Методические указания

Реконструкция транспортных сооружений

к курсовой работе по дисциплине «Реконструкция транспортных сооружений» для студентов 5-го курса очного и 6-го курса заочного обучения по специальности 270205 (291000) «Автомобильные дороги и аэродромы»

Брянск 2011

Составитель: Мевлидинов З.А.. доцент, к.т.н.

Рецензент: Парфенов С.Г., зав. кафедрой СК, к.т.н.

Рекомендованы учебно-методической комиссией строительного факультета

Протокол №……..от……………………..2011г.

Введение

В соответствии с действующей в России классификацией дорожно-строительных работ, работы по реконструкции являются комплексом, связанным с повышением нормативов и технических параметров эксплуатируемых дорог и дорожных сооружений, благодаря которому увеличивается пропускная способность, повышается безопасность движения.

Различают частичную и полную реконструкцию. Частичная – это совершенствование и повышение параметров и характеристик дороги с целью повышения ее транспортно-эксплуатиционного состояния в пределах установленных норм для дороги заданной категории без увеличения ширины земляного потна на основном протяжении дороги.

Полная реконструкция – полное переустройство дороги с переводом ее в более высокую категорию с целью приведения дороги в полное соответствие с требованиями сложившегося перспективного движения автомобилей. Полная реконструкция с расширением земляного полотна или с устройством дополнительного земляного полотна применяется в тех случаях, когда интенсивность движения на существующей дороге увеличивается в 1,5 и более раз по сравнению с расчетной для данной категории дороги и ожидается е дальнейший рост.

Целью курсовой работы является самостоятельное исследование комплекса взаимосвязанных вопросов, касающихся конкретной проблемы на основе полученных в процессе обучения теоретических и практических знаний. Ниже приведен пример разработки проекта реконструкции участка автомобильной дороги.

1 Описание природно-климатических условий строительства

Самарская область находится в умеренно-континентальной зоне, имеет холмистый рельеф, местами густо изрезанный сетью оврагов. Балок. Сильно развита речная сеть с широкими долинными и пойменными участками. Область расположенная в 3 дорожно-климатической зоне. Средняя глубина промерзания грунтов составляет 140 см.

Таблица 1.1 – Температурные характеристики области проектирования

месяцы
температуры	-13,8	-13	-6,8	4,6		18,7	20,7		12,4	4,2	-4,1	-10,7

Абсолютный максимум температур составляет +36 градусов, минимум – минус 43 градуса. Продолжительность периода со среднесуточной температурой менее нуля составляем 154 суток. Повторяемость направлений ветров по месяцам представлена в таблице 1.2

Таблица 1.2 - Повторяемость ветров

Направление ветров	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
январь
июль

Почвы преобладают глинистые, местами полустепные подзолистые. Высота снегового покрова достигает 65 - 70 см, среднее значение высоты снегового покрова составляет 45 см.

2 Краткая характеристика участка существующей дороги

Участок дороги относится к четвертой технической категории. В процессе реконструкции предстоит перевести дорогу в 3 техническую категорию со следующими техническими характеристиками:

Таблица 2.1 – Технические нормативы дороги од и после реконструкции

Показатели	4 категория	3 категория
Интенсивность движения, авт/сут	100-1000	1000-3000
Ширина проезжей части, м	6,0	7,0
Ширина обочины, м	2,0	2,5
Ширина земляного полотна, м	10,0	12,0
Расчетная скорость, км/ч
Минимальной радиус вертикальной кривой: - выпуклой, м - вогнутой, м
Минимальный радиус в плане, м
Максимальный продольный уклон, ‰

Грунтовые воды расположены глубоко и не оказывают влияния на подтопление и увлажнение земляного полотна.

Земляное полотно существующее дороги представляет собой невысокую насыпь и неглубокие выемки. На всем протяжении трассы запроектированы двухсторонние кюветы с различными типами укрепления. Проектная линия запроектирована прямыми участками небольшой протяженности, что зрительно снижает плавность трассы и представляет ее в виде ломаных линий без сопряжения вертикальными кривыми.

В плане на трассе наблюдается большое количество закруглений (5 углов поворота), которые также снижают плавность трассы и влияют на безопасность движения, поскольку закругления расположены близко друг к другу и являются малыми. Такая трасса нуждается в реконструкции – исправлении плана трассы.. Однако поскольку дорога проходит в лесном массиве, прокладывать ее по новому направлению неэффективно. Поэтому требуется изменение положения трассы на отдельных участках для увеличения радиусов кривых в плане.

3 Строительные и проектные решения

3.1 Подготовка территории к реконструкции

К подготовительным работам по реконструкции относят изыскательские работы и полевые работы. важной особенностью изыскательских работ при реконструкции дороги является необходимость учета ограниченных возможностей изменения положения трассы. В нашем случае – это наличие лесного массива, препятствующее кардинальному проложению трассы по новому направлению.

При изысканиях наряду с общей оценкой гидрогеологических условий местности необходима дополнительная опенка водного режима земляного полотна существующей дороги с тем. Чтобы выявить в какой степени возвышение бровки земляного полотна и организация системы поверхностного водоотвода позволяет решать проблемы неблагоприятного воздействия природных факторов на земляное полотно и конструкцию в целом.

По существующей дороге следует осуществить большое число замеров, поперечных профилей земляного полотна, оценить их состояние, проанализировать элементы трассы в плане и продольном профиле и установить участки, которые должны быть полностью перестроены. Оценивается также существующая прочность конструкции дорожной одежды и сравнивается с требуемым значением. Как правило, в процессе эксплуатации дороги прочность ее снижается и требуется усиление дорожной одежды. При этом следует установить закономерности движения автотранспорта по участку, выявить опасные участки, установить правильность устройства съездов, подъездов, знаков, ограждений, автобусных остановок, собрать по данным ГИБДД данные по наличию ДТП.

Полевые работы выполняются без перерыва в движении транспорта. Поэтому необходима особая система регулирования движения и специальные меры по обеспечению безопасности движения на дороге при проведении изысканий.

Перед началом работ непосредственно по реконструкции на дороге с обеих сторон на расстоянии 50 м от места работ выставляют предупреждающие знаки «Дорожные работы» и переносные барьеры, перекрывающие одну полосу, на которой будут производится работы.

Полевые работы при изысканиях для проекта реконструкции начинают с восстановления трассы существующей дороги. на участка, где дорога после реконструкции совпадает с существующей, сначала определяют положение оси дороги, выставляю вехи по оси проезжей части, выравнивая их по теодолиту. По пересечениям тангенсов смежных кривых находят положение вершин углов поворота. Промер линий и разбивку пикетажа ведут по правой бровке дороги по ходу километража. Для закрепления трассы используют преимущественно постоянные отметки. Радиусы кривых в плане вычисляют для кривых малого радиуса по замеренным углам, биссектрисам или тангенсам, а для кривых больших радиусов – по нескольким измеренных хордам и стрелкам, используя обычные геометрические зависимости.

Поперечники снимают в следующих местах:

-в нулевых точках,

-в переломных точках местности.

-на подходах к искусственным сооружениям.

3.2 Реконструкция дороги в плане

Исправление дороги в плане связано с устранением кривых малого радиуса на участке дороги длиной 2,5 километра. Поэтому требуется увеличить до максимально возможных значений радиусы кривых (но не менее чем 600м по техническим соображениям).

Характеристики существующих закруглений:

Вершина угла № 1

Радиус 300 м, α – 23⁰19^”

ВУ 1+50

НК = 150-63 = ПК 0+87

НПК=87-60=ПК 0+17

ККК= 87+121,36 = ПК 2+08,36

КПК = 208,36 + 60 = ПК 2+68,36

Вершина угла № 2

α – 31⁰11^” радиус 150 м ВУ 3+11

Д=2*42,03 – 81,41 = 2,65 м

Переходная кривая отсутствует

НКК = 311 – 42, 03 ПК 2+69

ККК = 269+81,41 = ПК 3+50,41

Вершина угла № 3 ПК 13+40 Радиус составляет 4000 м α – 1⁰11^”

НКК = 1340 – 38,75 = ПК 13+01,25

ККК = 1301,25 + 77, 45 = ПК 13+78,7

Вершину угла № 4 Радиус 1700 м, ВУ 17 +00 α – 11⁰18^”

Д = 2*178.68 – 331.55 = 25,81 м

НКК = 1700-178.68 = ПК 15+21.36

НПК = 1521.36-100 = ПК 14+21.32

ККК= 1521.36+331.55 = ПК 18+52.91

КПК = 1852.91 -100 = ПК 19+52.91

При переустройстве плана трассы предпринимаем следующие меры:

Увеличиваем радиус кривой № 2 до 700 м при этом угол поворота № 1 перекрывается кривой нового закругления. Увеличить радиус закругления № 2 более чем до 700 м невозможно. т.к. кривая с большим радиусов выйдет за пределы трассы. Поэтому принимаем вместо радиуса 150 м радиус 700 м. что соответствует нормам 3 категории.

Д= 2*184.1 – 369.89 = 1,65 м

Переходная кривая 120 м

НКК = 311 – 184,13 = ПК1+26.87

НПК = 126.87 – 120 = ПК0+06.87

ККК = 126.87 +369.89 = ПК 4+96.76

КПК = 496,76 + 120 = ПК 6+16,76

Вершина угла № 3 остается без изменения

Не изменяем и радиус закругления на кривой № 4, поскольку его величина соответствует требованиям, предъявляемым к дорогам 3 технической категории.

План реконструкции участка дороги представлен в графическом приложении к курсовой работе.

В целом положение трассы в плане изменяется незначительно.

3.3 Реконструкция дороги в продольном профиле

Необходимость исправления продольного профиля дороги при реконструкции может требоваться в следующих случаях:

- на заниженных участках, где не соблюдена руководящая рабочая отметка и не обеспечен водоотвод;

-на участках возможного пучинообразования;

-на участках с ограниченной видимостью;

- на участках, где не соблюдены технические нормативы, соответствующие требованиям данной категории дороги.

Анализирую продольный профиль, мы видим, что проектная линия запроектирована короткими прямыми вставками, что не обеспечивает плавность дороги, рабочие отметки проходят в невысокой насыпи. Поэтому требуется несколько улучшить положение проектной линии, путем применения вертикальных кривых большого радиуса, что обеспечит большую плавность трассы без существенного изменения положения проектной линии дороги.

Руководящая рабочая отметка для данной категории дороги составляет: Н_рук = 0,45 + 0,6 = 1,05 м - из условия снегонезаносимости

Для условий второго типа местности по характеру увлажнения и грунта земляного полотна – супесь пылеватая Н_рук = 1,0 – 3,5*0,04 = 0,86 м

Принимается отметка 1,05 м в качестве расчетного значения рекомендуемой высоты насыпи.

3.4 Реконструкция земляного полотна

При реконструкции автодороги работы по устройству нового земляного полотна выполняются только на участках изменения радиусов круговых кривых в продольном профиле. На остальном протяжении трассы выполняются работы по усилению и уширению земляного полотна.

Уширение земляного полотна может быть односторонним и двухсторонним. двухстороннее уширение – это уширение, при котором ось существующей дороги остается без изменения и совмещается с осью уширенной дороги. при этом уширение происходит путем досыпки насыпи или срезки откосов выемки с двух сторон. Такое уширение может быть целесообразно при высоте насыпи до 2-3 м. преимущество этого варианта состоит в том, что дорожная одежда полюсе ее уширения располагается на прочном, хорошо сформировавшемся земляном полотне, что обеспечивает прочность и долговечность дорожной одежды. Недостатки в том, что необходимо с двух сторон снимать и вновь устанавливать инженерное оборудование, с обеих сторон удлинять трубы, перестраивать систему поверхностного водоотвода.

Одностороннее уширение – уширение, при котором ость реконструируемой дороги смещается в сторону от оси существующей дороги, а уширение происходит за счет досыпки насыпи или срезки откосов выемки с одной стороны. Преимущества этого варианта в том, что все работы по уширению земляного полотна сосредоточены с одной стороны, благодаря чему создаются лучшие условия для работ по возведению земляного полотна и эти работы могут быть выполнены более качественно. При этом сокращаются объемы работ по снятию и установке коммуникаций, переустройству систем водоотвода и т.д. недостатки состоят в том, что часть ширины новой дорожной одежды располагается на новом земляном полотне, а часть на старом. При этом конструкция имеет несколько разную степень уплотнения и прочности из-за более низкой плотности нового земляного полотна. Поэтому при эксплуатации могут образовываться трещины в покрытии.

На проектном участке существующей дороги имеются насыпи до двух метров с заложение откосов 1:3, насыпи свыше 2. 0 м с заложение откоса 1:1,5, выемки до одного метра, имеющие заложение внешнего откоса 1:6.

Предполагается осуществить двухстороннее уширение насыпи, чтобы обеспечить большую устойчивость конструкции дорожной одежды при эксплуатации. Для обеспечения более надежной работы дорожной техники по досыпке насыпей предусматривается ее уширение с каждой стороны более, чем на 1, 0 м для размещения техники, а затем будет производиться удаление лишнего грунта. Для лучшего сопряжения присыпаемого грунта с откосом существующей насыпи на откосе устраивают борозды глубиной 0.25 м (насыпь до 2. 0 м). Нарезка осуществляется автогрейдерами. На участках с высотой насыпи более 2 м нарезаются уступы, высотой 0.5 м. Срезаемый грунт перемещается к основанию насыпи, разравнивается и уплотняется.

Объемы земляных работ по досыпке и уширению земляного полотна представлены в компьютерной распечатке. В таблице 3.1 представлены основные объемы земляных работ.

Таблица 3.1 -Объемы земляных работ

Вид работ	Объем работ, м3
Объемы земляных работ по существующей дороге
Объемы земляных работ по реконструируемой дороге (за вычетом участка нового строительства)
Объем работ по новому строительству
Общий объем потребности в грунте по досыпке земляного полотна
Объем снимаемого растительного грунта (на участке уширения)

3.5 Реконструкция дорожной одежды

3.5.1 Расчет усиления дорожной одежды

Реконструкция дорожных одежд предусматривает повышение их прочности с учетом роста интенсивности движения и изменения состава потока автомобилей, уширение проезжей части с целью повысить пропускную способность дороги.

Выбор усиления дорожной одежды зависит от фактического состояния участков. Существует три основных способа повышения прочности дорожной одежды:

- строительство нового покрытия поверх старой дорожной одежды с учетом требуемой прочности конструкции;

- замена верхнего или всех слоев покрытия с сохранением основания;

- полная замена всей дорожной одежды.

Дорожную одежду необходимо усиливать, если отношение Е_Ф/Е_общ менее 0.8

Фактический модуль упругости определяем по формуле:

(3.1)

где Р – нагрузка, передающаяся от колеса автомобиля типа А, МПа

μ – коэффициент Пуассона

- упругий прогиб дорожной одежды

При К_Н = 0.9 общий модуль упругости конструкции равен:

Для усиления предусматриваем два слоя асфальтобетона – плотный и пористый. толщину верхнего плотного асфальтобетона назначаем равной 6 см. Толщину пористого асфальтобетона определим расчетом.

1)

по Приложению 1 табл. П.1.1 [2] р = 0,6 МПа, D = 37 см

по номограмме:

МПа

Определим толщину нижнего слоя основания:

2)

Общая толщина слоев усиления составляет 18 см

Конструкция дорожной одежды на реконструируемом участке, совпадающем с положением старой дороги:

- асфальтобетон плотный на БНД 60/90 – 6 см усиление

-асфальтобетон пористый на БНД 60/90 – 12 см усиление

- щебень фракционированный – 12 см -существующая конструкция

- шлак – 20 см существующая конструкция

- песок средней крупности – 25 см - существующая конструкция

3.5.2 Определение расчетных характеристик грунта рабочего слоя земляного полотна

Для грунта земляного полотна (супесь пылеватая) при 2 схеме увлажнения определяем следующие характеристики:

дорожно – климатическая зона и подзона - 3₂;

среднее значение влажности грунта (таблица П.2.1. ОДН) - 0,7;

сцепление - с = 0,004 МПа;

угол внутреннего трения - φ = 12⁰;

модуль упругости грунта при данных характеристиках - Е = 46 МПа

Для дренирующего слоя выбираем песок средней крупности с характеристиками:

Сцепление с = 0,002 МПа

Угол внутреннего трения φ = 27⁰

Модуль упругости грунта при данных характеристиках Е = 120МПа

3.5.3 Расчет толщины дренирующего слоя

В зависимости от конкретных условий, дренажная конструкция может быть рассчитана на один из трех вариантов работы:

-работа на осушение, когда дренирующий слой устраивается из крупнозернистого песка с коэффициентом фильтрации более 10м/сут.;

-работа на осушение с периодом запаздывания отвода воды (происходит от­таивание обочин и отвод воды);

-работа на поглощение, т.е. на полное размещение воды за период запаздыва­ния начала работы водоотводящих устройств (дренирующего слоя под обочинами).

Полную толщину дренирующего слоя определяют по формуле:

(3.2)

где - толщина слоя, полностью насыщенного водой, м;

- дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств ма­териала и равная для песков крупных 0,10-0,12 м, средней крупности 0,14-0,15м и мелких 0,18-0,20м. Во всех случаях полную толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 0,20 м. [2]

Для дренирующего слоя, работающего по принципу осушения с периодом за­паздывания отвода воды, достаточного для временного размещения в его порах поступающей в конструкцию в начальный период её оттаивания, определяют по формуле:

(3.3)

где Т_ЗАП- средняя продолжительность запаздывания начала работы водо­отводящих устройств, принимаемая для III Д КЗ равной 3-4 суток.

- коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слои к началу оттаивания (таблица 3.9.);

q_р- расчётное -значение воды, поступающей за сутки, определяемое по фор­муле:

(3,4)

где - осредненное значение притока воды в дренирующий слой за сутки

К_П - коэффициент пик, учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения осадков

К_Г - коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги

К_ВОГ – коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона (условно принимаем уклоны равными 20‰ и 40 ‰, тогда при коэффициенте фильтрации 5 м/сут и пористости песка п=0.32 К_вог = 1,7) [2]

Полная толщина слоя песка:

На выпуклых участках с постоянным уклоном:

В расчетах примем толщину дренирующего слоя равной 25 см.

3.5.4 Конструирование дорожной одежды. Выбор материалов и расчет

Исходные данные к проектированию нежестких одежд представим в виде таблицы 3.1

Таблица 3.1 - Характеристики материалов

Материал слоя	Толщина слоя, см	Расчет по допустимому упругому прогибу, Е. МПа	Расчет по сдвигоустойчивости, Е. МПа	Расчет на растяжение при изгибе
Е. МПа	R0, МПа	α	m
Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90					9,8	5,9	5,5
Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90					8,0	7,1	4,3
Щебень фракционированный, уложенный по способу заклинки
Шлак активный	20 (по расчету)
Песок средней крупности, с = 0,002 МПа φ = 27^0
Грунт – супесь пылеватая с = 0,004 МПа φ = 12^0

а) Расчет по допустимому упругому прогибу (по требуемому модулю деформации) ведут в следующей последовательности:

1. Определяют требуемый минимальный общий модуль конструкции

2. Назначают модули и предварительно толщины слоев конструкции (кроме толщины основания).

3. Выполняя расчет конструкции сверху вниз, определяют с помощью номограммы требуемые модули на поверхности каждого конструктивного слоя.

4. Выполняя расчет конструкции снизу вверх, определяют толщину основания (при заданном его модуле), обеспечивающую необходимый модуль на поверхности основания, полученный при расчете сверху.

Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная сверху вниз по номограмме рисунка 3.1 ОДН [2]

Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная снизу вверх по номограмме рисунка 3.1 ОДН [2]

1)

по приложению 1 табл. П.1.1 [2] р = 0,6 МПа, D = 37 см

по номограмме:

МПа

2)

МПа

3)

МПа

Расчет снизу вверх:

4)

МПа

5)

МПа

Выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу

б) Расчет по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта и

Дата добавления: 2015-06-29