ВСН 197-91, часть 4
Таблица П. 2.8
|
Материал |
Расчетные значения характеристик естественных материалов и грунтов, укрепленных на дороге |
Примечание |
||
|
|
j град |
С , МПа |
Е, МПа |
|
|
Щебень фракционированный 1 — 3 классов прочности, уложенный по способу заклинки, из прочных осадочных и изверженных пород |
— |
— |
350—450 400—350 |
— |
|
Фракционный щебень, укрепленный цементопесчаной смесью по способу пропитки |
— |
— |
500 |
— |
|
Шлак 1 — 4 классов прочности, однородный по качеству, с подобранным зерновым (гранулометрическим) составом: |
|
|
|
Большие значения при устойчивой структуре шлака |
|
активный |
— |
— |
350—450 |
|
|
малоактивный |
— |
— |
200 ¾ 300 |
|
|
Рядовой шлаковый щебень |
— |
— |
150—200 |
— |
|
Каменная мостовая и пакеляж |
|
|
400—500 |
|
|
Грунт, укрепленный жидким битумом |
|
|
|
|
|
Супесь непылеватая |
25—35 |
0,02-0,035 |
150 ¾ 00 |
Большие значения при смешении в установке и при применении битумной эмульсии |
|
Суглинок, супесь пылеватая |
15 ¾ 25 |
0,02-0,035 |
80—150 |
|
|
Песчано-гравийные смеси № 1, 2, 4 (по ГОСТ 25607-83) |
45 |
0,02 |
180 |
Показатели С и Е при остаточной пустотности уплотненного |
|
Песок: |
|
|
|
песка (%) 26 < п < 32 |
|
крупный и гравелистый |
43 |
0,008 |
130 |
— снижаются на 20 %, |
|
средней крупности |
40 |
0,006 |
120 |
а при п > 32 — на 40 % |
|
мелкий |
38 |
0,005 |
100 |
|
16. Расчетные значения характеристик неукрепленных малопрочных каменных материалов устанавливают по рис. П. 2.2.
К малопрочным каменным материалам относятся гравий, щебень, гравийные, щебеночные и гравийно(щебеночно)-песчаные смеси, в которых содержится (или может образоваться в процессе строительства и эксплуатации основания) избыточное по сравнению с нормируемым количество мелких частиц с J р < 7. Предусматривается применение природных или искусственно составленных смесей с содержанием зерен гравия (щебня) крупнее 5 мм не менее 20 %, щебня из осадочных пород марок по дробимости 400; 300 и 200, щебня из изверженных и метаморфических пород марки по дробимости 600, дресвы, опоки, грунтощебня и др.
Упругодеформативные и прочностные свойства малопрочных материалов зависят в основном от процентного содержания в смеси и пластичности фракций размером мельче 0,63 мм; для щебня число пластичности этих фракций определяется после его стандартного испытания на дробимость или износ.
17. Расчетные характеристики слоев из щебеночных смесей и щебня для дорог во II — III дорожно-климатических зонах устанавливают по рис. П. 2.2; для дорог в IV — V дорожно-климатических зонах эти значения следует увеличивать на 25 %.
Расчетные характеристики из гравийных и песчано-гравийных смесей для дорог в IV — V дорожно-климатических зонах устанавливают по графику рис. П. 2.2; для дорог во II — III дорожно-климатических зонах эти значения следует уменьшать на 30 %.
18. Расчетные модули упругости слоев основания и асфальтобетона, не вошедшие в таблицы настоящего приложения, а также их расчетные сопротивления растяжению при изгибе принимаются по приложению 9 СНиП 2.05.08-85.
Рис. П. 2.2. Зависимость расчетных характеристик малопрочных каменных материалов от содержания в них частиц мельче 0,63 мм или показателя дробимости малопрочного щебня (цифры у кривых — число пластичности частиц мельче 0,63 мм)
Таблица П.2.9
|
|
|
Характеристика при расчете верхнего слоя асфальтобетона |
|
|
Асфальтобетон |
Марка битума |
Модуль упругости E а , МПа |
Среднее сопротивление растяжению при изгибе Rd , МПа |
|
Плотный I — II |
БНД 40/60 |
6000 |
3,2 |
|
марок |
БНД 60/90 |
4500 |
2,8 |
|
|
БНД 90/130 |
3600 |
2,4 |
|
|
БНД 130/200 |
2600 |
2,0 |
|
|
БНД 200/300 |
2000 |
1,8 |
|
|
БГ 70/130 |
1700 |
1,7 |
|
|
СГ 130/200 |
1500 |
1,6 |
|
Пористый |
БНД 40/60 |
3600 |
1,8 |
|
|
БНД 60/90 |
2800 |
1,6 |
|
|
БНД 90/130 |
2200 |
1,4 |
|
|
БНД 130/200 |
1800 |
1,2 |
|
|
БНД 200/300 |
1400 |
1,1 |
Таблица П.2.10
|
Вид асфальтобетонной |
Характеристика асфальтобетона для расчета на сдвиг |
|
|
смеси |
Комплексный коэффициент К |
Сцепление Сгр , МПа |
|
Крупнозернистая |
1,6 |
0,30/0,27 |
|
Мелкозернистая |
1,1 |
0,20/0,17 |
|
Песчаная |
0,9 |
0,15/0,13 |
Примечание. В числителе — для горючих смесей на вязких битумах (40/130), в знаменателе — для смесей с битумами марок 130/300.
Таблица П. 2.11
|
Административный район |
Расчетная амплитуда колебаний температуры, t за сутки на поверхности покрытия |
|
|
|
цементобетонного Бп |
асфальтобетонного Ап |
|
Мурманская обл., Ненецкий нац. округ |
10,5 |
11,5 |
|
Архангельская, Ленинградская, Псковская, Н. Городская, Кировская, Костромская, Ярославская, Камчатская области, Коми и Карельская АССР |
12,0 |
13,0 |
|
Новгородская, Вологодская, Пермская, Тверская, Калининградская, Московская, Смоленская, Брянская, Тульская, Орловская, Ульяновская, Магаданская области, Марийская, Мордовская, Чувашская, Башкирская АССР, Хабаровский кр. |
14,0 |
15,0 |
|
Калужская, Рязанская, Курская, Белгородская, Воронежская, Тамбовская, Пензенская, Саратовская, Татарстан, Свердловская, Челябинская, Томская области, Бурятская, Якутская АССР (южная часть), Приморский кр., Белорусская ССР |
14,5 |
15,5 |
|
Ростовская, Волгоградская, Астраханская, Оренбургская, Курганская, Омская, Кемеровская, Иркутская, Амурская, Сахалинская области, Северо-Осетинская, Дагестанская АССР, Красноярский, Алтайский кр., Украинская ССР |
15,5 |
16,5 |
|
Читинская обл., Краснодарский, Ставропольский кр., Чечено-Ингушская АССР, республики Закавказья, Средней Азии, ССР Молдова |
16,5 |
17,5 |
|
Горно-Алтайский АО |
18,0 |
19,5 |
Таблица 12
|
Географическая широта местности (град. сев. ш) |
Исходная расчетная температура бетона, (Тисх , °С) при укладке |
Максимальная расчетная температура бетона (на глубине 10 см), Тмах , |
|
|
|
в апреле |
в мае |
° С |
|
56 (г. Москва) |
18,0 |
32,5 |
48,0 |
|
53 (г. Самара) |
19,5 |
39,0 |
48,5 |
|
49 (г. Волгоград) |
25,5 |
45,0 |
53,0 |
|
42 (г. Ташкент) |
39,0 |
55,5 |
65,0 |
Рис. П. 2.3. Зависимость коэффициента усталости асфальтобетона. Куа от суточной интенсивности движения Nc
Эквивалентный модуль упругости основания Еэ о определяется по формуле
,
(1)
где
;
i
¾
номер рассматриваемого слоя дорожной одежды, считая сверху вниз;
hi
—
толщина 1-го слоя, см;
— общий модуль упругости полупространства, подстилающего i
-й
слой, МПа; Еi
—
модуль упругости материала i
-го
слоя, МПа; Д — диаметр отпечатка колеса или площадки
силового контактирования верхнего слоя с нижележащим; принимается Д
= 50 см; для сборного покрытия Д
= 2а
+ h
или Д
= 2в
+ h
.
Для основания, работающего на изгиб (бетон, цементогрунт),
,
(2)
где Дш — условный диаметр штампа, применяемый при определении модуля упругости грунта, см; Дш = 50 см.
Приложение 3
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
Пример 1
Требуется запроектировать дорожную одежду с цементобетонным монолитным покрытием на магистральной дороге общегосударственного значения.
Исходные данные:
ширина проезжей части для движения в одном направлении — 7,5 м;
ширина земляного полотна (с учетом обочин) — 15 м;
расчетный срок службы покрытия — 25 лет;
расчетная нагрузка на дорожную одежду Рк = 50 кН;
давление в шинах — 0,6 МПа;
интенсивность движения ед/сут в первый год службы характеризуется следующими данными:
ГАЗ-53А ............. 1080
ЗИЛ-180 ............... 950
МАЗ-500А ......... 1040
КамАЗ-5511 ........ 900
Икарус-250 ......... 500
показатель ежегодного роста интенсивности движения q = 1,05;
дорожно-климатическая зона — II -1;
схема увлажнения рабочего слоя — 2;
грунт земляного полотна — суглинок легкий пылеватый;
глубина промерзания — 1,5 м;
глубина залегания уровня грунтовых вод — 1,8 м;
коэффициент фильтрации дренирующего материала (песка) Кф = 3 м/сут;
материал покрытия — бетон класса Ввt в 4,4;
материал основания — песок, укрепленный цементом, нижний слой — песок среднезернистый;
расчетная влажность грунта W р = 0,85 W т ;
Назначение расчетных характеристик грунтов и материалов дорожных одежд
Для проведения расчетов назначаем следующие показатели:
1) требуемый уровень надежности и соответствующий ему коэффициент прочности по табл. 5 Норм:
для вычисленной ниже интенсивности движения (1458 ед/сут) вероятность предельного состояния уровень (надежности) 0,95; коэффициент прочности Кпр = 1,00;
2) расчетный модуль упругости грунта по табл. П. 2.6:
для суглинка легкого пылеватого при W р = 0,85 Wт Егр = 27 МПа;
3) расчетные характеристики сопротивления грунта сдвигу по табл. П. 2.6:
для суглинка легкого пылеватого j гр = 11°; Сгр = 0,008 МПа:
4) коэффициенты А1 , А2 и А3 , учитывающие сопротивление грунта сдвигу по табл. 8 Норм:
при j = 11° А1 = 0,2; А2 = 1,9; А3 = 4,4;
5) плотность грунта j = 1,9 т/м3 ;
6) модуль упругости материала верхнего слоя основания (песок, укрепленный цементом) по табл. П. 2.7:
для песков (кроме мелких пылеватых и одноразмерных), укрепленных. цементом, 1 класса прочности (R с 7,5) E ц / гp = 6 00 МПа;
7) модуль упругости песчаного слоя основания по табл. П. 2.5
для песка среднезернистого Еп = 120 МПа;
8) характеристики сопротивления сдвигу песчаного слоя по табл. П. 2.8:
угол внутреннего трения j п = 40°, сцепление С = 0,006 МПа;
9) коэффициент Ко д виброползучести материала основания по табл. 10 Норм:
для цементогрунта на песке (ho = 16 см) Ко д = 1,5, когда стыки не работают; Ко д = 1,1, когда стыки работают;
10) коэффициент виброползучести песка Ко д по табл. 9 Норм:
для песчаного основания Ко дп = 5,7, когда стыки не работают; Ко дп = 1,6, когда стыки работают;
11) модуль упругости и сопротивление растяжению при изгибе бетона по табл. П. 1.4:
для бетона класса B вt в 4,4 Rp и 55, Е = 36000 МПа;
12) характеристики для расчета конструкций на морозоустойчивость:
а) допустимое морозное поднятие одежды:
для цементобетонных покрытий с условиями эксплуатации по 1-й расчетной схеме допустимая величина общего приподнятия от выпучивания 3 см;
б) климатический показатель ао по ВСН 46-83 (рис. 4.4) ао = 90 см2 (сут г. Тверь);
в) показатель пучинистости грунта В ¢ по ВСН 46-83 (табл. 4.2):
для суглинка тяжелого пылеватого В ¢ = 4,5 см3 /сут.
Определение расчетной интенсивности нагрузки
Так как задана интенсивность движения автомобилей различных марок с нагрузкой на ось Рi , то сначала число воздействий заданных автомобилей приводим к числу воздействия расчетных нагрузок:
1) по формуле (5) Норм находим коэффициент приведения i -го автомобиля с нагрузкой Pi (по ВСН 46- 83) к нормативной нагрузке Р = 50 кН:
ГАЗ-53 A ¾ Ki = (28,0/50,0)4,64 = 0,07;
ЗИЛ-130 ¾ Кi = (34,8/50,0)4,64 = 0,19;
МАЗ-500А — Кi = (50,0/50,0)4,64 = 1,0;
КамАЗ-5511 — Кi = l,05 (по ВСН 46-83);
Икарус-250 — Кi = (47,9/50,0)4,64 = 0,82;
2) по табл. 6. Норм для двух полос движения f пол = 0,55;
3) по формуле (4) Норм находим интенсивность движения N пp , приведенную к расчетной нагрузке:
N пp = 0,55 (0,07 × 1080 + 0,19 × 950 + 1,0 × 1040 + 1,05 × 900 + 0,82 × 500) = 1458 ед./сут;
4) по формуле (3) определяем расчетную повторность нагружения при Т = 25 лет; nc = 210 сут; q = 1,05:
.
Определение необходимости проведения расчета конструкции на морозоустойчивость
Так как грунт земляного полотна (суглинок тяжелый пылеватый) является очень пучинистым по ВСН 46-83 (табл. 30); глубина промерзания конструкции 1,5 м, что меньше 0,6 м и толщина дорожной одежды не превышает 2/ 3 глубины промерзания, то расчет выполняем согласно разделу 4 ВСН 46-83.
По ВСН 46-83 (прил. 9, табл. 32) определяем эквиваленты теплотехнических свойств материалов по отношению к уплотненному щебню:
Ец/ б = 1,03; Ец/ гр = 1,00; E п = 0,98.
Кроме того, для расчета необходимы следующие данные:
z — расчетная глубина промерзания z = 150 см;
z 1 — толщина стабильных слоев дорожной одежды z1 = 73 см;
Н — расчетная глубина залегания УГВ Н = 180 см;
В' — комплексная характеристика грунта по степени пучинистости, В ¢ = 4,5 см3 / сут;
ао — климатический показатель, ао = 90 см2/сут.
Определяем отношения:
z1 /z = 73/150 = 0,49; z /Н = 150/180 = 0,83.
По ВСН 46-83 (рис. 4.2)
,
отсюда
= 2,70 см.
Известно, что конструкция достаточно морозоустойчива, если удовлетворяется условие: (l пуч + l мз ) < l доп ,
где l пуч — расчетное (ожидаемое) пучение грунта, земляного полотна; l мз — расчетное пучение морозозащитного слоя; l доп — допустимое зимнее выпучивание покрытия.
Поскольку для устройства морозозащитного слоя применяется среднезернистый песок, то согласно ВСН 46-83 l мз = 0. Отсюда l пуч + l мз = 2,70 + 0 = 2,70 см < 3,0 см, т. е. условие конструкции на морозоустойчивость выполняется.
Расчет необходимой толщины дренирующего слоя
По формуле (62) Норм находим толщину дренирующего слоя:
h ф = 0,1(1 + L ф /Кф ).
Согласно исходным данным ширина земляного полотна 15 м, Кф = 3 м/сут. Тогда L ф = 15/2 = 7,5 м и h ф = 0,1 (1 + 7,5/3) = 0,35 м. Принимаем толщину дренирующего слоя равной 35 см.
Назначение конструкции дорожной одежды
Назначаем следующую конструкцию дорожной одежды:
покрытие — цементобетон класса Ввt в 4,4; Е = 360000 МПа;
основание — песок, укрепленный цементом 1 класса прочности (R с 7,5);
Ео = 600 МПа; ho = l6 см;
нижний слой основания — песок среднезернистый;
Еп = 120 МПа; hn = 35 см.
Конструкции швов принимаем в соответствии с рис. 3 Норм. Согласно п. 2.11 Норм поперечные швы устраивают без штырей, при температуре бетонирования более 10 °С швы расширения в данной конструкции допускается не устраивать.
В соответствии с п. 2.7 Норм l сж = 25 h = 5,5 м.
Определение эквивалентного модуля упругости
1. На уровне дренажного слоя песка:
При Егр = 27 МПа; Еп = 120 МПа; h п = 35 см; Д = 50 см, по формуле (2) прил. 2.
см.
По формуле (1) прил. 2.
МПа
2. На уровне слоя цементогрунта:
При Ец/гр = 600 МПа; Ео = 51,25 МПа; h ц/ гp = 16 см; Д = 50 см.
см;
МПа.
Определение расчетной прочности бетона
По формуле (2) прил. 1 при
Npt
= 146
13113
циклов нагружения Ку
= l,08
´
= 0,38.
По формуле (1) прил. 1:
МПа.
Определение толщины покрытия
1) по формуле (1) Норм определяем расчетную нагрузку
Р = 50 × 1,3 = 65 кН;
2) по формуле (10) определяем радиус отпечатка колеса при q ш = 0,6 МПа:
см;
3) для нескольких значений h определяем: l у — по формуле (11) Норм; Кt — по табл. 7 Норм; s рt — по формуле (9); Ку — по формуле
,
Значения указанных величин приведены в табл. П. 3.1.
Таблица П. 3.1
|
Значение h , см |
l у , см |
Кt |
s рt , МПа |
Ку |
|
20 |
80,71 |
0,85 |
2,22 |
0,42 |
|
22 |
88,78 |
0,80 |
2,01 |
0,38 |
|
24 |
96,85 |
0,73 |
1,95 |
0,37 |
4) Строим график зависимости Кy = f (h );
с помощью этого графика определяем значение h = 22 см, соответствующее требуемому значению Ку = 0,38.
Расчет по сдвигу в грунте земляного полотна
По табл. 10 Норм находим Ер = 1700 МПа.
Расчет производится в соответствии с п. 3.36 — 3.42 ВСН 46-83:
1) по формуле (3.12)
МПа;
2) Еcp / Егр = 701,4/27 = 25,96;
3)
4) по номограмме 3.6 (ВСН 46-83) при j = 11°
= 0,0115;
5) по номограмме 3.7 (ВСН 46-83) при j = 11°
t в = 0,001 МПа;
6) по формуле (3.14)
Тдоп = 0,011506 + 0,001 = 0,0079 МПа;
7) по формуле (3.13)
Тдоп = 0,008 × 0,6 × 0,73 × 1,5 = 0,0053 МПа;
8) Тдоп /Т = 0,0053/0,0079 = 0,67.
Рассчитываем промежуточный слой (песка) из слабосвязного материала на устойчивость против сдвига (по ВСН 46-83):
1) по формуле (3.12)
Еср = (1700 × 22 + 600 × 16)/38 = 1236,8 МПа;
Ер = 1700 МПа, ho = 22 см;
Ец/ гр = 600 МПа, ho = 16 см;
Еп = 120 МПа, ho = 35 см;
С = 0,006 МПа, j = 40°;
Егр = 27 МПа;
С = 0,008 МПа, j = 11°;
2) Е1 /Е2 = Еср /Есл = 1236,8/120 = 10,31;
3)
/Д
= 38/33 = l,15;
4) по номограмме рис. 3.5 (ВСН 46-83) при j = 40 ° ;
5) по номограмме рис. 3.7 (ВСН 46-83) при j = 40 °
t в = - 0,0026 МПа;
6) по формуле (3.14)
Т = 0,014 × 0,6 + (—0,0026) = 0,0058 МПа;
7) по формуле (3.13)
Тдоп = 0,006 × 0,673 × 6,0 = 0,016 МПа;
8) Тдоп = 0,016/0,0058 = 2,76.
Определение ожидаемых пластических деформаций основания под поперечными швами
1. Рассчитываем полудлину и полуширину отпечатка колеса, отнесенного к нейтральной оси плиты по формуле (35) Норм:
а = 0,87R + 0,5h = 27,1 см;
в = l,15R + 0,5h + 0,5в1 = 38,5 см;
2. Определяем расчетную длину и ширину эпюр отпора основания:
по формуле (32) L ц х = 2,5l х у + а = 253,1 см;
по формуле (33) L ц у = 2,5l ц у + в = 264,5 см;
по формуле (34) Lx = 0,7 L ц х = 177,2 cм, L т у =0,7 L ц у = 185,1 см.
3. Вычисляем расчетное давление под углом плиты на уровне низа слоя основания по формуле (53) Норм:
4. Определяем коэффициенты, учитывающие площадки нагружения по формуле (57) Норм:
;
;
.
5. Рассчитываем допустимые напряжения на уровне низа основания по формуле (56) Норм:
q доп = 1,3 (0,739 × 0,2 × 1,85 × 1,9 + 2,567 × 1,9 (0,22 + 0,16) l,9 + 1,313 × 4,3 × 0,8)/(1,1 × 100) = 0,101 МПа.
Поскольку q pacч < q дoп условие устойчивости основания против сдвига выполняется.
6. По формуле (60) определяем Kq:
7. По формуле (58) при E1 о = 85,6 МПа, Npt = 14613113 циклов, Кq = 0,085 и L т у = 158,1 см определяем w уст , если стыки (штыри):
работают (Кq = 1,1 : m ст = 0,7):
см;
не работают (Кq = 1,5 : m ст = 1):
см.
Пример 2
Требуется запроектировать дорожную одежду с цементобетонным покрытием на местной дороге.
Исходные данные:
дорога имеет две полосы движения шириной по 3 м;
ширина земляного полотна — 10 м;
расчетный срок службы — 25 лет;
расчетная нагрузка на дорожную одежду Рк = 50 кН;
общая суточная интенсивность движения расчетной нагрузки по проектируемой дороге на конец срока ее службы — 500 ед/сут различных марок на полосу;
схема увлажнения рабочего слоя — 1;
грунт земляного полотна — супесь легкая;
расчетная влажность Wp = 0,60W т ;
глубина промерзания — 0,5 м;
дорожно-климатическая зона — IV;
материал для покрытия — бетон класса Ввt в 3,6;
материал основания — песок среднезернистый: коэффициент фильтрации — 6 м/сут.
Назначение расчетных характеристик грунтов и материалов дорожной одежды.
Для проведения расчетов назначаем следующие показатели:
1) требуемый уровень надежности и соответствующий ему коэффициент прочности по табл. 5 Норм:
для заданной интенсивности движения уровень надежности 0,80; Кпр = 0,87;
2) расчетный модуль упругости грунта по табл. П. 2.6 для супеси легкой при Wp = 0 ,60W т , Егр = 56 МПа;
3) расчетные характеристики сопротивления грунта сдвигу по табл. П. 2.6 для супеси легкой j гр = 36°, Сгр = 0,014 МПа;
4) коэффициенты А1 , A 2 , А3 , сопротивления сдвигу по табл. 8 Норм:
при j = 36° A 1 = 1,81, А2 = 8,25, А3 = 9,98;
при j = 40° A 1 = 2,46, А2 = 10,84, А3 = 11,74;
5) плотность грунта у = 1,9 т/м;
6) модуль упругости материала верхнего слоя основания (песок среднезернистый) по табл. П. 2.5.
Еп = 120 МПа.
7) характеристики сопротивления сдвигу песчаного слоя по табл. П. 2.8: угол внутреннего трения j п = 40°, сцепление С = 0,006 МПа;
8) модуль упругости и сопротивление растяжению при изгибе бетона по табл. П. 1.4: для бетона класса B вt в 3,6 марки R ри 4,5 Е = 32000 МПа;
9) по табл. 9 Норм коэффициент Ко д виброползучести материала основания: для песчаного основания Ко д = 5,7, когда стыки не работают, Ко д = 1,6, когда они работают.
Определение расчетной повторности нагружения
Так как общая интенсивность движения расчетной нагрузки на полосу на конец срока ее службы — 500 ед./сут, находим интенсивность движения в первый год:
Nо = 500/(1 0,05)25 = 148 ед./сут.
по формуле (3) определяем расчетную повторность нагружения:
Npt
=
0,2
×
148
210
= 296690.
Определение необходимости проведения расчета конструкции на морозоустойчивость
Глубина промерзания конструкции 0,5 м, что меньше 0,6 м, поэтому расчет дорожной одежды на морозоустойчивость не производится.
Расчет необходимой толщины дренирующего слоя.
По формуле (62) Норм находим толщину дренирующего слоя:
(1+
L
ф
/
Кф
)
.
Согласно исходным данным ширина земляного полотна 10 м
L ф = 10/2 = 5 м; Кф = 6 м/сут, тогда h ф = 0,1(1 + 5/6) = 0,18 м.
Принимаем толщину дренирующего слоя равной 20 см.
Назначение конструкции дорожной одежды
Назначаем следующую конструкцию дорожной одежды:
покрытие — цементобетон класса Ввt в 3,6; E б = 32000 МПа;
основание — песок среднезернистый; E п = 120 МПа; hп = 30 см.
Определение эквивалентного модуля упругости на поверхности основания
По формуле (2) прил. 2 при hп = 20 см; E п = 120 МПа; E гр = 56 МПа рассчитываем h э :
h
э
=
2
×
20
= 28,4 см.
По формуле (1) прил. 2 при Д
= 50 см определяем
:
= 66,7 МПа.
Определение расчетной прочности бетона
По формуле (2) прил. 1 при Npt = 296690 находим Ky = 1,08 ´ 296690-0б063 = 0,49.
По формуле (1) прил 1 при Кнп = 1,2 и Ку = 0,47 определяем
= 3,6
×
1,2
×
0,47 = 2,03 МПа.
Определение толщины покрытия
Для нескольких толщин
h
покрытия определяем: l
у —
по формуле (11),
s
рt
—
по формуле (9), Кt
—
по табл. 7, Ку
— по формуле Ку
=
,
значения которых приведены в табл. П.3.2.
Строим график зависимости Ку = f (h ), с помощью которого находим значение h = 18,5 см, соответствующее требуемому Ку = 0,49.
По формуле (1) Норм определяем расчетную нагрузку:
р = 50 × 1, 3 = 65кН.
Таблица П.3.2
|
Значения /1, см |
;„, см |
<}„(. МПа |
|
Ky |
|
.14 |
59,25 |
3,46 |
0,95 |
0,70 |
|
16 |
67,71 |
2,87 |
0,94 |
0,58 |
|
18 |
76,18 |
2,54 |
0,89 |
0,51 |
|
20 |
84,64 |
2,30 |
0,84 |
0,46 |
|
24 |
101,57 |
2,05 |
0,71 |
0,41 |
По формуле (10) Норм находим радиус отпечатка колеса при q ш = = 0,6 МПа:
R
=
=
18,6 см.
Расчет по сдвигу в грунте земляного полотна По табл. 10 Норм находим Е р = 1600 МПа.
Расчет производим в соответствии с пп. 3.36 — 3.42 ВСН 46-83:
1) по формуле (3.12)
Е ср = (18,5 × 1600+20 × 120)/38,5 = 831 МПа;
Ep = 1600 МПа, h o = 18,5 см;
Е = 120 МПа, h o = 20 см;
j = 40 ° , С = 0,006 МПа;
Е гр = 56 МПа;
j =36 ° , С = 0,014 МПа,
2) Е / Е = 83 1/56 = 14,8;
3)
=
38,5/33 = 1,17;
4) по номограмме рис. 3.5
(ВСН 46-83) при
j
= 36
°
,
= 0,013;
5) по номограмме рис. 3.7
(ВСН 46-83) при
j
= 36
°
,
= 0,002 МПа;
6) по формуле (3.14) Т = 0,013 × 0,6 0,002 = 0,0058 МПа;
7) по формуле (3.13) Т доп = 0,014 × 0,6 × 1,25 × 1,5 = 0,016 МПа;
8) Т доп /Т = 0,016/0,0058 = 2,76.
Расчет промежуточного слоя (песка) из слабосвязного материала на устойчивость против сдвига
1) Е ср = Е р = 1600 МПа;
2) Е 1 / Е 2 = Е ср / Е сл = 1600/120 = 13,33;
3)
= 18,5/33 = 0,56;
4) по номограмме рис. 3.5
(ВСН 46-83) при
j
= 40
°
,
= 0,032;
5) по номограмме рис. 3.7
(ВСН 46-83) при
j
= 40
°
,
=
0,0013 МПа;
6) по формуле (3.14) Т = 0,032 × 0,6 0, 0013 = 0, 0179 МПа;
7) по формуле (3.13) Т доп = 0,006 × 0,6 × 1,25 × 6,0 = 0,027 МПа;
8) Т доп /Т = 0,027/0,0179 = 1,51.
Определение ожидаемых пластических деформаций основания под поперечными швами (расчет уступов)
1. Определяем полудлину и полуширину отпечатка колеса, отнесенного к нейтральной оси плиты, по формулам (35) Норм:
a = 0, 87R +0,5h = = 25,3см;
в = 1,15R +0,5h = 36,7см.
2. Находим расчетную длину и ширину эпюр отпора основания: по формуле (32)
+
26,3
=
224,6
см;
по формуле (33)
+ 36,7 = 236,0 см;
по формулам (34)
= 157,2 см;
= 162,2 см.
3. Определяем расчетное давление на основание по формуле (53) Норм:
=
= 0,048 МПа.
4. Рассчитываем коэффициенты, учитывающие размеры площадки нагружения по формуле (57) Норм:
;
;
.
5. Определяем допустимые напряжения на поверхности песчаного основания по формуле (56) Норм
q доп = 1,3(0,737 × 1,81 × 1,652 × 1,9+2,576 × 8,25 (0,185+0,2) × 1,9+
+ 1,315 × 9,98 × 0,6)/( 1, 1 × 100) = 0,326 МПа.
Поскольку q расч < q дoп , условие устойчивости основания против сдвига выполняется.
6. Определяем допустимые напряжения на поверхности грунта земляного полотна (т.е. под слоем песка толщиной 20 см);
=
157,2
+
14
=
171,2 см;
=
165,2
+ 14
=
179,1
см;
q расч = 0,0405 МПа;
q
дoп
=
(0,734
×
1,8
1
×
1,683
×
1,9+2,59
×
8,25
(0,17+0,2)
×
1,9+
+ 1,32 × 9,98 × 1,4) = 0,432 МПа.
Условие устойчивости против сдвига выполняется.
7. Находим величину ожидаемых пластических деформаций основания в местах поперечных швов по формулам (58) Норм:
когда штыревые соединения работают при Е o = 66,7 МПа, Кд = 1,6,
= 0, Р
= 65 кН, т
ст
= 0,7,
= 165,2 см:
= 0
,056
см.
когда штыревые соединения не работают, при Кд = 5,7 и
= 0,61 т
ст
= 1, N
= 296690 циклов:
= 1
,23
см
12. Определяем длину плит
(расстояния между швами сжатия по формуле (12) Норм при
=
2,96
МПа, В
= 150 см:
R = 18,6 см, h = 17 см, Кс = 1:
A
=
2
×
4(18
,6
+
)
= 412 см.
13. Находим диаметр штырей в швах сжатия:
по формуле (21) при w шт = 1,5 мм, w па = 5 мм и Р = 65 кН:
=
41 кН;
по формуле (20) при Ad = 3, R и = 8 × 3,6 = 28,8 МПа, Кd = 075, п = 2 и Р шт = 41 кН:
= 1,5 см
»
16 мм.
Длина штырей равна 20 × 1,5 + 5,0 = 35 см.
Пример 3
Требуется запроектировать дорожную одежду с асфальтобетонным покрытием на цементобетонном основании.
Исходные данные:
дорога имеет две полосы движения по 3,5 м при ширине обочины 5 м;
расчетный срок службы покрытия — 15 лет;
расчетная нагрузка на дорожную одежду Р к = 50 кН;
интенсивность движения расчетной нагрузки на полосу в конце срока эксплуатации дорожной одежды ¾ 1000 ед/сут;
дорожно-климатическая зона — III;
схема увлажнения рабочего слоя — I ;
грунт земляного полотна — песок мелкий;
материал покрытия — асфальтобетон на основе БНД 60/90;
материал основания — бетон класса B вt в 2,8 (Р ри 35).
Глубина промерзания и уровень залегания грунтовых вод значения не имеют, так как расчета конструкции на морозоустойчивость не требуется.
Назначение расчетных характеристик грунтов и материалов дорожной одежды
Для проведения расчетов назначаем следующие показатели:
1) требуемый уровень надежности и соответствующий ему коэффициент прочности по табл. 5 Норм:
для заданной интенсивности расчетной нагрузки уровень надежности 0,90: Кпр = 0,94;
2) модуль упругости грунта по табл. П. 2.10:
для песка мелкозернистого Е п = 100 МПа;
3) характеристики сопротивления сдвигу песчаного слоя по табл. П.2.10:
угол внутреннего трения j = 38 ° , сцепление Сп = 0,005 МПа;
4) модуль упругости и сопротивление растяжению при изгибе бетона по табл. П.1.4.
для бетона B вt в 2,8, Р ри 35 МПа, Е = 28000 МПа;
по табл. П.2.8 Е а = 4500 МПа; Rd = 2,8 МПа.
Определение необходимости проведения расчета конструкции на морозное воздействие
Расчета конструкции на морозоустойчивость не требуется.
Расчет необходимой толщины дренирующего слоя
Расчет не производится, так как грунт земляного полотна — песок мелкозернистый.
Назначение конструкции дорожной одежды
Согласно табл. 3 Норм для интенсивности 1000 ед/сут назначаем следующую конструкцию дорожной одежды:
покрытие — асфальтобетон на основе БНД 60/90; Е а = 4500 МПа; ha = 13,5 см;
основание — цементобетон класса B вt в 2,8, Е ц/б = 28000 МПа; h ц/б = 16 см.
Согласно пп. 2.16 и 2.18 длину плит назначаем равной 15 м; продольный шов не устраиваем; поперечные швы устраиваем без штырей.
Проверка расчетом необходимости и достаточности выбранной толщины асфальтобетонного покрытия
По формуле (23) Норм определяем Rd .
По рис. П. 2.3 для Nc = 1000 ед/сут находим Куа = 1.
По формуле (1) вычисляем расчетную нагрузку:
р = р к × т д = 50 × 1,3 = 65 кН.
По табл. П.2.10 для мелкозернистого асфальтобетона находим Са = 0,2 МПа.
Тогда
МПа.
При Са = 0 2,8 × 1,0 > 0,23.
Таким образом, условие прочности для покрытия дорожной одежды выполняется.
Проверка расчетом необходимости и достаточности толщины слоя основания
По формуле (25) Норм определяем эквивалентную толщину слоя:
= 23,3 см.
По формуле (11) Норм рассчитываем упругую характеристику;
= 83,3 см.
По формуле (9) Норм определяем напряжения, возникающие от нагрузки:
при Км = 1
´
´
= 1,00 МПа.
По табл. П.2.11 для III дорожно-климатической зоны (Курская обл.) находим А п = 15,5.
Согласно п. 3.19 Норм w = 0,26 рад/ч; аta = 0,002 м3 /ч; аt б = 0,004 м3 /ч.