Принципы конструирования ДО и выбора мат. Технико-эк. обоснование выбора.

Задачи и принципы конструирования дорожной одежды.

1. необходимо назначит тип покрытия с учетом интенсивности состава движения и категории дороги.

2. назначение количества слоев дорожной одежды.

3. выбор материала слоев и размещение их конструкции таким образом чтобы наиболее полным проявлялись их прочностные и деформационные св-ва.

4. назначение мероприятий по обеспечению морозоустойчивости и осушению конструкции дорожной одежды.

Основные принципы

1. тип дорожной одежды в целом должен удовлетворять транспортно эксплуатационным требованиям предъявляемым к дороге, в соответствии ожидаемым в перспективе интенсивность и состава движении.

2. конструкция дорожной одежды может быть принята типовой или с проектирована индивидуально

3. в районах не достаточно обеспеченных стандартными материалами целесообразно применять местные материалы, побочные отходы промышленности и грунты которые могут быть улучшены вяжущим.

При конструировании необходимо стремиться к тому чтобы она была наименее материалоемкой.

4. конструкция должна быть технологичной и обеспечивать возможность мах механизации и индустриализации работ, стремиться к тому что бы в конструкции было наименьшее количество слоев и видов материала.

5. что при конструировании дорожной одежды следует учитывать региональный опыт который поможет выбрать лучшую конструкцию дорожной одежды.

При расчете дорожной одежды проверяют следующие условии: (формула)

Зависимость модуля упругости от прогиба

Е_общ – общий модуль упругости эквивалентного полу пространства которым заменяем слоистое полу пространство

Е_треб – требуемый модуль упругости min общий модуль упругости который определяется в зависимости от числа приложений расчетной нагрузки за расчетный срок службы.

К_пр- коэффициент прочности назначается в зависимости от уровня надежности конструкции, а уровень надежности – количественный характер представляющий собой отношение пргибов не деформированных участков дороги.

И уровень пректной надежности и коэффициент прочности назначают по таблице 3.1 ОДН 218-04604

ДО является самой дорогостоящей частью авто­мобильной дороги. Затраты на ее устройство иногда достигают 60% общей стоимости строительства. Подвергаясь непосредственному воз­действию транспортных нагрузок и природных факторов, дорожные одежды работают в более тяжелых условиях, чем другие дорожные сооружения. Поэтому к назначению конструкции дорожных одежд следует подходить особенно внимательно, сочетая стремление к обес­печению прочности с всемерным снижением стоимости строительства и уменьшением количества применяемых материалов. В связи с тем, что грунтово-гидрологические условия меняются по протяжению до­роги и гй удается полностью устранить влияние их изменения при нанесении проектной линии и проектировании земляного полотна, должны быть выделены участки с аналогичными условиями грунтов, увлажнения, интенсивности движения и обеспеченности строительными материалами, применительно к которым и разрабатывают варианты дорожных одежд.

Проектирование конструкций дорожных одежд состоит из двух последовательно выполняемых этапов—конструирования и расчета, которые взаимосвязаны и не должны противопоставляться друг другу. Подмена одного из них другим не может гарантировать получения устойчивой, экономичной и удобной в эксплуатации дорожной одежды.

В зависимости от работы при воздействии нагрузок все дорожные одежды условно делят на две группы — нежесткие и жесткие.

Нежесткими называют одежды, обладающие малым сопротивлением изгибу. К ним относятся практически все типы одежд, кроме цементо­бетонных, а также асфальтобетонных покрытий и мостовых на цементо­бетонных основаниях. Большинство конструктивных слоев нежестких одежд не может воспринимать растягивающих напряжений, а сопро­тивление изгибу и модули упругости слоев зависят от температуры и влажности. Роль этих слоев сводится к распределению давления колес на большую площадь подстилающего грунта и к снижению передающихся на подстилающие грунты удельных нагрузок. Кроме того слои дорожной одежды предотвращают проникание в подстилающий грунт поверхностной воды, которая снижает его сопротивление нагрузкам.

Жесткие одежды имеют один или несколько слоев, обладающих сравнительно большим сопротивлением изгибу и модулями упругости, практически не зависящими от колебаний температуры и влажности. Жесткие одежды работают по принципу плит на упругом основании, распределяя давление от внешней нагрузки на площадь грунта, значительно большую, чем нежесткие

Конструирование дорожной одежды заключается в выборе для нее наиболее подходящих материалов исходя из местных ресурсов и соображений организации работ, в целесообразном назначении раз­меров отдельных слоев и размещении их по глубине. В решении по­следней задачи хорошие результаты дает метод расчета проф. А. К. Би- руля(см. § XVI.8). Так как невозможно сразу наметить оптимальную для данных условий конструкцию, обычно разрабатывают несколько вариантов дорожной одежды, из которых выбирают наилучший.

Конструирование дорожной одежды — наиболее творческая часть проектирования. Оно должно основываться на четких представлениях о напряженном состоянии и механизме деформации дорожных одежд, на учете опыта службы различных типов одежд в разных климатических условиях и на особенностях воздействия-на них движения по дороге и природных факторов

Наметив конструкцию одежды, вначале назначают толщину тех ее слоев, размеры которых определяются не столько прочностью одежды, сколько другими факторами (обеспечение отвода воды, предотвращение пучинообразования, сопротивление износу и т. д.) или же принимаются в связи с их высокой стоимостью минимально необходимой толщины, с тем чтобы общая прочность одежды обеспе­чивалась за счет слоев из других, более дешевых материалов.

В ряде случаев в конструкции дорожной одежды необходимо пре­дусматривать возможность постепенного (стадийного) ее усиления укладкой сверху слоев более прочных материалов по мере возрастания интенсивности или изменения состава движения.

Верхние слои земляного полотна рассматривают как составной конструктивный элемент одежды, к прочности и однородности которого предъявляются достаточно высокие требования. Опыт показывает, что недостаточная прочность земляного полотна не может быть компен­сирована утолщением других слоев дорожной одежды.

Расчет дорожной одежды заключается в обосновании необходимой толщины и устойчивости как всей дорожной одежды в целом, так и от­дельных ее слоев. Он сводится к обеспечению равнопрочности всех сравниваемых вариантов одежды и соответствия их заданным условиям движения.

Одним из основных требований при назначении вариантов дорож­ных одежд является учет в каждом конкретном случае интенсивности движения и местных грунтовых, гидрологических и климатических условий, влияющих на службу дорожных одежд. Так, например, щебеночные и гравийные покрытия, не обработанные органическими вяжущими материалами, лучше работают во влажном, умеренном климате и относительно быстро разрушаются в условиях сухого кли­мата на юге. Во влажном климате севера Советского Союза, где ши­роко распространены процессы пучинообразования, необходимо вво­дить в конструкцию дорожной одежды специальные противопучинные слои, которые совершенно излишни в южных районах страны. Опре­деление толщины противопучинного слоя является обязательным.элементом расчета дорожных одежд в районах страны с большими глубинами промерзания.

Климатические условия влияют на выбор типов дорожной одеж­ды также в связи с ограничением продолжительности строительного сезона для производства работ с использованием органических вя­жущих материалов. В засушливых районах применение цементо­бетонных покрытий осложняется трудностями снабжения строитель­ства водой и организации ухода за бетоном.

Одно из основных требований при выборе конструкции дорожной одежды — максимальное использование местных материалов. Эта задача имеет большое значение, так как многие обширные районы страны (Левобережье Украины, Поволжье, Западная Сибирь, Север­ный Казахстан) бедны местными прочными каменными материалами. Дорожное строительство в этих районах связано с использованием привозного камня, иногда доставляемого за сотни километров по железной дороге. Уменьшение дальности возки дорожно-строительных материалов дает возможность существенно снизить стоимость всего строительства.

При отсутствии местных каменных материалов следует устраивать основание из грунтов, укрепленных вяжущими. В последние годы в строительстве находят широкое применение золы уноса ТЭЦ, ме­таллургические шлаки, обладающие цементирующими свойствами, каменные породы из отвалов рудников и каменноугольных шахт н многие другие побочные продукты промышленности.

Однако следует иметь в виду значительную неоднородность этих материалов в отвалах и необходимость тщательной их сортировки перед укладкой в дорожную одежду. Многие местные слабые каменные материалы требуют предварительной обработки малыми дозами цемен­та нли органических вяжущих для повышения морозоустойчивости слоёв. Чем слабее и неоднороднее местные матреиалы тем большнго внимания треьует конструирование и проектироване ДО.

При конструировании дорожных одежд необходимо учитывать технологические особенности их строительства, отдавая предпоч­тение вариантам конструкций, осуществление которых требует наи­меньших материальных затрат. Наиболее простые конуструкции, механизированные. Большое значение имеет возможность пропуска автомобилей в про­цессе строительства по уплотненным слоям дорожной одежды. Количество конструктивных слоев дорожной одежды не следует уве­личивать без явной необходимости, так как это, как правило, бывает связано с осложнением технологического процесса, приводящим к возрастанию стоимости строительства.

При конструировании дорожных одежд, которые предполагается впоследствии по мере возрастания интенсивности движения подвер­гать усилению, необходимую прочность обеспечивают за счет слоев, которые в дальнейшем будут играть роль основания покрытия. Вна­чале на этих слоях устраивают тонкослойные покрытия или просто слои износа, возобновляемые по мере надобности.

Дорожная одежда должна быть предохранена от поступления и на­копления в- ней влаги. Водопроницаемость отдельных конструктив­ных слоев должна возрастать книзу, а из нижнего пористого слоя, если земляное полотно отсыпано из водонепроницаемых грунтов, обеспе­чен вывод воды Поступление влаги из земляного полотна должно быть предотвращено возвышением низа дорожной одежды над возможными источниками увлажнения, устройством водонепроницаемых слоев и т. Д.

Материалы в конструкции дорожной одежды располагают по убы­вающей прочности в соответствии с затуханием по глубине напря­жений от временной нагрузки. Следует учитывать жесткость и коэффициент температурного расширения смежных слоев одежды, так как при большом их различии в одежде возникают трещины.

Наиболее целесообразно, чтобы отношение модулей упругости смежных слоев нз слабосвязных материалов не превышало 5—6. Ни в одном из слоев не должно возникать пластических смещений при действии расчетных нагрузок. Поскольку сдвигающие напряжения в одежде убывают с глубиной (см. рис. ХУЛ), по мере удаления от по­верхности можно укладывать материалы, обладающие все меньшей прочностью и связностью.

Верхние слои основания, в которых возникают значительные напряжения сжатия и сдвига от тяжелых автомобилей, устраивают из материалов, обладающих достаточной прочностью при всех коле­баниях температуры и влажности (уплотненный при помощи заклин­ки щебень или подобранные по крупностп щебеночные или щебеночно- гравийные смеси, обработанные вязким битумом или дегтем; щебень или гравий-, укрепленный цементом).

В нижних слоях оснований нужно в максимальной степени исполь­зовать местные каменные материалы, которые в случаях необходимости сортируют, дробят н укрепляют малыми дозами вяжущих, а также укрепленные грунты.

Привозимые издалека материалы следует укладывать слоями минимальной толщины, обеспечивающей возможность формирования из них монолитного конструктивного слоя, надежного в условиях последующей эксплуатации. Отдельные слои дорожной одежды не должны быть тоньше минимальных значений, приведенных в табл. ХУ.З, при который еще обеспечивается их конструктивная прочность.

При разработке проекта выбирают наиболее целесообразный. При этом учитывают требования автомобильного движения, природные условия, наличие местных строительных материалов, удобство организации строительных работ, последующие эксплуатационные затраты и др. Варианты сравнивают для равнопрочных конструкций, размеры кото­рых предварительно должны быть обоснованы расчетом.

В соответствии с принятой в настоящее время методикой сравне­ния вариантов (см. гл. XXIV) наиболее выгодным типом дорожной одежды является тот, К010рый обеспечивает в течение заданного срока окупаемости строительных затрат наименьшую, отнесенную к тонно- километру перевозок сумму транспортных расходов и расходов на строительство и эксплуатацию дороги — автомобильную и дорожную составляющие себестоимости перевозок.

Автомобильная составляющая себестоимости перевозок склады­вается из расходов на топливо, смазочные материалы и шины, из за­работной платы водителей, из расходов на ремонт и обслуживание автомобилей, а также из стоимости амортизации автомобиля. Зна­чительная часть этих расходов зависит от типа и состояния покрытия (табл. XV.4).

Дорожная составляющая себестоимости транспортных расходов складывается из отнесенных к 1 ткм расходов организаций на строи­тельство, текущий и капитальный ремонты и содержание дорог. Обычно дорожная составляющая перевозок не превышает 10—15% от полной себестоимости перевозок. При росте дальности перевозок и грузоподъемности автомобилей относительная роль дорожной состав­ляющей себестоимости перевозок повышается, хотя общая величина себестоимости перевозок уменьшается.