Содержание
Введение
Глава 1. Проектирование нежесткой дорожной одежды
Исходные данные
Установление расчетной нагрузки
Определение величины минимального требуемого модуля упругости
Определение требуемого уровня надежности и коэффициента прочности
Конструирование дорожной одежды
Определение характеристик грунта земляного полотна
Глава 2. Расчет дорожной одежды
Расчет дорожной одежды по упругому прогибу
Расчёт дорожной одежды по сдвигу в грунте земляного полотна
Расчёт дорожной одежды на сдвиг в песчаном слое
Расчет слоев асфальтобетона на растяжение при изгибе
Расчет слоя из золошлаковой смеси, укрепленным цементом, на растяжение при изгибе
Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость
Глава 3. Проектирование мостового перехода
Определение расчетного расхода
3.2 Определение вспомогательных характеристик потока
Расчет отверстия моста
Определение размеров струенаправляющих дамб
3.5 Расчет размывов
Расчет общего размыва
Расчет размыва у промежуточной опоры
Расчет размыва в голове струенаправляющей дамбы
Расчет подпоров
Определение расчетного судоходного уровня
Проектирование подходов к мосту
Глава 4. Определение отверстий малых водопропускных сооружений
Исходные данные
Определение расчетного расхода по СНиП 2.01.14 - 83
Определение расчётного расхода по способу МАДИ и института Союздорпроект
Расчёт стока талых вод с малых водосборов
Определение сбросного расхода воды в сооружении с учетом аккумуляции
4.6 Расчет отверстия малого моста
Список литературы
Введение
Дорожной одеждой называют твердую монолитную конструкцию из одного или нескольких слоев, выполненных из разнородных материалов, уплотненную на поверхность земельного полотна. Дорожная одежда должна хорошо сопротивляться воздействию колес автотранспортных средств, быть стойкой к влиянию природно-климатических факторов и отвечать основным транспортно-эксплутационным требованиям (прочность, ровность, шероховатость, беспыльность).
Современные дорожные одежды по механическим свойствам, т.е. по сопротивлению нагрузкам от воздействия автотранспортных средств и характеру деформирования, разделяют на 2 группы - это жесткие и нежесткие дорожные одежды.
К жестким дорожным одеждам относят дорожные одежды, главным конструкционным элементом которых является цементно-бетонная плита.
К нежестким относят те дорожные одежды, у которых сопротивление изгибу и модули упругости конструктивных слоев существенно зависят от температуры и влажности, либо сопротивления изгибу практически отсутствуют. Важнейшим требованием, предъявляемым к дорожным одеждам нежесткого типа является надежность и экономичность в течение расчетного периода эксплуатации.
Напряжения, возникающие в дорожной одежде под воздействием подвижной нагрузки, затухают с глубиной. Это позволяет проектировать дорожную одежду как многослойную, конструктивную, располагая конструктивные слои в порядке убывания их прочности с увеличением глубины. С учетом этого в основу метода расчета нежесткой дорожной одежды положена расчетная схема многослойной конструкции, которая рассматривается в целом, т.е. покрытие, основание и группы земельного полотна, как сложное упругое полупространство, равномерно нагруженное по площади круга, равного следу колеса автомобиля.
В многослойной нежесткой дорожной одежде различают следующие конструктивные слои:
Покрытие - верхний, наиболее прочный относительно тонкий слой дорожной одежды, воспринимающий усилия от колес автомобилей и подвергающийся воздействию атмосферных факторов.
Основание - несущая прочная часть дорожной одежды, обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на расположенные ниже дополнительные слои основания или грунт земляного полотна.
Дорожную одежду укладывают на грунт земляного полотна или подстилающий грунт, т.е. на тщательно уплотненные и спланированные верхние слои земляного полотна. Дорожная одежда и земляное полотно в целом составляют дорожную конструкцию.
Глава 1. Проектирование нежесткой дорожной одежды
Исходные данные
Требуется запроектировать дорожную одежду на дороге в Орловская области. Срок службы дорожной одежды Тсл - 15 лет. Заданный уровень надежности Кн=0,95 Грунт земляного полотна - суглинок тяжелый. Интенсивность движения на начало эксплуатации дороги для грузовых автомобилей Nо= 985 авт./сут.; из них: Nо гр= 1170 авт./сут.; Nо авт=161авт./сут.
Состав движения для грузовых автомобилей: 2т - 4%; 4т - 11%; 6т - 12%; 8т - 11%; 10т - 13%. Рост интенсивности движения p=5.8%.
Дорога находится в III дорожно-климатической зоне.
Установление расчетной нагрузки
Принимаем для расчета дорожной одежды расчетную нагрузку группы А1, характеризующуюся нормативной статической нагрузкой на ось 100 кН, нормативной статической нагрузкой на покрытие Qрасч=50 кН, удельное давление колеса на покрытие p=0,6 МПа, расчетный диаметр следа движущегося колеса Dд=37 см, неподвижного D=33 см.
Определяем интенсивность движения автомобилей и - по составу интенсивности движения на 20-й год эксплуатации по формуле
,
где Nt - среднегодовая суточная интенсивность движения на последний год эксплуатации дорожной одежды, авт./сут.; t - перспективный срок, лет; No - среднегодовая суточная интенсивность движения на начало эксплуатации дороги, авт./сут.; p - рост интенсивности движения.
N20=985(1+0, 058)20=3041 авт./сут. Согласно СНиП 2.05.02-85 определяем техническую категорию дороги.
Принимаем II- тех. кат. а/д. Согласно ОДН 218.046-01 (2) принимаем тип дорожной одежды и вид покрытия.
Принимаем капитальный тип покрытия. Вид покрытия из горячих асфальтобетонных смесей.
Определяем интенсивность движения автомобилей и - по автомобильной дороге на 15-й год эксплуатации:
N15гр=756(1+0,04)15=1170 авт./сут; N15авт=81(1+0,04)15=161 авт./сут.
Определяем приведенную интенсивность воздействия нагрузки Np на последний год срока службы по формуле
,
где fпол - коэффициент, учитывающий число полос движения, fпол =0,55; Nm - число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m-ой марки; Sm.сум. - суммарный коэффициент приведения транспортного средства m-ой марки к расчетной нагрузке.
Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности дорожной конструкции за срок службы определяется по формуле
,
где Tрдr - расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции, Tрдr=135; q - показатель изменения интенсивности данного типа автомобиля по годам, q=1,04; Kc - коэффициент суммирования; kn =1,49 - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого, kn =1,49.
Определение величины минимального требуемого модуля упругости
Определяем величину минимального требуемого модуля упругости по формуле
,
где с - эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки
кН- 3,55.
МПа.
Согласно ОДН 218.046-01. для дорог II технической категории минимальное значение требуемого модуля упругости Еmin=220 МПа, что меньше полученного по расчету, следовательно, к расчету дорожной одежды принимаем Етрmin =220 МПа.
1.4 Определение требуемого уровня надежности и коэффициента прочности
Дорожную одежду следует проектировать с учетом требуемого уровня проектной надежности. В качестве количественного показателя отказа используют предельный коэффициент разрушения Крпр.
Для дороги II технической категории с капитальным типом дорожной одежды Крпр=0,05. Так как по заданию коэффициент надежности равен Кн=0,95, то примем требуемые минимальные коэффициенты прочности: для расчета по упругому прогибу - 1,20; по сдвигу и на растяжение при изгибе - 1,00.
Конструирование дорожной одежды
Примем следующую конструкцию дорожной одежды:
покрытие - верхний слой: асфальтобетон плотный, мелкозернистый, I марки, тип А, на битуме БНД 60/90, укладываемый в горячем состоянии, h1=6 см, Е1=3200 МПа;
нижний слой: асфальтобетон пористый крупнозернистый на битуме БНД 60/90, укладываемый в горячем состоянии, h2=10 см, Е2=2000 МПа;
основание - верхний слой: черный щебень, уложенный по способу заклинки, h3=18 см, Е3=600 МПа; нижний слой: песчано-гравийная смесь, укрепленная цементом, Е4=385 МПа,
(толщину слоя h4 необходимо определить расчетом);
дополнительный слой основания - песок крупный, h5=20 см, Е4=130 МПа;
грунт земляного полотна - супесь лёгкая крупная, Е4=65 МПа.
Характеристики материалов, применяемых в дорожной конструкции, сводим в табл. А
Характеристики материалов, применяемых в дорожной конструкции
Таблица А
| Материал конструктивного слоя | Источник | Расчёт по: | ||
| упругому прогибу | сопротивлению сдвигу | сопротивлению растяжению при изгибе | ||
| 1. Мелкозернистый асфальтобетон типа А, I марки на битуме БНД 60/90, укладываемый в горячем состоянии h1=6 см. | Табл. 3.3. +10˚С +30˚С Табл. 3.2. | Е1=3200 МПа - | - Е1=1200 МПа | - - Е1=4500 МПа Rn=2,8 МПа |
| 2. Крупнозернистый асфальтобетон на битуме БНД 60/90, укладываемый в горячем состоянии h2=10 см. | Табл. 3.3. +10˚С +30˚С Табл. 3.2. | Е2=2000 МПа - | - Е2=850 МПа | - - Е2=2800 МПа Rn=1,6 МПа |
| 3. Черный щебень, уложенный по способу заклинки, h3=18 см | Табл. 3.6. | Е3=600 МПа | Е3=600 МПа | Е3=600 МПа |
| 4. Песчано-гравийная смесь, укрепленная цементом | Табл. 3.6. | Е4=385 МПа | Е4=385МПа | Е4=385МПа |
| 5. Песок крупный | Табл.2.10 | Е5=130МПа | Е5=130МПа φ5=29º С5=0,003 МПа | Е5=130МПа |
6. Грунт земляного полотна - супесь лёгкая крупная Табл. 2.9. Егр=65 МПа Егр=65 МПа Φ6=13º 
| С6=0,004 МПаЕгр=65 МПа |
Определение характеристик грунта земляного полотна
Расчетную влажность грунта Wp определяем по формуле
,
где 
- среднее многолетнее значение относительной влажности грунта в долях от границы текучести, 
; 
- поправка на особенности рельефа, для равнинных районов 
; 
- поправка на конструктивные особенности проезжей части и обочин, 
; 
- поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоев, 
; t - коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности t=1,71.
.
При расчетной влажности 
,
модуль упругости грунта земляного полотна Е=65 МПа, 
, ,
с =0,004 МПа.
мостовой дорога одежда водоток
Глава 2. Расчет дорожной одежды
Расчет дорожной одежды по упругому прогибу
Общий модуль упругости определяем по формуле
МПа.
Рассматриваем поочерёдно сверху вниз двухслойные системы, находим общие модули упругости на контактах конструктивных слоёв и определяем толщину слоя основания.
Находим отношения 
и 
, по номограмме определяем отношение 
, отсюда 
МПа.
Находим отношения 
и 
, по номограмме определяем отношение 
, отсюда 
МПа.
Находим отношения 
и 
, по номограмме определяем отношение 
, отсюда 
МПа.
Для определения толщины четвертого слоя сначала находят 
. Для этого определяют отношения 
и 
, по номограмме находят 
, отсюда 
МПа.
Находим толщину четвертого слоя. Для этого определяем отношения 
и 
, по номограмме находим отношение 
, отсюда 
см.
см.
Расчёт дорожной одежды по сдвигу в грунте земляного полотна
Расчётная схема
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем как средневзвешенный
,
МПа,
Определяем отношения 
и 
, по номограмме для находим удельное напряжение сдвига 
.
Активное напряжение сдвига определяем по формуле 
.
МПа.
Определяем предельное допустимое напряжение активное напряжение сдвига Тпр по формуле 
, где СN - сцепление в грунте земляного полотна (песчаном слое); Кд - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания, Кд =1,0; zon - глубина расположения поверхности слоя проверяемого на сдвигоустойчивость от верха конструкции; γср - средний удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, γср =0,002 кг/см3;
МПа.
Находим отношение 
. Следовательно, сдвигоустойчивость в грунте земляного полотна обеспечена.
2.3 Расчёт дорожной одежды на сдвиг в песчаном слое
Расчётная схема
Определяем толщину верхнего слоя 
см.
Определяем средний модуль упругости верхнего слоя
МПа,
Определяем отношения 
и 
, по номограмме для 
находим удельное напряжение сдвига 
.
Определяем полное активное напряжение сдвига по формуле
.
МПа.
Определяем предельное допустимое напряжение активное напряжение сдвига Тпр по формуле 
МПа.
Находим отношение 
. Следовательно, условие сдвигоустойчивости в песчаном слое обеспечена.
Расчет слоев асфальтобетона на растяжение при изгибе
Расчётная схема
Определяем средний модуль упругости асфальтобетонных слоев по формуле
МПа.
Находим отношения 
и 
, по номограмме определяем растягивающее напряжение от единичной нагрузки 
.
Находим полное растягивающее напряжение по формуле
МПа.
Определяем предельное растягивающее напряжение по формуле
,
где Ro - нормативное предельное сопротивление растяжению при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки; k1 - коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;; k2 - коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов,; k2=0,80; νR - коэффициент вариации прочности на растяжение при изгибе, νR=0,1.
МПа.
Вычисляем отношение 
. Следовательно, условие на сопротивление слоев асфальтобетона усталостному разрушению от растяжения при изгибе выполнено.
2.5 Расчет слоя из золошлаковой смеси, укрепленным цементом, на растяжение при изгибе
Расчётная схема
Определяем средний модуль упругости асфальтобетонных слоев по формуле
МПа.
Находим отношения 
и 
, 
по номограмме определяем растягивающее напряжение от единичной нагрузки 
.
Находим полное растягивающее напряжение по формуле
МПа.
Определяем предельное растягивающее напряжение по формуле
где Ro - нормативное предельное сопротивление растяжению при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки; k1 - коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;; k2 - коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов,; k2=0,80; νR - коэффициент вариации прочности на растяжение при изгибе, νR=0,1.
МПа.
Вычисляем отношение 
. Следовательно, условие на сопротивление слоев асфальтобетона усталостному разрушению от растяжения при изгибе выполнено.
Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость
Конструкция считается морозоустойчивой если выполняется условие 
, где lпуч - расчетное пучение грунта земляного полотна;
lдоп - допускаемое для данной конструкции пучение грунта,
lдоп=4 см.
При отсутствии натурных данных, глубину промерзания дорожной конструкции определяем по формуле 
м.
Уровень грунтовых вод УГВ=1,80м.
Определяем величину морозного пучение по формуле:
lпуч=lпуч. ср.*КУГВ* Кпл* Кгр* Кнагр* Квл,
lпуч. ср =2,2 см - величина морозного пучение при осредненных условиях,
КУГВ=0,62 - коэффициент, учитывающий влияние расчетный глубины залигание уровня грунтовых вод,
Кпл=1,1 - коэффициент, зависящий от степени уплотнение грунта рабочего слоя,
Кгр=1,0 - коэффициент, учитывающей гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки,
Кнагр=0,86 - коэффициент, учитывающий влияние от собственного веса вышележащей конструкции на грунт, зависит от глубины промерзания,
Квл=1,1- коэффициент, зависит от расчетной влажности грунта 
lпуч=2,2*0,62*1,1*1,0*0,86*1,1=1,41см
Следовательно, морозоустойчивость дорожной одежды обеспечена.
Глава 3. Проектирование мостового перехода
Требуется запроектировать мостовой переход через постоянный водоток на автомобильной дороге II технической категории
Определение расчетного расхода
Расчетная вероятность превышения максимальных расходов расчетных паводков для мостовых переходов на автомобильных дорогах II технической категории принимается Р = 1%.
Согласно проведенному расчету уровень высоких вод с расчетной вероятностью превышения Р=1%, составляет Н1% = 10,7, следовательно отметка расчётного уровня высоких вод НРУВВ равна:
где Н0=36,10м - отметка нуля графика водомерного поста.
Таблица 3.
Определение площади живого сечения и Нср
| Пикет плюс | Глубина, м | Сумма глубин | Расстояние, м | Удвоенная площадь | ||
| Левая пойма | ||||||
| 35+33 | 0.00 | - | - | - | ||
| 36+00 | 2,9 | 2.9 | 194.3 | |||
| 37+00 | 3,9 | 6.8 | ||||
| 38+00 | 4,7 | 8.6 | ||||
| 39+00 | 4,99 | 9.69 | ||||
| 40+00 | 4,6 | 9.59 | ||||
| 41+00 | 5,05 | 9.65 | ||||
| Итого: | å567 | å4627,3 | ||||
| Главное русло | ||||||
| 41+00 | 5.05 | - | - | - | ||
| 41+50 | 16.05 | 802.5 | ||||
| 42+00 | 11.8 | 22.8 | ||||
| 42+50 | 8.8 | 20.6 | ||||
| 43+00 | 13.8 | |||||
| Итого: | å200 | å3662.5 | ||||
| Правая пойма | ||||||
| 43+00 | 5.0 | - | - | - | ||
| 44+00 | 5.1 | 10.1 | 110.1 | |||
| 45+00 | 4.8 | 9.9 | 109.9 | |||
| 46+00 | 4.3 | 9.1 | 109.1 | |||
| 47+00 | 4.4 | 8.7 | 108.7 | |||
| 48+00 | 4.2 | 8.6 | 108.6 | |||
| 48+56.9 | 4.2 | 56.9 | 61.1 | |||
| Итого: | ∑556.9 | ∑4878.98 | ||||
Вычисление средних скоростей и расходов по элементам сечения приведено в табл.4.
Таблица 4