Пример 2. Требуется запроектировать дорожную одежду с цементобетонным покрытием на дороге IV категории.

Требуется запроектировать дорожную одежду с цементобетонным покрытием на дороге IV категории.

Исходные данные

дорога имеет две полосы движения шириной по 3 м;

ширина земляного полотна - 10 м;

расчетный срок службы покрытия - 25 лет;

расчетная нагрузка от колеса на дорожную одежду Q_k = 50 кН;

общая суточная интенсивность движения расчетной нагрузки по проектируемой дороге на конец срока ее службы - 500 ед./сут. на полосу;

схема увлажнения рабочего слоя - 1;

грунт земляного полотна - супесь легкая;

расчетная влажность грунта W_p = 0, 62 W_T;

глубина промерзания - 0, 5 м;

дорожно-климатическая зона - IV;

материал покрытия - бетон класса B_tb 3, 6;

материал основания - песок среднезернистый, коэффициент фильтрации - 6 м/сут.

Назначение расчетных характеристик грунта и материалов дорожной одежды

Для проведения расчетов назначаем следующие показатели:

1) Требуемый уровень надежности и соответствующий ему коэффициент прочности по табл.3.1 Рекомендаций:

для заданной интенсивности движения уровень надежности - 0, 80; коэффициент прочности - К_пр =0, 87.

2) Расчетную влажность грунта рабочего слоя по формуле (П.2.1) ОДН 218.046-01:

,

где = 0, 57;

= 0, 00 (равнинные районы);

= 0, 00;

D₃ = 0, 00, т.к. < 0, 75 W_T;

t = 0, 84 при К_н = 0, 80.

Получаем W_p = 0, 57 (1 + 0, 1 · 0, 84) = 0, 62 W_T.

3) Расчетный модуль упругости грунта по табл.П.2.5 ОДН 218.046-01 при W_p = 0, 62 W_T; Е_гр =55 МПа.

4) Определение расчетной повторности нагружения.

Находим интенсивность движения в первый год:

ед./сут.

Расчетную повторность нагружения по формуле (3):

.

5) Расчетные характеристики сопротивления грунта сдвигу по табл.П.2.4 ОДН 218.046-01:

для супеси легкой j _гр = 12°; С_гр = 0, 005 МПа.

6) Плотность грунта 1, 9 т/м³.

7) Модуль упругости материала верхнего слоя основания (песок среднезернистый) по табл.П.2.5 ОДН 218.046-01:

8) Характеристики сопротивления сдвигу песчаного слоя по табл.П.2.6 ОДН 218.046-01 - j _п =27°; С_гр = 0, 002 МПа.

9) Модуль упругости и сопротивление растяжению при изгибе бетона по табл.П.1.1 Рекомендаций:

для бетона класса B_tb 3, 6; P_tb = 45, E = 32000 МПа.

Определение необходимости проведения расчета конструкции на морозоустойчивость

Глубина промерзания конструкции 0, 5 м, что меньше 0, 6, поэтому расчет дорожной одежды на морозоустойчивость не требуется.

Расчет необходимой толщины дренирующего слоя

Значение удельного притока воды по табл.5.3 ОДН 218.046-01 для IV дорожно-климатической зоны и 1-й схемы увлажнения земляного полотна отсутствует. Принимаем полную толщину дренирующего слоя равной 0, 20 м.

Назначение конструкции дорожной одежды

Назначаем следующую конструкцию дорожной одежды:

покрытие - цементобетон класса B_tb 3, 6; E = 32000 МПа;

основание - песок среднезернистый; Е_п = 120 МПа; h_п = 35 см.

Определение эквивалентного модуля упругости

По формуле (3.13) Рекомендаций: при h_п = 20 см; Е_п = 120 МПа;

Е_гр = 55 МПа рассчитываем h_э:

см.

По формуле (3.12) Рекомендаций, при D = 50 см, определяем Е_э:

МПа.

Определение расчетной прочности бетона

По формуле (3.8), при S N_p = 887724, находим К_у = 1, 08 · 887724^{-0, 063} = 0, 46.

По формуле (1) приложения 1, при К_нп = 1, 2 и К_у = 0, 46, определяем:

= 3, 6 · 0, 46 · 1, 2 · 1, 0 = 1, 99 МПа.

Определение толщины покрытия

По формуле (П.2.3) Рекомендаций определяем расчетную нагрузку:

Q = 50 · 1, 3 = 65 кН.

По формуле (3.10) определяем радиус отпечатка колеса при q_ш = 0, 6 МПа:

см.

Для нескольких значений h определяем:

I_y - по формуле (3.11);

K_t - по табл.3.4;

s _pt - по формуле (3.9);

K_y - по формуле:

Значения указанных величин приведены в табл.2.

Таблица 2

4) Строим график зависимости K_y = f (h), с помощью которого находим значение h = 20 см, соответствующее требуемому значению B_tb = 0, 46.

Расчет по сдвигу в грунте земляного полотна

По табл.3.7 Рекомендаций находим E_p = 1600 МПа.

Расчет производится в соответствии с пп.3.30-3.37 ОДН 218.046-01:

1) По формуле (3.12) ОДН 218.046-01

МПа.

2) Е_ср / Е_гр = 860 / 55 = 15, 64.

3) = 40 / 33 = 1, 21.

4) По номограмме (3.3) ОДН 218.046-01, при j = 12° = 0, 02.

По формуле (3.13) ОДН 218.046-01 Т = 0, 02 · 0, 6 = 0, 012 МПа.

Предельное напряжение сдвига (Т_пр) в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.14) ОДН 218.046-01,

где C_N = 0, 005 МПа;

К_д = 1, 0;

Z_оп = 20 + 20 = 40 см;

j _ст = 36° (табл.П.2.4 ОДН 218.046-01);

g _ср = 0, 002 кг/см³;

0, 1 - коэффициент для перевода в МПа;

Т_пр = 0, 005+0, 1·0, 002·40·tg 36°=0, 0108 МПа;

К_пр = 0, 0108 / 0, 012 = 0, 9, что больше К_пр = 0, 87 (см. табл.3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в грунте.

Расчет промежуточного слоя (песка) на устойчивость против сдвига (по ОДН 218.046-01)

1) Е_ср = Е_р = 1600 MПa.

2) Е_ср / Е_сл = 1600 / 120 = 13, 33 МПа.

3) = 20 / 33 = 0, 61.

4) По номограмме (3.2) ОДН 218.046-01:

= 65, 9 МПа; Е_в / Е_н = 1600 / 65, 9 = 24, 28; = 0, 09 МПа.

По формуле (3.13) Т = 0, 029·0, 6=0, 0174 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига (Т_пр) в песчаном слое определяем по формуле (3.14) ОДН 218.046-01,

где C_N = 0, 002 МПа;

К_д = 4, 0;

Z_оп = 20 см;

j _ст =34° (табл.П.2.6 ОДН 218.046-01);

g _ст = 0, 0024 кг/см³;

0, 1 - коэффициент для перевода в МПа;

Тпр = 4 · (0, 002 + 0, 1 · 0, 0024 · 20 · tg34°) = 0, 021 МПа;

К_пр = 0, 021 / 0, 0174 = 1, 20;

= 0, 87 (см. табл.3.1 ОДН 218.046-01).

Следовательно, условие по сдвигоустойчивости в песчаном слое основания выполнено.