Ориентировочные значения физико-механических характеристик грунтов

Грунт	Удельный вес, , кН/м³	Угол внутреннего трения , градус	Коэффициент крепости
Сланец, известняк, мел, мерзлый грунт	2	65	2
Слежавшаяся галька, щебенистый грунт, твердая глина	18-20	60	1,5
Плотный глинистый грунт	18	60	1
Гравий, глинистый грунт, лесс	16	40	0,8
Слабый глинистый грунт, сырой песок, растительный грунт	15	30	0,6
Песок, мелкий гравий, насыпной грунт	17	27	0,5
Разжиженные грунты, глина	15	9	0,3
Гравелистый песок	36-40	38-43	0,7-0,8
Песок средней крупности	33-38	35-40	0,65-0,75
Мелкий песок	30-36	28-38	0,6-0,7
Пылеватый песок	28-34	26-36	0,55-0,65
Супеси	21-25	18-30	0,35-0,45
Суглинки	17-22	12-26	0,3-0,4

2. Высота грунта в пределах естественного свода обрушения, действующая на футляр:

м (3.2)

Где:

f _кр- коэффициент крепости породы, принять согласно таблице 7.

– ширина пролета естественного свода обрушения, определяется по формуле (3.1), м.

3. Определим расчетную вертикальную нагрузку на футляр:

т/м² (3.3)

Где:

n_гр - коэффициент надежности по перегрузки;

- объемный вес грунта в естественном состоянии, принять согласно таблице 7.

- высота грунта в пределах естественного свода обрушения, определяется по формуле (3.2), м.

4. Определим расчетное боковое давление на футляр:

(3.4)

Где:

- коэффициент надежности по перегрузки, принимаем согласно [2] 1,2;

- обозначение то же, что в формуле (3.3);

D_ф- обозначение то же, что в формуле (3.1);

- обозначение то же, что в формуле (3.1).

5. Момент инерции полотна дороги:

, (3.5)

Где:

- толщина покрытия дороги, м. Определяется согласно [4] в зависимости от категории автодороги.

- ширина полотна дороги, равная 1 м.

6. Цилиндрическая жесткость бетонного полотна дороги:

, (3.6)

Где:

– модуль упругости материала полотна дороги, согласно условию;

– момент инерции материала полотна, определяется по формуле (3.5), м⁴;

- коэффициент Пуассона материала полотна дороги (для бетона принимаем равным 0,17).

7. Коэффициент жесткости бетонного полотна дороги:

, (3.7)

Где:

- ширина полотна дороги, равная 1 м;

- коэффициент постели грунта при сжатии, согласно условию для песка принимаем 30000 кН/м³;

- цилиндрическая жесткость бетонного полотна дороги, определяется по формуле (3.6), кН м².

8. При расчете давления от автомобильного транспорта полотно дороги рассматриваем как балку конечной жесткости на упругом основании. Нагрузка, передаваемая через каждую ось, представляется виде сосредоточенной силы, отнесенной к единичной ширине полотна дороги b=1 м.

Нагрузка от автомобиля передается через бетонное полотно дороги в грунт. На рисунке 1 представлена эпюра реакции основания полотна дороги, где центры координат O₂ и О₃ являются центрами приложения сосредоточенной нагрузки от автомобильных колес задней оси. Параметр а’, который является расстоянием от центра координат O₂ или О₃ до точек пересечения линии графика реакций с координатной осью Х (где Х=0), и определяется как:

, (3.8)

Где:

- коэффициент жесткости бетонного полотна дороги, определяется по формуле (3.7), м^-1.

Тогда зона распространения суммарной эпюры реакции основания определяется как сумма:

, (3.9)

Где:

- расстояние между колесами задней оси, м. Для автомашины МАЗ 6501 B5 принимаем равное 1,4 м.

Рисунок 3.2 – Схематическая эпюра реакций основания полотна дороги

9. Максимальное значение реакции основания , равное q, имеет место в точках (см. рисунок 3.2), равных нулю:

, (3.10)

Где:

– сила действующая на основание от оси автомобиля МАЗ 6501 B5, которая составила 31,883 кН;

– ширина полотна дороги, равная 1 м;

– коэффициент жесткости бетонного полотна дороги, определяется по формуле (3.7), м^-1.

10. Равномерно распределенная нагрузка q, передаваемая на основание полотна дороги от действия транспорта, и напряжение в грунте в любой точке с координатами x, z, действующие вертикально вниз, можно определить:

, (3.11)

Где:

z – координата распределения напряжения в грунте, равная расчетному заглублению трубопровода до верхней образующей Н, м. Определяется по чертежу;

- максимальная равномерно распределенная нагрузка от автотранспорта, определяется по формуле (3.10), кПа;

- координата распределения напряжения в грунте по оси Х (по эпюре), м. При определении максимальной нагрузке принимаем х=0.

11. Расчетное давление от подвижного транспорта:

, (3.12)

Где:

– напряжение в грунте в любой точке, определяется по формуле (3.11), кПа.

12. Расчетное сжимающее усилие:

, (3.13)

Где:

– радиус трубопровода с футляром, м;

– расчетная вертикальная нагрузка, определяется по формуле (3.4), кПа;

– расчетное давление от подвижного состава, определяется по формуле (3.12), кПа.

13. Расчетный изгибаемый момент:

, (3.14)

Где:

– коэффициент, учитывающий всестороннее сжатие трубы, согласно условию принимаем равным 0,25;

– радиус трубопровода с футляром, м;

– вертикальная нагрузка, нагрузка от подвижного состава и боковое давление, действующие на трубопровод, рассчитанные по формулам (3.3), (3.12), (3.4) соответственно.

14. Расчетное сопротивление металла трубы и сварных соединений R₁ определяем по формуле:

, (3.15)

Где:

- нормативное сопротивление растяжению металла труб и сварных соединений, равное значению временного сопротивления, Мпа. Принимается согласно условию;