Устойчивость насыпей на косогорах, устойчивость откосов насыпей и выемок.

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 23Следующая ⇒

Откосы являются наиболее неустойчивой частью земляного полотна в насыпях и выемках: грунт на поверхности откосов подвергается воздействию атмосферных осадков и ветра, при нарушении условий равновесия откосы деформируются. Многолетний опыт выполнения земляных работ — рытье котлованов и каналов, отсыпка гидротехнических дамб и плотин, дорожных и железнодорожных насыпей — позволил установить заложения откосов, обеспечивающие устойчивость насыпей и выемок при наиболее часто встречающихся рабочих отметках.

Устойчивость откосов высотой более 12 м, а также откосов в водонасыщенных грунтах необходимо проверять расчетом.

Предельное очертание устойчивого откоса в связном грунте, имеющем угол внутреннего трения ф и сцепление с может быть установлено из следующих соображений.

Представим себе грунтовый массив, ограниченный сверху горизонтальной, а сбоку вертикальной поверхностями. Разделим мысленно возможную призму обрушения вертикальными сечениями на ряд составляющих призм равной ширины и рассмотрим условия равновесия одной из них (рис. XIV.17). При этом допустим, что каждая отдельная призма сохраняет равновесие независимо от смежных с нею, т. е. силы бокового давления и трения по граням вертикальных сечений отсутствуют.

Выделенная призма (см. рис.а) стремится сместиться по поверхности обрушения под действием касательной составляющей силы веса: Т=Q*sin∝

Силы сопротивления сдвигу слагаются из сил внутреннего трения и сцепления, которые равны: Q*cos∝ *tgφ +c*(1/cos∝ )

где с — сцепление; φ — угол внутрен. трения.

Условия предельного равновесия, соответствующие равенству сдвигающих и удерживающих сил, выразятся зависимостью Q*sin∝ = Q*cos∝ *tgφ +c*(1/cos∝ )

Деля обе части равенства на Q*cos∝ и учитывая, что Q=l*h*δ, где δ — плотность грунта, получаем tg∝ =tgφ +c/(δ /2cos²∝ )

Полученная зависимость показывает, что верхняя часть откосов в связных грунтах может быть устойчива при большой крутизне, а в нижней части высокие откосы должны быть пологими, с углом наклона, приближающимся к углу внутреннего трения (см. рис. б). Метод исходит из предпосылок, что в момент обрушения в грунте действует гидростатическое распределение давления (коэфициент бокового давления ε = 1), а угол устойчивости откоса для любого грунта равен углу сдвига φ при давлении на грунт р, т. е. Tg =tgφ +c/p

Для построения профиля устойчивого откоса (см. рис. XIV. 17, е) выделяют по высоте ряд слоев в соответствии со слагающими его напластованиями; для подошвы каждого из них определяют давление от собственного веса грунта: P_h=∑ δ h

Величины расчетных углов сдвига находят по выражению Tg𝛙 =1/K₃(tgφ +c/p)

где К₃ — необходимый коэффициент запаса При К₃ = 1 получается очертание откоса в состоянии предельного равновесия. Очертание откоса назначают в соответствии с найденными величинами ф, начиная с подошвы откоса.

Для приближения формы откоса к очертанию устойчивого откоса применяют переменную крутизну его на разных участках по высоте или, сохраняя постоянную крутизну, вводят бермы (рис. XIV. 18). Бермы уменьшают скорость стекания по откосу дождевых и талых вод, предотвращая его размывание. Они облегчают также ремонт и содержание откосов, позволяя осматривать их, подвозить и складывать материалы для ремонта.

Проектирование ДО

Конструкция ДО и их ТЭП. Напряжения, возникающие в дорожной одежде при проезде автомобилей, затухают с глубиной. Это позволяет проектировать Дорожную одежду как многослойную конструкцию, используя в отдельных ее слоях материалы различной прочности в соответствии с величиной действующих усилий и влиянием природных факторов.

Дорожной одеждой наз. конструкция проезжей части дороги.(неукрепленная часть А.д. состоящая из покрытия основания и подстилающего слоя, указываемое на земляное полотно.)

Основными нормативными документами явл. ОДН 218.046-01 проектирование нежестких дорожных одежд.

В общем случае конструкцию дорожной одежды проектируют многослойную (рис)

1 – слой износа; 2 – покрытие; 3 – основание; 4 – дополнительный слой основания; 5 – грунт рабочего слоя ЗП

2. покрытие - верхний слой дорожной одежды несущий слой на который не посредственно передаются усилия от движущихся транспортных средств и которые подвергаются не посредственному воздействию природно климатических факторов.

3. основание – несущий слой расположенный не посредственно под покрытием который воспринимает передающиеся через покрытия усилия и распределяется на ниже лежащие слои.

4. дополнительный слой основания – слой д.о., для выполнения специальных функций: отвод воды из дорожных конструкций, уменьшение глубины промерзания дорожных конструкций, уменьшение количества воды в З.П.Слои дренирующие, морозостойкие, гидропароизолирующие.

Покрытие должно быть ровным прочным шероховатым, водонепроницаемым без шумным и без пыльным.

Для верхних слоев дорожной одежды используется а/б. Слои основания устраивают из пористого высокопористого а/б, черного щебня, органоминеральные смеси.

Для устройства слоев основания может использоваться материалы обработанные органическим вяжущим. Дополнительный слой основания выполняется из зернистых материалов с коэффициентом фильтрации до 1м/сут, с коэффициентом пучения не более 1% р.

СИСТЕМА ТРАНСПОРТНОЭКСПЛУТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АД, показатели общего состояния и условий движения

Во 2 группу входят: прочность ДО и ЗП, сцепные качества покрытия, ровность покрытия, работоспособность. Прочность ДО хар-ся прочностью модуля упругости. Ровность оценивается по коэф-ту ровности.

Сцепные качества покрытия хар-ся коэф-ом соответствия сцепным качествам Технико-экспл. качества дороги могут оцениваться по показателю дефектности - это количество разрушений и деформаций на ед. площади элемента. Работоспособность элемента дороги - это показатель хар-ет способность ДО выполнять свои функции в течении всего срока службы. Могут быть: оценка работоспособности по суммарной массе тр-х средств пропущенных по дороге м/ду капитальными ремонтами. И оценка работоспособности по обеспечиваемой к концу срока службы скорости по АД. В 3 группу показателей входят: надежность, проезжаемость, срок службы, показатель безопасности движения. Надежность - это вероятность безотказной работы АД, при этом безотказность может хар-ся с позиции определенного технического показателя - прочности, пропускной способности, расчётной скорости и.т.д.. С позиции скорости под надежностью понимают вероятность обеспечения среднегодовой технической скорости транспортного потока близкой к оптимальной. Количественно надежность можно выразить числом авто в составе транспортного потока, движущихся со скоростью не ниже оптимальной, по отношению к общему числу авто в составе транспортного потока. Обычно, с позиции скорости оценивают надежность АД, как транспортного сооружения. С практической точки зрения анализируют надежность отдельных элементов АД, поскольку их вклад в общую надежность неодинаков. ДО, как один из основных элементов АД, в значительной степени определяет её надежность, поскольку при снижении работоспособности ДО, вся дорога в целом теряет способность выполнять свои функции. Для ДО надежность оценивается по количеству деформаций на поверхности покрытия. Показателем надежности является

Количественно, степень деформированности определяется отношением площади дефектов на поверхности покрытия, к общей площади покрытия Полная потеря работоспособности или выход из строя одного элемента АД называется отказом. Для ДО, отказом называется событие при котором нарушается возможность транспортного потока выполнять определенную работу. Отказ ДО может возникнуть в результате снижения прочности, ухудшения ровности, либо снижения сцепных качеств покрытия. С точки зрения эксплуатации АД, необходимо установить нижний допустимый уровень надежности. Достижение этого уровня является критерием необходимости дополнительных капитальных вложений. Проезжаемость АД - это возможность проезда одиночных автомобилей различных типов, с мин. допустимой скоростью в различные периоды года. Она зависит от её технического уровня и состояния ПЧ. Решающее влияние на проезжаемость АД, оказывают погодно-климатические факторы. Показатели хар-е безопасность движения:

Коэф-т прошествий: Если U< 0.4 - движение по дороге не опасно. 0.4< u< 0.8 малоопасно, 0.8< u< 1.2 - опасно, u> 1.2 очень опасно.

Также коэф-ты аварийности и безопасности.

В 4 группу входят стоимостные показатели: стоимость автоперевозок в руб/тонн на км, дорожная составляющая себестоимости автоперевозок -это показатель хар-ий долю расходов на ремонт и содержание а/д в общей себестоимости автоперевозок, потери от ДТП.

Силы, действующие на ДО В общем случае, при движении ведущего колеса на него действуют две силы: 1.Q - вертикальная сила возникающая от веса груза и веса авто. 2. Mк - крутящий момент кот. возникает в рез - те передачи тягового усилия от двигателя на ведущие колёса. Под действием q происходит деформирование колеса и поверхности дороги в рез - те возникает деформация ДО, после снятия нагрузки преобладающая часть этой деформации восстанавливается - это упругая часть деформации, она определяется уравнениями теории упругости. Вторая составляющая общего прогиба это остаточные деформации, , которые возникают за счет доуплотнения мат-ов констр. слоёв ДО, под действием транспортной нагрузки, а также за счет микро сдвигов, которые происходят в слоя ДО. Величина остаточной деформации очень мала, но они накапливаются в процессе работы дороги и достигают величин, могущих влиять на условия движения по АД. В результате действия крутящего момента в зоне контакта возникает сила сцепления:

Снижение j сцепления в процессе эксплуатации связано с истирающим воздействием колеса на поверхность проезж. части. Истирающее воздействие возникает в рез-те разных радиусов колеса в зоне контакта с поверхностью проезж. части и вне зоны контакта. Кроме тр-ой нагрузки на поверхность проезж. части воздействуют погодно-климатические факторы, кот. также вызывают изменения экспл-го состояния АД. В частности, перепад температур, приводится к возникновению температурных трещин - с шагом 4-8 метров, кроме того различные климатические явления - дождь, снег, туман, и.т.д. могу на короткое время изменить экспл. состояние в связи с этим возникает необходимость оценить экспл состояние дороги в течении года по сезонам.

Воздействие природных факторов

Изменение условий движения по периодам года

В результате возд-я природно-климатических факторов происходит изменение эксплуатационного состояния АД. Наиболее значительные изменения связаны с характерными периодами года. Для средней полосы России выделены три характерных периода: зимний, перех-ый, летний.

Наиболее сильно влияют осадки, температура и влажность воздуха, солнечная радиация. Метеорологические явления - это иней, гололёд, туман возникают при совместном воздействии нескольких факторов. Каждый метеофактор хар-ся вероятностью появления, длит-тью действия, и последействия. Вероятность появления - это статистический параметр, определяемые по данным многолетних наблюдений, хар-ет среднегодовое кол-во случаев появления данного метеофактора. Интенсивность - это количественная хар-ка метеофактора. Длит-ть действия - это время на протяжении которого действует тот или иной метеофактор. Длит-ть последействия - это время на протяжении которого сказывалось отрицательное влияние данного метеофактора после его окончания.

Продолжительность характерного состояния покрытия дороги опр-ся по формуле:

В зимний период на условия движения оказывают снежные заносы, гололёд, туманы, температура и влажность воздуха, продолжительность светового дня. Примерно близки по влиянию на тр-е качества дорог осенний и весенний период. Для осеннего периода хар-но состояние переувлажнение ЗП, неожиданного гололёда, большое кол-во осадков и туманы. Весенний период хар-ся резкими колебаниями температуры в течении суток, резкими переходами от сухой погоды к дождливой. Характерно значительное загрязнение проезж. части, что уменьшает её эф-ную ширину и резкое снижение коэ-та сцепления. В перех-ый период резко возрастает длит-ть последействия метеофакторов.

Динамическое воздействие автомобилей на покрытие Давление колес автомобилей на дорожную одежду служит основной нагрузкой, из которой исходят при расчете дорожных одежд.

Современные автомобили имеют пневматические шины с внутренним давлением воздуха от 1, 5 до 7 кгс/см2. Различают шины низкого давления с давлением воздуха 1, 75—5, 5 кгс/см- и шины высокого давления — 5—7 кгс/см2.

Нагрузка от колеса передается на поверхность дороги через площадь

где О — статическая нагрузка от колеса на покрытие, кгс; р0 — давление воздуха в шине, кгс/см2; кт — коэффициент, учитывающий влияние жесткости боковых стенок шин, равный 1, 0—1, 3 в зависимости от типа шины. При расчетах дорожных одежд исходят из средних значений кт = 1, 1

При движении давление колеса на покрытие повышается в результате влияния ряда факторов: нагревания шины и увеличения в ней внутреннего давления воздуха; увеличения жесткости шины в результате растягивающей покрышку центробежной силы; кратковременности контакта с покрытием каждого участка шины, в результате чега 1имна не успевает обжаться до величины, соответствующей статическому приложению фактически действующей нагрузки, т. е. как бы становится более жесткой.

Кроме того, поверхность дороги всегда имеет неровности в виде волн, разной длины (от 1 до 20 м и более), при движении по которым возникают колебания автомобиля Давление колес на покрытие то возрастает, то уменьшается по сравнению со средней величиной.

Результаты теоретического анализа и опытные данные привели к выводу, что при скорости до 80 км/ч давление на покрытие возрастает примерно прямо пропорционально скорости, а далее остается практически постоянным

Исследование колебаний подвески автомобилей при движении по дороге, неровности на покрытии которой характеризуются закономерностями математической теории случайных функций, дают возможность определить силовое взаимодействие а/д и а/б.

Из-за проявления вязкости грунтов и материалов некоторых конструктивных слоев деформации дорожных одежд протекают замедленно. Испытания дорожных одежд пробными нагрузками показывают, что полная величина прогиба одежды, соответствующая приложенной нагрузке, достигается лишь по прошествии нескольких минут. При кратковременном воздействии на дорогу катящегося колеса в результате замедленности протекания деформации и инерционного сопротивления дорожная одежда прогибается меньше, чем при статическом приложении равной нагрузки Для грунтового основания это аналогично уменьшению приложенного давления или возрастанию его модуля упругости.

Измерениями было установлено, что при ровной поверхности дороги напряжения в подстилающем грунте от движущейся нагрузки меньше, чем от статической. При неровной поверхности динамический коэффициент для грунтового основания превышает единицу, но меньше коэффициента, измеренного по непосредственному ударному воздействию колеса на поверхность дороги. Динамический коэффициент тем выше, чем более неровно покрытие.

Поскольку служба ремонта и содержания дороги должна поддерживать поверхность покрытия в ровном состоянии, при расчете нежестких дорожных одежд динамический коэффициент в явной форме не учитывают; он косвенно отражается в поправочном коэффициенте на многократность приложения нагрузок от автомобилей!

В СССР за расчетную нагрузку для дорожных одежд всех типов на загородных участках дорог принимают статическое давление колес автомобилей, нормированных ГОСТ 9314-59 на весовые параметры и габариты автомобилей и автопоездов. При проектировании одежд па городских улицах исходят из расчетных подвижных вертикальных нагрузок для расчета искусственных сооружений на автомобильных дорогах.Нагрузки от автомобилей группы А используют при расчетах сдежд 1> а дорогах I и II категорий и на дорогах более низких категорий, если по ним предусмотрен пропуск транспортных средств этсй группы. На остальных дорогах расчет одежд ведут на авхомобили группы Б.

Городские скоростные дороги рассчитаны на нагрузки Н-30, магистральные улицы общегородского и районного значения на Н-10 и Н-30, улицы в жилых кварталах на Н-10. Одежды улиц с интенсивным автобусным движением считают на нагрузки группы А.

Влияние ровности покрытий на ТЭП Ровность покрытия - это один из основных показателей характеризующих удобство движения по дороге, а также без-ть и эф-ность тр-го процесса. Наличие неровностей приводит к возникновению колебаний авто. Колебания оказывают отрицательное воздействие как на состояние водителя, так и на срок службы тр-х ср-в. Кроме того, наличие неровностей приводит к преждевременному разрушению ДО. Наличие больших неровностей на покрытии приводит к изменению траектории движения тр-го ср-ва — и к ДТП. Колебания авто на дороге можно разделить на установившиеся и не установившиеся. Неустановившиеся это колебания возникающие при наезде авто на единичную неровность либо повторяющиеся неровности различных размеров и очертаний. Установившиеся колебания возникают при наезде на регулярно повторяющиеся неровности. Допустимость колебаний оценивают с учетом удобства езды, комфортности водителя, устойчивости груза в кузове, надежности, долговечности работы элементов авто и дор. констр-ии. По влиянию на колебания авто различают три группы неровностей:

1. Макронеровности - формируются микропрофилем АД, представляя собой длинные плавные неровности, с длиной волны > 100 м. Этот вид неровности влияет на режимы движения по дороге, не взывает колебаний авто на подвеске.

2. Микронеровности - неровности с длиной волны от 10-100 м, они вызывают значительные колебания на подвеске, формируются на стадии строительства АД, и развиваются в процессе эксп-ии АД

3. Шероховатость - с длиной волны 0.2-10 см.

Существует зависимость между количеством ДТП и ровностью, в начальный период, с ухудшением ровности количество ДТП резко возрастает т.к. водитель изменяет траекторию движения из-за больших неровностей, после преодоления некоторого предела количество ДТП снижается и стабилизируется - это вызвано снижением скорости транспортного потока при увеличении неровностей (деваться то больше некуда! не объехать! ). Требования к предельному допустимому состоянию ровности определяются исходя из мин. суммарных затрат, с одной стороны авто на перевозку грузов, с другой стороны дорожного хоз-ва на ремонт дорожных покрытий.

На сегодняшний день согласно ГОСТу 50597-93 установлены следующие предельно допустимые значения состояния покрытия по ровности:

категория	Толчкомер, см/км	3м рейка, %
1-2

4-5

% - это число просветов под рейкой превышающее значения, больше установленного в СНиП 3.06.03-85

Слои ДО и требования к ним В дорожной одежде различают следующие слои (рис. XV.2): покрытие— верхний, наиболее прочный, относительно тонкий слой одежды, хорошо сопротивляющийся истирающим, ударным и сдвигающим нагрузкам от колес, а также воздействию природных факторов. Обычно покрытие устраивают из наиболее дорогостоящих материалов и поэтому ему придают минимальную допустимую толщину. Покрытие обеспечивает необходимые эксплуатационные качества дороги (ровность поверхности, высокий коэффициент сцепления). В конструкции покрытия, помимо основного слоя, обеспечивающего необходимые качества, предусматривается запасной слой (слой износа), не входящий в расчетную толщину и подлежащий периодическому восстановлению в процессе эксплуатации дороги. Поверх покрытии, не обладающих достаточной водонепроницаемостью и сопротивлением истиранию, устраивают тонкие защитные слои (слои поверхностной обработки) путем розлива органических вяжущих материалов с засыпкой мелким щебнем. Защищая покрытие от проникания в него влаги от дождей или таяния снега, поверхностная обработка способствует повышению его прочности и сохранению ее постоянной в течение года. Поверхностную Обработку применяют также для повышения шероховатости гладких покрытий в процессе эксплуатации;

основание — несущая прочная часть одежды, устраиваемая из каменных материалов или грунта, обработанного вяжущими материалами. Оно предназначено для передачи и распределения давления на расположенные ниже дополнительные слои или на грунт земляногс полотна (подстилающий грунт). Основание не подвергается непосредственному воздействию колес автомобилей, поэтому для его устройства можно использовать материалы несколько меньшей прочности, чек в покрытии и в слое износа. Основание может состоять из одного или нескольких слоев. В последнем случае верхние слои основания устраивают из более прочных материалов. Изолированное при устройстве усовершенствованных покрытий от воздействия поверхностной влаги основание может переувлажняться в результате перемещения влаги снизу вверх из земляного полотна в период зимнего промерзания. Поэтому в северных районах страны к материалам для устройства основания должны предъявляться определенные требования в отношении морозоустойчивости; дополнительные слои основания из материалов, устойчивых при увлажнении, укладываемые в случае необходимости между основанием покрытия и подстилающим грунтом земляного полотна для снижения требуемой толщины основания и покрытия. На участках, где земляное полотно сложено из пылеватых, суглинистых и глинистых грунтов, в которых могут развиваться процессы зимнего влагонакопления, вводят дополнительный слой из пористых нетеплопроводных материалов— песка, гравия или щебня, который называют дренирующим, противо пучинным или

морозозащитным. Такой слой предназначен для отвода избыточной воды из верхних слоев земляного полотна, осушения дорожной одежды и повышения прочности грунта земляного полотна;

грунт земляного полотна (подстилающий грунт) — тщательно уплотненные и спланированные верхние слои земляного полотна, на которые укладывают слои дорожной одежды. На подстилающий грунт передается все давление от транспортных нагрузок, поэтому он является весьма ответственным элементом конструкции дорожной одежды. Прочность дорожной одежды может быть обеспечена лишь на однородном, хорошо уплотненном земляном полотне при обеспеченном водоотводе. Повышение сопротивления грунта земляного полотна внешним нагрузкам, его осушение и постоянство водного режима являются наиболее надежными способами увеличения прочности дорожной одежды и снижения ее стоимости. Никакое увеличение толщины слоев каменных материалов не может обеспечить прочность и ровность дорожной одежды, укладываемой на слабом грунтовом основании.

Классификация ДО .Д.О. различают жесткие и нежесткие.

К нежестким дорожным одеждам относят одежды со слоями, ycтроенными из paзного вида асфальтобетонов (дегтебетонов), из материалов и грунтов, укрепленных битумом, цементом, известью, комплексными и другими вяжущими, а также из слабосвязных зернистых материалов (щебня, шлака, гравия и др.), которые допускают упругую диформацию при проезде колеса транспортного средства. Жесткие д.о. образованы из цементобетона.Они практически не диформируются при наезде т.средства.

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒