дорожной одежде, земляному полотну, водопропускной трубе, элементам обустройства

Устойчивый экономический рост, укрепление национальной безопасности России и повышение качества жизни россиян во многом определяются состоянием дорожного хозяйства страны. Интеграция автомобильных дорог в международную транспортную сеть является одним из определяющих факторов влияния на эффективность работы всей экономики страны. Данное положение отражено в Федеральном законе Российской Федерации от 08 ноября 2007 г. № 257 – ФЗ «Об автомобильных дорогах и о дорожной деятельности в Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». [2, с.5]
Наиболее благоприятные условия эксплуатации автомобильного транспорта более всего обеспечиваются оптимальным сочетанием элементов дороги в плане и продольном профиле, типом покрытия дороги, планировочным решением транспортных развязок на пересечениях проектируемой дороги с другими (существующими) дорогами, а также надлежащим содержанием конструктивных и других элементов дорог.
Поэтому при проектировании новых дорог проработка конкурентоспособных вариантов обязательна, особенно при выборе положения оси дороги в плане, продольном профиле и конструкции дорожной одежды. При принятии проектных решений определяющими факторами следует считать возможность движения с расчетными скоростями при наименьших затратах на строительство и обеспеченность безопасности дорожного движения.
Целью написания данного реферата является изучение теоретических аспектов строительства автомобильных дорог.
Из выше указанной цели можно выделить следующие задачи:
общие сведения о дорожной одежде, земляного полотна, водопропускных труб и элементах обустройства автомобильных дорог.
Общие сведения о дорожных конструкциях. Классификация и виды дорожных одежд и покрытийОбщие сведения о дорожных конструкцияхДорожной одеждой принято называть конструктивный элемент автомобильной дороги, воспринимающий нагрузку от транспортных средств и передающий ее на земляное полотно. Дорожная одежда состоит из нескольких основных слоев (рис. 1). [5, с.4]
Рис. 1. Общий вид конструкции дорожной одежды
Покрытие дорожной одежды – верхняя часть дорожной одежды, состоящая из одного или нескольких слоев, непосредственно воспринимающая усилия от колес транспортных средств и подвергающаяся прямому воздействию атмосферных факторов.
Основание дорожной одежды – несущая прочная часть дорожной одежды, обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на расположенные ниже дополнительные слои основания или грунт земляного полотна.
Дополнительные слои основания – слои между несущим основанием и подстилающим грунтом, предусматриваемые для обеспечения требуемой морозоустойчивости и дренирования конструкции, позволяющие снижать толщину вышележащих слоев из дорогостоящих материалов. В зависимости от функции дополнительный слой бывает морозозащитным, теплоизолирующим, дренирующим.
Основанием дорожной одежды служит рабочий слой земляного полотна (подстилающий грунт) – верхняя часть полотна в пределах от нижнего слоя дорожной одежды до уровня, соответствующего 2/3 глубины промерзания конструкции, но не менее 1,5 м, считая от поверхности покрытия.
Проектирование дорожной одежды состоит из двух последовательно выполняемых этапов – конструирование и расчет, которые взаимосвязаны между собой и должны дополнять друг друга. [5, с.4]
Конструирование дорожной одежды заключается в целесообразном расположении слоев дорожной одежды, выборе для них материалов, исходя из местных ресурсов и способа организации работ.
Процедура конструирования дорожной одежды включает в себя:
выбор вида покрытия;
назначение числа конструктивных слоев с выбором материалов для устройства слоев, размещение слоев в конструкции и назначение их ориентировочных толщин;
предварительную оценку необходимости назначения дополнительных морозозащитных мер с учетом дорожно-климатической зоны, типа грунта рабочего слоя земляного полотна и схемы увлажнения рабочего слоя на различных участках;
предварительную оценку необходимости назначения мер по осушению конструкции, а также по повышению трещиностойкости конструкции;
оценку целесообразности укрепления или улучшения верхней части рабочего слоя земляного полотна;
предварительный отбор конкурентоспособных вариантов с учетом местных природных и проектных условий работы.
При конструировании дорожной одежды руководствуются следующими общими принципами:
тип дорожной одежды и вид покрытия, конструкция одежды в целом должны удовлетворять транспортно-эксплуатационным требованиям, предъявляемым к дороге соответствующей категории и ожидаемым в перспективе составу и интенсивности движения с учетом изменения интенсивности движения в течение заданных межремонтных сроков и предполагаемых условий ремонта и содержания;
конструкция одежды может быть принята типовой с привязкой к условиям проектирования или разработана индивидуально для каждого участка или ряда участков дороги, характеризующихся сходными природными условиями с одинаковыми расчетными нагрузками;
в районах, недостаточно обеспеченных стандартными каменными материалами, допускается применять местные каменные материалы, побочные продукты промышленности и грунты, свойства которых могут быть улучшены обработкой их вяжущими (цемент, битум, известь, активные золы уноса и др.). Одновременно надо стремиться к созданию конструкции, по возможности наименее материалоемкой;
конструкция должна быть технологичной (обеспечивать возможность максимальной механизации и индустриализации дорожно-строительных работ), для этого число слоев и видов материалов в конструкции принимают возможно минимальным.
Расчет дорожной одежды включает в себя: [5, с.6]
1) оценку прочности конструкции:
по допускаемому упругому прогибу;
по сопротивлению монолитных слоев растягивающим напряжениям;
по сдвигоустойчивости материалов конструктивных слоев и
грунта;
2) проверку на морозоустойчивость;
3) расчет толщины дренирующего слоя.
1.2. Классификация дорожных одежд и покрытийТребования, предъявляемые к транспортно-эксплуатационным качествам проектируемых дорожных одежд – прочности, ровности, сопротивлению износу – неодинаковы. При этом важнейшие эксплуатационные качества дорожных одежд – допускаемая скорость и удобство движения – определяются в основном видом их покрытий. [5, с.7]
В зависимости от требований, предъявляемых к покрытию, дорожные одежды условно принято разделять на капитальные, облегченные, переходные и низшие. Каждому типу дорожных одежд соответствуют основные виды применяемых покрытий, которые представлены в табл. 1.
Таблица 1
Классификация дорожных одежд по типу покрытия [4, с.2]
Типы дорожных одежд Материал и способ его укладки
Усовершенствованные покрытия Капитальные Из горячих асфальтобетонных смесей
Цементобетонные монолитные
Железобетонные, монолитные и сборные или из предварительно напряжённого цементобетона, армобетонные сборные и монолитные
Облегченные 1. Из горячих асфальтобетонных смесей
2. Из холодных асфальтобетонных смесей
3. Из органоминеральных смесей: с жидкими органическими вяжущими; с жидкими органическими вяжущими совместно с минеральными; с вязкими, в том числе эмульгированными органическими вяжущими; с эмульгированными органическими вяжущими совместно с минеральными
4. Из каменных материалов и грунтов, обработанных битумом по способу смешения на дороге или методами пропитки
5. Из каменных материалов, обработанных органическими вяжущими методом пропитки
6. Чёрного щебня, приготовленного в установке и уложенного по способу
заклинки
7. Из пористой и высокопористой асфальтобетонной смеси с поверхностной обработкой
8. Из прочного щебня с двойной поверхностной обработкой
Переходные Щебёночные и гравийные; из грунтов и каменных материалов, обработанных вяжущими или армированных геосинтетическими материалами
Низшие Из грунтов, армированных геосинтетическими материалами или улучшенных добавками
По виду покрытия дорожные одежды подразделяются на усовершенствованные, переходные и низшего типа. [4, с.3]
Усовершенствованные покрытия используются на дорогах высоких категорий.
Дорожные одежды переходного типа используются на дорогах IV и V категорий.
Низшего типа – на дорогах V категории.
Усовершенствованные покрытия подразделяются на капитальные и облегченные. Обычно дорожные одежды капитального типа проектируют на дорогах I-й и II-й категории, облегченного – III-й и IV-й категории.
Этапы проектирования дорожных одежд нежёсткого типа
Назначение типа дорожной одежды в зависимости от категории дороги;
Назначение расчётной нагрузки на дорожные одежды;
Конструирование дорожной одежды;
Расчёты дорожной одежды на прочность;
Расчёты дорожной одежды на морозоустойчивость и осушение.
Основные виды покрытий и оснований дорожных одеждАсфальтобетонные покрытия и слои износа – наиболее совершенный тип дорожных покрытий, применяемый в конструкциях дорожных одежд нежесткого типа. Асфальтобетон представляет собой искусственный строительный материал, состоящий из тщательно подобранного по крупности (гранулометрическому составу) щебня, гравия и песка, которые связывают между собой смесью минерального порошка с битумом. Асфальтобетонные покрытия образуют ровную, упругую и удобную для движения поверхность. Если для его приготовления используют щебень твердых горных (изверженных) пород, он при износе сохраняет высокое значение коэффициента сцепления. [5, с.8]
Покрытия и основания из щебеночно-гравийно-песчаных смесей устраивают из смесей, состоящих из щебня, гравия и песка специально подобранных в определенном соотношении. Прочность таких слоев обеспечивается за счет заполнения частицами мелких фракций пустот между каменным остовом, то есть их малой пористостью. В сырое время года прочность таких покрытий снижается.
Покрытия и основания из щебеночно-гравийно-песчаных смесей, обработанных органическими и комплексными вяжущими – по своим свойствам близки к асфальтобетонным покрытиям, и отличаются от них менее тщательным подбором гранулометрического состава каменного остова (щебня, гравия) и меньшей прочностью входящих в их состав каменных материалов.
Покрытия и основания из щебеночно-гравийно-песчаных смесей, обработанных неорганическими вяжущими – по своим свойствам близки к цементобетонным покрытиям и основаниям. Отличаются от них меньшим содержанием вяжущего и меньшей прочностью входящих в их состав каменных материалов.
Покрытия и основания из грунтов, обработанных вяжущими приобретают прочность и устойчивость против воздействия влажности, что позволяет их использовать как материал конструктивных слоев дорожных одежд. Недостаточная однородность свойств и низкие показатели прочности таких материалов ограничивают их применение дорогами низких технических категорий в районах, бедных местными естественными каменными материалами. В конструкциях дорожных одежд дорог высоких технических категорий такие материалы могут использоваться только как дополнительные морозозащитные слои.
Основания из фракционированного щебня устраивают, как правило, с использованием двух-трех фракций, расклинивая меньшей фракцией щебня большую, чем обеспечивают его прочность (такой метод производства работ получил название заклинки). Покрытия из щебня, уложенного по способу заклинки, устраивать не рекомендуется. Это обусловлено малым сопротивлением таких покрытий износу при проезде автомобилей.
Песчаные основания устраивают из мелких и средних песков. Ввиду невысокой прочности материала, они могут быть пригодны только для устройства дополнительных слоев оснований, выполняющих морозозащитные и дренирующие функции. [5, с.9]
Поверхностную обработку устраивают путем розлива вяжущего (битума, битумной эмульсии, эмульсионно-минеральные смеси) с последующей засыпкой мелким щебнем.
В зависимости от количества операций по розливу битума различают одиночную и двойную поверхностную обработку. Поверхностная обработка повышает сопротивление покрытия износу и делает его водонепроницаемым.
Слои поверхностной обработки не учитывают в расчетах конструкций дорожных одежд на прочность.
Проектирование земляного полотна2.1. Общие сведения о земляном полотнеЗемляное полотно является одним из основных элементов автомобильной дороги. От его состояния в большой степени зависят эксплуатационные качества дороги. Хорошее состояние земляного полотна достигается правильным выбором конструкции, устройством надежного водоотвода, своевременным устранением повреждений полотна и водоотводных сооружений, т. е. обеспечивается на стадиях проектирования дороги и ее эксплуатации. Однако прочность и устойчивость земляного полотна в значительной степени зависят также от правильного производства земляных работ (рационального размещения в теле полотна грунтов, различных по своим физико-механическим свойствам, достижения необходимой плотности и влажности грунтов, устройства надежного основания под насыпями и т. д.). [7, с.6]
Возведение земляного полотна представляет собой лишь один из строительных процессов в общем комплексе дорожных работ. Чем быстрее будут выполнены земляные работы, тем раньше может устраиваться дорожная одежда и открываться движение. Высокие темпы строительства и минимальные расходы сил и средств достигаются путем рационального распределения земляных масс, выбора наиболее эффективных для данных условий средств механизации и правильного их использования, применения передовых методов производства работ, тщательной увязки всех рабочих процессов в едином плане организации строительства.
В земляном полотне различают верхнюю (рабочий слой) и нижнюю части (основание насыпи и выемки).
Верхняя часть составляет 2/3 глубины промерзания от низа дорожной одежды, но не менее 1,5 м от поверхности покрытия проезжей части. Основание насыпи или выемки образует часть полотна, находящуюся ниже границы рабочего слоя.
Конструкции земляного полотна назначают в зависимости от категории дороги, типа дорожной одежды, местных природных условий с учетом дорожно-климатической зоны, в которой производятся работы, особенностей местности по характеру поверхностного стока и степени увлажнения. Характерные профили земляного полотна в насыпях приведены на рис. 1.
Рис. 1. Поперечные профили земляного полотна в насыпях (для дорог I–III категории): а – насыпь высотой до 0,6 м с треугольными кюветами; б – насыпь высотой до 0,6 м с трапецеидальными кюветами; в – насыпь высотой до 6 м из привозного грунта; г – насыпь высотой до 1,5 м с резервами; д – насыпь высотой от 6 до 12 м из привозного грунта; е – насыпь высотой от 6 до 12 м с резервами
Следует отметить, что в ряде случаев нельзя использовать типовые профили земляного полотна и поэтому их проектируют индивидуально с проверкой на устойчивость и осадку. К таким случаям относится устройство земляного полотна: [7, с.7]
в насыпях и выемках высотой и глубиной более 12 м;
в местах со сложными инженерно-геологическими условиями (на косогорах круче 1:3, при наличии оползней, оврагов, карста и т. д.);
в выемках и насыпях с глинистыми грунтами при опасности потери прочности и устойчивости полотна;
при устройстве полотна с применением средств гидромеханизации или массовых взрывных работ, а также в других сложных случаях, предусмотренных строительными нормами и правилами.
Объемы работ при возведении земляного полотна зависят от конструкции земляного полотна, рельефа местности, типа грунтов и других местных условий. Средний объем земляных работ при постройке дорог в равнинной и слабопересеченной местности составляет на 1 км земляного полотна для дорог ІІ и ІІІ категорий 20–30 тыс. м3, IV–V категорий – 15–20 тыс. м3. При постройке дорог I категории объемы земляных работ достигают 50 тыс. м3 и более. В условиях пересеченной местности объем работ обычно бывает в 1,5–2 раза выше, чем в равнинной местности.
В равнинной местности основной тип земляного полотна автомобильных дорог – невысокая насыпь. Такие насыпи (при наличии благоприятных грунтов) часто устраивают путем поперечного перемещения грунта, разрабатываемого в боковых резервах. [7, с.8]
В холмистой местности основной тип земляного полотна – это насыпи более значительной высоты. Такие насыпи устраиваются в основном путем разработки резервов и путем продольного перемещения грунта. Выемки занимают примерно 10 % от общего объема земляных работ.
Следует заметить, что в современных условиях, когда особое внимание уделяется правильному использованию земляных угодий, а также в целях применения для отсыпки насыпей наиболее благоприятных грунтов, довольно часто высокие и даже низкие насыпи отсыпают из песчаных грунтов, разработанных в грунтовых карьерах или в смежных выемках. На место отсыпки грунт доставляется автосамосвалами или другими транспортными средствами.
В горной местности основной тип земляного полотна – это полунасыпи-полувыемки (около 70 % общего объема работ).
Несмотря на значительный объем земляных работ и их большую трудоемкость, стоимость земляного полотна в равнинной местности редко превышает 15–20 % общей стоимости автомобильной дороги. В горной местности стоимость земляного полотна может достигать 50–60 % и более.
При производстве земляных работ различают профильные и рабочие объемы. Профильным объемом называют суммарный объем всех насыпей и выемок (без учета резервов, карьеров, кавальеров и т. д.). Под рабочим объемом понимают объем фактически разрабатываемого грунта при возведении насыпей и устройстве выемок.
Фактический объем требуемого грунта для насыпей определяется с учетом коэффициента относительного уплотнения (Ко.у), который представляет собой отношение требуемой плотности грунта в насыпи к его плотности в резерве или карьере. [7, с.8]
По распределению объемов, трудоемкости и организационным особенностям выполнения земляные работы подразделяются на линейные и сосредоточенные. Линейные работы характеризуются сравнительно небольшими объемами и равномерным распределением их по длине дороги (участки профилирования, невысокие насыпи, мелкие выемки); в равнинной местности они составляют в среднем 75–90 % общего объема работ.
Сосредоточенные работы распределяются неравномерно и отличаются значительными объемами (насыпи на болотах, большие выемки, подходы к мостам и т. д.). Такие работы в равнинной местности составляют 10–25 % общего объема.
Если линейные работы часто осуществляются путем поперечного перемещения грунта из резервов в насыпь, то при сосредоточенных работах обычно производится продольное перемещение грунта из выемок в насыпь, а также разработка грунтовых карьеров. Для выполнения линейных работ в основном применяют бульдозеры, автогрейдеры, скреперы. При сосредоточенных – наряду с бульдозерами и скреперами широко используются экскаваторы, а для перевозки грунта – автосамосвалы; в отдельных случаях могут применяться взрывчатые вещества и средства гидромеханизации.Выбор средств механизации для земляных работ зависит, главным образом, от типа земляного полотна, высоты насыпи или глубины выемки, дальности перемещения грунта, имеющихся в наличии машин и других местных условий. В конечном счете, выбор машин определяется соображениями наименьшей стоимости работ.
При выборе средств механизации сначала подбирают основные (ведущие) машины, при помощи которых можно выполнять основной объем земляных работ (разработку и перемещение грунта) при наименьшей стоимости работ. Затем выбирают вспомогательные (комплектующие) машины для остальных видов земляных работ, входящих в технологический процесс (разрыхление грунта, уплотнение полотна и др.). Необходимое количество основных машин определяют исходя из объема работ и производительности машин так, чтобы закончить работы в заданный срок. Количество вспомогательных машин назначают из условия обеспечения эффективной работы основных.
2.2. Требования к выбору грунтовДля устройства земляного полотна должны применяться грунты и отходы промышленных предприятий, мало меняющие свою прочность и устойчивость под воздействием погодно-климатических факторов. [7, с.10]
Пылеватые грунты на дорогах с капитальными покрытиями во II и III климатических зонах допускаются лишь для отсыпки нижней части насыпи. Верхнюю же часть земляного полотна на 1,2 м при цементобетонных покрытиях и 1,0 м при асфальтобетонных во II климатической зоне необходимо отсыпать из непылеватых, преимущественно песчаных и супесчаных грунтов. В III климатической зоне применение непучинистых грунтов обязательно в верхней части полотна в соответствии с типом покрытия на высоту 1,0–0,8 м.
Насыпи на сопряжении с мостами следует отсыпать из непучинистых дренирующих грунтов. Не допускается использовать в пределах рабочего слоя мергелистые глины, глинистые сланцы, трепел и другие особые грунты без специальных технико-экономических обоснований.
При возведении насыпей не допускается использование илистых грунтов (ила, мелкого песка с примесью торфа или ила, жирных глин с примесью ила), сильно засоленных недренирующих грунтов и торфа.
Отсыпка насыпей должна производиться из однородных грунтов слоями на всю ширину земляного полотна, толщиной, назначаемой в зависимости от имеющихся средств уплотнения. При использовании грунтов, различных по своим физико-механическим свойствам, недопустима их беспорядочная отсыпка, так как в этом случае внутри насыпи возможно образование водяных мешков и плоскостей скольжения вышележащих грунтов по нижерасположенным глинистым (рис. 2). [7, с.10] Рис. 2. Примеры отсыпки грунтов в насыпь: а, б – правильная отсыпка; в, г – неправильная отсыпка; 1 – дренирующий грунт; 2 – плохо дренирующий грунт
Мало дренирующие грунты следует отсыпать в нижние слои насыпи, а хорошо дренирующие – в верхние. Для обеспечения внутреннего водоотвода поверхность слоев менее дренирующих грунтов, расположенных под слоями более дренирующих грунтов, должна иметь поперечный уклон от оси насыпи к обочинам не менее 40 ‰.
Во избежание неравномерных осадок сопряжение двух соседних участков насыпи, отсыпаемых из различных грунтов, должно устраиваться по наклонной плоскости путем постепенного замещения одного грунта другим. При уширении насыпей существующих дорог присыпаемый грунт должен быть, как правило, однородным с грунтом старой насыпи. При неоднородности присыпаемый грунт должен обладать лучшими дренирующими свойствами. При возведении земляного полотна грунты должны разрабатываться и отсыпаться при влажности, близкой к оптимальной. Переувлажненные и чрезмерно сухие грунты разрабатываются с большим трудом и плохо уплотняются.
По трудности разработки все грунты подразделяются на одиннадцать категорий. К первым трем относятся нескальные, к четвертой – полускальные грунты. Остальные категории составляют скальные грунты. Земляное полотно возводится преимущественно из нескальных грунтов. I категория –легкие грунты (песок, супесь, растительный грунт и т. д.); II – средние (суглинок, песок и супесь с включением гальки, камней, корней); III – тяжелые (глина, гравий, галька, растительный грунт и торф с корнями деревьев и т. д.); IV – очень тяжелые (крупная галька, тяжелая глина, дресва и др.). [7, с.11]
Следует отметить, что классификация грунтов полностью не отражает особенности разработки грунтов различными машинами. Например, при разработке грунтов экскаваторами, обладающими при резании большими запасами мощности, различие между I и II и III и IV категориями практически теряется. Скреперы, бульдозеры и автогрейдеры имеют большую производительность при разработке легких связных грунтов и значительно меньшую – на песчаных, относящихся к I категории. В связи с этим при определении норм выработки и расценок непосредственно во время производства земляных работ и подготовке рабочих планов руководствуются классификацией грунтов по группам в зависимости от трудности их разработки различными машинами. При составлении же технического проекта, когда использование конкретных машин еще не планируется, пользуются классификацией грунтов по категориям. Классификация грунтов по категориям приводится в СНиП, а по группам – в ЕНиР.
Объем земляных работ и производительность машин исчисляются в кубических метрах грунта в плотном теле, т. е. в естественном его залегании. При разработке же грунта землеройными машинами он разрыхляется, и объем его делается больше. Степень разрыхления учитывается при помощи так называемого коэффициента разрыхления, который представляет собой отношение объема грунта в разрыхленном состоянии к объему, который он занимал в плотном теле. Коэффициент разрыхления зависит главным образом от типа применяемых машин, вида грунта и его влажности.
Способы возведения насыпей и разработки выемок Выбор способов возведения насыпей и разработки выемок зависит от ряда местных условий: рельефа местности, конструкции земляного полотна, объема и заданного срока производства работ, наличия тех или иных машин и т. д. Однако во всех случаях выбранная схема производства работ для данных условий должна как можно лучше обеспечивать использование имеющихся землеройных машин и транспортных средств, достижение необходимой плотности грунтов, правильное размещение в насыпях грунтов, различных по своим физико-механическим свойствам, надежный водоотвод во время производства работ.
Отсыпка насыпей может производиться горизонтальными слоями сразу, на всю ширину земляного полотна – продольный способ, и отсыпкой «с головы» – поперечный способ (рис. 3). [7, с.13]
Рис. 3. Отсыпка насыпей: а – «с головы»; б – послойная отсыпка
Кроме того, могут применяться комбинированные схемы отсыпки, когда нижняя часть отсыпается поперечным способом, а верхняя – продольным. Наиболее целесообразным является продольный способ, при котором обеспечиваются наилучшие условия уплотнения грунтов, правильное размещение в теле насыпи различных грунтов по своим свойствам, достаточный фронт работ для всех имеющихся машин.
Однако эта схема не всегда может применяться. В тех случаях, когда крутизна склонов превышает предельные допускаемые уклоны для движения имеющихся машин, когда по местным условиям затрудняется съезд к основанию насыпи, например, при отсыпке насыпей через овраги с крутыми склонами, при переходах болот и т. д., применяется отсыпка «с головы». Поэтому на таких участках до окончания полной осадки земляного полотна должны устраиваться покрытия переходных типов, допускающие быстрое устранение осадок грунта.
Работы по возведению земляного полотна подразделяются на подготовительные, основные, отделочные и укрепительные.
Расчёт устойчивости откоса насыпиПусть требуется запроектировать насыпь высотой более 12 м. Проектировщиком задаются параметры поперечного профиля, т.е. высота, ширина земляного полотна b и крутизна откоса. Как правило, высокие насыпи имеют откосы переменной крутизны (рис. 6.3). Верхняя часть насыпи имеет крутизну 1:m, а нижняя часть – уположение на четверть, т. е, 1: (m+0,25). [3, с.3]
Устойчивость откоса насыпи оценивают сопоставлением расчѐтного коэффициента устойчивости kp с его нормативным значением kн. Устойчивость откоса обеспечена, если выполнено условие
kp≥kн. (6.1)Коэффициент устойчивости определяют по методу кругло цилиндрических поверхностей. Его суть – проектировщик задает поверхность обрушения в виде дуги окружности радиуса R и оценивает устойчивость грунтового массива, представляющего собой в пространстве цилиндр, основаниями которого являются сегменты круга радиусом R.
Рисунок 6.3 – Поперечный профиль высокой насыпи с откосом переменной крутизны
Из условия равновесия сил, приложенных к грунтовому массиву обрушения, строятся 3 уравнения статики. Число неизвестных в задаче, как правило, больше трех, поэтому для замыкания задачи, используют различные допущения и инженерные формулы. В зависимости от принимаемых допущений получают различные модификации метода кругло цилиндрических поверхностей.
Массив обрушения (рис. 6.4) разбивают на элементарные грунтовые столбики достаточно малой ширины, такой, чтобы дуги скольжения можно было заменить отрезками – хордами этих дуг.
Рассмотрим один элемент под номером i. Он имеет ширину bi (рис. 6.5). Отрезок скольжения образует угол αi с горизонтальной плоскостью – осью координат х.
Рисунок 6.4 – Массив обрушения
На элементарный столбик грунта действует сила Pi, обусловленная весом грунта.
Рисунок 6.5 – Расчётная схема
Элементарный столбик пытается сдвинуть сила Ei – проекция силы Pi на отрезок скольжения:
Ei=Pisinαi. (6.2)Удерживающие силы (силы трения) для каждого столбика определяют по закону Кулона:
Ti=Nitgφi+cili, (6.3)где Ni – равнодействующая эпюры нормальных к поверхности скольжения напряжений; φi, ci – угол внутреннего трения и сцепление грунта в i-м элементе соответственно; li – длина отрезка скольжения, определяемая по формуле
li=bicosαi. (6.4)Все разнообразие методов кругло цилиндрических поверхностей заключается в различных способах задания силы Ni. Самый простой и самый ранний – это способ Терцаги, в котором сила задаётся формулой [3, с.4]
Ni=Picosαi. (6.5)Момент сдвигающих сил определится по формуле
Mсдв, i=Ei∙R. (6.6)а момент удерживающих сил –
Mуд, i=-Тi∙R. (6.7)Коэффициент устойчивости строится, как отношение суммы моментов удерживающих сил к сумме моментов сдвигающих сил
kp=i=1nMуд,ii=1nMсдв,i, (6.8)где n – количество элементов в массиве обрушения.
В 60-е годы 20 века было проведено большое количество сопоставительных расчётов, сделанных для одних и тех же объектов, но выполненных разными модификациями метода кругло цилиндрических поверхностей. Результаты показали, что для большинства объектов различие в результатах расчётов меньше погрешностей в определении исходных характеристик грунтов.
Преимущество автоматизированного расчёта заключается в том, что можно перебрать очень большое количество кривых, моделирующих поверхность обрушения, и выбрать несколько наиболее опасных из них, а также рассмотреть большое количество элементарных столбиков, учитывающих неоднородность грунта.
Общие сведения о водопропускных трубах. Конструкции водопропускных труб. Материал и изделия для их устройства3.1. Общие сведения о водопропускных трубахВодопропускные трубы являются самыми распространенными искусственными сооружениям на автомобильных дорогах. [1, с.3]
Труба − это инженерное сооружение, укладываемое в тело насыпи автомобильной (железной) дороги для пропуска водного потока, дороги или скотопрогона. Перед малыми мостами водопропускные трубы имеют существенные преимущества. Во-первых, при применении труб земляное полотно получается непрерывным, что повышает комфортабельность проезда. Во-вторых, стоимость и трудоемкость сооружения трубы гораздо ниже, чем малого моста.
До 2000 г. наибольшее распространение имели круглые железобетонные трубы диаметром до 1,5 м. Таких труб насчитывалось до 78−80 % от общего количества. Прямоугольные железобетонные трубы применялись гораздо реже. Для примера построенные круглая и прямоугольная железобетонные трубы приведены на рис. 1 и 2.
Рис. 1. Общий вид эксплуатируемойкруглой железобетонной трубы Рис. 2. Общий вид эксплуатируемойпрямоугольной железобетонной трубы
В настоящее время в ХМАО, ЯНАО и других северных районах РФ широко используются металлические гофрированные трубы, поэтому применение железобетонных водопропускных труб несколько уменьшилось.
До 1970 г. для строительства труб в основном применяли короткие железобетонные звенья длиной 1 м. С оснащением дорожно-строительных организаций более мощным крановым оборудованием стали широко применяться более технологичные длинномерные (длиной до 5 м) звенья круглых труб ливневой канализации для промышленных предприятий.
Трубы из гофрированного металла были впервые применены при строительстве БАМа.
С целью экономии материала и увеличения долговечности труб происходит постоянное совершенствование их конструктивных элементов, направленное на повышение пропускной способности водного потока в обычных дорожно-климатических условиях, в условиях вечной мерзлоты, а также на косогорных участках дорог.
3.2. Конструкции водопропускных труб. Материал и изделия для их устройстваВодопропускные трубы − это искусственные сооружения, предназначенные для пропуска под насыпями дорог небольших постоянных или периодически действующих водотоков. [1, с.4]
Водопропускные трубы различают:
1. По материалу тела трубы – бетонные, железобетонные, металлические, полимерные.
2. По форме поперечного сечения – круглые, прямоугольные, эллиптические. 3. По числу очков в сечении – одно-, двух-, многоочковые.
4. По работе поперечного сечения – безнапорные, напорные, полунапорные. 5. Оголовочные и безоголовочные.
6. Фундаментные и бесфундаментные.
В соответствии с ГОСТ 24547-81 звенья по форме поперечного сечения подразделяют на три типа: ЗКЦ − круглые цилиндрические, ЗКК − круглые конические (для оголовков), ЗП − прямоугольные.
Внутренний диаметр цилиндрических и меньший диаметр конических звеньев (в свету) − 500, 750, 1000, 1250, 1500, 2000 мм. Ширина отверстия прямоугольных звеньев (в свету) − 1000, 1250, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000 мм. Длина звеньев круглых труб составляет 1000, 1500, 2000 мм. Длина звеньев прямоугольных труб − 750, 1000 мм. По соглашению предприятия-изготовителя с потребителем и согласованию с проектной организацией допускается изготовление звеньев длиной 3000 мм.
На рис. 3 и 4 приведены круглые цилиндрические и прямоугольные звенья водопропускных железобетонных труб.
Рис. 3. Звенья круглые цилиндрические Рис. 4. Звено прямоугольное
Такие звенья обозначают марками в соответствии с ГОСТ 23009-78
Марка звеньев состоит из одной или двух буквенно-цифровых групп, разделенных дефисом. Первая группа содержит обозначение типа звена и номинальные габаритные размеры: внутренний диаметр (или ширина и высота в свету) звена трубы и толщина стенки в сантиметрах. Например, условное обозначение (марка) круглого цилиндрического звена внутренним диаметром 1250 мм, длиной 1500 мм и с толщиной стенки 140 мм, предназначенного для эксплуатации в обычных условиях, дается в виде ЗКЦ 125.150.14.
Для звеньев труб, предназначенных к применению в районах с расчетной температурой наружного воздуха ниже −40 °С и наличием агрессии, во вторую группу марки включают соответствующие обозначения характеристик, обеспечивающих долговечность звеньев в условиях эксплуатации. Например: М − для звеньев, применяемых в районах с расчетной температурой наружного воздуха ниже −40 °С; для звеньев, применяемых в условиях воздействия агрессивных сред, − характеристики проницаемости бетона (Н − нормальная, П − повышенная, О – особо низкая) и вид агрессии (Щ − щелочная, К − кислотная и др.).
Например, условное обозначение (марка) круглого конического (для оголовка) звена меньшим внутренним диаметром 1250 мм, длиной 1320 мм и толщиной стенки 120 мм, предназначенного для эксплуатации в районах с расчетной температурой наружного воздуха ниже −40 °С, дается в виде ЗКК 125.132.12-М. Условное обозначение прямоугольного звена отверстием шириной 1000 мм, высотой 1500 мм, длиной 1000 мм и толщиной боковой стенки 110 мм, предназначенного для эксплуатации в условиях воздействия средне агрессивной щелочной среды, дается в виде ЗП 100/150.100.11-ПЩ. [1, с.5]
В настоящее время выпускаются звенья с плоским основанием, а труба может быть построена из полуколец или арочного типа. На рис. 5 и 6 приведены круглое звено с плоским основанием и труба из полуколец.
Рис. 5. Звено круглое
с плоским основанием Рис. 6. Труба из полуколец
По сравнению с круглыми звеньями трубы с пл