Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Проект новой автомобильной дороги

1.1 Природные условия района проектирования

1.1.1 Природно-климатические условия

Район строительства находится во II климатической зоне, включающей в себя географическую зону лесов с избыточным увлажнением грунта.

Климат района умеренно-континентальный с теплым влажным летом и умеренно холодной зимой. Самый холодный месяц - январь, самый теплый - июль.

Таблица 1.1 - Температура воздуха по месяцам

Гомельская область	месяца	среднегодовая t0
Температ возд. 0С	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
	-6.9	-6.3	-1.8	6.3	13.7	16.9	18.6	17.4	12.5	6.4	0.6	-4.3	6.1

В геоморфологическом отношении проектируемая автодорога приурочена к восточной части Припятской водно-ледниковой равнины области Белорусского Полесья.

Средняя декадная глубина промерзания почвы 60 см, наибольшая - 106 см. Продолжительность безморозного периода (средняя) в воздухе - 151 день, на почве - 148 дней.

Среднегодовое количество осадков 546 мм. Преобладающее направление ветра зимой - юго-западное и западное, летом - юго-восточное. Ветровой режим области приводится согласно [] в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Направление и скорость ветра

Месяцы	Повторяемость штилей и направлений ветра, % Средняя скорость ветра по направлениям, м/с
	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ	штиль
Январь	8 5,6	10 4,7	6 5	14 4,4	16 4,6	20 4,8	15 5,5	11 5,3	8
Июль	14 4,3	10 3,8	6 2,7	6 3,1	9 3,1	13 3,5	20 4	22 4,3	16

Климатическая характеристика района проектирования дается по усредненным данным многолетних наблюдений метеостанции города Гомеля.

1.1.2 Инженерно-геологические и гидрогеологические условия

Инженерно-геологические изыскания для составления проекта автомобильной дороги производились на территории Добрушского района Гомельской области на основании технического задания.

Цель изысканий - обследование грунта земляного полотна и естественного основания, детальная разведка резерва грунта.

Инженерно-геологические изыскания производились бурением скважин шнеками 75 мм установкой КМ-10. Буровые работы сопровождались отбором образцов грунта нарушенной и ненарушенной структуры для определения из физико-механический свойств.

Грунтовые воды на территории проведения инженерно-геологических изысканий на автодороге вскрыты на отдельных участках скважинами на глубине 0,0-2,8 м от поверхности автодороги. Водовмещающие породы - пески мелкие.

Питание водоносного горизонта, являющегося первым от поверхности, осуществляется в основном за счет осадков, также частично за счет подпитывания из нижележащих водоносных горизонтов.

По характеру поверхностного стока и степени увлажнения район прохождения проектируемой автодороги относится к I типу местности, за исключением участков ПК 198 + 45 - ПК 220 + 00, относящихся ко II типу местности.

1.1.3 Грунтово-геологические нормативы

Полоса проложения дороги проходит по равнинному слабопересеченному рельефу, т.е. трудных участков не имеется и поэтому для проектирования следует принять основной расчет скорости и уклона проектной линии.

В геологическом строении района проведения инженерно-геологических работ принимают участие следующие генетико-возрастные типы четвертичных отложений:

Среднечетвертичные флювиогляциальные отложения днепровского горизонта (f П d s).

Флювиогляциальные отложения распространены повсеместно на обследуемой территории. Представлены песками мелкими с Кф - 0,1-1,0 м/сут. Мощность данных отложений на разведанную глубину 2,5-4,6 м.

1.2 Основные технические нормативы проектирования дороги

Проектирование юго-восточного обхода города Гомель осуществляется на основании [1] с учетом региональных физико-географических и современных экономических особенностей Республики Беларусь.

Категория проектируемой автомобильной дороги устанавливается в зависимости от перспективной суммарной интенсивности движения автомобилей с грузоподъемностью более 5т в обоих направлениях, определяемой по формуле

, (1.1)

где N₀ - интенсивность движения в первый год службы дороги, авт/сут;

q - коэффициент среднегодового прироста интенсивности движения;

T - число лет службы дороги до капитального ремонта, согласно [] T=5 лет.

Согласно исходным данным производится расчет перспективной суммарной интенсивности движения, приведенный в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Расчет перспективной суммарной интенсивности движения автомобилей

Тип автомобиля	Марка автомобиля	Интенсивность движения в 1 год, ед/сут.	Суммарная перспективная интенсивность
Грузовые автомобили	УАЗ-451	95	108
	ГАЗ-САЗ-53Б	57	64
	КрАЗ-256Б	72	81
	МАЗ-500А	67	76
	КаМАЗ-5511	87	98
	ГАЗ-53А	84	94
	МАЗ-516Б	73	82
	ЗИЛ-13Г	83	93
Автобусы	ЛАЗ-695Н	22	24
Легковые автомобили	62	70
Общая интенсивность	702	790

Согласно приведенным данным и [1] проектируемая дорога относятся к III категории

Основные параметры поперечного профиля:

- ширина земляного полотна - 12 м;

- ширина проезжей части - 7 м х 2 х 0,5 м;

- ширина полосы движения - 3,0 м;

- число полос движения - 2;

- ширина обочин - 2,0 м;

- наименьшая ширина укрепленной полосы обочины - 0,5 м.

План и продольный профиль дороги проектируются с учетом наименьшего ограничения и изменения скорости, обеспечения безопасности и удобства движения, максимальной защиты дороги от снежных заносов.

Таблица 1.4 - Допустимые нормы проектирования

Расчетная скорость, км/ч	Наибольший продольный уклон для прямых участков, ‰	Расчетные расстояния видимости, м	Наименьшие радиусы кривых, м
		для остановки	для встречного автомобиля	в плане	в продольном профиле
					выпуклые	вогнутые
100	50	200	350	600	10000	3000

Сопряжение прямых участков с кривыми в плане радиусом 2000 м и менее проектируются с переходными кривыми и устройством виража.

Переломы проектной линии продольного профиля автомобильной дороги при алгебраической разности уклонов 10‰ и более сопрягаются вертикальными прямыми.

Земляное полотно проектируется, исходя из условий устойчивости и стабильности его геометрической формы, прочности дорожной одежды, независимо от изменяющегося температурного и водного режима. Земляное полотно устраивается с кюветами, глубиной не менее 0,7 мм уклоном не менее 5 ‰. Крутизна откосов земляного полотна составляет 1:1,5.

На пересечениях с постоянно действующими водотоками устраиваются водопропускные трубы, рассчитанные на пропуск большего из расходов дождевого паводка с вероятностью превышения 2% и весеннего половодья с вероятностью 1%.

Продольные уклоны дороги на подходах к пересечениям и примыканиям на протяжении расстояния видимости для остановки автомобиля не превышают 40%.

1.3 Проектирование плана и трассы автомобильной дороги

1.3.1 Проектирование трассы автомобильной дороги

Проектируемый участок автомобильной дороги располагается в области равнин Предполесья, в районе аллювиальной низины. Рельеф представляет собой слабо расчленённую лесистость, характеризующуюся средней холмистостью. Колебание отметок между долиной реки Уть и плавным водоразделом составляет порядка 20 м. Гидрологическая сеть в районе проложения дороги отсутствуют.

По направлению трасса проектируемого участка автодороги совпадает с юго-восточным обходом города Гомель. Проектируемый вариант трассы имеет начало ПК 18 + 00. Началом проектируемой дороги является транспортная развязка дорог Гомель - Терюховка и Каравышень - Красная Гора. Конец проектируемой дороги находится на ПК 22 + 00, дороги с направлением Гомель - Добруш. Данная дорога пересекает большие площади ценных сельскохозяйственных угодий. Участок трассы имеет два угла поворота.

Первый угол поворота имеет радиус поворота 1600 м и находится на ПК 19 + 12, второй угол поворота имеет радиус 800 м и находится на ПК 19 + 52. Данная трасса общей протяжённостью 4 км проложена в обход населённого пункта Жгуна - Буда с западной стороны.

План и закрепление точек трассы представлены на Листе 1.

1.3.2 Составление ведомости углов поворота прямых и кривых

После окончания выбора направления трассы составляется ведомость углов поворота, прямых, переходных и круговых кривых.

Расчет основных элементов закруглений выполняется по формулам, приведенным ниже.

Тангенс круговой кривой определяется по формуле

, (1.2)

где R - радиус круговой кривой, м;

- угол поворота, град.

Длина круговой кривой вычисляется по формуле

. (1.3)

Биссектриса круговой кривой находится по формуле

. (1.4)

Дополнительный тангенс определяется по формуле

, (1.5)

где t₁ - приращение тангенса при устройстве переходной кривой, вычисляемое по формуле:

, (1.6)

где L - длина переходной кривой, м;

Тр - приращение тангенса, вызванное сдвижкой Р.

, (1.7)

где Р - сдвижка круговой кривой при устройстве переходной кривой определяемая по формуле

(1.8)

Приращение биссектрисы круговой кривой, вызываемое сдвижкой Р, находится по формуле

. (1.9)

С учетом вышеперечисленных приращений вычисляется тангенс и длина круговой кривой, длина закругления и биссектриса по формулам:

; (1.10)

; (1.11)

; (1.12)

; (1.13)

. (1.14)

Правильность составления ведомости контролируется следующими проверками (формулы 1.15 - 1.17):

, (1.15)

где - длина прямых вставок, м;

- длина круговых кривых, м;

- суммарная длина переходных кривых, м;

- длина трассы, м.

, (1.16)

где - сумма расстояний между вершинами углов, м;

- суммарная длина, м.

, (1.17)

где - конечный азимут, °;

- начальный азимут, °;

- суммарная величина углов поворота вправо, °;

- суммарная величина углов поворота влево, °.

Произведем проверку.

1) При = 7167,34 м; = 7692,66 м; = 240 м; =15,1 км.

7167,34 +М7692,66 + 240=, 15,1 км

15,1 км = 15,1 км

Проверка выполняется.

2) При = 14154,13 м; = 945.87 м; =15,1 км = 15100 м.

14154,13 + 945.87 = 15100 м

15100 м = 15100 м

Проверка выполняется.

3) При _лев¹ = 7845'; _лев² = 1356'; _лев³ = 50; _лев⁴ = 923'; _лев⁵ = 2236'; _пр¹ = 236'; _пр² = 847'; _пр³ = 1609'; _пр⁴ = 5208'; А_Н = 10310'; А_К = 812'.

- 812' - 103°10' = 79°42' - 174°40'

- 9502' = - 9502'

Для безопасности движения при R < 2000 м на дороге проектируются виражи. Поперечный уклон виража должен быть не меньше уклона проезжей части, при двухскатном профиле. Значение поперечного уклона профиля выбирается в зависимости от радиуса.

Односкатный поперечный профиль виража устраивается на всем протяжении круговой кривой. Постепенный плавный переход от двухскатного поперечного профиля проезжей части к односкатному выполняется на участке отгона виража на протяжении переходной кривой.

При отгоне виража наружная кромка проезжей части постепенно повышается над внутренней, возникает дополнительный продольный уклон.

Переход от двухскатного профиля к односкатному выполнен вращением вокруг оси внешней половины проезжей части до тех пор, пока вся проезжая части не образует одну плоскость с поперечным уклоном, равным уклону при двухскатном профиле. Затем вращаем проезжую часть вокруг ее внутренней кромки до получения уклона виража. Проектные отметки внутренней кромки проезжей части в таком случае не изменяются.

Подъем внешней обочины, придание ей уклона, равного поперечному уклону, проезжей части произведен до начала отгона, на расстоянии 10 м.

Обочинам придан уклон равный дополнительному продольному уклону. Бровки подняты на величину:

, (1.18)

где Q - ширина обочины;

i_o - поперечный уклон обочины;

i₁ - поперечный уклон проезжей части при двухскатном профиле.

Производится определение превышений в характерных точках поперечного профиля виража внутренней кромки проезжей части.

Уширение +в устраивается при движении по дороге автопоездов длиной более 12 м, так как в данном случае уширение проезжей части не устраивается, +в=0, то для превышений формулы внутренней кромки проезжей части имеют вид:

, (1.19)

, (1.20)

, (1.21)

. (1.22)

Разбивка виража заключается в нахождении и закреплении на местности точек определяющих положение оси внешней и внутренней бровки зимнего полотна.

Разбивка выполнена по поперечникам, начиная в точке начала переходной кривой и кончая серединой закругления. Поперечники назначены через каждые 10 м.

На каждом поперечнике влево и вправо от оси дороги откладывают половину ширины проезжей части. От полученных точек откладывают ширину обочины и получают положение бровки земляного полотна.

После разбивки закругления в плане выполняют разбивку виража.

Для высотной разбивки определяем уклоны направляющих линий и рассчитываем отметки бровки, кромки и оси на всех профилях:

- отметка внутренней бровки в начале отгона виража

, (1.23)

- отметка внутренней бровки в конце отгона виража

, (1.24)

где H^H_пр, H^К_пр - проектные отметки бровки земляного полотна (из продольного профиля соответственно в начале и конце отгона виража)

Выражение для остальных характерных точек в поперечных сечениях отгона виража, которые устраивают через 10 м приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.6 - Отметка поперечных точек в поперечных сечениях отгона виража

Поперечное сечение	Характерные точки
	внутренняя кромка	ось дороги	внешняя кромка	внешняя бровка
Начало отгона виража	H2H= H1H+Qio	H3H= H1H+(в/2+а) i1	H4H= H2H	H2H= H1H+Qio
конец отгона виража	H2H= H1К+(а-+в) iв	H3К= H3К+ho	H2H= H1H+Qio	H2H= H1H+Qio

Для определения отметок точек в промежуточных сечениях отгона виража определены уклоны направляющих линий.

Уклоны направляющих линий находим из выражения

, (1.25)

где j - обозначение направляющей линии.

Затем рассчитываем отметки характерных точек в остальных поперечных сечениях.

Результаты расчетов приведены в Приложении.

1.3.3 Разбивка переходных и круговых кривых

По данным ведомости углов поворота прямых и кривых находим характерные точки кривых в плане.

Начало переходной кривой

. (1.26)

Конец переходной кривой и начало кривой:

. (1.27)

Конец кривой и начало переходной кривой

. (1.28)

Конец переходной кривой

. (1.29)

1.4 Подбор типов и определение отверстий малых водопропускных сооружений

1.4.1 Расчет стока

Расход определяется по двум видам стока: ливневому и снеговому. Ливневой сток определяется по упрощенной формуле профессора Е.В. Болдакова

, (1.30)

где - геоморфологический коэффициент, зависящий от рельефа местности;

h - слой стока, зависящий от ливневого района, категории почв по впитываемости и вероятности превышения р=2%;

z - потери слоя стока, обусловленные смачиванием растительности и заполнением впадин микрорельефа, z=10 мм;

F - площадь бассейна, км²;

k - коэффициент шероховатости лога и склонов, k=1,3;

- коэффициент учета неравномерности дождя на бассейне, зависящий от длины бассейна, =1;

- коэффициент учета на бассейне озер и болот, =1.

Приведем пример расчета ливневого стока для искусственного сооружения на ПК 189 + 01.

При i=18 ‰, =0,034; категория почв IV, h=11 мм; z=10 мм; F=2,1 км²; k=1,3; =1; =1

м³/с

Расчет ливневого стока по обоим вариантам проектируемой автодороги сведен в таблицу 1.7.

Таблица 1.7 - Расчеты ливневого стока

Местоположение искусственного сооружения	Средний уклон главного лога	Геоморфологический коэффициент	Категория почвы	Слой стока	Потери слоя стока	Площадь бассейна	Коэффициент гидравлической шероховатости лога	Коэффициент гидравлической шероховатости склонов	Коэффициент шероховатости лога и склонов	Коэффициент учета неравномерности выпадения дождя	Коэффициент уменьшения расхода
ПК +	iл, ‰			h, мм	z, мм	F, км2	mл	mс	k
189+01	1	0,013	IV	11	10	2,1	20	20	1,3	1	1
196+00	0,6	0,008		11	10	1,0
200+60	0,8	0,008		11	10	0,9
208+00	1	0,013		11	10	1,0
215+64	1,3	0,013		11	10	2,2
203+12	0,8	0,008		11	10	0,9
213+00	1	0,013		11	10	1,0

Величину стока от снеготаяния определяем по формуле

, (1.31)

где - объем снегового стока, тыс. м³;

- время наступления пика паводков, ч.

Объем снегового стока определяем по формуле

, (1.32)

где h_сн - слой дневного снегового стока (при р=2%, h_сн=51 мм);

- коэффициент, учитывающий экспозицию бассейна;

- коэффициент, учитывающий неравномерность таяния снега, зависящий от размеров бассейна.

Время наступления пика паводков определяем по формуле

, (1.33)

где - скорость продвижения пика паводка, мин на 1 км лога;

L₀ - расстояние от центра тяжести бассейна до сооружения, км.

Расчеты по определению стока снеготаяния сводим в таблицу 1.8.

Таблица 1.6 - Определение расхода от снеготаяния

ПК +	hсн, мм	F, км			L0, км	, мин.	, тыс. м3	ф, ч
189+01	51	2,1	1	0,8	1,1	46	85,68	2,53
196+00		1,0	1	0,9	1,0	46	45,9	2,3
200+60		0,9	1	0,9	1,0	46	41,9	2,3
208+00		1,0	1	0,9	1,0	46	45,9	2,3
215+64		2,2	1	0,8	1,1	46	89,76	2,53
203+12		0,9	1	0,9	1,0	46	41,9	2,3
213+00		1,0	1	0,9	1,0	46	45,9	2,3

Для выбора типа водопропускного сооружения принимаем расчет по ливневому стоку.

1.4.2 Выбор типов и отверстий малых водопропускных сооружений

Подбираем отверстия малых водопропускных сооружений и их тип на оснований вышеприведенных расчетов в соответствии с [7]

ПК 189+01 круглая железобетонная труба O 1,0 м;

ПК 200+60 круглая железобетонная труба O 1,0 м;

ПК 196+00 круглая железобетонная труба O 1,0 м;

ПК 203+12 круглая железобетонная труба O 0,6 м;

ПК 208+00 круглая железобетонная труба O 1,0 м;

ПК 213+00 круглая железобетонная труба O 0,8 м;

ПК 215+64 круглая железобетонная труба O 1,2 м.

1.5 Проектирование продольного профиля

1.5.1 Определение рекомендуемых рабочих отметок насыпи

Рекомендуемая рабочая отметка насыпи устанавливается из двух условий:

1) Верх дорожной одежды должен возвышаться над уровнем грунтовых вод или длительно стоящих поверхностных вод над поверхностью земли на минимально допускаемую величину, которая зависит от вида грунта и дорожно-климатической зоны;

2) В открытых местах, где возможны значительные снежные заносы, бровка земляного полотна в насыпи должна возвышаться над поверхностью снежного покрова на величину, обеспечивающую ее незаносимость.

Рекомендуемая рабочая отметка насыпи по первому условию при наличии грунтовых вод определяется по формуле

, (1.34)

где h₁ - допустимое минимальное превышение верха дорожной одежды над уровнем грунтовых вод, h₁ =2,2 м [1];

с - ширина обочины;

i_об - уклон обочины, i_об =50 ‰;

h₂ - уровень залегания грунтовых вод.

При h₁ =2,2 м; с=2,5 м; i_об =50 ‰; =0,6 м;

Рекомендуемая рабочая отметка насыпи имеет минимальные значения. Поэтому расчет необходимо вести из условия снегонезаносимости

, (1.35)

где h_сн - расчетная толщина снежного покрова, м;

- минимальное возвышение бровки земляного полотна над снежным покровом, м.

При h_сн =0,65 м; =0,6 м

h_рек=0,65 + 0,6=1,25 м

Т.е. рекомендуемая рабочая отметка насыпи =1,48 м.

1.5.2 Определение отметок контрольных точек

Контрольными точками продольного профиля являются пересечения с железными и автомобильными дорогами, а так же пересечения с водотоками.

В данном курсовом проекте не указаны высотные отметки существующих дорог, следовательно, определению подлежат только отметки точек над водопропускными сооружениями.

На всем протяжении обоих вариантов проектируемой автодороги в качестве водопропускных сооружений запроектировано 5 круглых одноочковых железобетонных труб.

Контрольные отметки над трубами рассчитаем по формуле

, (1.36)

где H_з - отметка земли в месте расположения трубы, м;

- толщина свода трубы, м;

d - диаметр трубы, м;

h_зас - толщина засыпки, h_зас=0,5 м.

Результаты определения контрольных точек сведены в таблицу 1.9.

При пересечении с автомобильной дорогой контрольные точки равны отметке бровки земляного полотна существующей автомобильной дорогой.

Определения контрольных точек при пересечении с автомобильной дорогой сведены в таблицу 1.9.

Таблица 1.9 - Определение контрольных точек

Местоположение	Отверстие трубы, м	Контрольная отметка, м
ПК 189 + 01	1,0	148,27
ПК 196 + 00	1,0	148,84
ПК 200 + 60	1,0	149,23
ПК 208 + 00	1,0	152,35
ПК 215 + 64	1,2	146,35
ПК 188 + 67	_	148,23
ПК 203 + 12	_	151,73
ПК 213 + 00	_	149,09

1.5.3 Нанесение проектной линии

Рельеф местности носит преимущественно плавный вид, поэтому проектную линию наносим по обертывающей, придерживаясь рекомендуемых рабочих отметок и уклонов.

Проектную линию наносим прямыми участками с последующим вписыванием в переломы профиля с алгебраической разностью уклонов более 10 ‰ вертикальных кривых. При этом руководствуемся нормами [1] и конкретными особенностями местности.

Для расчета вертикальных кривых ведем по следующим формулам:

Длина кривой

, (1.37)

где - алгебраическая разность уклонов, ‰;

R - принятый радиус кривой, м.

Тангенс кривой

. (1.38)

Расстояние от начала кривой до вершины кривой и от вершины кривой до конца кривой

, . (1.39)

Превышение начала кривой над вершиной кривой и вершины кривой над концом кривой

, . (1.40)

Положение вершины кривой в плане

. (1.41)

Высотное положение вершины кривой

. (1.42)

Высотное положение промежуточных точек

, (1.43)

где X - расстояние от вершины кривой до данной точки, м.

1.5.4 Проектирование кюветов

Кюветы устраиваются в выемках, нулевых местах и на участках низких (до 1 м) насыпей. Дно кювета должно иметь уклон не менее 5 ‰ для обеспечения хорошего стока воды. Так как грунт по трассе суглинок тяжелый, то глубина кювета назначается 0,8 м.

Проектирование кюветов включает проектирование продольного профиля дна кюветов и назначение укрепления кюветов.

Уклоны проектной линий на участке дороги, где необходим кювет, не менее 5 ‰.Тогда дно кювета располагается параллельно проектной линии (бровке земляного полотна) ниже её на глубину кювета h_k = 0,8. Начало (конец) кювета определяют по величине рабочих отметок насыпей и выемок в точках, расположенных слева и справа от нулевой точки.

Так,

=м

и, следовательно, начало кювета расположено на расстоянии 2 м от предыдущего пикета.

1.5.5 Нанесение геологического профиля

Для нанесения геологического профиля используются данные, полученные при бурении скважин и отрывке шурфов. Эти данные приведены в задании на курсовой проект. Глубина скважин - до 5 метров, они бурятся вблизи водопропускных сооружений с целью получения более детальной информации о характере залегающих здесь грунтов. Шурфы устраиваются глубиной 3-4 метра на расстоянии 200-300 метров друг от друга. В колонке шурфов и скважин условными обозначениями показаны виды грунтов, а так же глубина их залегания.

2. Проектирование дорожной одежды

2.1 Исходные данные

Дорожная одежда запроектирована исходя из транспортно-эксплуатационных требований, установленных для III категории состава и перспективной интенсивности движения, климатических и грунтово-геологических условий, наличия местных строительных материалов.

2.2 Определение расчётной интенсивности движения и требуемого модуля упругости

По расчётной приведённой интенсивности движения N_{расч.пр.}=200 авт/сут, номограмме [4] определяем требуемый модуль упругости Е_тр = 245 МПа. Это значение больше минимального модуля упругости, приведённого в [4], где Е_тр = 180 МПа для усовершенствованного покрытия капитального типа III категории, следовательно, в качестве расчётного принимаем Е_тр = 245 МПа.

2.3 Назначение вариантов конструкции дорожной одежды

Таблица 2.1 - Расчётные значения характеристик материалов

Материал слоя и грунт земляного полотна	Расчётные значения материалов
	I вариант	II вариант
	по упругому прогибу, МПа	на растяж. при изгибе, МПа	по упругому прогибу, МПа	на растяж. при изгибе, МПа
Мелкозернистый плотный асфальтобетон марки I на битуме БНД 60/90	Е1 = 3200	Е1 = 4500 Ru = 2,8	Е1 = 3200	Е1 = 4500 Ru1 = 2,8
Крупнозернистый пористый асфальтобетон марки I на битуме БНД 60/90	Е2 = 2000	Е2 = 2800 Ru = 1,6	Е2 = 2000	Е2 = 2800 Ru2 = 1,6
Крупнозернистый высокопористый асфальтобетон марки I на битуме БНД 200/300			Е3 = 950	Е3 = 1400 Ru3 = 1,1
Щебень фракционированный 20/60 мм, обработанный в верхней части на глубине 10 см песчано-цементной смесью	Е3 = 500	Е3 = 500
Щебёночно-песчаная смесь			Е4 = 300	Е4 = 300 Ru4 = 0,25
Грунт земляного полотна - песок мелкий	Егр = 100	Егр = 100	Егр = 100	Егр = 100

2.4 Расчёт дорожной одежды по упругому прогибу

Расчёт дорожной одежды по упругому прогибу производим снизу вверх, определяя общий модуль упругости конструкций дорожных одежд с использованием номограмм [4].

Общий модуль упругости Еⁱ_общ определяется с использованием соотношений:

, (2.1)

, (2.2)

где hi - толщина i-го слоя, см;

Д - диаметр круга, эквивалентного площади контакта шины расчётного автомобиля с покрытием, см;

Еⁱ⁺¹общ - общий модуль упругости на поверхности i-го слоя, МПа;

Еi - модуль упругости i-го слоя, МПа.

Произведём расчёт прочности дорожной одежды по упругому прогибу для I варианта конструкции дорожной одежды:

Общий модуль упругости на поверхности 3-го слоя:

При h3 = 30 см; Д = 37 см; Е^гробщ = 100 МПа; Е3 = 500 МПа

,

.

По номограмме находим:

,

.

Общий модуль упругости на поверхности 2-го слоя:

При h2 = 7 см; Д = 37 см; Е^гробщ = 230 МПа; Е2 = 2000 МПа

,

.

По номограмме находим:

,

.

Общий модуль упругости на поверхности 1-го слоя:

При h1 = 5 см; Д = 3 см; Е²общ = 260 МПа; Е1 = 3200 МПа

,

.

По номограмме находим:

,

.

Коэффициент прочности по упругому прогибу, для I-го варианта конструкции дорожной одежды, равный Еобщ / Етр = 272 / 245 = 1,11 больше минимального требуемого значения К^трпр = 0,95.

Произведём расчёт прочности дорожной одежды по упругому прогибу для II варианта конструкции дорожной одежды:

Общий модуль упругости на поверхности 4-го слоя:

При h4 = 24 см; Д = 37 см; Е^гр = 100 МПа; Е3 = 300 МПа

,

.

По номограмме находим:

,

.

Общий модуль упругости на поверхности 3-го слоя:

При h3 = 8 см; Д = 37 см; Е^гробщ = 165 МПа; Е3 = 950 МПа

,

.

По номограмме находим:

,

.

Общий модуль упругости на поверхности 2-го слоя:

При h2 = 6 см; Д = 37 см; Е³общ = 209 МПа; Е2 = 2000 МПа

,

.

По номограмме находим:

,

.

Общий модуль упругости на поверхности 1-го слоя:

При h1 = 4 см; Д = 37 см; Е²общ = 260 МПа; Е1 = 3200 МПа

,

.

По номограмме находим:

,

.

Коэффициент прочности по упругому прогибу, для II-го варианта конструкции дорожной одежды, равный Еобщ / Етр = 288 / 245 = 1,18 больше минимального требуемого значения К^трпр = 0,95.

Таким образом, оба варианта конструкции дорожной одежды удовлетворяют требованиям прочности дорожной одежды по упругому прогибу.

2.5 Расчёт сопротивления растяжению при изгибе

В монолитных слоях дорожной одежды (слой №1 и №2 - вариант I и слой №1, №2 и №3 - вариант II) возникающие напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок не должны вызывать нарушения структуры, то есть должно быть обеспечено условие [4]

, (2.3)

где R_доп - допускаемое растягивающее напряжение асфальтобетонного покрытия, МПа;

G_т - наибольшее растягивающее напряжение для нижнего слоя асфальтобетона, определяется по формуле [4]

, (2.4)

где Ru - среднее значение сопротивления асфальтобетона растяжению при изгибе, МПа [4];

t - коэффициент нормативного отклонения Ru, принимаемый в зависимости от уровня надёжности [4];

Cv - коэффициент вариации прочности на растяжение при изгибе асфальтобетона, Cv = 0,1;

Ky - коэффициент усталости, учитывающий повторность нагружения, определяемый согласно [4];

Km - коэффициент снижения прочности от воздействия природно-климатических факторов (для асфальтобетона I марки Km = 1,0).

Определим допустимое растягивающее напряжение асфальтобетонного покрытия (R_доп) для I варианта конструкции дорожной одежды:

При Ru = 1,6 МПа; t = 1,71; Cv = 0,1; Ky = 1,3; Km = 1,0

.

Средний модуль упругости двухслойного асфальтобетона (Iвариант) определяется по формуле в соответствии с [4]

, (2.5)

При E₁ = 4500 МПа; E₂ = 2800 МПа; h₁ = 5 см; h₂ = 7 см

.

Определяем растягивающее напряжение в асфальтобетоне из соотношения:

, (2.6)

При E_ср = 3508 МПа; E_общ = 230 МПа

По номограмме [4] находим МПа

Определяем полное растягивающее напряжение по формуле

, (2.7)

где р - расчётное давление на покрытие, МПа;

К_б - коэффициент учитывающий особенности напряжённого состояния покрытия под колесом автомобиля со спаренными баллонами, К_б= 0,85

При МПа; р = 0,6 МПа; К_б = 0,85

МПа.

Определим коэффициент прочности дорожной одежды по формуле (2.3)

При R_доп = 1,72 МПа; G_r = 1,07 МПа; К_пр = 0,95

.

Так как К_пр = 1,61 больше минимального требуемого коэффициента прочности, равного 0,95, то конструкция дорожной одежды по I варианту удовлетворяет всем условиям прочности.

Произведём аналогичный вышеприведённый расчёт прочности дорожной одежды при изгибе для II варианта конструкции дорожной одежды.

Определим допустимое растягивающее напряжение асфальтобетонного покрытия по формуле (2.4):

При Ru = 1,1 МПа; t = 1,71; Cv = 0,1; Ky = 1,55; Km = 1,0

.

Средний модуль упругости трёхслойного асфальтобетона (II вариант) определяется по формуле

, (2.8)

При E₁ = 4500 МПа; E₂ = 2800 МПа; E₃ = 1400 МПа; h₁ = 4 см; h₂ = 6 см; h₂ = 8 см

.

Определяем растягивающее напряжение в асфальтобетоне из соотношения (2.6)

При E_ср = 2555 МПа; E_общ = 165 МПа



По номограмме [4, с. 17, рис. 4] находим МПа.

Определяем полное растягивающее напряжение по формуле (2.7)

При МПа; р = 0,6 МПа; К_б = 0,85

МПа.

Определим коэффициент прочности дорожной одежды по формуле (2.3)

При R_доп = 1,41 МПа; G_r = 0,79 МПа; К_пр = 0,95

.

Так как К_пр = 1,78 больше минимального требуемого коэффициента прочности, равного 0,95, то конструкция дорожной одежды по II варианту удовлетворяет всем условиям прочности.

2.6 Определяем морозоустойчивость дорожной одежды

Суммарная толщина дорожной одежды соответствующая морозному пучению не превышающая допустимого значения определяется по формуле:

, (2.9)

где Z - глубина промерзания, см;

f_пуч - допускаемая величина пучения, %;

К_пуч - коэффициент пучения;

₁ - коэффициент теплопроводности дорожной одежды;

₂ - коэффициент теплопроводности грунта.

Коэффициент пучения определяется по формуле:

, (2.10)

где - коэффициент, учитывающий условия увлажнения;

- коэффициент, учитывающий тип поперечного профиля земляного полотна;

К_п - коэффициент, учитывающий пучение земляного полотна;

- климатический коэффициент, определяемый по карте изолиний.

При =1,5 []; =1,5 []; К_п=4,5 при = 100; =35

.

Определяем коэффициент теплопроводности дорожной одежды (₁) для I варианта конструкции дорожной одежды по формуле:

, (2.11)

где _ic - коэффициент теплопроводимости i-го слоя дорожной одежды [];

h_i - толщина i-го слоя дорожной одежды, см

При _1c = 0,9; _2c = 0,9; _3c = 1,5; h₁ = 5 см; h₂ = 7 см; h₃ = 30 см;

.

Определим суммарную толщину дорожной одежды, которая соответствует морозному пучению не превышающая допустимого значения для I варианта по формуле (2.9)

При Z = 60 см; f_пуч = 4%; К_пуч = 28,9%; ₁ = 1,33; ₂ = 2

.

Определяем коэффициент теплопроводности дорожной одежды (₁) для II варианта конструкции дорожной одежды по формуле (2.11)

При _1c = 0,9; _2c = 0,9; _3c = 0,9; _4c = 1,5; h₁ = 4 см; h₂ = 6 см; h₃ = 8 см; h₄ = 24 см

.

Определим суммарную толщину дорожной одежды, которая соответствует морозному пучению не превышающая допустимого значения для II варианта по формуле (2.9)

При Z = 60 см; f_пуч = 4% []; К_пуч = 28,9%; ₁ = 1,24; ₂ = 2

.

Так как фактическая толщина конструкций дорожных одежд I и II вариантов h = 42 см превышает расчётную толщину по условию морозоустойчивости и , то нет необходимости в устройстве специального морозозащитного слоя.

2.7 Технико-экономическое сравнение вариантов дорожной одежды

1. Конструкция сравниваемых вариантов дорожной одежды:

I вариант - мелкозернистый плотный асфальтобетон марки I h₁ = 5 cм; крупнозернистый пористый асфальтобетон марки I h₂ = 7 cм; щебень фракционированный, обработанный в верхней части на глубину 10 см песчано-цементной смесью, h₃ = 30 cм;

II вариант - мелкозернистый плотный асфальтобетон, h₁ = 4 cм; крупнозернистый пористый асфальтобетон, h₂ = 6 cм; крупнозернистый высокопористый асфальтобетон, h₃ = 8 cм; щебёночно-песчаная смесь, h₄ = 24 cм.

2. Год приведения затрат (срок окончания строительства автомобильной дороги) - 2003 год.

3. Межремонтные сроки: капитальный ремонт t^I,II_кр=12 лет; средний ремонта t^I,II_ср=6 лет.

4. Срок сравнения вариантов дорожной одежды t_ср=12 лет, следовательно, расчётным будет 2015 год.

Расчёт

1) Капиталовложение в строительство дорожной одежды в соответствии с [5]

, (2.12)

где С_i - стоимость слоёв дорожной одежды по укрупнённым показателям на 1000 м² при толщине слоя 10 см [5];

h_i - толщина слоёв, см.

Капитальные вложения в строительство дорожной одежды I варианта составят:

При С₁ = 3,86 тыс. у. е.; С₂ = 3,04 тыс. у. е.; С₃ = 0,76 тыс. у. е.; h₁ = 5 см; h₂ = 7 см; h₃ = 30 см

Капитальные вложения в строительство дорожной одежды II варианта составят:

При С₁ = 3,86 тыс. у. е.; С₂ = 3,04 тыс. у. е.; С₃ = 3,04 тыс. у. е.; С₄ = 0,94 тыс. у. е.; h₁ = 4 см; h₂ = 6 см; h₃ = 8 см; h₄ = 24 см

2) Суммарные приведенные затраты на капитальный ремонт дорожной одежды определяются следующим образом. За срок сравнения (12 лет) дорожная одежда как I, так и II вариантов будет ремонтироваться капитально только один раз (t^I,II=12 лет).

Стоимость капитального ремонта 1 м² [5] для обоих вариантов одинакова:

.

Коэффициент приведения [5] для обоих вариантов принимаем на 12-й год.

Стоимость капитального ремонта 1000 м² дорожной одежды определяется по формуле в соответствии с [5]

, (2.13)

где - коэффициент для приведения затрат будущих лет к базисному году [5].

Стоимость капитального ремонта 1000 м² дорожной одежды I и II вариантов составит:

При ; = 0,25

3) Суммарные приведенные затраты на средний ремонт дорожной одежды.

За срок сравнения (12 лет) дорожные одежды I и II вариантов будут ремонтироваться средним ремонтом на 6-й год. Соответственно для этого года берётся и значение коэффициента приведения [5].

Стоимость среднего ремонта 1 м² берётся из [5].

Суммарные приведенные затраты на средний ремонт 1000м² дорожной одежды как I-го, так и II-го вариантов составят:

4) Суммарные приведенные затраты на текущий ремонт и содержание дорожной одежды.

Стоимость текущего ремонта и содержания 1 м² дорожной одежды берутся согласно [5].

За срок сравнения (12 лет) суммарные приведенные затраты на текущий ремонт и содержания 1000 м² дорожной одежды обоих вариантов определяются по формуле:

5) Суммарные приведенные затраты на 1000 м² определяются по формуле:

, (2.14)

где Е_н - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений

При Е_н = 0,12; Е_нп = 0,08

Вывод: более экономичным является I вариант дорожной одежды.

Литература

дорога автомобильный упругость проектирование

1. СНиП 2.05.02 - 85. Автомобильные дороги - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986 - 56 с.

2. СНиП 3.03.01 - 96. Проектирование нежестких дорожных одежд нежесткого типа. - Минск: Министерство архитектуры и строительства РБ, 1997 - 86 с.

3. СНиП 2.01.01 - 82. Строительная климатология и геофизика - М.: Стройиздат, 1989 - 136 с.

4. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985 - 200 с.

5. Красильщиков В.М. Проектирование автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1982 - 212 с.

6. Антонов Н.М. Проектирование и разбивка вертикальных кривых на автомобильных дорогах. М.: Транспорт, 1968 - 199 с.

7. Бабков В.Ф., Андреев А.В. Проектирование автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1987, Часть 1 - 367 с.

8. Кинодохов С.В. Таблицы для проектирования и разбивки клатоидной трассы автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1981 - 207 с.

9. ВСН-83. Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа.

10. Хомяк Я.В., Гончаренко Ф.П. Инженерное оборудование автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1990 - 229 с.

11. Орнадский Н.В. Автомобильные дороги. М.: Высшая школа, 1964 - 294 с.

12. Ситников Ю.М., Дивочкин О.А. Стадийное улучшение транспортно-эксплуатационных качеств дорог. М.: «Транспорт», 1973 - 128 с.

13. Петрушев В.А., Шуклин С.А., Московкин В.В. Сопротивление качению автомобилей и автопоездов. М.: «Машиностроение», 1975 - 225 с.

14. Афанасьев М.Б. Скорость и безопасность движения. Труды МАДИ. Вып. 28. М.: изд. МАДИ, 1969 - 160 с.

15. Васильев А.П. Состояние дорог и безопасность движения автомобилей в сложных погодных условиях. М.: «Транспорт», 1976 - 224 с.

16. Бабков В.Ф., Афанасьев М.Б., Васильев А.П. и др. Дорожные условия и режимы движения автомобилей. М.: «Транспорт», 1967 - 233 с.

17. Фримшиейн М., Волынский Б.М. Устройство для сигнализации о метеорологической дальности видимости на автомобильных дорогах. Авторское свидетельство №585463, 1976, бюлл. изобр. №47, 1977

18. Васильев А.П., Фримштейн М.И. Управление движением на автомобильных дорогах. - М.: Транспорт, 1979 - 296 с.

Размещено на Allbest.ru