Развитие и модернизация опорной автодорожной сети Дальнего Востока для повышения ее надежности в процессе эксплуатации

Результаты прогнозируемых и фактических значений показывают хорошую сходимость.

Таким образом, разработанная методика позволила осуществить корректировку расчетного метода прогнозирования водно-теплового режима земляного полотна, положенного в основу Пособия к СНиП 2.05.02-85 в части учета дополнительного поступления капиллярно-подвешенной влаги при ее двухмерном характере перемещения к фронту промерзания.



Таблица 2

Прогнозируемые и фактические значения влажности и плотности грунта земляного полотна в слое толщиной 0,5 м от низа дорожной одежды опытного участка на 197км федеральной автомобильной дороги «Уссури» Хабаровск- Владивосток

Период	Влажность грунта	Коэффициент уплотнения грунта
	под покрытием	под обочиной	под покрытием	под обочиной
Летний период года	0,62	0,62	0,98	0,96
Осенний период перед промерзанием земляного полотна	0,81 0,8	0,81 0,85	0,98	0,96
Зимний период после промерзания слоя грунта	0,90 0,89	0,71 0,73	-	-
Весенний период после оттаивания грунта	0,90 0,93	0,82 0,81	0,96	0,94
Летний период после усадки грунта	0,62 0,63	0,69 0,67	0,97	0,95
Примечание. В числителе прогнозируемые значения характеристики, в знаменателе - фактические. В таблице приведены значения влажности и плотности суглинка легкого пылеватого с влажностью на границе текучести = 27 % и оптимальной влажностью = 16 %.

Результаты измерения плотности и влажности грунта земляного полотна на опытном участке 197 км федеральной автомобильной дороги «Уссури» Хабаровск-Владивосток подтвердили достаточную сходимость предлагаемой методики для расчета двухмерного процесса изменения водно-теплового режима грунта в условиях глубокого сезонного промерзания грунтов Дальнего Востока.

В шестой главе обоснованы теоретические предпосылки регулирования водно-теплового режима автомобильных дорог Дальнего Востока.

Разработанная на основе физико-технической теории В.И. Рувинского методика расчета сезонного изменения ВТР земляного полотна в условиях избыточного увлажнения и глубокого сезонного промерзания грунта позволяет рассматривать процесс влагонакопления в грунте как двухмерный. Применительно к поставленной задаче водно-тепловой режим земляного полотна зависит от нескольких факторов: расстояния рассматриваемого грунтового массива от источников увлажнения и степени их влияния, условий отвода атмосферных осадков с поверхности дороги, влагопроводных характеристик грунта, характера теплообменного процесса с атмосферой на границе рассматриваемого массива грунта обочины и телом земляного полотна. Причем влияние источников увлажнения неоднозначно.

Внешние источники влагонакопления 1, 2, 3 формируют температурно-влажностный режим в грунтовом массиве обочины А, который в виде внутреннего источника 4 взаимодействует с грунтовым массивом тела земляного полотна под проезжей частью Б (рис. 6).

Для того чтобы оценить ВТР земляного полотна, необходимо последовательно проанализировать влияние источников 1, 2, 3 на процесс влагонакопления в грунтовом массиве А, а затем рассмотреть процесс тепломассообмена в грунте под обочинами А и проезжей частью Б.

Если влияние источников 1, 2, 3 достаточно изучено и можно использовать существующие методы расчета влагонакопления в теле грунтового массива А под воздействием источников увлажнения 1, 2, 3, то характер тепломассообмена между грунтовыми массивами А, Б недостаточно изучен. А именно от характера этого процесса в конечном итоге зависит ВТР дорожной конструкции.



Рис. 6. Источники увлажнения земляного полотна: 1 - инфильтрационно-пленочное увлажнение атмосферными осадками; 2 - капиллярно-пленочное увлажнение от поверхностных вод и верховодки; 3 - капиллярно-пленочное и диффузное увлажнение от грунтовых вод и верховодки; 4 - капиллярно-пленочное и диффузное увлажнение за счет разности потенциалов влажности и температуры в грунте под проезжей частью и обочинами; А - грунтовый массив земляного полотна под обочинами; Б - грунтовый массив тела земляного полотна под проезжей частью

Это влияние будет зависеть от характера потенциалов тепломассопереноса. Иными словами, представим, что потенциал тепломассопереноса в массиве А выше, чем в массиве Б, следовательно, влага из массива обочины будет перемещаться в массив тела земляного полотна, обусловливая избыточное влагонакопление и пучение грунта под дорожной одеждой, что крайне нежелательно.

Факторами, обусловливающими разность потенциалов в массивах А и Б, чаще других является перепад температур. Промерзание дорожной конструкции идет быстрее под проезжей частью, следовательно, за счет разности потенциалов осуществляется перемещение влаги из-под обочины в тело земляного полотна. При этом механизм этого процесса слагается из диффузного (начало промерзания) и пленочного перемещения влаги к границе льдообразования.

В весенний период наблюдается обратная картина: оттаивание быстрей происходит под проезжей частью, чем под обочинами, при этом выводящие дренажные слои, находящиеся в мерзлом состоянии, не работают, что свидетельствует о существенном конструктивном недостатке традиционной дорожной одежды.

Основной принцип регулирования ВТР в рассматриваемых условиях можно сформулировать следующим образом: конструкция дорожной одежды и земляного полотна должна обеспечивать внутреннее осушение массива грунта Б при его промерзании.

Чтобы достичь поставленной задачи, достаточно уравнять тепловое сопротивление дорожной конструкции под проезжей частью и под обочинами. Для этого необходимо обеспечить условие

R _ДО ? R_ОБ, (34)

где R_ДО - суммарное тепловое сопротивление дорожной одежды и рабочего слоя земляного полотна под проезжей частью; R_ОБ - суммарное тепловое сопротивление рабочего слоя земляного полотна под обочинами.

В диссертации для практических расчетов эффективности того или иного мероприятия применено численное решение уравнения теплопроводности, полученное и реализованное в алгоритме и программном комплексе ЦНИИЛ ЦНИИС для решения задачи Стефана:

(мерзлая зона) (35)

(талая зона) (36)

(на границе промерзания) (37)

где - температуры грунта в мерзлой зоне и в талой зоне, °С; х, у - координаты точки, для которой формулируется условие; - продолжительность периода промерзания, ч; , - коэффициент теплопроводности соответственно мерзлого и талого грунта, ккал/ (м•ч•°С); , - удельная теплоемкость грунта, ккал/ мі•°С; - функция изменения во времени положения границы промерзания; - скрытая теплота при фазовом переходе воды в мерзлое состояние, ккал/мі.

Важной составляющей сложного процесса, формирующего тепломассоперенос, является теплообмен на поверхности и контактных слоях дорожной одежды. При ее конструировании важно правильно оценить конечные результаты процесса: ускорять промерзание для районов с суровым климатом или замедлять его для районов с мягкими климатическими условиями.

Воздействие внешнего источника тепла на тепловое состояние данного физического тела зависит от самого источника и от условий теплообмена.

Влияя на отдельные составляющие теплообмена, можно добиваться необходимых параметров теплообмена и активно регулировать теплообмен дорожной конструкции. Это позволяет регулировать водно-тепловой режим земляного полотна для повышения эксплуатационной эффективности проектируемых дорожных конструкций.

Результатом внедрения проведенных теоретических и экспериментальных исследований явились разработанные с участием автора региональные дорожные нормы, методические рекомендации и технические условия на совершенствование конструкций автомобильных дорог Дальнего Востока.

В седьмой главе приводятся результаты исследования надежности автомобильных дорог; осуществлена статистическая обработка результатов; получены характеристики распределения случайных величин; разработана вероятностная модель, на основе которой получены нормативные значения надежности автомобильных дорог и осуществлено районирование территории южной и центральной частей Дальнего Востока по этому показателю.

Пути и методы обеспечения надежности дорожных конструкций нашли отражение в трудах В.К. Апестина, В.Ф. Бабкова, А.К. Бируля, В.В. Болотина, А.С. Буслова, А.П. Васильева, А.И. Долганова, И.А. Золоторя, В.Д. Казарновского, М.Б. Корсунского, А.М. Кулижникова, Е.М. Лобанова, В.П. Носова, В.А. Семенова, В.М. Сиденко, В.В. Сильянова, А.В. Смирнова, В.В. Ушакова, В.Н. Шестакова и других исследователей.

Под надежностью автомобильных дорог понимается их способность выполнять определенные задачи в естественных условиях эксплуатации с заданной вероятностью. Поэтому основным концептуально-методическим принципом обеспечения надежности дорожных конструкций является вероятностно-статистический.

Надежность автомобильных дорог - это сложная комплексная характеристика, на ее обеспечение влияют различные конструктивные элементы автомобильной дороги как в отдельности, так и в совокупности. Выход из строя или отказ одного из элементов может вызвать общий отказ всей дороги. Для характеристики безотказной работы такого значительного по протяжению комплексного сооружения, которым является автомобильная дорога, подходит понятие нерезервированной системы с постоянно включенным резервом.

Надежность автомобильной дороги может быть повышена за счет дублирования или резервирования ее элементов. Согласно основным правилам, вероятность безотказной работы системы Р можно рассматривать как произведение вероятностей элементов Р_i, составляющих эту систему, если эти элементы выходят из строя независимо друг от друга. Под системой следует понимать инженерный комплекс - автомобильную дорогу, а под элементами такой системы - конструктивные элементы дорожной конструкции. Надежность такой системы

Р =. (38)

Дорожная конструкция, состоящая из n конструктивных элементов (дорожное покрытие, дорожная одежда, обочины, система водоотвода, искусственные сооружения на автомобильных дорогах), представляет собой дискретную систему. Эффективная работа каждого конструктивного элемента характеризуется определенной вероятностью частного отказа. Вероятность эффективного функционирования каждого элемента дорожной конструкции может быть найдена как

Р = 1-. (39)

Если автомобильная дорога представляет собой резервированную систему, то надежность ее работы может быть представлена асимптотической формулой большого резерва:

, (40)

где - частота отказа участка; - время работы одного участка до возникновения отказа.

Как правило, в резервированных системах эффективность работы достигается при n = 2, тогда период безотказной работы дорожной конструкции, состоящей из двух дублирующих элементов, составит

. (41)

В реальных условиях эксплуатации каждый элемент дорожной конструкции имеет свою степень надежности, общая же надежность автомобильной дороги определяется по формуле

Р = 1- (1- Р₁) (1- Р₂),… (1- Р_n). (42)

Анализируя комплекс количественных характеристик надежности, можно прийти к выводу, что для такого комплексного сооружения, как автомобильная дорога, наиболее приемлема вероятность ее безотказной работы Р(t) в течение определенного времени службы.

Эксплуатация автомобильной дороги в течение расчетного срока службы представляет собой непрерывный процесс, таким образом, частота отказов и вероятность безотказной работы дорожных конструкций могут быть выражены как непрерывное распределение

А(t) =, (43)

Р(t) =1- . (44)

Для выбора критерия оптимальности, позволяющего адекватно оценить надежность автомобильных дорог, необходимо определить показатель, который наиболее полно отражает транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог. Интегральной характеристикой оценки транспортно-эксплуатационного состояния дороги является скорость движения, выраженная через коэффициент обеспечения расчетной скорости.

Для оценки надежности автомобильной дороги необходимо получить зависимость вероятностей отказа дорожной конструкции U(t) от обеспеченной дорогой скоростью движения.

Существует связь между скоростью движения и прочностью дорожных покрытий

, (45)

где г и д - коэффициенты, зависящие от типа покрытия, состава движения, роста его интенсивности; t - текущее время, годы, К_пр - коэффициент запаса прочности.

В большинстве случаев плотность вероятности коэффициента запаса прочности дорожных конструкций К_пр соответствует нормальному закону распределения:

f(К_пр) = _, (46)

где m К_пр - математическое ожидание коэффициента запаса прочности; - среднеквадратичное отклонение случайной величины К_пр.

Плотность распределения изменения скорости движения f(v) выражается формулой

f(v) = . (47)

Вероятность отказа дорожной конструкции Р(v), находящейся в интервале v_min? v ? v_max , будет

U(t) = Р(v_min? v ? v_max) = . (48)

Тогда зависимость отказов дорожной конструкции, используя формулы (41-42), можно выразить формулой

U(t) = 1/2, (49)

где Ф - интегральная функция Лапласа; v_min - значение скорости движения, км/ч, при которой было зафиксировано минимальное значение К_пр; v_max - значение обеспеченной скорости движения при нормативном значении К_пр; - дисперсия случайной величины К_пр.

Нормативным документом «Проектирование нежестких дорожных одежд ОДН 218.046-01» в качестве критерия надежности установлено значение коэффициента запаса прочности К_пр по величине упругого прогиба при заданной обеспеченности.

Проведенный комплекс теоретических и экспериментальных исследований позволил установить зависимости изменения случайной величины коэффициента запаса прочности К_пр на основных федеральных автомобильных дорогах Дальнего Востока. Были получены кривые фактической плотности распределения К_пр, соответствующие нормальному закону распределения и кривой Пирсона VII типа (рис.7). Установлены значения математического ожидания mК_пр для кривых плотности распределения К_пр.

Уравнение кривой VII типа имеет вид

(50)

где

; (51)

- четвертый основной момент, представляющий нормированные численные характеристики свойств случайных величин и показывающий крутизну кривой относительно нормальной кривой распределения; - нормированный множитель, с помощью которого площадь всех кривых распределений должна равняться единице; и - постоянные, определяемые по формулам (51); - переменная в уравнении.

Для федеральной автомобильной дороги «Подъезд к г. Благовещенску» значение mК_пр = 0,786, на федеральной дороге «Амур» Чита-Хабаровск это значение составило mК_пр = 0,931 и на федеральной автомобильной дороге «Уссури» Хабаровск-Владивосток математическое ожидание mК_пр = 0,73.

Таким образом, ни на одной из рассматриваемых автомобильных дорог значение математического ожидания mК_пр коэффициента запаса прочности не находится в заданных пределах, установленных ОДМ 218.046-01.

Из результата проведенного анализа изменения фактической величины коэффициента запаса прочности К_пр на основных федеральных дорогах Дальнего Востока следует, что значения минимального коэффициента K_пp, назначаемого при проектировании дорожных конструкций в соответствии с ОДМ 218.046-01, недостаточно для федеральных и территориальных дорог, находящихся в сложных природно-климатических условиях региона.

На основании статистических данных и полученных кривых распределения случайной величины коэффициента запаса прочности К_пр проведено моделирование этой величины и получено ее требуемое значение при заданной надежности для расчетного срока службы в рассматриваемых сложных природно-климатических условиях.

Рис. 7. Распределение величины коэффициента запаса прочности К_пр на федеральной дороге Чита-Хабаровск «Амур»

Общий способ моделирования случайной величины по заданному закону распределения заключается в решении уравнения



(52)

где - равномерно распределенная величина в интервале .

Интегрирование выполняется до тех пор, пока не найдена площадь .

Верхняя граница, при которой прекращается интегрирование, является искомой величиной, т.е. - это случайная величина с плотностью распределения

. (53)

При равномерном распределении на участке

(54)

где - псевдослучайное число (генерируемое на ЭВМ).

Наиболее часто при назначении минимального требуемого значения коэффициента запаса прочности K_пp для дорожных одежд автомобильных дорог используется нормальное распределение изменения рассматриваемой случайной величины. Это подтверждают исследования, проведенные для основных федеральных автомагистралей Дальнего Востока.

Так, рассматривается сумма Ее среднее значение равно и дисперсия Следовательно, случайная величина

. (55)



Полученные фактические данные изменения коэффициента запаса прочности K_пp на основных федеральных автомобильных дорогах Дальнего Востока позволили провести моделирование изменения рассматриваемой характеристики. При моделировании изменения случайной величины K_пp, подчиняющейся нормальному закону распределения, использован алгоритм, основанный на центральной предельной теореме.

В соответствии с изложенным, для получения модели изменения коэффициента запаса прочности был разработан программный комплекс «Road», реализующий наполнение базы данных для моделирования заданных значений K_пp. Данная программная система позволяет реализовать следующие функции:

1) Введение информации о фактических данных изменения K_пp из всего массива фактической выборки с заданием максимальных и минимальных значений, с заданием шага изменения моделируемой характеристики.

2) Ввод значений характеристик среднеквадратичного отклонения и коэффициента вариации v случайной величины K_пp.

3) Задание расчетных реализаций изменения случайной величины (в рассматриваемом случае было задано 10000 реализаций изменения K_пp).

4) Введение заданной надежности Р моделируемой характеристики, принятой в соответствии с изменением случайной величины K_пp нормальному закону распределения, равной 0,95.

Запись полученных в результате моделирования значений изменения K_пp производилась в базу данных, которая служила основанием для назначения требуемого значения коэффициента запаса прочности в соответствии с фактическими природно-климатическими и транспортно-эксплуатационными условиями эксплуатации рассматриваемых федеральных автотранспортных магистралей «Амур», «Уссури», «Подъезд к г. Благовещенску». Результаты изменения K_пp представлены в табл.3.



Таблица 3

Результаты моделирования изменения коэффициента запаса прочности на основных федеральных магистралях Дальнего Востока

Наименование автомобильной дороги	Коэффициент запаса прочности согласно ОДМ 218.046-01	Коэффициент запаса прочности, полученный в результате моделирования
Хабаровск-Владивосток «Уссури»	1,2	1,43
Чита-Хабаровск «Амур»	1,17	1,33
«Подъезд к г. Благовещенску»	1,2	1,37

В результате проведенных исследований (с учетом требований ОДМ 218.046-01) были установлены ожидаемые значения K_пp, которыми следует руководствоваться при реконструкции и модернизации рассматриваемых федеральных автомобильных дорог: Хабаровск-Владивосток «Уссури»; Чита-Хабаровск «Амур»; федеральной дороги «Подъезд к г. Благовещенску» и соответствующие коэффициенты запаса прочности, равные соответственно 1,43; 1,33; 1,37, обеспечивающие работу рассматриваемых автомобильных дорог с заданной надежностью за расчетный срок службы.

Проведенные исследования послужили основанием для назначения требуемых коэффициентов запаса прочности с заданной надежностью работы автомобильных дорог Дальнего Востока и осуществления районирования территории региона по этому критерию.

В восьмой главе выполнено теоретическое обоснование конструктивных мероприятий при строительстве и модернизации автомобильных дорог Дальнего Востока; разработаны рекомендации по проектированию дорожных конструкций в сложных грунтово-гидрологических и геокриологических условиях; на участках реконструкции и модернизации автомобильных дорог; разработана модель оценки прочности и усиления дорожных одежд.

Основной задачей обеспечения требуемой транспортной доступности региона является обеспечение непрерывного, удобного и безопасного движения с расчетными скоростями и установленными нагрузками. Эти требования можно обеспечить за счет проектирования дорожных конструкций, обеспечивающих работоспособность автомобильных дорог региональной сети в течение расчетного срока службы.

Важно обеспечить работу дорожных конструкций в конкретной природно-климатической системе дороги. Этому важному вопросу посвящены фундаментальные работы: Е.С. Ашпиза, В.Д. Казарновского, В.В. Пассека, Г.С. Переселенкова, А.А. Цернанта. С учетом работ отмеченных исследователей в диссертационной работе разработана схема функционально-системного принципа учета природно-климатических условий при проектировании дорожных конструкций региональной сети (рис.8).

Преобладающими природно-климатическими условиями южной части Дальнего Востока являются условия, соответствующие II дорожно-климатической зоне (ДКЗ). Здесь расположено более 70% всех автомобильных дорог региона. Около 10% автомобильных дорог расположено в районе подзоны II1 с наличием «перелетков», мерзлых слоев грунта, возникающих на глубине сезонно замерзающих слоев грунта в районах с континентальным климатом и отрицательной среднегодовой температурой воздуха. И только около 20% автомобильных дорог региональной сети Дальнего Востока расположено в I ДКЗ.

Рис.8. Схема функционально-системного принципа проектирования дорожных конструкций автомобильных дорог южной части Дальнего Востока

Особую сложность при эксплуатации автомобильных дорог во II ДКЗ представляет недостаточная прочность дорожной одежды для пропуска нормативных нагрузок в расчетный период сезонного оттаивания грунтов. Следствием этого являются деформации колееобразования на участках автотранспортных коридоров Дальнего Востока.

Для обеспечения надежности работы основных звеньев региональной автодорожной сети и назначения конструктивных мероприятий по повышению ее транспортно-эксплуатационных характеристик были проведены исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) дорожных конструкций на участках автотранспортных коридоров региона: «Уссури» Хабаровск-Владивосток, «Амур» Чита-Хабаровск и федеральной автомобильной дороги «Подъезд к г. Благовещенску».

При проведении исследований были применены методы, нашедшие развитие в работах Н.И. Горшкова, С.К. Иллиополова, А.М. Кулижникова, В.П. Матуа и других ученых, позволяющие исследовать пространственную работу при воздействии динамической нагрузки.

Оценка НДС дорожных конструкций при их усилении осуществлялась с помощью программного комплекса «Genide 32» (автор Н.И. Горшков), в котором заложена методика расчета напряженно-деформируемого состояния материалов и грунтов модели системы “автодорога - грунт” в статической постановке, а нагрузки и воздействия (граничные условия по поверхностным силам) приводились к “квазистатическим”.

Параметры поверхностной нагрузки от транспортных средств, приведенные для условий плоской задачи, принимались в соответствии с действующей инструкцией по проектированию нежестких дорожных одежд.

В принятой для расчета схеме считалось, что нагрузка от транспорта расположена симметрично относительно оси автомобильной дороги. Выделение зон неоднородности материалов проводилось через построение макроэлементов в однородных конструктивных и природных (инженерно-геологических) элементах по их геометрическим размерам и пространственному положению. Для каждого природного и конструктивного элемента системы «автомобильная дорога - грунт» были заданы физико-механические параметры.

Для любого элемента поперечного сечения автомобильной дороги и грунта в качестве параметров деформируемости использовались модуль упругости и коэффициент относительной поперечной деформации (Пуассона); в качестве параметров прочности - удельное сцепление и угол внутреннего трения (для дисперсных грунтов и материалов), пределы прочности на одноосное сжатие и растяжение (для скальных грунтов и монолитных материалов).

Задача экспериментальных исследований сводилась к измерению прогиба дорожной одежды под задним сдвоенным колесом грузового автомобиля расчетной нагрузки. Параметры грунта земляного полотна и конструктивных слоев дорожной одежды (при температуре 20С), земляного полотна и обочин задавались в следующем порядке - наименование материала или грунта, толщина слоя (м), плотность (кH/м³), модуль упругости (МПа), коэффициент Пуассона (доли единицы), удельное сцепление (кПа) или предел прочности на одноосное растяжение (МПа), угол внутреннего трения (град) или предел прочности на одноосное сжатие (МПа).

Определялся коэффициент запаса прочности по З.Г. Тер-Мартиросяну:

(56)

где = фmax cosц - предельное значение касательного напряжения: = с + + tg ц (0,5 ( у1 + у2 ) - фmax sinц ) - значение действующего касательного напряжения на рассматриваемой площадке; у1, у2, фmax - главные нормальное и максимальное касательное напряжения на площадке; с - сцепление, МПа; ц- угол внутреннего трения, град.

Вид напряженного состояния оценивался по значениям параметра Надаи - Лоде: (-1) - сжатие, (0) - чистый сдвиг, (+1) - растяжение; промежуточные значения - сложное напряженное состояние. С помощью уровней этого параметра определялись места, в которых грунт, слагающий основание, испытывает растяжение или сдвиг, т.е. виды напряженного состояния, при которых материал может разрушиться.

Рассматриваемый метод позволил дать оценку НДС для любой нагрузки. Особое значение для разработки схемы усиления дорожной одежды имеет установление зон с максимальными растягивающими напряжениями. Анализ значений вертикальных напряжений показал, что материал покрытия под местом приложения нагрузки от транспорта испытывает сжатие, а посередине между полосами наката испытывает растяжение, как правило, в этом месте образуются продольные трещины.

Для уменьшения зон предельного состояния и перераспределения напряжений по всему объему конструкции дорожной одежды необходимо производить усиление существующих конструкций путем устройства дополнительных слоев из высокоплотных асфальтобетонных смесей, а на наиболее сложных участках, со слабым основанием, широко использовать армирующие геосинтетические материалы.

При приложении нагрузки на армированных участках дорожной одежды чаша упругого прогиба распределяется на большую площадь дорожного основания, что не приводит к колееобразованию, кроме того, введение геосинтетиков в конструкцию дорожной одежды приводит к снижению касательных напряжений.

Как показали наблюдения за работой опытного участка, армирование асфальтобетонного покрытия позволило добиться положительного эффекта в решении следующих задач: достижения омоноличивания нижнего и верхнего слоев покрытия, существенно меняющего характер напряженного состояния материала; возникновения распределяющего эффекта армированного слоя; значительного увеличения общего модуля упругости дорожной одежды на армированном участке покрытия.

В результате проведенных исследований были разработаны рекомендации по усилению дорожных одежд на основных автотранспортных коридорах Дальнего Востока.

В девятой главе рассматриваются вопросы оценки эффективности привлечения инвестиций в развитие автодорожной сети ДФО, анализируются методы привлечения дополнительных источников финансирования для развития сети дорог, даются рекомендации по очередности модернизации автомобильных дорог опорной региональной сети.

Эффективность вложения инвестиций в развитие АДС ДФО может быть определена как разность между суммарными ликвидированными потерями региона от несвоевременного строительства или модернизации дорожных объектов и затратами на строительство. При этом затраты и потери должны быть приведены к одному перспективному периоду (20 лет).

Задача состоит в оптимальном распределении инвестиций на строительство и модернизацию опорной сети автомобильных дорог на графе распределения перевозок между грузообразующими пунктами региона.

Возможности программы “Roads” позволяют изменять конфигурацию дорожной сети, ее транспортно-эксплуатационные характеристики для получения оптимального плана перевозок по критерию эффективности целевой функции минимума дорожно-транспортных затрат. В результате моделирования оптимального плана перевозок на АДС ДФО с помощью авторской программы “Roads” было получено начертание опорной сети дорог региона и определены наиболее загруженные участки дорог, подлежащие первоочередной модернизации.

Распределение инвестиций в развитие и модернизацию опорной АДС ДФО было предложено осуществлять по критерию чистого дисконтированного дохода (ЧДД).

На первом этапе развития и модернизации опорной региональной сети предложено инвестировать средства в участки, чистый дисконтируемый доход от которых превышает доходность, заданную нормой дисконта, при низком сроке окупаемости.

На втором этапе развития опорной сети АДС предложено инвестировать строительство и реконструкцию участков дорог, для которых показатели ЧДД близки к нулю, т.е. доходность инвестиционных проектов равна норме дисконта, а срок окупаемости составляет 3-5 лет.

Те участки дорог, инвестиционные проекты которых дают отрицательный ЧДД, ниже заданной нормы прибыли, с высоким периодом окупаемости проектов, предложено инвестировать с учетом привлечения прибыли от работы наиболее эффективных участков АДС ДФО для обеспечения региональной транспортной доступности табл. 4.

Важной составляющей выполнения программы модернизации и развития автомобильных дорог Дальневосточного федерального округа в составе Национальной программы модернизации и развития автомобильных дорог Российской Федерации до 2025 г. является привлечение дополнительных источников инвестирования в дорожное строительство.

В целях снижения нагрузки на федеральный бюджет и привлечения дополнительных средств на содержание и развитие дорог из внебюджетных источников финансирования Министерством транспорта России выделена специальная программная задача «Государственно-частное партнерство (ГЧП) при строительстве автомобильных дорог», предназначенная для реализации наиболее общественно-значимых инфраструктурных проектов, основанных на принципах и методологии государственно-частного партнерства.

В этой связи возникает возможность создания платных дорожных объектов на территории Дальнего Востока. Для этого необходимо проанализировать сложившиеся транспортные условия на основных транспортных магистралях региона.

Таблица 4

Оценка привлечения инвестиций в развитие опорной АДС Дальневосточного федерального округа

Номер строки j	Начало дуги (вершина L)	Конец дуги ( вершина М)	Грузонапряжен. G, т/сут	Длина дуги, км	Показатели эффективности инвестиций в строительство и реконструкцию АДС Дальневосточного федерального округа
					Капитальные вложения, млн руб.	Чистый доход, млн руб.	Индекс доходности	Срок окупаемости, лет	Очеред-ность
1	Граница с Амурской областью	Уруша	1671	92	1875,333	19275,741	8,97	2,83	XV
2	Уруша	Тахтамыгда	2136	57	1092,500	14480,222	11,27	2,34	XIII
……	…………	…………	……..	……	…………	……………	……	………	……..
153	Завитинск	Поярково	5093	82	178,735	12524,029	55,32	0,65	I

Для развития участков сети региональных дорог Дальнего Востока и привлечения дополнительных средств на содержание и развитие дорог из внебюджетных источников финансирования были разработаны предложения по привлечению инвестиций для строительства платных участков автомобильной дороги «Уссури» на основе принципов ГЧП и проведена их технико-экономическая оценка. Апробация предлагаемого проекта прошла в Швеции и Сербии в рамках международного проекта Sida's International Training Programme “Road Sector Management” и получил положительную оценку.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. В результате проведенных исследований разработано научное обоснование развития и модернизации региональной автодорожной сети Дальнего Востока для реализации Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002 - 2010 годы) и подпрограммы развития автомобильных дорог РФ «Автомобильные дороги» в Дальневосточном федеральном округе, которое заключается в разработке научных и практических рекомендаций по повышению эффективности и надежности работы автодорожной региональной сети и определению рациональных путей ее развития и функционирования.

2. Развитие и модернизация автомобильных дорог региона основаны на решении комплекса вопросов, образующих структурно-логическую схему, заключающуюся в:

- методике объединения федеральных и территориальных дорог в опорную сеть с учетом роста интенсивности движения, снижения прочности и пропускной способности дорог на направлениях автотранспортных коридоров;

- методике учета особенностей природно-климатических и геодинамических условий региона при проектировании модернизации и реконструкции автомобильных дорог с учетом изменившихся нагрузок на дорожные конструкции;

- методике обоснования критериев надежности работы автомобильных дорог в суровых природно-климатических условиях региона;

- разработке конструктивных мероприятий, обеспечивающих основные потребительские свойства дорог при развитии и модернизации региональной автодорожной сети.

3. Алгоритм развития и модернизации опорной сети Дальневосточного федерального округа разрабатывался на основании решения многокритериальной экономико-математической задачи, критерием оптимальности целевой функции которой принимался минимум дорожно-транспортных затрат на развитие и модернизацию сети, объектом моделирования являлась автомобильно-дорожная сеть, представленная различными уровнями детализации. Для решения оптимизационной задачи получен авторский программный продукт «Roads» позволивший осуществить моделирование оптимального плана перевозок на графе сети автомобильных дорог региона, в результате чего был выявлен ряд эффектов, определивших участки наибольшей загрузки дорог, места возможного образования транспортных «пробок», наиболее перспективные направления строительства и модернизации дорог, расположение транспортно-логистических центров. В результате моделирования оптимального плана автомобильных перевозок на массиве транспортных связей получено начертание перспективной опорной сети дорог Дальневосточного федерального округа на период до 2025 г. с назначением первоочередных участков дорог для модернизации и реконструкции.

4. Длительный мониторинг за работой автомобильных дорог южной и центральной частей Дальнего Востока позволил установить деструктивное влияние климата на работу дорожных конструкций региональной сети. В результате чего было уточнено существующее дорожно-климатическое районирование с выделением подзоны II₁, c наличием «перелетков» - мерзлых слоев грунта, возникающих на глубине сезонно замерзающих слоев в районах с континентальным и резко-континентальным климатом и отрицательной среднегодовой температурой воздуха. Для выделенной подзоны II₁ разработана методика корректировки параметров автомобильных дорог при модернизации дорожных конструкций автодорожной сети Дальнего Востока в условиях изменяющегося климата.

5. В результате многолетних теоретических и экспериментальных исследований водно-теплового режима автомобильных дорог региона были получены обобщенные формулы аналитических решений регулирования водно-теплового режима дорожных конструкций в районах сезонно-промерзающих грунтов, позволившие уточнить метод расчета водно-теплового режима, положенный в основу Приложения к СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» применительно к условиям региона. Получены значения расхода капиллярно-подвешенной и пленочной влаги, притекающей в горизонтальном направлении от обочин к покрытию при неравномерном промерзании, что позволило рассчитать изменение влажности и плотности грунта, неравномерное пучение, осадку и усадку тонкодисперсных грунтов земляного полотна автомобильных дорог южной и центральной частей Дальнего Востока и послужило основанием для разработки региональных нормативных документов на проектирование дорожных конструкций при развитии и модернизации дорожной сети региона.

6. Проведенные исследования оценки прочности на автотранспортных коридорах Дальнего Востока позволили получить расчетные зависимости изменения коэффициента запаса прочности дорожных одежд, разработать вероятностную модель прогнозирования этого показателя за период срока службы дорог региональной сети с назначением их требуемой прочности с заданной надежностью и осуществить районирование территории региона по этому показателю.

7. Реконструкцию и модернизацию дорожных конструкций региональной сети Дальнего Востока, необходимо осуществлять на основании функционально-системных принципов проектирования и модернизации с учетом особенностей формирования теплового режима в теле земляного полотна, прогнозируемых локальных изменений мерзлотно-грунтовых условий и глобальных изменений климата. В условиях сезонно промерзающих грунтов необходимо обеспечить морозоустойчивость автомобильных дорог региональной сети за счет конструктивно-технологических мероприятий по обеспечению прочностных и деформативных качеств земляного полотна дорожных конструкций с учетом климатических, грунтовых и гидрологических условий региона. При проектировании участков автомобильных дорог, проходящих в районах распространения мерзлых грунтов, земляное полотно следует проектировать индивидуально, руководствуясь существующими принципами и методами.

8. На основании полученного начертания перспективной опорной сети автомобильных дорог Дальнего Востока на период до 2025 года проведена оценка ее экономической эффективности, определена очередность вложения инвестиций в строительство и модернизацию дорог с выделением первоочередных участков дорог для маршрутной модернизации и реконструкции. Обоснованы предложения по привлечению инвестиций для строительства и модернизации отдельных участков на основе принципов государственно-частного партнерства (ГЧП).

9. Полученные в результате исследований теоретические и технико-экономические решения были использованы при подготовке программы развития и модернизации автомобильных дорог Дальневосточного федерального округа, включены в региональные дорожные нормы, технические указания и методические рекомендации на строительство и модернизацию сети автомобильных дорог региона и создали научную основу для реализации задач Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)» в Дальневосточном федеральном округе.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Авторские монографии

1. Ярмолинский В.А. Оптимизация развития региональной автодорожной сети Дальневосточного федерального округа / В.А. Ярмолинский. - Владивосток: Дальнаука, 2005. - 236 с.

Коллективные монографии

1. Ярмолинский А.И. Проектирование конструкций автомобильных дорог с учетом природно-климатических особенностей Дальнего Востока / А. И. Ярмолинский, В.А. Ярмолинский.- Хабаровск: изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2005.- 197 с.

2. Ярмолинский А.И. Обоснование требований к ширине обочин и типу их укрепления / А.И. Ярмолинский, П.А. Пегин, И.Н. Пугачев, В.А. Ярмолинский. - Хабаровск: изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2006. - 209с.

Патенты

1. Ярмолинский А.И. Конструкция земляного полотна / Ярмолинский А.И., Пегин П.А., Ярмолинский В.А. // №2288986, - М.: 2006.

Свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ

1. Ярмолинский В.А. Программа моделирования оптимального плана перевозок на сети автомобильных дорог, минимизирующая общее время перевозок за счет выбора кратчайших незагруженных путей «Roads» / Ярмолинский В.А., Епанешникова И.В. // № 2007614319, - М.: 2007.

Публикации в журналах и изданиях, включенных в перечень, определенных Высшей аттестационной комиссией

1. Леонтьев Р.Г. Стратегия развития региональной автодорожной сети Дальневосточного федерального округа / Р.Г. Леонтьев, В.А. Ярмолинский // ВИНИТИ. Транспорт: Наука, техника, управление.- 2003.- № 4.- С. 34-41.

2. Ярмолинский В.А. Развитие региональных автомобильных дорог на подходах к автотранспортным пограничным пунктам пропуска Дальневосточного федерального округа / В.А. Ярмолинский // ВИНИТИ. Транспорт: Наука, техника, управление.- 2004.- № 5.- С. 34-37.

3. Леонтьев Р.Г. Развитие автомобильных дорог на подходах к пограничным транспортным переходам Дальнего Востока / Р.Г. Леонтьев, В.А. Ярмолинский // ВИНИТИ. Транспорт: Наука, техника, управление.- 2004.- № 10.- С. 20-23.

4. Ярмолинский В.А. Пути привлечения иностранных инвестиций для объектов дорожного хозяйства Дальнего Востока / В. А. Ярмолинский // ВИНИТИ. Транспорт: Наука, техника, управление.- 2005.- № 7.- С. 30-32.

5. Ярмолинский В.А. Перспективы развития платных автомобильных дорог в Дальневосточном федеральном округе / В. А. Ярмолинский // ВИНИТИ. Транспорт: Наука, техника, управление.- 2005.- № 10.- С. 34-37.

6. Ярмолинский В.А. Повышение инвестиционной привлекательности проектов автомобильных дорог, задействованных в международных автомобильных переходах / В. А. Ярмолинский, А.В. Семенов // ВИНИТИ. Транспорт: Наука, техника, управление.- 2007.- № 1.- С. 44-45.

7. Ярмолинский В.А. Особенности расчета водно-теплового режима земляного полотна автомобильных дорог в условиях глубокого сезонного промерзания Дальнего Востока / В. А. Ярмолинский // Транспортное строительство.- 2009.- № 2.

Публикации в материалах конференций и периодических изданий

1. Бойко В.Ф. Второе приближение метода аналитического определения удельной поверхности дисперсных материалов / В.Ф. Бойко, В.А. Ярмолинский // Колыма: производственно-технический журнал. - 1999. - № 3. - С. 36-38.

2. Ярмолинский А.И. Состояние и перспективы развития региональной сети автодорог в связи с вводом в эксплуатацию автомобильного моста у г. Хабаровска / А. И. Ярмолинский, В.А. Ярмолинский // Проблемы дорожно-транспортного комплекса Дальневосточного региона в связи с вводом в эксплуатацию автодорожного проезда по мосту через реку Амур у г. Хабаровска: материалы научно-технической конференции. - Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун -та, 1999. - С. 8-11.

3. Ярмолинский В.А. Оценка влажности и плотности грунта откосов земляного полотна в условиях переменных температурных полей / В.А. Ярмолинский, В.И. Кулиш, А. И. Ярмолинский // Моделирование и расчеты на прочность искусственных сооружений: сб. науч. трудов. - Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун -та, 1993. - С. 94-101.

4. Ярмолинский В.А. Оценка эффективности регулирования водно-теплового режима подтапливаемых откосов земляного полотна бетонными ребристыми плитами / В.А. Ярмолинский // Моделирование и расчеты на прочность искусственных сооружений: сб. науч. трудов. - Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун -та, 1993. - С.19-23.

5. Ярмолинский В.А. Экспериментальные исследования водно-теплового режима откосной части земляного полотна, укрепленного ребристыми плитами / В.А. Ярмолинский // Моделирование и расчеты на прочность искусственных сооружений: сб. науч. трудов. - Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун -та, 1993. - С.104-106.

6. Ярмолинский В.А. Влияние крупных населенных пунктов на развитие региональной транспортной системы / В.А. Ярмолинский // Развитие городской инфраструктуры и земельной реформы в условиях перехода к рыночной экономике: материалы научно-технической конференции. - Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун -та, 2000. - С. 202-208.

7. Ярмолинский В.А. Оценка характеристик движения на участке федеральной дороги «Восток» (обход г. Хабаровска) / В.А. Ярмолинский // Повышение эффективности и качества строительства и ремонта автомобильных дорог в Дальневосточном регионе: материалы научно- практических конференций. - Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун -та, 2001. - С. 21-26.

8. Ярмолинский В.А. Оптимизация развития автодорожной сети Дальневосточного региона / В.А. Ярмолинский // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: региональный ежегодный сборник научных трудов. - Хабаровск : Изд-во Хабар. гос. техн. ун -та, 2001. - Вып. 1. - С. 71-82.

9. Ярмолинский В.А. Особенности развития транспортной системы территориальных центров Дальневосточного федерального округа (на примере г. Хабаровска) / В.А. Ярмолинский // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: региональный ежегодный сборник научных трудов.- Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2002. - Вып. 2. - С. 164-176.

10. Ярмолинский В.А. Развитие региональной автодорожной сети Дальнего Востока за счет повышения сроков службы дорожных одежд / В.А. Ярмолинский, Р.В. Абросимов // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: региональный ежегодный сборник научных трудов.- Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2002. - Вып. 2. - С. 176-181.

11. Ярмолинский А.И. Стратегия инвестиционного процесса при создании региональной сети автомобильных дорог Дальнего Востока / А. И. Ярмолинский, В.А. Ярмолинский, В.К. Иваненко // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: региональный ежегодный сборник научных трудов.- Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2002. - Вып. 2. -С. 155-164.

12. Ярмолинский В.А. Проблемы развития сети автомобильных дорог Дальневосточного региона / В.А. Ярмолинский // Проблемы качества эксплуатации автотранспортных средств: Материалы II международной научно-технической конференции.- Пенза: ПГАСА, 2002. - Ч.I. - С. 217-222.

13. Зубарев А.Е. Проблемы развития международных транспортных коридоров Дальневосточного федерального округа / А.Е. Зубарев, В.А. Ярмолинский // Проблемы развития экономики Дальнего Востока: материалы Международной научно-практической конференции. - Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун -та, 2003. - Ч. 2. - С. 125-128.

14. Ярмолинский В.А. Специфика инвестиционно- строительной деятельности автодорожного комплекса Дальневосточного федерального округа / В.А. Ярмолинский // Современная практика продвижения современных идей в сфере лизинга на Дальнем Востоке России: материалы региональной научно-практической конференции.- Хабаровск: Изд-во ООО «Экономический лабиринт», 2003.- С. 131-134.

15. Ярмолинский В.А. Исследование сезонности объема перевозок грузов через автотранспортные пограничные переходы Дальневосточного федерального округа на примере перехода «Дунин- Полтавка» / В.А. Ярмолинский, А.В. Семенов // Автомобильный транспорт Дальнего Востока и Сибири 2004: сборник материалов межрегиональной научно-практической конференции. - Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2004.- С. 281-293.

16. Ярмолинский В.А. Пути привлечения иностранных инвестиций для объектов дорожного хозяйства Дальнего Востока / В.А. Ярмолинский, И.А. Осадчая // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: межвузовский ежегодный сборник научных трудов.- Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2004. Вып. 4.- С. 60-66.

17. Ярмолинский В.А. Повышение роли автомобильных дорог в эффективности международных перевозок / В.А. Ярмолинский // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: труды Четвертой международной научной конференции творческой молодежи, 12-14 апреля 2005 г. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. - Т 1.- С.160-164.

18. Ярмолинский В.А. Роль автомобильных дорог Дальневосточного федерального округа в международном сотрудничестве стран АТР / В.А. Ярмолинский, И.А. Осадчая // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: труды Четвертой международной научной конференции творческой молодежи, 12-14 апреля 2005 г. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. - Т 1.- С. 130-133.

19. Ярмолинский В.А. Интеграция автотранспортных коридоров Дальневосточного федерального округа в работу международной транспортной системы / В.А. Ярмолинский // Прогресс транспортных средств и систем - 2005: материалы международной научно-практической конференции.- Волгоград: Изд-во Волгоград. гос. техн. ун-та, 2005. - Ч. II. - С. 479-480.

20. Ярмолинский В.А. Гидрофобные дисперсные материалы на основе техногенных отходов в строительстве / Н.И Ярмолинская, В.А. Ярмолинский, Т.Л. Лазарева // Современные перспективы, технологии и материалы для строительного, дорожного комплексов и жилищно-коммунального хозяйства»: материалы II-III международных научно-практических конференций. Брянск - 17-18 апреля 2003г., 15-16 апреля 2004г. - Брянск: Брянская государственная инженерно-технологическая академия (БГИТА), 2005. - С. 48-51.

21. Ярмолинский В.А. Методика оценки прочности и методы усиления дорожных одежд автомобильных дорог Дальнего Востока / В.А. Ярмолинский // Современные перспективы, технологии и материалы для строительного, дорожного комплексов и жилищно-коммунального хозяйства»: материалы II-III международных научно-практических конференций. Брянск - 17-18 апреля 2003г., 15-16 апреля 2004г. - Брянск: Брянская государственная инженерно-технологическая академия (БГИТА), 2005. - С. 124-126.

22. Ярмолинский А.И. Обоснование ширины обочин и типа их укрепления в условиях Дальневосточного региона / А.И. Ярмолинский, П.А. Пегин, И.Н. Пугачев, В.А. Ярмолинский // Вестник Тихоокеанского государственного университета. - Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2005. - № 1. - C. 141-160.

23. Ярмолинский В.А. Государственно-частное партнерство (ГЧП) - перспективное направление развития городской улично-дорожной сети крупных городов Дальневосточного федерального округа / В.А. Ярмолинский // Пути повышения эффективности функционирования улично-дорожной сети г. Хабаровска: материалы научно-технической конференции.- Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2005. - С. 40-49.

24. Ярмолинский В.А. Способы привлечения дополнительных источников финансирования на восстановление и развитие улично-дорожной сети г. Хабаровска / В.А. Ярмолинский, И.А. Осадчая // Пути повышения эффективности функционирования улично-дорожной сети г. Хабаровска: материалы научно-технической конференции.- Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2005. - С. 76-83.

25. Ярмолинский В.А. Перспективы создания платной автомобильной магистрали в обход г. Хабаровска / В.А. Ярмолинский, С.В. Витвицкий, М.В. Черевко // Пути повышения эффективности функционирования улично-дорожной сети г. Хабаровска: материалы научно-технической конференции.- Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2005. - С. 107-114.

26. Долганов А.И. Оценка изменения прочности автомобильных дорог Дальнего Востока во времени и установление расчетных зависимостей вероятностного характера / А. И. Долганов, В.А. Ярмолинский // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: региональный ежегодный сборник научных трудов.- Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2006. - № 6. - C. 20-27.

...