Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №6 (ноябрь - декабрь 2015)

http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

http://naukovedenie.ru 13KO615

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №6 (ноябрь - декабрь 2015)

http://naukovedenie.ru publishing@naukovedenie.ru

1

http://naukovedenie.ru 13KO615

УДК 624.151

Проведение эксперимента по выявлению просадок на сопряжении жесткой и нежесткой дорожных одежд

Чёлушкин Илья Александрович

Инженер

E-mail: chelilja@gmail.com

Аннотация

Движение автомобилей по дороге должно быть непрерывным и беспрепятственным на всем протяжении дороги. На подходах к мостам и малым искусственным сооружениям, имеющим собственную дорожную одежду (жесткую), отделенную от нежесткой дорожной одежды либо деформационным швом, либо простым плотным сопряжением, в процессе эксплуатации образуется просадка асфальтобетонного покрытия, нередко переходящая в выбоину.

Проезд по такому участку дороги некомфортен, при удовлетворительном состоянии дороги на остальных участках, проезд по просадке вызывает излишнее напряжении у водителя, а при образовании выбоины может привести к повреждению подвески автомобиля и потере управления.

Причина образования данного дефекта до конца не изучена, и в качестве причины указывают нарушение технологии при производстве работ по возведению конструктивных элементов переходных плит устоя моста, либо недоуплотнение и просадка засыпки конуса устоя моста из песка. Само по себе асфальтобетонное покрытие не просаживается, просадка идет от основания. В качестве причины образования просадки изучается поведение дорожной одежды на переходном участке исходя из предпосылки изменения модуля упругости дорожной одежды от расчетной величины на нежесткой дорожной одежде и постепенно уменьшающейся на участке при приближении к жесткой. Участку "переходной" дорожной одежды предъявляются требования по работе в двухмерной системе отсчета с модульными величинами нагрузки, т.е. независимо от места приложения нагрузки и ее направления. Но данный сегмент дорожной одежды является замкнутой системой, и не предусматривает смещения конструкции при воздействии нагрузок, и возникающие напряжения должны гаситься в системе.

Ключевые слова: переходной участок дорожной одежды; нагрузки на дорожные одежды; плавное сопряжение; геосинтетические материалы; жесткая дорожная одежда; нежесткая дорожная одежда; мульда; укрепленные грунтовые опоры моста.

Целью проводимых экспериментов является изучение природы возникновения просадки на нежесткой дорожной одежде в зоне сопряжения с жесткой. В предыдущих публикациях была сформулирована гипотеза, основанная на анализе и обобщении результатов работ [2, 3], что просадка образовывается из-за разности в модулях упругости двух видов дорожных одежд, и для сбора первичных данных были возведены конструкции сопрягаемых участков, основываясь на предложенную в работе [1] конструкцию переходного участка дорожной одежды. Требования к конструкции переходного участка заключаются в том, что для восприятия временных и постоянных нагрузок, действующих на жесткую, нежесткую и переходной участок дорожных одежд, должен быть увязан со смежными участками, а возникающие со всех сторон силы будут гасится путем распределения растягивающих напряжений ГМ, обжимая грунт-заполнитель (рис. 1).

Рис. 1. Расчетная схема переходного участка дорожной одежды (схема автора)

В данной статье представлены результаты по образованию дефектов дорожных одежд при проведении эксперимента.

Для определения просадок на участке стыка жесткой и нежесткой дорожных одежд, предложена следующая схема (рис. 2). Жесткая дорожная одежда представлена дорожной плитой ПАГ-14, уложенной на естественное основание. Блок ФБС установлен для максимального подобия конструкции жесткой дорожной одежды, с учетом грунтовой диафрагмы между плитой ПАГ-14 и блоком ФСБ, выполняющей роль основания плиты.

Рис. 2. Схема устройства дорожной одежды низшего типа с жесткой (схема автора)

Для проведения полевой части эксперимента по выявлению причин образования просадки, схема переходного участка дорожной одежды была максимально приближена c учетом в применения существующих материалов.

В качестве экспериментального участка выбрана погрузочная площадка со штабелей инертных материалов возле Черновского водохранилища (рис. 3). На данной площадке имеется временная дорога из ж/б плит, а также оголенная от растительного грунта площадка под складирование материалов. Участком эксперимента выбран участок в стороне от дороги на площадке маневрирования грузовых машин и погрузочной техники. После подготовки необходимых железобетонных изделий (плита дорожная ПАГ14 и фундаментный блок ФБС 24.3.6), была произведена работа по возведению конструкции ниже дневной поверхности, с обратной засыпкой.

Рис. 3. Место проведения эксперимента - выделено красным квадратом - погрузочная площадка инертных материалов недалеко от Чёрновского водохранилища в Волжском районе Самарской области (источник - электронный ресурс Google Maps, с редактированием автором)

После разработки котлована и планировки существующего основания, было устроено основание из песка под блок ФБС. Все работы производились от дневной поверхности земли, принятой за условный "0", точность установки блока по высоте корректировалась и выставлялась геодезическим оборудованием. Обратная засыпка грунтом производилась с уплотнением слоями по 30 см [4], без превышения уровня засыпки более чем на один слой с каждой стороны.

Рис. 4. Засыпка внутренней и внешней сторон (фото автора)

После засыпки рабочей части произведена обратная засыпка всей конструкции в том числе в ненапряженной зоне - с торцов с уплотнением виброплитами. Далее смонтирована плита ПАГ-14. А затем была произведена планировка грунта нежесткой дорожной одежды вровень с верхом плиты ПАГ-14.

На следующий день путем визуального осмотра была обнаружена просадка, замеры показали мульду 10 см на 1,49 м в простирании, со смещением наибольшей глубины в сторону жесткой дорожной одежды (рис. 5). После окончания измерения была произведена планировка участка (рис. 6).

Рис. 5. Измерение просадки (фото автора)

Рис. 6. Спланированный участок (фото автора)

Для второй части эксперимента, спустя несколько дней было произведено вскрытие внешней стороны переходного участка на требуемую глубину, и в последующем над этим устроена дорожная одежда следующей конструкции (рис. 6):

• песок мелкий - 20 см;

• щебень М1400 фр. 40-70-20 см;

• временное покрытие из а/б гранулята 28 см.

Рис. 7. Схема устройства дорожной одежды облегченного типа с жесткой (схема автора)

В результате измерения, через два дня после устройства дорожной одежды, просадок более 2 см просвета под 3-х метровой рейкой не наблюдалось. По результатам натурных испытаниях эксперимента подтвердилось, что одной из причин образования мульды на покрытии нежесткой дорожной одежде является существенное различие в модулях упругости сопрягаемых видов дорожных одежд, имеет право на существование в виде гипотезы, так как для щебеночного основания Eупр?400 МПа, в то время как для глины модуль деформации грунта, согласно проведенным лабораторным испытаниям составляет 10,388 МПа (рис. 7). При устройстве дорожной одежды низшего типа, грунтовому покрытию которого характерны высокие величины сжимаемости материала, мульда образовывается гораздо раньше и большей величины, нежели при применении нежесткой дорожной одежды переходного типа. 

Рис. 8. Выписка из протоколов испытания грунтов (данные автора)

Исследуя зарубежные опыты применения конструкций для исключения применения деформационных швов и исключения образования просадок покрытия на подходах, можно упомянуть о применении совмещенных опор моста с пролетными строениями (МSE abutment механически укрепленные опоры моста [5] и GRS-IBS abutment - интегрированная система опор моста [6]). Первая система представляет собой пирамидальную усеченную опору, возведенную из грунта укрепленного геосинтетическим материалом (аналог современно возводимых подпорных стенок) [7]. Данная система допускает просадки основания без уменьшения несущей способности, но не подходит под динамические нагрузки, и находит применение в промежуточных опорах мостов.

GRS-IBS система представляет собой опору моста на подходах без применения деформационного шва и отсутствия прыжка после моста (jump after bridge - в оригинале [6]), т.е. мульды при проектировании. Опора GRS представляет собой чередующиеся слои песчано-гравийной смеси и геосентического материала, с соразмерным удлинением в заложении на подходах к мосту из расчета распределения воспринимаемых напряжений от покрытия плавного сопряжения балки и покрытия. Также в технической документации (временной) не указано применимое решение по стыку тыльной части балок моста с покрытием [8].

Тематика данного исследования включает в себя так же вопросы, которые исследовали российские ученые. В последующих расчетах необходимо учесть, что цементобетонное покрытие (основание) имеет неоднородную прочность на различных участках плиты [9]. Так например, прочность бетона в углу плиты может достигать величины на 25% меньшей, чем в центральной ее части. При возникновении поперечной силы, неравенство прогиба в самой плите при очередном проезде колеса автомобиля, вызывает так называемый "клавишный эффект", или "ножницы" [10], который необходимо учесть при расчете прогиба края плиты у сопряжения. Нежесткая дорожная одежда зависимости от применяемых материалов также имеет свой коэффициент вариации [11], что свою очередь будет влиять на определение совместной работы двух типов дорожных одежд. просадка дорожный одежда мульда

Полученные данные полевых измерений дают возможность изучения предпосылок и причин образования мульды на участке нежесткой дорожной одежды, с анализом поведения дорожных одежд под нагрузкой и без таковой, в указанных величинах напряжений, результаты которых будут представлены в последующих публикациях.

Литература

1. Чёлушкин. И.А. Условная расчетная схема для проектирования переходного участка дорожной одежды (статья) // Материалы научно - практической конференции "Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе", г. Пермь, 23-24 апреля 2015 г.

2. Челобитченко С.А. Методика расчета и конструктивно-технологические решения армирования объемными георешетками земляного полотна на вечномерзлых грунтах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук. Москва, 2007 г.

3. Журавлёв И.Н. Оценка влияния геоматериалов на напряженно-деформирование состояние железнодорожного земляного полотна. Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук. ПГУПС, СПб, 2005 г.

6. "Новая система опор моста", статья журнала "Геосинтетика", апрель 2014 г., США, http://geosyntheticsmagazine.com/.

7. Питер Л. Андерсон, Кит Брабант. Расширение применения MSE опор в мостах. Материалы конференции "Северные Чтения", штат Массачусетс, США, IBC-0510

8. Временное руководство по применению GRS-IBS конструкции, Федеральное управление дорог, США, FHWA-HRT-11-026, 24 мая 2014 г. электронный ресурс http://www.fhwa.dot.gov/publications/research/infrastructure/structures/ 11026/.

9. Янковский Л.В. Классификация дефектов цементобетонных покрытий автомобильных дорог (статья) // Вестник ПНИПУ. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. 2012 Вып. №1. с. 47-55.

10. Петухов П.А. Состояние и актуальные задачи разработки нетрадиционных комбинированных конструктивно-технологических решений дорожных одежд (статья) // Материалы международной научно-практической конференции "Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе", г. Пермь, 25-27 апреля 2013 г., с. 382-392.

11. Жигур Ю.Л. Учет вероятно-статистической изменчивости физико-механических свойств материалов конструктивных слоев при расчете нежестких дорожных одежд. Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук. Москва, 2007 г.

Размещено на Allbest.ru