорога IV категории устроена:

- на ПК0+00 – ПК 20+50 – в насыпи. Высота насыпи от 0,5 до 2,5 м. Средняя высота насыпи – 1.5 м. Ширина проезжей части находится в пределах 5,8…6,1 м. Средняя ширина проезжей части – 5,9 м. Крутизна заложения откосов – 1/3.

- на ПК 20+50 – ПК 30+80 - в выемке. Глубина выемки от 0,5 до 1,5 м. Средняя глубина выемки – 1.5 м. Ширина проезжей части находится в пределах 5,8…6,1 м. Средняя ширина проезжей части – 5,9 м. Крутизна заложения откосов – 1/4.

- на ПК 30+80 – ПК 50+00 – в насыпи. Высота насыпи от 1,2 до 3,5 м. Средняя высота насыпи – 2.5 м. Ширина проезжей части находится в пределах 5,7…5,9 м. Средняя ширина проезжей части – 5,8 м. Крутизна заложения откосов – 1/3.

Укрепительные полосы отсутствуют. Обочины укреплены засевом трав. Основные параметры поперечного профиля дороги не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к дорогам IV категории (таблица 1).

1- щебеночное покрытие, обработанное битумом с последующей поверхностной обработкой, 2 – слой щебеночного основания, 3 – слой песчаного основания.

Рисунок 1– Конструкция существующей дорожной одежды

На рисунке 2 показан характерный вид поперечного профиля существующей дороги на ПК0+00-пк 20+50.

Рисунок 2 – Поперечный профиль существующей автомобильной дороги на ПК 0+00 – ПК 20+50

2.2. Технические параметры дороги после реконструкции.

Для приведения существующей дороги к нормам для дорог второй категории необходимо произвести уширение земляного полотна и дорожной одежды.

Кроме того, на участках дороги находящихся ниже отметки снегозаносимости необходимо выполнить поднятие насыпи.

2.2.1. Назначение поперечных профилей земляного полотна

Высоту насыпи на участках дорог, проходящих по открытой местности, по условию снегонезаносимости во время метелей следует определять расчетом по формуле

h=hs+h, (2)

где h - высота незаносимой насыпи, м;

hs - расчетная высота снегового покрова в месте, где возводится насыпь, с вероятностью превышения 5 %, м.

h-возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова, необходимое для ее независимости, м.

Расчетная высота снегового покрова hs=0,4 м.

Возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова для дорог IIкатегорииh= 0,7 м.

Тогда, h= 0,4+0,7 = 1,1 м.

Анализируя продольный профиль существующей дороги можно сделать вывод, что высота насыпи меньше требуемой по условиям снегонезаносимости на следующих участках. ПК 2+50 – ПК 10+30, ПК 15+25 – ПК 20+30,

ПК 40+50 – ПК 45+50.

Таким образом, при реконструкции дороги на указанных участках дороги необходимо выполнить повышение насыпи до уровня снегонезаносимой насыпи.

Согласно заданию выполняем двустороннее уширение земляного полотна.

Укрепление обочин принимаем – щебнем толщиной 10 см.

Принятые поперечные профили земляного полотна приведены на рис.3 и в графической части проекта

Рисунок 3 – Поперечный профиль автомобильной дороги после реконструкции

2.2.2. Расчет конструкции дорожной одежды.

Произведем расчет конструктивных дорожной одежды для двух случаев:

а) расчет конструкции новой дорожной одежды на участках уширения существующей проезжей части.

б) расчет конструкции усиления существующей дорожной одежды.

а) Расчет конструкции новой дорожной одежды на участках уширения существующей проезжей части.

Расчет дорожной одежды выполняем согласно ОДН 218.046-01 «ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД» и СНиП 2.05.02-85* «Автомобильные дороги»

Конструктивные слои дорожной одежды назначаем в соответствии с [1]:

1. Плотный мелкозернистый асфальтобетон типа А Iмарки, горячий, на битуме БНД-60/90 (ГОСТ 9128-97) – 6 см.

2. Пористый крупнозернистый асфальтобетон Iмарки, горячий на битуме БНД-60/90 (ГОСТ 9128-97) – 8 см.

3. Щебень фракционированный (ГОСТ 8267-93) с заклинкой фракционированным мелким щебнем – по расчету.

4. Песок крупнозернистый (ГОСТ 8736-93) Е_гр=130 МПа, φ=40^о, С_гр=0,007 МПа – 30 см.

Грунт земляного полотна – глина плотная (Е_гр=28 МПа, φ=13^о, С_гр=0,011 МПа).

Определим требуемый модуль упругости дорожной одежды:

Е_тр=98,65*(lg(∑N_p)-С)

где N_p- суммарное расчетное количество приложений приведенной расчетной нагрузки за срок службы;

С=3,55 – эмпирический параметр.

Суммарное число приведенной расчетной нагрузки определим по формуле:

N_p=f_пол*∑N_m*S_m

где f_пол=0,55 – коэффициент, учитывающий число полос движения и распределения движения по ним [8,табл.3.2],

∑ N_m– суммарное число приложения нагрузки (табл.2),

S_m– суммарный коэффициент приведения воздействия транспортного средства к расчетной нагрузке.

Принимаем N_р=1,0*10⁶[8, табл.3.4].

Е_тр=98,65*(lg(1,0*10⁶)-3,55)=241,65 МПа

Принимаем Е_тр=250 МПа > Е_мин=220 МПа.

Расчетный общий модуль упругости конструкции дорожной одежды:

Е_общ= Е_тр*К_пр=250,0*1,2=300 МПа,

где К_пр=1,2 – требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба.

Значение модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл.П3.2 [8] при расчетной температуре +10 ^оС.

Определим толщину 3-го конструктивного слоя дорожной одежды по [8, табл.П3.2] - щебеночного основания (Е=450 МПа).

Для этого определим общий модуль упругости слоев, подстилающий слой щебня, а также общий модуль упругости на поверхности рассчитываемого слоя.

Значения нижнего модуля упругости находим при расчете снизу верх.

Е_н/Е_сл=28/130=0,215

h_сл /D=30/40=0.75

По номограмме рис 3.1 [8] определяем Е_в/Е_сл=0,441.

Тогда,

Е_в= Е_в/Е_сл*Е_сл=0,441*130=57 МПа

Для определения модуля упругости на поверхности рассчитываемого слоя расчет необходимо выполнить сверху вниз.

Для асфальтобетона верхнего слоя Е_в= Е_общ=300 МПа.

Е_в/Е_сл=300/3200=0.094,

h_сл /D=6/40=0.15.

По номограмме определяем Е_н/Е_сл=0,07.

Е_н= Е_н/Е_сл*Е_сл=0,07*3200=224 МПа

Для асфальтобетона нижнего слоя Е_в= 224 МПа.

Е_в/Е_сл=224/2000=0.112,

h_сл /D=8/40=0.20.

По номограмме определяем Е_н/Е_сл=0,077.

Е_н= Е_н/Е_сл*Е_сл=0,077*2000=153 МПа

Получаем общий модуль упругости на поверхности рассчитываемого слоя Е_в=153 МПа.

Е_в/Е_сл=153/450=0.34

Е_н/Е_сл=57/450=0,127

Тогда, h_сл /D=0,76

h_сл =h_сл /D*D=0,76*40=30,4 см.

Принимаем толщину 3-го слоя равную 30 см (см. рисунок 3).

Рисунок 4 - Конструкция дорожной одежды после реконструкции на участках уширения проезжей части

б) расчет конструкции усиления существующей дорожной одежды.

Расчет усиления существующей дорожной одежды выполняем согласно ОДН 218.1.052-2002 «ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД».

Вопрос об усилении дорожной одежды рассматривается всегда, когда ее фактический модуль упругости (Еф), определенный в результате полевых испытаний, оказывается меньше требуемого по условиям движения (Етр).

Способ повышения прочности дорожной одежды выбирают в результате технико-экономического сравнения вариантов. При использовании фрезерования дорожного покрытия в расчетах используют значения фактической прочности дорожной одежды, полученные после фрезерования. Если на момент проведения обследований фактический модуль упругости больше требуемого (Еф > Етр), а ровность покрытия неудовлетворительная, осуществляют укладку выравнивающего слоя с обеспечением сцепных свойств поверхности дорожного покрытия.

В общем случае требуемый модуль упругости дорожных одежд и земляного полотна определяют по формуле

, (4.1)

где Xj - параметр, зависящий от допускаемой вероятности повреждения покрытий (табл.1 прил.6).

Крег - региональный коэффициент; Крег = 1 - для I-IV ДКЗ; Крег = 0,85 для V ДКЗ;

Кz - расчетный коэффициент, зависящий от фактической интенсивности дорожного движения (табл.4 прил.6);

Кси - коэффициент, учитывающий сопротивление конструктивных слоев дорожных одежд сдвигу и изгибу (табл.3 прил.6).

Для случая роста интенсивности движения во времени в соответствии с законом геометрической прогрессии

, (4.2)

где A и B - эмпирические коэффициенты, принимаемые для расчетной нагрузки:

A = 125 МПа; B = 68 МПа;

 - параметр, учитывающий суммарное число приложений расчетной нагрузки и принимаемый для усовершенствованных капитальных, облегченных и переходных одежд соответственно: = 0,12;= 0,148;= 0,171;

* - коэффициент, учитывающий продолжительность расчетного периода и агрессивность воздействия расчетных автомобилей в разных погодно-климатических условиях (принимают по таблицам 5.1 и 5.2 прил.6);

N1 - среднесуточная интенсивность движения на полосу в расчетный период 1-го года эксплуатации, приведенная к расчетным автомобилям, авт./cyт.

, (4.3)

где q - показатель роста интенсивности движения (приложение 5);

ti - расчетный период эксплуатации дорожной одежды, годы.

Независимо от результата, полученного по формуле (4.2), величина (Emin) должна быть не менее указанной в табл.4.1.

Таблица 4.1

Категория дороги	Emin
	Капитальные	Облегченные	Переходные
I	230	-	-
II	220	210	-
III	200	200	-
IV	-	150	100
V	-	100	50

При оценке прочности автомобильных дорог, находящихся в эксплуатации, требуемые модули упругости рассчитывают по формулам раздела 4.2. при

, (4.8)

где Tp - проектный, расчетный срок службы дорожной одежды, годы;

tф - фактический период эксплуатации от момента строительства или последнего ремонта дорожной одежды до момента обследования дороги, годы.

Если на момент обследования дороги оставшийся период эксплуатации составляет не более года (т.е. tф Tp), то, где To - нормативный срок службы дорожной одежды, годы.

Нормативный срок службы дорожной одежды и соответствующий ему нормативный уровень надежности конструкции принимают по табл.6 прил.6.

Расчет толщины слоев усиления ведут по установленному соотношению (Етр/Еф), используя номограмму приложения 6. При использовании номограммы сначала назначают модули упругости слоев усиления (Е1)*, затем рассчитывают соотношения (Еф/Е1) и (Етр/Е1). Откладывают полученное соотношение (Еф/Е1) на оси ординат, проводят горизонталь до пересечения с наклонной линией, характеризуемой соотношением (Етр/Е1). Из точки пересечения опускают вертикаль до пересечения с осью абсцисс, где находят соотношение (X=h/D). Используя расчетный диаметр отпечатка колеса (D) (табл.1 прил.1), определяют искомую толщину слоя усиления

. (5.1)

__________________

* Модули упругости - по ОДН 218.046-01

Принятая конструкция усиления дорожной одежды приведена на рис. 5 и в графической части проекта.