Содержание
Аннотация ……………………………….
Введение ……………………………………….
Глава 1. Анализ природно-климатических условий строительства автомобильной дороги……..
1.1. Социально-экономическое значение дороги …….
1.2. Природно-климатические характеристики района строительства ….
1.3. Производственная база для обслуживания строительства …..
1.4. Определение категории дороги …………
1.5. Технические нормативы автомобильной дороги….
Глава 2. Расчет дорожной одежды …..
2.1. Исходные данные ……
2.2. Определение приведенной к расчетному автомобилю интенсивности движения .
2.3. Определение общего (расчётного) модуля упругости дорожной одежды ..
2.4. Определение расчетных характеристик грунта ………………
2.5. Расчет необходимой толщины дренирующего слоя ………….
2.6. Разработка 1 варианта конструкции нежесткой дорожной одежды …..
2.7. Разработка 2 варианта конструкции нежесткой дорожной одежды …..
Глава 3. Технология возведения земляного полотна …..
3.1. Разработка поперечного профиля……
3.2 Определение сроков строительства ……..
3.3. Определение средневзвешенной дальности транспортировки грунта .
3.4. Разработка технологии строительства земляного полотна автомобильной дороги ….
3.5. Определение объёмов работ по возведению земляного полотна ……
3.7. Расчёт производительностей дорожных машин по технологическим операциям
Глава 4. Технология строительства дорожной одежды
4.1. Определение средневзвешенной дальности транспортировки дорожно-строительных материалов .
4.4. Разработка технологии строительства дорожной одежды автомобильной дороги
4.6. Разработка календарного графика на строительство дорожной одежды ..
Глава 5. Деталь проекта «Строительство автобусных остановок» ……..
5.1. Обоснование детали ………………………………….
5.2. Выбор типа остановки ………………………………………
5.3. Проектные решения………………………………………..
5.4. Разработка технологии строительства ………………….
Глава 6. Технико-экономическое обоснование строительства ………..
6.1. Общие положения по расчету величины инвестиций в строительство автомобильной дороги ……………
6.2. Расчет стоимости строительства дорожных одежд …
6.3. Определение стоимости строительства земляного полотна …..
6.4. Расчет стоимости дорожной одежды……………..
6.5. Определение стоимости работ и стоимости строительства дорожных сооружений по укрупненным показателям ……..
6.6. Определение сметной стоимости строительства автомобильной дороги……………..
6.7. Определение технико-экономических показателей строительства …..
Глава 7. Контроль качества …………………………….
7.1. Общие положения ………………………………….
7.2. Контроль качества земляного полотна …………….
7.3. Контроль качества дорожной одежды ………………………..
Глава 8. Производственная и экологическая безопасность …….
8.1. Производственная безопасность…………
8.2. Техника безопасности при строительстве дорожной одежды …….
8.3. Техника безопасности при укладке асфальтобетонных смесей …..
8.4. Экологическая безопасность ……………..
Список используемой литературы ………………
Выпускная квалификационная работа строительства автомобильной дороги направлена на решение вопросов транспортного сообщения между населенными пунктами. Так же, целью является разработка оптимальных, обоснованных, экономически целесообразных и эффективных функционально-технологических, конструктивных и инженерно-технических решений при капитальном строительстве объекта, который возводится в соответствии с увеличением потребности транспортной инфраструктуры на севере Тульской области в юго-восточной части Ясногорского района. Длина дороги составила 16,3 км.
Начало участка строительства дороги находится в конце имеющейся дороги общего пользования 70Н-054, которая проходит по маршруту «Ясногорск-Денисово-Горшково» и имеет III категорию с асфальтобетонным покрытием. Конец участка строительства дороги примыкает к населенному пункту «Кухтинка», расположенного на территории Веневского района вблизи федеральной автомобильной дороги М4 «ДОН». Строительство дороги в этом районе относится к III категории [1], [2] с перспективной интенсивностью движения автомобильного транспорта 5120 авт/сут.
Для проектируемого участка подобрано и рассчитано два варианта нежесткой дорожной одежды. Расчет нежесткой дорожной одежды выполнен под действующие нагрузки по [3] с учетом данных из [5].
В разделе «Деталь проекта» рассмотрено строительство автобусных остановок. В разделе «Экономическая часть» представлен сводный сметный расчет стоимости строительства, а также экономическое сравнение вариантов дорожной одежды.
Разработка листов была произведена с использованием научно-прикладных программ, таких как: лицензионный программный комплекс AutoCAD 2018 и Microsoft Office 2016.
Глава 1. Анализ природно-климатических условий строительства автомобильной дороги
1.1. Социально-экономическое значение дороги
Район строительства автомобильной дороги располагается на севере Тульской области в юго-восточной части Ясногорского и западной части Веневского районов. Начало участка строительства дороги находится в конце имеющейся дороги общего пользования 70Н-054. Конец участка строительства дороги примыкает к населенному пункту «Кухтинка». Проектируемая дорога в этом районе относится к III категории с перспективной интенсивностью движения автомобильного транспорта 5120 авт/сут. Протяженность автомобильной дороги составляет 16300 метров.
Основной целью строительства автомобильной дороги является развитие внутренней инфраструктуры района и сельскохозяйственных угодий. Так же целесообразность строительства состоит в том, что ранее освоенные населенные пункты со временем становятся дачными участками за счет ежегодного прироста населения.
Новая автомобильная дорога позволит связать федеральную автомобильную дорогу М4 «ДОН» с дорогой общего пользования 70Н-054, проходя недалеко от населенных пунктов, сел и деревень с интенсивным числом местных жителей. Район экономически осваивается, и будущая дорога значительно сократит количество экономических факторов для многих фермеров и агропромышленных предприятий. В социальном плане новая автомобильная дорога даст возможность соединить населенные пункты между собой, подъезды к которым уже построены ранее
1.2. Природно-климатические характеристики района строительства
Участок под строительство автомобильной дороги находится на территории Тульской области. Зона широколиственных лесов занимает западные, северные, и северо-восточные районы. Зона лесостепи — южные и восточные районы области. Границей между ними является граница распространения черноземов. Протяженность территории области с севера на юг — 200 км, с запада на восток — 190 км.
1.2.1. Рельеф местности
Территория участка в геоморфологическом отношении приурочена к Восточно-Европейской, или Русской равнине, и располагается на северо-восточных склонах Среднерусской возвышенности. Будущая дорога будет проходить по малопересеченной поверхности.
1.2.2. Гидрологические условия
Недалеко от проектируемой дороги возле села Горшково берет свое начало река Полевая Веркуша протяженностью 15 км и занимает 71,6 км², речной бассейн реки относится к бассейну реки Оки. Грунтовые воды залегают на глубине порядка 2 метров.
1.2.3. Почвы
Почвы разнообразны и зависят от рельефа местности. На водораздельных плато, слабопологих и пологих склонах водоразделов залегают светло-серые и серые лесные почвы легко- и среднесуглинистого механического состава.
1.2.4. Геология
Территория работ располагается в центральной полосе европейской части России. В орографическом отношении территория относится к северо-восточному склону Среднерусской возвышенности, в тектоническом плане приурочена к Воронежской антеклизе (очень обширное и пологое поднятие
(изгиб) слоёв земной коры в пределах платформ или плит). Основные факторы рельефообразования – тектонические движения и эрозия.
1.2.5. Климат
Климат умеренно континентальный, характеризуется умеренно холодной зимой с частыми оттепелями и теплым летом. Среднегодовая температура +5°C, средняя температура января −10 °C, июля +20 °C. Годовое количество осадков изменяется от 575 мм на северо-западе до 470 мм на юго-востоке.
Для построения дорожно-климатического графика Тульской области и определения продолжительности строительного сезона воспользуемся сводом правил по климату [4].
1.3. Производственная база для обслуживания строительства
В рамках строительства автомобильной дороги предусмотрено размещение производственных предприятий в непосредственной близости от места производства работ. В связи с небольшим (24 км) расположением к объекту железнодорожной станции Ясногорск, принято решение о размещении инвентарного прирельсового Асфальтобетонного завода (АБЗ) на расстоянии 24 километров от нулевого пикета (ПК0) строящейся дороги.
На АБЗ предусмотрено место для складирования строительных материалов. Строительная площадка располагается рядом с АБЗ. Песчаный карьер и карьер разработки щебня находится на расстоянии 24 километра от нулевого пикета (ПК0) автомобильной дороги. Грунтовый карьер (суглинок легкий), разработанный по методу вскрыши, располагается вблизи дороги на расстоянии 3 километров от нулевого пикета (ПК0) автомобильной дороги.
1.4. Определение категории дороги
Перспективная интенсивность движения на 24-й год использования автомобильной дороги с учетом прироста интенсивности движения =1,02 составляет 24 = 5120 авт/сут. Для того, чтобы определить интенсивность движения на 1-й год использования автомобильной дороги, необходимо воспользоваться формулой обратной геометрической прогрессией:
Расчётная скорость – 100 км/ч. В соответствии с [1] и [2] проектируемая дорога в зависимости от расчётной интенсивности движения и расчётной скорости соответствует автомобильным дорогам технической категории III.
Глава 2. Расчет дорожной одежды
2.1. Исходные данные
Табл. 2.1.1
Исходные данные для расчета дорожной одежды
2.2. Определение приведенной к расчетному автомобилю интенсивности движения
Табл. 2.2.1
Определение приведенной к расчетному автомобилю интенсивности движения
Исходя из транспортно-эксплуатационных требований на дороге III категории устраивается усовершенствованное покрытие капитального типа. В качестве расчётного принимается автомобиль с наибольшей статической нагрузкой на одиночную ось 115 кН (11,5 тс), с расчётным диаметром следа колеса D=34 см.
2.3. Определение общего (расчётного) модуля упругости дорожной одежды
Определяем величину приведенной интенсивности на последний год срока службы по следующей формуле:
=пол∗Σ∗сум,автсут=1,
(2.3.1)
где пол — коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним [3, табл. 3.2] для двухполосных дорог f=0,55; n — общее число различных марок транспортных средств в составе
транспортного потока; — число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m-й марки; сум — суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства m-й марки к расчетной нагрузке расч. =0,55∗(2,145+54,6+100,8+216,25+39,9)=414 авт/сут
Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы.
Для расчета по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости воспользуемся формулой:
Σ=0,7∗∗(сл−1)∗Трдг∗,
(2.3.2)
где — приведенная интенсивность на последний год службы дорожной одежды, авт./сут; Трдг – расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции, Трдг = 135 дней [3, табл. П.6.1]; — коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого, = 1,38 [3, табл. 3.3]; Тсл– расчетный срок службы, Тсл = 24 года (Постановление от 30 мая 2017 года №658. Межремонтные сроки эксплуатации автомобильных дорог федерального значения с усовершенствованным типом покрытия увеличены до 12 лет, по капитальному ремонту – до 24 лет); q – показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобилей по годам (q принимается равным 1,02); – коэффициент суммирования:
2.4. Определение расчетных характеристик грунта
Расчетные значения характеристик грунта устанавливаются в зависимости от вида грунта и его расчетной влажности, обусловленной природными условиями и особенностям его работы, по таблицам и графикам [3], составленным на основании обобщения многочисленных испытаний грунтов. Расчётная влажность грунта:
Wp=(Wтаб+1W+2W)∗(1+0,1t)−3,
(2.4.1)
где 1W — поправка на особенности рельефа территории [3, табл.П.2.2]; 2W — поправка на конструктивные особенности проезжей части и обочин [3, табл.П.2.3]; 3 — поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоев дорожной одежды [3, рис.2.1]; t – коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от заданного уровня проектной надёжности конструкции дорожной одежды [3, табл. П.4.2], t =1,71. Wp=(0,63+0+0,05)∗(1+0,1∗1,71)−0=0,8
По полученному значению, используя таблицы П.2.4 и П.2.5 [3], определяем характеристики грунта: гр=29 МПа;гр=2,5°;ст=13°;гр=0,002 МПа
2.5. Расчет необходимой толщины дренирующего слоя
Полная толщина дренирующего слоя, работающего по принципу поглощения, определяется по формуле:
ℎп=1000∗+0,3∗ℎзап1−зим
(2.5.1)
где — расчетное количество воды в л/м2, накапливающейся в дренирующем слое за весь расчетный период (=15 л/м2) [3, табл. 5.3]; зим — коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (зим=0,6) [3, табл. 5.6]; — пористость материала, в долях единицы, (=0,32); ℎзап− дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала и равная для песков крупных 0,10…0,12м. ℎп=151000∗0,32+0,3∗0,11−0,6=0,19 м
Полную толщину дренирующего слоя (в метрах), работающего по принципу осушения с периодом запаздывания отвода воды, достаточную для временного размещения в его порах поступающей в конструкцию в начальный период ее оттаивания воды, определяют по формуле:
ℎо=р∗зап+0,3∗ℎзап1−зим
(2.5.2)
где зап – средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств, принимаемая для III дорожно-климатической зоны равной 3 сут. [3]; р — расчетное значение воды, поступающей за сутки:
=∗п∗г∗вог∗/1000,м3/м2
(2.5.3)
где – усреднённое значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, отнесённое к 1 м2 проезжей части, =2м3м2 [3, табл.5.3]; п – коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков, п=1,5 [3, табл.5.4]; г –
коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги, г=1,0 [3, табл.5.4]; вог – коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона, определяемый при одинаковом направлении участков профиля у перелома, вог=1,0 [3, рис.5.3]; – коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима, =0,3 [3, табл.5.5]. =2∗1,5∗1∗1∗0,3/1000=0,0009 м3/м2 ℎп=0,0009∗30,32+0,3∗0,101−0,6=0,1м
Для дальнейшего конструирования дорожной одежды и выполнения прочностных расчетов принимается толщина песчаного слоя равная 40 см из-за непрошедшего условия по морозоустойчивости конструкции дорожной одежды с толщиной дренирующего слоя (песок крупнозернистый) в 20, в 25, в 30 и в 35 см.
2.6. Разработка 1 варианта конструкции нежесткой дорожной одежды
1. Асфальтобетон плотный мелкозернистый тип Б марки II, горячий на битуме БНД 60/90 [7]. Модуль упругости по упругому прогибу Е = 3200 МПа.
2. Асфальтобетон пористый крупнозернистый марки II, горячий на битуме БНД 60/90 [7]. Модуль упругости по упругому прогибу Е = 2000 МПа.
3. Щебеночно-гравийно-песчаная смесь С-4, обработанная цементом марки М40 [8]. Модуль упругости Е = 600 МПа.
4. Песок крупнозернистый с содержанием пылевато-глинистой фракции 5% и коэффициентом фильтрации 5 м/сут [9]. п130 МПа; п=28°;ст=34°; гр=0,003 МПа.
2.6.5. Расчёт на морозоустойчивость
Определяем глубину промерзания: zпр(ср)=1,4 м. Определяем глубину промерзания дорожной одежды по формуле:
пр=пр(ср)∗1,38
(2.6.5.1)
пр=1,4∗1,38=1,93 м
Для глубины промерзания 1,93 м по номограмме по кривой определяем величину морозного пучения для усреднённых условий: пр(ср)=5 см. Допустимое зимнее вспучивание дорожной одежды капитального типа с а/б покрытием составляет доп=4,8 см.
По таблицам и графикам находим коэффициенты: угв− коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод, угв=0,5 [3,рис.4.1]; пл− коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя, пл=1,2 [3,табл.4.4]; гр− коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки,
гр=1,3 [3,табл.4.5]; нагр− коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания, нагр 1,02 [3,рис.4.2]; вл− коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта,вл=1,1 [3,рис.4.6]
По формуле находим величину пучения для данной конструкции:
пуч=пуч. ср∗угв∗пл∗гр∗нагр∗вл
(2.6.5.2)
пуч=5∗0,5∗1,2∗1,3∗1,02∗1,1=4,4 см
Для данной дорожной одежды капитального типа с а/б покрытием допустимое зимнее вспучивание составляет доп=4,8 см, это значит, что рассчитанная величина морозного пучения не превышает допустимую величину морозного пучения.
2.6.6. Расчёт конструкции по условию сдвигоустойчивости в грунте
Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле:
=н∗,
(2.6.6.1)
где н− удельное активное сопротивление сдвига от единичной нагрузки колеса на покрытие. Для определения н предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной рабочей модели. В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (суглинок легкий) со следующими характеристиками: гр=29 МПа,;гр=2,5°;ст=13°; гр=0,002 МПа; − расчётное давление от колеса на покрытие, =0,8 МПа.
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле:
в=Σ∗ℎΣℎ,
(2.6.6.2)
где Ei− модуль упругости вышележащих слоёв при температуре+30°С, Σhi−сумма толщин вышележащих слоёв.
где н− удельное активное сопротивление сдвига от единичной нагрузки колеса на покрытие. Для определения н предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной рабочей модели. В качестве нижнего слоя модели принимаем песок крупнозернистый со следующими характеристиками: п=130 МПа,;п=28°;ст=34°; гр0,003 МПа.
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле:
в=Σ∗ℎΣℎ,
(2.6.7.2)
где − модуль упругости вышележащих слоёв при температуре+30°С;
Σℎ−сумма толщин вышележащих слоёв. в=1100∗5+840∗13+600∗155+13+16=770,3 МПа вп=770,3130=5,93; ℎсл=3434=1,00
С помощью номограммы [3,рис.3.2] находим активное удельное напряжение сдвига: н=0,04 МПа; =0,04∗0,8=0,032 МПа
Предельное активное напряжение сдвига пр в грунте рабочего слоя определяем по формуле:
пр=д∗(+0,1∗ср∗оп∗ст),
(2.6.7.3)
где – сцепление в грунте дренирующего слоя, =0,003МПа; д – коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе ЩГПС с песчаным слоем, принимается 4,5 [3]; оп – глубина расположения проверяемого слоя от верха конструкции, принимается 34 см; ст – расчётная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, 34°; 0,1 — коэффициент для перевода в МПа. пр=4,5∗(0,003+0,1∗0,002∗34∗34°)=0,034 МПа
пр=пр=0,0340,032=1,05,что больше,чем пртр=1,0
Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в песчаном слое.
2.6.8. Расчёт конструкции на сопротивление монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе
Расчёт выполняем в следующем порядке:
1. Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели – часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоёв.
Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме [3, рис.3.1] как общий модуль для двухслойной системы вщгпс=114 МПа.
К верхнему слою относятся все асфальтобетонные слои. Модуль упругости верхнего слоя толщиной 18 см устанавливаем по формуле:
срсл=Σ∗ℎΣℎ
(2.6.8.1)
срсл=4500∗5+2800∗1318=3272,2 МПа
2. По отношениям
срслвщгпс=3272,2132=24,8 и ℎсл=1834=0,53
по номограмме [3,рис.3.4]определяем ̅̅̅=1,6
Расчётное растягивающее напряжение вычисляем по формуле:
=̅̅̅∗∗в,
(2.6.8.2)
где ̅̅̅ – растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчётных диаметрах площадки, передающей нагрузку, определённо по номограмме [3,рис.3.2]; в – коэффициент, учитывающий особенности напряжённого состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном, принимается равным 0,85 [3]. =1,6∗0,8∗0,85=1,09 МПа
3. Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле:
=0∗1∗2∗(1−∗),
(2.6.8.3)
где 0 – нормативное значение предельного сопротивления растяжению при изгибе при расчётной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки, принимается 8,0 Мпа [3,табл.П.3.1]; 1 – коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки, вычисляется по формуле:
1=√Σ
(2.6.8.4)
где — коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности [3,табл.П.3.1]. 1=7,1√10415184,3=0,283
2 – коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов, принимается 0,9 [3,табл.3.6]; – коэффициент вариации прочности на растяжение, принимается 0,1 [3,табл.П.4.1]; – коэффициент нормативного отклонения, принимается 1,71 [3,табл.П.4.2]. =8,0∗0,283∗0,9∗(1−0,1∗1,71)=1,69 МПа =1,691,09=1,55 ,что больше,чем пртр=1,0
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности на сопротивление монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
2.7. Разработка 2 варианта конструкции нежесткой дорожной одежды
2.7.1. Назначение материалов дорожной одежды
1. Асфальтобетон плотный мелкозернистый тип Б марки II, горячий на битуме БНД 60/90 [7]. Модуль упругости по упругому прогибу Е = 3200 МПа.
2. Асфальтобетон пористый крупнозернистый марки II, горячий на битуме БНД 60/90 [7]. Модуль упругости по упругому прогибу Е = 2000 МПа.
3. Пески крупные, обработанные цементом М40 [8]. Модуль упругости Е = 550 МПа.
4. Песок крупнозернистый с содержанием пылевато-глинистой фракции 5% и коэффициентом фильтрации 5 м/сут [9]. п= 130 МПа;п=28°; ст=34°; гр=0,003 МПа.
5. Грунт – суглинок легкий. гр=29 МПа,;гр=2,5°;ст=13°; гр=0,002 МПа.
2.7.2. Назначение конструктивных слои дорожной одежды из выбранных материалов
Табл. 2.7.2.1
Назначение конструктивных слои дорожной одежды из выбранных материалов