В) Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

В монолитных слоях дорожной одежды (из асфальтобетона, дегтебетона, материалов и грунтов, укрепленных комплексными и неорганическими вяжущими и др.), возникающие при прогибе одежды напряжения под действием повторных кратковременных нагрузок, не должны в течение заданного срока службы приводить к образованию трещин от усталостного разрушения. Для этого должно быть обеспечено условие:

, (3.10)

где - требуемый коэффициент прочности с учетом заданного уровня надежности

R_N - прочность материала слоя на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений;

s _r - наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое, устанавливаемое расчетом.

Наибольшее растягивающее напряжение s _r при изгибе в монолитном слое определяют с помощью номограммы приводя реальную конструкцию к двухслойной модели.

К верхнему слою модели относят все асфальтобетонные слои, включая рассчитываемый. Толщину верхнего слоя модели h _в принимают равной сумме толщин, входящих в пакет асфальтобетонных слоев (S h_i).

Нижним (полубесконечным) слоем модели служит часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, включая грунт рабочего слоя земляного полотна.

Модуль упругости нижнего слоя модели определяют путем приведения слоистой системы к эквивалентной по жесткости с помощью номограммы

При использовании номограммы (рис. 3.4 [2]) расчетное растягивающее напряжение определяют по формуле:

s _r = , (3.11)

где s _r - растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку, определяемое по номограмме

к_в - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном. Принимают равным 0,85 (при расчете на однобаллонное колесо к_в = 1,00);

р - расчетное давление

Прочность материала монолитного слоя при многократном растяжении при изгибе определяют по формуле:

R_N = R_ok ₁ k ₂(1 - v_R×t), (3.11)

где R_o - нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки, принимаемое по табличным данным (

k ₁ - коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;

k ₂ - коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов

v_R - коэффициент вариации прочности на растяжение (Приложение 4) [2];

t - коэффициент нормативного отклонения (Приложение 4) [2].

Коэффициент k₁, отражающий влияние на прочность усталостных процессов, вычисляют по выражению:

, (3.12)

где SN_p - расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия

m - показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя

a - коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности

Расчеты на усталостную прочность выполняют в следующем порядке:

а) приводят конструкцию к двухслойной модели и определяют отношения , ;

b) по полученным параметрам по номограмме рисунок 3.4 [2] находят значение и по формуле 4.6 [2] вычисляют расчетное растягивающее напряжение;

c) вычисляют предельное растягивающее напряжение В пакете асфальтобетонных слоев за предельное растягивающее напряжение R_N принимают значение, отвечающее материалу нижнего слоя асфальтобетонного пакета;

d) проверяют условие и при необходимости корректируют конструкцию

. Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Расчет выполняем в следующем порядке:

а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме как общий модуль для двухслойной системы.

Е_н = = 170 МПа

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле

МПа.

б) По отношениям и по номограмме определяем = 1,90

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем

= 1,9 0,6 0,85 = 0,97 МПа.

в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение

при R_o = 8 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета

v_R = 0,10 (таблица П.4.1 [2])

t = 1,71 (таблица П.4.2 [2])

(3.13)

R_N = 8×0,25×0,80(1 - 0,1×1,71) = 1,33 МПа.

г) = 1,37, что больше, чем = 0,94

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

г) Расчет конструкции дорожной одежды на морозоустойчивость

В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях, наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд.

С этой целью применяют различные специальные мероприятия:

- использование непучинистых или слабопучинистых грунтов для сооружения верхней части земляного полотна, находящегося в зоне промерзания;

- осушение рабочего слоя земляного полотна, в том числе устройство дренажа для увеличения расстояния от низа дорожной одежды до уровня подземных вод; устройство гидроизолирующих или капилляропрерывающих прослоек для перехода от 2-ой или 3-й схемы увлажнения рабочего слоя земляного полотна к 1-й схеме;

- устройство морозозащитного слоя из непучинистых минеральных материалов, в т.ч. укрепленных малыми дозами минеральных или органических вяжущих;

- устройство теплоизолирующих слоев, снижающих глубину или полностью исключающих промерзание грунта под дорожной одеждой;

- устройство основания дорожной одежды из монолитных материалов (типа тощего бетона или других зернистых материалов, обработанных минеральным или органическим вяжущим).

Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено условие [2]

l_пуч £ l_доп, (3.14)

где l_пуч - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;

l_доп - допускаемое для данной конструкции пучение грунта

Расчет на морозоустойчивость необходимо выполнять для характерных участков или групп характерных участков дороги, сходных по грунтово-гидрологическим условиям, имеющим одну и ту же конструкцию дорожной одежды и схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

При предварительной проверке на морозоустойчивость величину возможного морозного пучения следует определять по формуле:

l_пуч = l_{пуч ср}К_УГВ К_пл К_грК_нагрК_вл, (3.15)

где l_{пуч ср} - величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая по рисунку 4.4 [2] в зависимости от толщины дорожной одежды (включая дополнительные слои основания), группы грунта по степени пучинистости (таблица 4.1 [2]) и глубины промерзания (z_п_p);

К_УГВ - коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (Н_у) при отсутствии влияния грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод следует принимать: для супеси тяжелой и пылеватой и суглинка К_УГВ = 0,53; для песка и супеси легкой и крупной К_УГВ = 0,43;

К_пл - коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя;

К_гр - коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки

К_нагр - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания (рисунок 4.2 [2]);

К_вл - коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта (таблица 4.6 [2]).

Если данные натурных наблюдений отсутствуют, глубину промерзания дорожной конструкции допускается определять по формуле:

z_п_p = z_п_p₍_cp₎ × 1,38, (3.16)

где z_п_p₍_cp₎ - средняя глубина промерзания для данного района, устанавливаемая при помощи карт изолиний (рисунок 4.4 [2]).

По карте определяем среднюю глубину промерзания z_п_p₍_cp₎ для условий г.Липецка и умножаем ее на поправочный коэффициент и находим таким образом глубину промерзания дорожной конструкции z_п_p:

Z_п_p = 1,4×1,38 = 1,52 м » 1,93 м.

Для глубины промерзания 2,0 м по номограмме по кривой для сильнопучинистых грунтов (группа IV) при толщине дорожной одежды 0,71 м определяем величину морозного пучения для осредненных условий l_пуч.ср = 7,1 см.

По таблицам и графикам находим коэффициенты:

К_угв = 0,70 К_пл = 0,8 К_гр = 1,1 К_нагр = 0,8 К_вл = 1,1

Определяем величину морозного пучения для данной конструкции:

l_пуч = l_пуч.ср×К_угв×К_пл×К_гр×К_нагр×К_вл = 7,1×0, 7×0,8×1,1×0,8×1,1 = 3,85 (см).

Поскольку для данного типа дорожных одежд допустимая величина пучения составляет 4 см дополнительного морозозащитного слоя устраивать не требуется.

4 Переустройство водопропускных труб и системы водоотвода

В процессе реконструкции дороги в случае уширения земляного полотна, а также при повышении насыпи, возникает необходимость увеличения длины водопропускных труб.

При удлинении возможны следующие варианты:

- полная перестройка водопропускных труб, которую производят в тех случаях, когда диагностика состояния труб показывает, что существующая труба не может работать до следующей реконструкции;

- удлинение водопропускных труб, без перестройки существующей части. Производится, когда состояние существующей трубы позволяет ей функционировать до новой реконструкции дороги при осуществлении соответствующего содержания и ремонте.

В связи с тем, что трубы находятся в удовлетворительном состоянии, будет производиться только их удлинение.

Работы по удлинению производятся в сухое или зимнее время, чтобы предотвратить действие воды при производстве работ.

В процессе удлинения трубы выполняются следующие операции:

- в случае постоянного проникновения воды через трубу устраивают с нижней стороны временное отводящее русло с применением экскаватора с обратной лопатой и удаляют укрепление дна и откосов

- разбирают оголовки трубы, включая открылки и портальную стенку. Применяют пневматические и электрические отбойные молотки.

- отрывают котлован для основания и фундамента на участках удлинения, (выполняют с применением экскаватора с обратной лопатой).

- на спланированном основании устраивают подготовку из песчано-щебеночной смеси

- распределяют цементный раствор, подвозимый автосамосвалами и монтируют портальные оголовки, открылки, лекальные блоки.

- монтаж звеньев труб производится с применением автомобильного крана

- выполнение омоноличивания швов между блоками портальных стенок и открылков, заделка и гидроизоляция швов звеньев. Швы конопатят и заполняют цементным раствором, цементный раствор увлажняют. Гидроизоляция швов звеньев осуществляется двумя слоями битумосинтетической ткани или двумя слоями асбестоцементной мастики. Все покрывается слоем рулонных материалов.

- засыпка котлована грунтом с послойным уплотнением. Производится бульдозером начиная с боковых пазух. Грунт уплотняют механической трамбовкой. Также уплотняют грунт над трубой до общей толщины не менее 0.5 м. выше этой толщины до верха котлована уплотнение производят самоходными катками. При этом грунт должен иметь оптимальную влажность.

Работы завершают расчисткой подводящего и отводящего русел. Засыпка удлиненной части трубы производится одновременно с уширением земляного полотна.

Таблица 4.1 - Объемы работ по реконструкции водопропускных труб

Пикетажное положение трубы	Длина трубы, м		Диаметр трубы. м	Наличие фундамента	Режим протекания воды. м
Пикетажное положение трубы	До реконструкции	После реконструкции, м	Диаметр трубы. м	Наличие фундамента	Режим протекания воды. м
9+15			1,0	Без фундамента	безнапорный
15+00			1,0	Без фундамента	безнапорный

Система водоотвода представлена придорожными кюветами в насыпях до 1,2 м и в выемках. При реконструкции с обеих сторон кюветы засыпаются и уплотняются. Новые водоотводные кюветы отрываются рядом с новым положением основания насыпи и имеют глубину в среднем для выемки – 0.6 м, для насыпи – 0,4 м. заложение внешнего откоса - 1:1,5, внутреннего -1: 3. укрепление кюветов зависит от продольного уклона. В пылеватых грунтах при уклонах до 10 ‰ дно не укрепляется; при уклоне 10 – 20 ‰ – укрепляется засевом трав; при уклоне до 35 ‰ – щебневание; свыше 35‰ – бетонными плитами.

5 Объемы работ по реконструкции

При производстве реконструкции производится комплекс работ. который можно представить в виде таблицы 5.1

Таблица 5.1 - Наименование требуемых для проведения работ машин и механизмов

Наименование		Краткая характеристика машин
работ	машин	параметры	значения
Срезка и удаление растительного грунта	Бульдозер ДЗ-18 навесным отвалом	Базовый трактор Длина отвала , м	Т – 100 МГ 3,97
Нарезка уступов и досыпка грунта насыпи (уширение)	Роторный ковшовый экскаватор ЭР – 7 АМ	Ширина траншеи, м Глубина траншеи, м Рабочая скорость, м/ч	1,0 1,8-2,2 31-300
Послойное разравнивание грунта	Тяжелый автогрейдер ДЗ-31-1 с вставным ножом	Ширина ножа, м Высота ножа. м	0,75 0,50
Послойное уплотнение грунта	Вибромашина ДУ-90	Ширина уплотнения, м Масса. кг	0.55 230
Удлинение труб	Экскаватор Э-6512 Электротрамбовка И-132 Кран строительный автомобильный	Емкость ковша, м3 Максимальная глубина копания. М Производительность, м3/ч Грузоподъемность т	0,65 8,0 9-10 10
Заполнение и разравнивание материала внутри траншеи при уширении	Автогрейдер ДЗ-31-1	Ширина вставного ножа, м Высота резания, м	0,75 0,5
Уплотнение конструктивных слоев в траншее	Вибромашина ДУ-90	Ширина уплотнения, м Масса. кг	0.55 230
Укладка слоев усиления из асфальтобетона (строительство слоев покрытия)	Асфальтоукладчик ДС-1	Ширина полосы укладки, м	3,53
Уплотнение покрытия	Катки гладковальцовые: легкие ДУ – 50 средние ДУ – 48 А тяжелые ДУ – 9В	Ширина вальца, м Ширина вальца, м Ширина вальца, м	1,8 1,85 1,29
Устройство уширения дренирующего слоя (строительство нового слоя из песка)	Экскаватор Э – 652 Автосамосвал КАМАЗ-5511 Бульдозер ДЗ-18 Каток ДУ-26	Объем ковша, м3 Производительность, т Грузоподъемность, т Длина отвала, м Ширина уплотнения, м Масса, т	0.6 10 10 3,97 1,8 5,0
Устройство уширения основания из шлака (строительство нового слоя из шлака)	Автосамосвал КАМАЗ-5511 Автогрейдер ДЗ-31-1 Самоходный гладковальцовый каток: ДУ-50 ДУ-47А ДУ-31	Грузоподъемность, т Ширина отвала. м Ширина вальца, м Ширина вальца, м Ширина вальца. м	10,0 3,75 1,8 1,85 1,20
Устройство уширения основания из щебня (строительство нового слоя из щебня)	Автогрейдер ДЗ-31-1 Самоходный гладковальцовый каток: ДУ-50 ДУ-49А	Ширина отвала, м Рабочая скорость. км/ч Ширина вальца, м Ширина вальца, м	3,7 4,0 1,8 1,29

Таблица 5.2 – Подсчет потребности в материалах

Наименование работ	Ед. изм.	Потребность в материалах
Уширение дренирующего слоя толщиной 25 см
Уширение слоя шлака, толщиной 20 см
Уширение слоя щебня толщиной 12 см
Устройство усиления покрытия из пористого асфальтобетона толщиной 12 см
Устройство усиления покрытия из плотного асфальтобетона толщиной 6 см
Устройство дренирующего слоя толщиной 25 см
Устройство шлакового основания толщиной 20 см
Устройство основания из щебня толщиной 12 см
Устройство покрытия из пористого асфальтобетона толщиной 8 см
Устройство покрытия из плотного асфальтобетона толщиной 6 см

6 Организация движения при реконструкции

Условия организации движения при реконструкции и при новом строительстве автомобильных дорог различны. При реконструкции автодорог большой протяженности целесообразно разбивать ее на отдельные участки с примерно равными транспортно-эксплуатационными характеристиками.

В большинстве случаев при реконструкции дороги применяют временные объезды на участках производства работ. Такие объезды должны обеспечивать пропуск автомобилей со сниженной скоростью и должны быть простыми, чтобы на них не образовывались колеи и ухабы. По техническим правилам ремонта и содержания объезд должен быть таким, чтобы обеспечивать движение со скоростью не мене 30 км/ч

Существует три варианта пропуска движения при реконструкции дороги:

- устройство объезда, параллельное реконструируемой дороге (при благоприятных грунтово-геологических условиях). Такой тип объездов с простейшими типами покрытий строят при небольшой интенсивности движений;

- устройство вдоль всей дороги облегченного земляного полотна, на котором параллельно участкам производства работ укладывают сборно-разборные покрытия. Объезд делится на три участка: на первом производится разборка использованного покрытия, на втором идет движение автотранспорта, на третьем – монтаж покрытия;

- производство работ по реконструкции ведется поочередно на половине ширины дороги при пропуске движения на второй половине. Этот вариант характерен для организации работ в тех случаях, когда местные условия не позволяют устраивать объезды рядом с реконструируемой дорогой. При этот отсутствуют затраты на строительство объездов, но появляются дополнительные расходы – затраты на ограждение мест работ и регулирование движения в местах от двухголосного к однополосному движению.

В проекте на участках, где трасса не изменяет положения. Пропуск автомобилей будет осуществляться по половине проезжей части, поскольку устройство объездов в лесном массиве неэкономично. На участке, где будет исправляться план трассы, объезд осуществляется по старой дороге.

До начала производства работ организация, производящая работы, должна составить схемы ограждений мест работ и расстановку дорожных знаков, привязанных к местности с указанием видов работ и сроков их выполнения.

Схемы согласовывают с ГИБДД и утверждают в руководстве строительной организации. Примерная схема организации движения при выполнении реконструкции участка дороги приведена в приложении Д.

Контрольные вопросы

1 Основные методы оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильной дороги.

2 Чем отличается ремонт от реконструкции автомобильной дороги?

3 Что представляет собой метод частных коэффициентов обеспечения расчетных скоростей?

4 Какие существуют методы восстановления параметров кривых в плане?

5 Назовите последовательность восстановления плана трассы существующей дороги.

6 Когда проектируют план трассы по новому направлению и выполняют дорожные работы по методу нового строительства?

7 Каким образом проводится гидрогеологическая оценка земляного полотна и естественного грунтового снования?

8 При какой степени загрузки дороги движением необходимо проектировать реконструкцию автомобильной дороги?

9 Как рекомендуются реконструировать дороги в зависимости от категории дороги?

10 Что исправляется при реконструкции в плане трассы?

11 Что исправляется при реконструкции в продольном профиле?

12 Назовите минимально необходимые работы при исправлении продольного профиля?

13 Какой принцип используется для определения объемов земляных работ при реконструкции автомобильных дорог?

14 Какие учитываются поправки при расчете объемов земляных работ?

15 Как добиться большей устойчивости реконструированного земляного полотна после его уширения.

16 Как выполнить связку старой насыпи с вновь отсыпаемым грунтом при ее уширении?

17 Когда рекомендуется нарезать уступы? Параметры уступов? Последовательность нарезки уступов?

18 Какие существуют методы уширения дорожного полотна?

19 Когда рекомендуется уширять автомобильную дорогу с двух сторон?

20 Преимущества и недостатки симметричного уширения а/д?

21 Когда рекомендуется уширять автомобильную дорогу с одной сторон?

22 Преимущества и недостатки несимметричного уширения а/д?

23 Какие грунты рекомендуются использовать для уширения автомобильной дороги?

24 Какая последовательность уширения насыпи автомобильной дороги?

25 Какая последовательность уширения выемок?

26 От каких факторов зависит выбор метода реконструкции малых искусственных сооружений?

27 Когда необходимо усиливать существующую дорожную одежду?

28 Как установить фактическую прочность существующей дорожной одежды?

29 От каких факторов зависит выбор метода уширения дорожной одежды?

30 Каким образом приблизить по деформативности существующую дорожную одежду с уширяемой частью?

31 Какие дорожно-строительные материалы используются для реконструкции дорожной одежды?

32 Когда рекомендуется при реконструкции автомобильной дороги построить новую дорожную одежду?

33 Как организуется движение на участке реконструкции автомобильной дороги? Дислокация знаков?

Список используемой литературы

1 Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1987. – 368 с.

2 Васильев А.П., Яковлев Ю.М., Коганзон М.С. и др. Реконструкция автомобильных дорог. Технология и организация работ: Учебное пособие / МАДИ(ТУ). –М.: 1998. -125с.

3 Коганзон М.С., Яковлев Ю.М. Оценка и обеспечение прочности дорожных одежд нежесткого типа / МАДИ. – М., 1990. -53с.

4 Правила диагностики и оценки состояния автомобильных дорог. ВСН 6-90. – М.: Минавтодор РСФСР, 1990. -168 с.

5 Проектирование нежестких дорожных одежд. ОДН 218.046-01 Государственная служба дорожного хозяйства министерства транспорта РФ. М.6 Информавтодор, 2001. – 145 с

6 Реконструкция автомобильных дорог/ В.Ф.Бабков, В.М.Магилевич, В.К.Некрасов и др.; Под редакцией В.Ф.Бабкова. – М.: Транспорт, 1978. – 264с.

7 Ремонт и содержание автомобильных дорог: справочник инженера-дорожника/ А.П. Васильев, М.Б. Корсунский и др. под ред А.П. Васильева – М.: Транспорт, 1989 – 287 с.

8 СНиП 2.05.02 – 85. Автомобильные дороги. – М.ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 52 с.

Дата добавления: 2020-11-27; просмотров: 121; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!