Рекомендации по выбору оптимального конструктивного решения для обеспечения качественного состояния дорожных одежд

Размещено на http://allbest.ru

ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Кафедра «Транспортное строительство»

625.7/.8

Рекомендации по выбору оптимального конструктивного решения для обеспечения качественного состояния дорожных одежд

Мельников М.И., инженер

Лаборатории дорожных исследований

Линников Б.О., магистрант

Линникова А.Н., магистрант

Филимонов А.А., магистрант

Россия, Саратов

Под качеством автомобильной дороги в целом следуем понимать комплекс ее потребительских свойств, обуславливающих способность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением [1]. Известно, что характеристикой качества автомобильной дороги является однородность, т.е. степень неизменности физико-механических свойств, геометрических размеров, параметров технологических процессов, условий эксплуатации и производства работ.

Как правило, однородность оценивается коэффициентом вариации какого-либо параметра. Для дорожных одежд одним из таких параметров является эквивалентный модуль упругости на поверхности покрытия, и соответственно однородность дорожных одежд в этом случае должна оцениваться коэффициентом вариации эквивалентного модуля упругости по формуле [1]:

,(1)

где - коэффициент вариации эквивалентного модуля упругости на момент сдачи автомобильной дороги в эксплуатацию; - коэффициент, учитывающий снижение однородности эквивалентного модуля упругости во времени, 1/годы. В работе [1] коэффициент принят равным значению 0,023, что соответствует условиям Западной Сибири; t - период времени, спустя который коэффициент вариации эквивалентного модуля упругости примет значение , годы.

В работе [1] получены сроки службы дорожных одежд в зависимости от однородности, при условии, что лавинное разрушение дорожных конструкций наступит при =0,6, которые приведены в табл.1:

Таблица 1

Расчету сроков службы с их привязкой к состоянию покрытия посвящена работа [2], в которой предлагается ввести новое понятие «заданный срок службы» вместо «срок службы» и установление его нормы: для асфальтобетонных покрытий - 15 лет до исчерпания «хорошего» состояния по ровности.

Отмечается, что меньшие «сроки службы» вызовут более ранний переход дорог в неудовлетворительное состояние и опережение их количества протяженности вновь строящихся дорог, то есть увеличение недоремонта дорог.

Кроме этого, сроки службы дорожных конструкций с асфальтобетонным покрытием должны быть согласованы с заданными еще при проектировании, которые в свою очередь не могут превышать технические возможности покрытий в части износа, трещинообразования, усталостного трещинообразования от действия многократных нагрузок, и наконец, элементарных выбоин.

В данной работе приведены сроки службы покрытий дорог на основе экспериментальных данных.

Если обратится к общепринятому определению термина «срок службы», то в работе [3] предложено различать: расчётный срок службы - это период времени, в пределах которого снижается несущая способность (коэффициент прочности) дорожной конструкции до уровня, при котором достигается расчётная надёжность дорожной одежды и соответствующее ей предельное состояние покрытия по ровности; нормативный межремонтный срок службы - это экономически эффективный период времени, равный расчётному сроку службы, при котором обеспечивается минимум суммарных приведенных дорожных, транспортных и внетранспортных издержек; фактический срок службы - это срок службы, определяемые по результатам статистической обработки данных наблюдений за поведением автомобильных дорог в период эксплуатации.

В работе [4] приводится детальный анализ подходов к назначению межремонтных сроков.

Межремонтные сроки проведения работ по ремонту дорожных одежд, рекомендованные Приказом Минтранса Российской Федерации от 01.11.2007 № 157, имеют некоторое несоответствие с рекомендуемыми ОДН 218.046.01 расчетными сроками службы конструкции.

Например, в ОДН 218.046.01 приведен диапазон оптимальных значений сроков службы дорожных одежд (в пределах 15-25% разброса величин) при 2,5% точности оценки суммарных затрат, что подтверждено многовариантными расчетами.

А в Приложении 3 Приказа № 157 утверждены конкретные значения сроков службы дорожных одежд, ориентируясь в диапазоне оптимальных решений на величины сроков службы дорожных одежд до капитального ремонта, использованные при разработке норм денежных затрат на содержание и ремонт автомобильных дорог федерального значения.

Расчетные значения коэффициентов надежности и сроков службы укрупнены исходя из 5% -й точности определения требуемого и фактического модулей упругости дорожной конструкции.

Учтено влияние интенсивности движения в пределах рассматриваемых категорий дорог, что особо не сказывается на результатах расчета межремонтных сроков службы дорожных одежд.

Предложенные Приказом №157 от 1.12.07 новые региональные и отраслевые нормы межремонтных сроков службы дорожных одежд и покрытий предназначены и для использования при проектировании автомобильных дорог для расчёта дорожных одежд на прочность и при расчёте слоев усиления конструкций в процессе эксплуатации дороги.

Т.е. сроки службы должны назначаться не по ОДН 218.046-01, а в соответствии с Приказом № 157, в котором добавлена помимо прочего информация по низшим типам покрытия.

Учитывая вышесказанное, в данной работе предлагается процедура выбора оптимального конструктивного решения при проектировании дорожных одежд, которая увязывает рекомендуемые сроки службы дорожных конструкций с их ожидаемым качественным состоянием в период эксплуатации. автомобильный асфальтобетонный дорожный покрытие

1. Задаются по табл.2 величиной коэффициента вариации эквивалентного модуля упругости, который будет характеризовать состояние автомобильной дороги перед пуском ее в эксплуатацию:

Таблица 2

2. Задаются коэффициентом вариации эквивалентного модуля упругости (), величину которого ожидают на конец срока службы дорожной одежды, и который соответственно будет характеризовать ее качество.

3. Задаются исходными данными, характеризующими условия проектирования дорожной одежды, такими как категория автомобильной дороги, тип дорожной одежды по капитальности, дорожно-климатическая зона, уровень надежности.

По этим исходным данным устанавливают расчетный срок службы дорожной одежды, используя при этом данные Приказа Минтранс № 157.

4. Определяют коэффициент вариации требуемого модуля упругости () по предложенной проф. Столяровым В.В. методике [5].

5. Вычисляют коэффициент , выраженный из формулы (1):

(2)

6. В табл. 3 и табл. 4 (которые приведены в качестве примера) выбирают те коэффициенты , которые соответствуют величине коэффициента , полученного в п.5, и учитывают те условия, которые были заданы в п.3 (тип дорожной одежды) и п.4 (коэффициент вариации требуемого модуля упругости , связанный с расчетным сроком службы дорожной одежды).

Эти рекомендации обоснованы следующими исследованиями.

Таблица 3

В работах [6,7] на основе натурных в расчетный период наблюдений было установлено, что на коэффициент оказывает влияние влажность рабочего слоя земляного полотна в расчетный период года.

Исследования влияния влажности грунта на качественное состояние дорожных одежд позволили установить численные значения коэффициентов в зависимости от величины коэффициента вариации требуемого модуля упругости, капитальности дорожной одежды и влажности рабочего (активного) слоя земляного полотна в весенний период года по табл. 3.

Повышение однородности дорожной одежды достигается путем армирования конструктивных слоев дорожных одежд геосинтетическими материалами (ГМ) [8].

В России и за рубежом большое внимание уделяется внедрению ГМ при проектировании дорог, в том числе, и в области армирования дорожных конструкций, укреплении откосов, создании автомобильных парковок и т.д. [9-14].

В работе [8] получены значения коэффициента для различных конструктивных слоев дорожной одежды при их армировании ГМ.

В качестве примера в табл. 4 приведены расчетные значения коэффициентов при наличии в дорожной одежде слоя «щебень трудноуплотняемый фракционированный с заклинкой фракционированным мелким щебнем + геоячейки».

Таблица 4

7. Производят конструирование нескольких вариантов дорожных конструкций с учетом следующих условий (помимо ранее обозначенных в п.3), соответствующих величине коэффициента : влажности грунта земляного полотна; отсутствия или наличия армирования слоя дорожной одежды; выбора материала заполнителя геоячейки в случае армирования дорожной одежды

8. Выполняют расчет дорожных одежд на прочность всех назначенных вариантов и после этого выбирают оптимальный.

Вывод

Такой подход позволяет на этапе проектирования автомобильной дороги подобрать и рассчитать на прочность несколько конструктивно надежных вариантов дорожных одежд и выбрать оптимальный, что приблизит величину фактического срока службы дорожных одежд в период эксплуатации к величине расчетного срока службы и обеспечит то качественное состояние дорожных одежд в конце фактического срока службы, которое было заложено на этапе проектирования.

Библиографический список

1. Семенов В. А. Качество и однородность автомобильных дорог // В. А. Семенов. - М.: Транспорт, 1989. - 125 с.

2. Андреева Е.В. Современные методы проектирования дорожных конструкций автомагистралей на воздействие транспортных потоков: монография // Е.В. Андреева, А.В. Смирнов.- Омск: СибАДИ, 2014.-136 с.

3. Справочная энциклопедия дорожника «Ремонт и содержание автомобильных дорог, под реда.А.П. Васильев, Том II, Москва, 2004, 1129 с.

4. Апестин В.К. Новые нормы межремонтных сроков службы дорожных покрытий // В.К. Апестин, А.М. Стрижевский // Наука и техника в дорожной отрасли, 2008, № 2, С. 6-9.

5. Столяров В. В. Проектирование автомобильных дорог с учетом теории риска: В 2 ч. // В. В. Столяров. - Саратов: СГТУ, 1994. Ч.1 - 184 с.; Ч.2 - 232 с.

6. Кокодеева Н. Е. Определение срока службы дорожной одежды и темпов ее разрушения с учетом изменения влажности грунта в расчетный период года (с позиции теории риска) // Н. Е. Кокодеева // Строительство и реконструкция: изв. Орел ГТУ.- 2009.- № 6/26 (574). - С. 86-90.

7. Кокодеева Н.Е. Влияние влажности на прочностные характеристики дорожной одежды с позиции теории риска // Н. Е. Кокодеева, В. В. Столяров // Эксплуатация современного транспорта: межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 1997. С. 150-155.

8. О влиянии слоя композита на основе геосотового материала на работу дорожной одежды // О.Ю. Москалев, Е.В. Малышев, Н.Е. Кокодеева// Дороги и мосты. 2014. № 32/4. С. 55-69.

9. Kudryavtsev S.A., Valtseva T.U., Berestyanyy U.B., Arshinskaya L.A., Zhussupbekov A.Z. Developing design variants while strengthening roadbed with geo-materials and scraps tires on weak soils. IW-TDOM 2007. Tokyo, Japan.

10. Kudryavtsev S.A., Berestyanyy U.B., Valtseva T.U., E.D. Goncharova, R.G. Mikhailin. Geotecnical. Vfterials in designs of highways in cold regions of Far East. Cold regions engineering 2009: cold regions impact on research, and construction: proceedings of the 14th international conference on cold regions engineering, August 31- September 2, 2009, Duluth, Minnesota, USA. P.546-550.

11. Kudryavtsev S.A., Valtseva T.U., Berestyanyy U.B., Barsukova N.V. Practice of use of positive properties of geosynthetic materials on building objects in severe climatic conditions of the Far East of Russia. IETeC-2006, Incheon, Republic of Korea. 2006.

12. Yin J.H. Closed - form solution for reinforced Timoshenko beam on elastic foundation // Journ, of Engin. Mech. Div, /Transact, of American Soc. of Mech. Engineers. - 2000. - Vol. 126, № 8. - P. 86S-S74.

13. Yin J.H. Modelling geosynthetic - reinforced granular fills over soft soil // Geosynth. Intern. - 1997. - Vol. 4, № 2, - P. 165-185.

14. Yin J.H. Comparative modeling study on reinforced beam on elastic foundation // ASCE Journ. of Geotechn. and Geoenvironmental Engineering. - 2000. - Vol. 126, № 3. - P. 265-271.

Аннотация

625.7/.8

Рекомендации по выбору оптимального конструктивного решения для обеспечения качественного состояния дорожных одежд. Мельников М.И., инженер Лаборатории дорожных исследований; Линников Б.О., магистрант; Линникова А.Н., магистрант; Филимонов А.А., магистрант. ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», кафедра «Транспортное строительство»

На сети автомобильных дорог продолжает наблюдаться тенденция к преждевременному разрушению дорожных конструкций, например, из-за недостатка в финансировании, несоблюдения сроков проведения текущих и средних ремонтов, использования некачественного материала, нарушения технологии при строительстве и т.п. Тем самым фактический срок службы дорожной одежды не достигает расчетного срока, заданного при проектировании. В данной работе предлагается процедура принятия на этапе конструирования дорожной одежды такого технического решения, которое позволит при эксплуатации дорог достигнуть того уровня качества, которое было задано на этапе проектирования.

Ключевые слова: автомобильная дорога, дорожная одежды, срок службы, качество, надежность, оптимальное решение

Annotation

Recommendations for the choice of the optimal constructive solution for security qualitative state of road clothes. Melnikov M.I.1, Linnikov B.O.2, Linnikova A.N.3, Filimonov A.A.4

Federal State Educational Institution of Higher Education «Saratov state technical University named after Y. A. Gagarin» Russia, Saratov, Engineer of the Road Research Laboratory of the Department "Transport construction"1

Federal State Educational Institution of Higher Education «Saratov state technical University named after Y. A. Gagarin» Russia, Saratov, Graduate student of the department "Transport construction"2

Federal State Educational Institution of Higher Education «Saratov state technical University named after Y. A. Gagarin» Russia, Saratov, Graduate student of the department "Transport construction"3

Federal State Educational Institution of Higher Education «Saratov state technical University named after Y. A. Gagarin» Russia, Saratov, Graduate student of the department "Transport construction"4

On the road network, there continues to be a tendency to premature destruction of road structures, for example, due to lack of financing, non-compliance with the timing of ongoing and medium repairs, the use of poor-quality material, violation of technology in construction, etc. Thus, the actual service life of the pavement does not reach the design time specified in the design. In this paper, we propose the procedure for adopting at the stage of designing pavement a technical solution that will allow, when operating roads, to reach the level of quality that was set at the design stage.

Keywords: road, road clothes, service life, quality, reliability, optimal solution

Размещено на Allbest.ru