книги / Основы организации дорожно-строительного производства

4.К чему приводят многократные динамические воздействия в дорожной одежде?

5.Назовите виды дорожно-климатических зон. Что они характеризуют?

6.Назовите виды гидрологических групп. Что они характеризуют?

1.2. Практическая часть

Задача. Произвести расчет, согласно варианту, по определению возможности обеспечения движение автомобилей (с разной нагрузкой на ось) c заданной интенсивностью по дороге, состоящей из покрытия, основания и грунтового полотна. Расположение дороги и ее категория – согласно варианту (табл. 1.5).

						Варианты для расчета										Таблица						1 . 5
										Вариант
Условия
	1		2		3	4	5		6	7	8	9		10		11		12	13		14		15
Число
автомобилей
разных марок
ГАЗ53-А	150		200		300	700	1500		–	–	–	300		500		700		300	1000		100		200
ГАЗ52-03	150		150		50	–	500		400	500	300	300		–		–		–	100		100		200
МАЗ500	25		10		5	400	–		150	30	200	300		–		100		100	100		100		200
МА3503Б	–		–		–	35	–		70	100	–	–		100		–		100	50		100		200
Покрытие	Гравий					Асфальто-				Щебень				Гравий					Асфальто-
							бетон			сбитумом										бетон
Толщина
покрытияh,	15		20		25	10	15		10	10	15	10		15		10		20	10		15		20
см
Грунт			Суглинок							Супесьлегкая								Суглинок
Климатиче-	2		3		4	2	3		4	2	3	4		2		3		4	2		3		4
скаязона
Гидрологиче-	1		2		1	2	3		1	2	3	1		2		3		1	2		3		1
скаягруппа
Тип		Пере-				Усоверщенст-				Усоверщенст-					Пере-				Усоверщенст-
						вованный				вованный									вованный
покрытия	ходный													ходный
						капитальный				облегченный									капитальный
Основание		Песок							Щебень						Песок				Щебень
Толщина
основания	30		15		20	15	20		25	15	20	25		15		20		30	15		20		25
h, см

21

План расчета:

1.В зависимости от расположения дороги, климатических условий и материалов, используемых в дорожной одежде, при-

нять значения модулей упругости для покрытия Е1, основания Е2, грунта насыпи Е3 в мегапаскалях (МПа).

2.Определить эквивалентный модуль упругости дорожной одежды в целом.

Требуемая категория дороги определяется исходя из максимальной нагрузки на ось автомобиля.

Исходя из категории дороги и нагрузки на ось определить эквивалентный модуль системы «основание – грунт». Найти Е3

иЕ2 из табл. 1.3 и описания. Определить по наибольшей нагрузке на ось машин, по какому типу расчетной нагрузки – А (максимальная нагрузка на ось 100 кН) или Б (максимальная нагрузка на ось 60 кН)) (см. табл. 1.1) – вести расчет. Найти со-

отношение Е3/Е2 и h/D, где h – толщина слоя основания, см; D – расчетный диаметр следа колеса, см, зависит от типа расчетной нагрузки (группа А или Б). На номограмме (см. рис 1.4) найти на оси абсцисс точку, соответствующую отношению h/D, а на оси ординат точку для Е3/Е2 и восстановить из них перпендикуляры. Они пересекаются на поле номограммы в точке, для которой отношение Е3 /Еобщ = k. Отсюда Е1 общ = Е3/k.

Таким образом, найти эквивалентный модуль упругости системы грунт – основание.

Определить эквивалентный модуль дорожной одежды в целом Еэкв. Известны Е1 (покрытия), Е1общ (грунт – основание определили выше).

Найти отношении Е1общ/Е1 и h/D, h – высота покрытия. По номограмме рис 1.4 найти коэффициент k1 и определить общий эквивалентный модуль упругости Еэкв дорожной одежды:

Еэкв = Е1общ/k1.

22

3. Определить допускаемую интенсивность.

Используя номограмму (см. рис. 1.5), отложить на оси ординат найденное значение Еэкв и провести перпендикуляр из этой точки до пересечения с линией для покрытий соответствующего типа и нагрузок. Точка пересечения соответствует интенсивности движения N1 (авт./сут).

4. Привести заданную интенсивность движения к эквивалентной нагрузке на ось (согласно варианту).

Если автомобили группы А (эквивалентная нагрузка на ось 100 кН), автомобили группы Б (эквивалентная нагрузка 60 кН).

Коэффициенты для пересчета приведены в табл. 1.2

Nприв = n1K1прив + n2K 2прив + … + …,

где n1, n2 – число автомобилей; K1прив, K2прив – коэффициенты приведения.

Должно выполнятся условие Nприв < N1.

Если условие выполняется, то дорожная одежда выдержит заданную интенсивность движения.

2.ВЫБОР УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ

ИОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМА УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Цель работы – ознакомиться с методикой определения толщины уплотняемого слоя грунта при строительстве автомобильной дороги в зависимости от вида уплотняемого грунта и типа дорожного катка.

2.1. Теоретическая часть

Важнейшие задачи разработки технологии уплотнения – определение требуемых уплотняющих нагрузок (или толщины уплотняемого слоя при заданном типе катка) и числа проходов.

23

Поскольку требуемая структура грунта окончательно формируется при последних проходах катка, то эти задачи необходимо решать применительно к концу процесса уплотнения.

Задачу определения толщины уплотняемого слоя можно сформулировать следующим образом: пневмокатком заданной массы с известной нагрузкой на колесо необходимо уплотнить слой грунта до получения заданного значения эквивалентного модуля упругости слоя Еэкв, а также установить толщину уплотняемого слоя Н.

При уплотнении напряжения в грунтовом слое убывают с глубиной, поэтому плотность по толщине слоя распределяется неравномерно.

Напряжения σΖ в нижней части слоя грунта толщиной Н можно определить по формуле

σΖ = σmaxkσ,

(2.1)

где σmax – максимальное давление по площади контакта в конце уплотнения; kσ – коэффициент, характеризующий интенсивность снижения напряжений с глубиной.

Значение kσ для пневмокатков устанавливается из графика рис. 2.1 в зависимости от требуемого к концу уплотнения эквивалентного модуля упругости слоя и отношения r/Н, где r – радиус отпечатка пневматического колеса,

r =	B		DQ	,	(2.2)
	2
			k1

где В, D – соответственно ширина профиля и диаметр; Q – нагрузка на колесо, кг; k1 – коэффициент жесткости шины, кг/см

(табл. 2.1).

Значение σmax в формуле (2.1) для пневмокатков определяется из выражения

24

σmax =	3k0kB		Qk1	,	(2.3)
	πB
			D

где k0 – коэффициент концентрации напряжений от рисунка протектора, равный отношению площади отпечатка брутто к площади нетто (k0 = 1,2...1,6); kB – коэффициент, учитывающий вязкие свойства грунтов. По О.Т. Батракову

k = E ,

B E + 27,7k2ηv

где Е – модуль упругости в конце процесса уплотнения; k2 – коэффициент для материалов с коагуляционным типом структуры, близкий к 1,5; η – объемный коэффициент вязкости, МПа·с/см2, принимаемый: для песков и супесей – 0,34–0,4; для суглинков –

0,26–0,34; для тяжелых суглинков – 0,20–0,26; для глин – 0,15–0,20; v – скорость движения катка, км/ч.

Рис. 2.1. График для определения коэффициента kВ в зависимости от эквивалентного модуля упругости слоя

для окончания процесса уплотнения

25

Таблица 2 . 1

Расчетные характеристики шин, используемых для пневмокатков

Типшины	Ширина	Диаметр	Коэффициентжесткостишиныk1, кг/см,
	профиля	шиныD,	придавлениивоздухавшине, МПа
	В, см	см	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
9.00–20	23	93	380	460	530	560	–
12.00–20	31	102	360	510	630	700	780
14.00–20	36	108	430	550	640	720	790
18.00–20	46	112	650	830	980	1080	–

Для процесса уплотнения по всей толщине уплотняемого слоя действующие напряжения σ в нижней части слоя толщиной H должны быть не ниже предельного сопротивления грунта уплотнению (табл. 2.2):

σZ = Rу.	(2.4)
Таблица	2 . 2

Пределы прочности грунтов с учетом всех видов сопротивлений уплотнению при оптимальной влажности

Видгрунта	ПределпрочностигрунтаRу, МПа, приукатке
	Жесткобарабанными	Пневмокатками
	катками
Песчаный, супесчаный,
пылеватый	0,3–0,6	0,3–0,4
Суглинистый	0,6–1,0	0,4–0,6
Тяжелосуглинистый	1,0–1,5	0,6–0,8
Глинистый	1,5–1,8	0,8–1,0

Примечание. Большие́ значения принимаются для грунтов с большей связностью.

Более подробно теоретические вопросы необходимо изучить, используя учебники, приведенные в списке литературы в конце пособия

26

Контрольные вопросы

1.Область применения жесткобарабанных катков. Чем она обусловлена?

2.Область применения катков на пневмошинах. Чем она обусловлена?

3.Область применения кулачковых катков. Преимущества

инедостатки кулачковых катков.

4.Укажитепреимуществаинедостаткивибрационныхкатков.

5.Виды рабочих органов уплотняющих машин.

6.Классификация катков.

7.Какиефизическиепроцессыпроисходятприуплотнении?

2.2. Практическая часть

Задача. Согласно варианту определить толщину уплотняемого слоя Н в зависимости от вида уплотняемого грунта и типа дорожного катка.

План расчета. Толщина уплотняемого слоя Н определяется в следующем порядке:

1.Приняв в качестве минимально допустимого значе-

ния σZ соответствующее значение предела прочности грунта Rу из табл. 2.2 и определив по выражению (2.3) максимальное давление по следу, развиваемое данным пневмокатком, из формулы

(2.1) установить величину kВ, удовлетворяющую условию (фор-

мула (2.4)).

2.Поскольку к концу укатки необходимо обеспечить заданное значение Еэкв, то из графика (см. рис. 2.1) по известным

значениям kВ и Еэкв найти отношение r/Н, удовлетворяющее условию (формула (2.4)) и требованию в отношении достижения заданного Еэкв.

3. Определив по формуле (2.2) для заданного катка значение r, из отношения r/Н найти требуемую толщину уплотняемого слоя Н. Необходимое число проходов пневмокатка

27

для достижения требуемой плотности грунта мальной влажности уплотняемого грунта Wо формуле

N≥ 1 ln δmax − δ0 ,

βδmax − δтр

δтр при оптиустановить по

(2.5)

где β = 0,25 для пневмокатков массой более 20 т и β = 0,2 для пневмокатков массой менее 20 т; δmax – максимально возможная плотность сухого грунта, г/см3,

δmax =		;	(2.6)
	1+ 0,01Wo

δ0 – начальное значение плотности сухого грунта, г/см3, зависящее от вида грунта и способов его транспортирования и укладки (табл. 2.3); – плотность минеральной части грунта, г/см3.

Таблица 2 . 3

Начальные значения плотности сухого грунта в зависимости от способа транспортирования грунта в насыпь при влажности, близкой к оптимальной

	Среднеезначениеначальнойплотностисухогогрунтаδ0, г/см3,
Видгрунта	притранспортированиигрунта
	Бульдозерами	Автосамосвалами	Скреперами
		безрегулирования	безрегулирования
	избоковыхрезервов
		проходов	проходов
Песчаный	1,25	1,28	1,49
Супесь
легкая	1,19	1,25	1,44
пылеватая	1,14	1,18	1,35
Суглинок
легкий	1,18	1,26	1,45
пылеватый	1,13	1,17	1,32
тяжелый	1,13	1,18	1,34
Глинистый	1,14	1,19	1,35

28

Варианты заданий приведены в табл. 2.4.

Таблица 2 . 4

Варианты заданий

Параметры						Вариант
	1	2	3	4	5	6	7		8	9	10	11
Массакатка, т	20	22	12,5	12,5	16	25	10		14	38	40	45
Типшины	14.00–20		9.00–20		12.00–20	14.00–20	9.00–20			18.00–20
Нагрузкана
колесо, т	2	2,3	1,2	1,4	1,8	2,5	1,25		1,4	3,5	3,8	4
Давление
вшине, МПа	0,45	0,5	0,3	0,3	0,4	0,5	0,32		0,3	0,5	0,5	0,55
Требуемая
плотность
грунта, г/см3	1,7	1,65	1,78	1,8	1,68	1,33	1,65		1,75	1,35	1,29	1,37
Требуемый
эквивалентный
модульупру-
гостигрунта
Еэкв, МПа	32	34	37	40	30	25	33		42	27	43	30
Способтранс-	Скреперами		Автосамо-		Бульдозерами				Автосамо-		Бульдозерами
портирования	безрегули-		сваломбез						сваломбез		избоковых
	рования		регулирования		избоковыхрезервов				регулирова-
внасыпь	проходов		проходов						нияпроходов		резервов
Скоростьдви-
жениякатка,
км/ч	1,5	2	2	3	4	2	2,5		3	2,5	3	4
Плотность
минеральной
частигрунта,
г/см3	2,7	2,68	2,66	2,68	2,7	2,71	2,75		2,62	2,7	2,74	2,71
Оптимальная
влажность
грунтаWo, %	23	22	12	14	21	30	20		14	32	15	22
Грунт	суглинок		супесь		суглинок	глина	сугли-		супесь	гли-	супесь	сугли-
							нок			нистый		нок

В соответствии с «Руководством по сооружению земляного полотна автомобильных дорог» найденный приведенным выше способом режим уплотнения земляного полотна может включаться в технологические карты на возведение полотна в качестве обязательных требований только после проверки его пробной укаткой.

29

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ ГРУНТА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Цель работы – ознакомиться с методикой определения требуемой плотности грунта при возведении земляного полотна в зависимости от условий строительства.

3.1. Теоретическая часть

Уплотнение обеспечивает требуемую прочность и устойчивость грунтов, в частности требуемые значения модуля упругости, угла внутреннего трения и сцепления. Уплотнение также придает однородность материалу. Средняя плотность и прочность грунтов земляного полотна еще не могут характеризовать его надежность, поскольку разрушение земляного полотна начинается в местах с пониженной прочностью. Устойчивое земляное полотно под воздействием собственной массы и действующих на него нагрузок при различных условиях увлажнения, а также промерзания и оттаивания не будет давать неравномерных остаточных деформаций дорожной одежды, превышающих допустимые. Уплотнение обеспечивает работу земляного полотна только в стадии упругих деформаций, так как при развитии в насыпи остаточных деформаций они могут привести к разрушению земляного полотна.

Уплотнение грунтов обязательно как в насыпях, так и в выемках. В отдельных случаях уплотнение грунтов сопровождают введением укрепляющих добавок (извести, цемента, золы-уноса, органических вяжущих), повышающих прочность грунта за счет увеличения сцепления. При этом растет модуль упругости грунта под дорожной одеждой (прочность) и устойчивость откосов земляного полотна, что особенно необходимо для малосвязных грунтов в высоких насыпях.

При возведении земляного полотна неизбежно разрыхление перемещаемого в насыпь грунта. Раньше предполагали, что

30