Обоснование рациональных конструкций дорожных одежд с учетом региональных условий работы автомобильных дорог (на примере западного казахстана) (05. 23. 11 Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей)

Вид материала

Содержание

Фгуп «росдорнии».
Актуальность работы.
Целью настоящей диссертационной работы
В качестве основных задач исследования приняты
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
Научная новизна работы
Практическая ценность работы
Апробация работы.
Объем и структура диссертации.
Содержание работы
В первой главе
Во второй главе
Третья глава
Четвертая глава
Общие выводы
Основное содержание диссертации отражено в следующих работах

Подобный материал:

На правах рукописи

САЛИМБАЕВ Ермек Кайсаевич

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД С УЧЕТОМ РЕГИОНАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ РАБОТЫ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

(НА ПРИМЕРЕ ЗАПАДНОГО КАЗАХСТАНА)

(05.23.11 – Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2008

Работа выполнена на кафедре «Изыскания и проектирование автомобильных дорог» Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета).

Научный руководитель:	доктор технических наук, профессор Каримов Бури Бачабекович
Официальные оппоненты:	Заведующий лабораторией ОАО «СоюздорНИИ» доктор технических наук, профессор Казарновский Владимир Давидович
Официальные оппоненты:	Генеральный директор ЗАО «Транспорт и Партнеры» кандидат технических наук Лебедихин Андрей Викторович
Ведущая организация:	ФГУП «РОСДОРНИИ».

Защита состоится 16 октября 2008г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.02 в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу:

125319, Москва, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42, телефон для справок (495) 155-93-24.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просьба высылать в двух экземплярах, а копию отзыва просим прислать по e-mail: uchcovet@madi.ru.

Автореферат разослан «15» сентября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Борисюк Н.В.

Актуальность работы. Характерным примером развивающегося региона является Западный Казахстан. Чтобы удовлетворять потребностям, в том числе в международных и транзитных перевозках, особое значение приобретает опережающее строительство и реконструкция автомобильных дорог.

Главной технической проблемой дорожной отрасли региона является прогрессирующая потеря несущей способности существующих дорожных одежд. Около 80% дорог в области были запроектированы и построены в 60-80-х годах по нормативным требованиям того периода, когда нагрузка на ось расчетного автомобиля устанавливалась не выше 6 т. Однако сегодня по транзитным маршрутам области и республики движутся транспортные средства с нагрузкой на ось более 10 т, а расчетная нагрузка в нормах Казахстана принята 13 т на ось.

Равнинный характер местности и отсутствие существенных снегозаносов в принципе позволяют сооружать насыпи минимальной высоты, что и делалось ранее в условиях региона. Однако близко залегающие к поверхности, сильно минерализованные грунтовые воды, наличие на определенных участках поверхностных вод (мокрые солончаки) и засоленные грунты вносят свои ограничения, при которых минимальная высота насыпи должна быть не менее 1,5…1,9 м. В этих условиях возникает потребность уменьшения высоты насыпи. Решение этой задачи без принятия специальных мер по регулированию водно-теплового режима возможно при учете влияния снижения возвышения насыпей над уровнем грунтовых вод на значение характеристик грунта, используемых в расчете дорожных одежд. Другой вариант применения специальных решений, обоснованных технико-экономическими расчетами.

В связи с началом реализации международного проекта автомобильной дороги «Западный Казахстан - Западный Китай» и завершением строительства моста через реку Кигач на границе Астраханской области Российской Федерации и Республики Казахстан в ближайшей перспективе в регионе увеличится движение автотранспорта, в том числе с большими осевыми нагрузками, что необходимо учитывать при обосновании рациональных конструкций дорожных одежд.

В долгосрочной перспективе в Республике Казахстан в целом и его западных территориях задача модернизации автомобильных дорог определена в качестве одного из важнейших приоритетов стратегии развития республики.

В связи с этим учет региональных условий работы дорожных конструкций в Западном Казахстане и обоснование рациональных конструкций дорожных одежд должно обеспечить возможность повышать долговечность автомобильных дорог, увеличивать межремонтные сроки и снижать расходы на эксплуатацию автомобильных дорог и затраты на перевозку грузов и пассажиров.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка, на основе сбора и обобщения данных об условиях проектирования, реконструкции и эксплуатации автомобильных дорог в Западном Казахстане, рекомендаций по назначению конструкций дорожных одежд, отвечающих требованиям повышения нагрузок и интенсивности движения с учетом региональных условий, как природных, так и условий движения.

В качестве основных задач исследования приняты:

1) уточнение дорожно-природного районирования территории Западного Казахстана;

2) обоснование расчетных параметров земляного полотна при недостаточном его возвышении над уровнем грунтовых вод для учета этого при проектировании долговечных дорожных одежд;

3) разработка предложений по уточнению расчетных характеристик грунтов и асфальтобетона, используемых при расчете дорожных одежд для условий региона, на основе обобщения имеющихся данных и дополнительных полевых и лабораторных исследований;

4) оценка наиболее характерных конструктивных решений по существующим и проектируемым дорожным одеждам, применяемым в области, с учетом перспективного роста транспортных нагрузок и действующих в настоящее время в дорожной отрасли нормативно-методических документов;

5) разработка предложений по перспективным конструктивным решениям, учитывающим условия работы дорожных одежд для региона.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

дорожно-природное районирование региона;
методика уточнения расчетных характеристик грунтов земляного полотна при его недостаточном возвышении над уровнем грунтовых вод;
уточненные расчетные температуры асфальтобетонного покрытия;
результаты проверки существующих, реконструируемых и вновь проектируемых конструкций дорожных одежд по различным нормативно-методическим документам;
предложения по совершенствованию конструкций дорожных одежд для условий области с учетом повышения осевых нагрузок.

Научная новизна работы заключается в следующем:

предложена схема дорожно-природного районирования территории региона, позволяющая на стадии обоснования инвестиций укрупнено оценить условия строительства будущей автомобильной дороги;
уточнены расчетные характеристики грунтов земляного полотна при недостаточном возвышении его над уровнем грунтовых вод;
уточнена расчетная температура асфальтобетонного покрытия для условий региона;
выявлены различия в результатах расчета традиционных дорожных одежд, используемых в регионе, по различным нормативно-методическим документам;
предложены перспективные варианты конструкций дорожных одежд для условий региона с учетом нарастающих осевых нагрузок.

Практическая ценность работы заключается в разработке ряда положений и предложений по конструктивно-технологическим решениям, которые обеспечивают повышение надежности и долговечности дорожных одежд в условиях региона, с учетом перспективного роста осевых нагрузок.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на:

рабочих совещаниях администрации акимата Атырауской области 2006-2008 гг.;
Международных научно-практических конференциях Межправительственного совета дорожников 2005 - 2008гг.;
на Международной научно-практической конференции в г. Щучинске, Республика Казахстан, 2007г.;
на Международной научно-практической конференции в Белгороде, 2007г.;
на научно-практической конференции МАДИ (ГТУ), 2008г.
на расширенных заседаниях кафедры «Изыскания и проектирование автомобильных дорог» МАДИ (ГТУ), 2007 и 2008 гг.

Публикации. По отдельным разделам диссертации имеется 14 публикаций, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из основного текста, включающего в себя введение, четыре главы и заключение. Список литературы содержит 161 наименование. К основному тексту имеется 7 приложений. Основной текст изложен на 136 стр., включает в себя 24 рис. и 26 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы цель и основные направления исследования.

В первой главе определены сущность проблемы и состояние вопроса, также изложены цель и задачи исследования. На территории региона разведаны крупные месторождения нефти, способные существенно повлиять на экономику региона. Регион является одним из динамично развивающихся территорий Казахстана. При сравнительно низкой плотности железнодорожных и водных путей автомобильные дороги являются преобладающим средством сообщения. Через ее территорию проходит международный автомобильный коридор Е-40. Для приведения пропускной способности транзитных коридоров в соответствие с текущей и перспективной потребностью уже в ближайшее время будет необходимо провести их реконструкцию с переводом в более высокую техническую категорию.

В целях оценки наиболее распространенных в регионе конструкций дорожных одежд были обобщены имеющиеся данные в дорожной администрации, проектных институтах, а также данные автора (5 автомобильных дорог, 550 км). Сложившаяся сеть автомобильных дорог региона в части конструкций дорожных одежд проектировалась на основе рекомендаций ВСН 46-83. В последние годы введены в действие СН РК 3.02-19-2003 Проектирование дорожных одежд нежесткого типа и в рамках СНГ действует МОДН-2-2001 Проектирование нежестких дорожных одежд. В условиях роста интенсивности движения и нагрузок на ось дальнейшее совершенствование сети требует принятия мер, обеспечивающих повышение надежности и долговечности дорожных одежд. Обобщение показало, что в условиях региона наиболее распространенны конструкции нежестких дорожных одежд капитального и облегченного типов, которые имеют следующие конструктивные слои (рис. 1).

Рис. 1. Конструкции дорожных одежд

Предварительный анализ прочности этих конструкций показывает, что для условий перспективного движения эти конструкции могут оказаться недостаточно долговечными, что требует подробного анализа на основе действующих нормативных документов.

Одним из направлений совершенствования конструктивных решений дорожных одежд может быть уточнение расчетных характеристик грунтов и дорожно-строительных материалов, а также более обоснованный учет при проектировании конструкций влияния различных критериев прочности одежд на их долговечность в условиях роста расчетных нагрузок. В результате обобщения имеющихся данных сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе приведено исследование особенностей условий работы дорожных конструкций на территории региона.

Исследования, связанные с дорожно-климатическим районированием, выполняли начиная с 30-х годов XX столетия под руководством крупнейших ученых-дорожников: к.т.н. А.В. Гербург-Гейбовича, профессоров Н.В. Орнатского, В.М. Безрука, Н.А. Пузакова, А.Я. Тулаева, А.К. Бируля, В.М. Сиденко и других. Большие исследования водно-теплового режима земляного полотна, на котором базируется дорожно-климатическое районирование, выполнены в СоюздорНИИ д.т.н. В.И. Рувинским, д.т.н. Ю.М. Васильевым, к.г.м. наук Л.А. Преферансовой и другими. По горным районам Средней Азии – д.т.н., проф. Б.Б. Каримовым, по равнинным территориям и районам искусственного орошения Средней Азии и Казахстана – кандидатами технических наук Ю.Л. Мотылевым, М.Ф. Иерусалимской, Ю.В. Бутлицким, Е.В. Каганович, докторами технических наук О.А. Красиковым, Б.Б. Телтаевым, Б.А. Асматулаевым и многими другими. Представляется целесообразным для данного региона развить дорожно-климатическое районирование до уровня дорожно-природного районирования, учитывающего не только влажность земляного полотна, но и границы распространения территорий с различными почвенно-грунтовыми комплексами.

В настоящей работе общая методика исследований условий работы дорожных конструкций на территории Западного Казахстана предусматривала:

анализ и обобщение данных, полученных при исследованиях, выполненных учеными КаздорНИИ в 50-60-е годы XX века, а также данных почвоведов;
проведение комплекса уточняющих полевых и лабораторных исследований применительно к реальным дорожным объектам.

Анализ нормативных документов и опыта их использования в условиях региона, свидетельствует о следующем:

некоторые из нормативов СНиП и других нормативных документов относятся к усредненным для больших территорий географическим условиям и не в достаточной степени отражают специфику местных природных условий;
в условиях региона основными факторами, существенно влияющими на проектные решения и требующими учета в региональных нормах, в первую очередь являются: особенности грунтов, в том числе засоленных, используемых в земляном полотне, и характеристика глубины залегания грунтовых вод;
при оценке условий работы дорожных одежд особого внимания требует учет особенностей состава и интенсивности движения транспортных потоков на дорогах региона и, в первую очередь, возрастающие нагрузки на ось транспортных средств.

Исследование в части дополнительной оценки деформативных и прочностных характеристик грунтов земляного полотна, а также конструктивных слоев дорожной одежды нежесткого типа проводилось как на автомобильных дорогах, находящихся в стадии эксплуатации, так и на строящихся и реконструируемых автомобильных дорогах региона.

В результате изучения материалов исследований Казахского филиала СоюздорНИИ с учетом данных, полученных на объектах строительства автомобильных дорог в регионе, и изучения работы почвоведов представилось возможным предложить для целей дорожного строительства схему районирования, где выделены подзоны в соответствии с характерными типами почвогрунтов.

Схема может быть полезной, прежде всего, при обосновании инвестиций, при новом строительстве. На ней выделены границы подзон, в пределах которых преобладают грунты того или иного вида, и в работе приведены значения механических характеристик местных грунтов, которые могут быть использованы для оценочных расчетов дорожных конструкций при возвышении земляного полотна над уровнем грунтовых вод требуемом по СНиП. При меньшем возвышении требуется вводить поправки, обоснование которых дано в диссертации по результатам непосредственных полевых и лабораторных испытаний, выполненных ранее КаздорНИИ, а также дополнительных опытов автора. Для получения дополнительных данных о физико-механических свойствах грунтов и с целью изучения зависимости этих свойств от различных факторов (гранулометрического состава, влажности, плотности и т.д.) автором проводились обследования на 100 км существующих автомобильных дорог региона и пяти участках реконструируемых дорог.

Было подтверждено, что распределение влажности, плотности и содержания легкорастворимых солей по глубине связано с уровнем грунтовых вод, видом грунта, высотой насыпи и типом дорожной одежды. Для водного режима характерно увеличение относительной влажности по мере приближения к подошве насыпи и уровню грунтовых вод. При приближении к уровню грунтовых вод влажность грунтов земляного полотна увеличивается. В результате анализа зависимостей установлено, что при удалении грунтовых вод на определенное для каждого вида грунтов расстояние их относительная влажность уже не зависит от расстояния. Так, для суглинистых грунтов эта величина составляет 1,8…2,0 м, для супесчаных 1,6…1,8 м, для песчаных 1,5…1,6 м, где большая величина соответствует пылеватым разновидностям указанных грунтов. Это изменение наиболее резко выражено для дорог с близким залеганием уровня грунтовых вод. Коэффициент уплотнения по глубине соответственно имеет тенденцию к снижению от 0,95…1,00 на поверхности до 0,85…0,95 на глубине 1,20…1,40м.

Степень засоления изменяется незначительно по глубине на поверхности земляного полотна. Аналогичный характер изменения влажности, плотности и содержания солей по глубине имеет место и на других автомобильных дорогах, где грунтовые воды также расположены близко к подошве насыпи.

Обобщение данных по зависимости модуля деформации от возвышения поверхности земляного полотна над уровнем грунтовых вод позволило получить графики, представленные на рис. 2, где приведены кривые для пылеватых разностей грунтов.

Таким образом, на основании обобщения данных исследований, проведенных в условиях региона, и имеющихся данных автора можно сделать вывод о том, что: 1) модуль может меняться в зависимости от расстояния до уровня грунтовых вод; 2) чтобы получить максимальное значение Е_деф., нужно, чтобы расстояние от поверхности земляного полотна до уровня грунтовых вод было не менее 1,6 м.

Модуль деформации можно рассматривать как некоторую комплексную характеристику механических свойств грунта, отражающую его способность давать упругие и остаточные деформации. В порядке первого приближения можно принять, что все основные механические характеристики грунта: модуль упругости, сцепление и коэффициент внутреннего трения должны подчиняться аналогичной по характеру зависимости той или иной характеристики от расстояния поверхности земляного полотна до уровня грунтовых вод, как и модуль деформации. Здесь по оси абсцисс дана глубина расположения грунтовых вод, а по оси ординат характеристика того или иного параметра механических свойств в долях от максимальной величины этого параметра, которую он имеет при глубине грунтовых вод, при превышении которой они уже практически не влияют на расчетные характеристики земляного полотна.

Е_деф.= f (_ΔН)

Расстояние от уровня грунтовых вод, м

■ – супеси легкие и пылеватые; • - суглинки легкие и легкие пылеватые;

♦ - пески мелкие и пылеватые

Рис. 2. Зависимость модуля деформации на поверхности земляного полотна от расстояния этой поверхности до уровня грунтовых вод

Из рассмотрения этой зависимости видно, что при возвышении низа дорожной одежды над уровнем грунтовых вод более 1,6…2,0м механические характеристики уже практически не зависят от величины возвышения. В то же время при возвышении порядка 1 м значение характеристик составляют всего 40% от своей максимальной величины (рис. 3).

Учитывая влияние влажности на механические характеристики, можно отметить, что мероприятия, направленные на осушение земляного полотна путем применения различных конструктивных решений (увеличение высоты насыпи, понижение уровня грунтовых вод, устройство капилляропрерывающих прослоек, улучшение водоотвода) должны оказывать существенное влияние на прочность конструкции, вызывая ее повышение.

Рис. 3. Зависимость модуля упругости на поверхности земляного полотна (в долях от максимальной величины) от расстояния поверхности земляного полотна до уровня грунтовых вод

Если по тем или иным причинам возвышение низа дорожной одежды будет менее 1,6 м, при расчете дорожных одежд величину модуля упругости, расчетного сцепления и характеристика трения грунта земляного полотна следует уменьшать в соответствии с зависимостями:

где

- характеристики при возвышении поверхности земляного полотна на расчетный уровень грунтовых вод не менее 1,6 м;

- коэффициент, назначаемый по графику рис. 3.

Одной из особенностей рассматриваемого региона является распространение засоленных грунтов. В ряде случаев, из-за запрещения возводить земляное полотно из таких грунтов, в регионе приходится обходить участки распространения засоленных грунтов или проходить участки, возводя земляное полотно из привозных грунтов, пригодных для строительства дорог. Наблюдения, выполненные автором, показали, что часто встречающееся засоление грунтов на опытных участках земляного полотна доходящего до 7,0% не оказывает вредного воздействия на устойчивость земляного полотна при наличии водонепроницаемых покрытий. На дорогах, не имеющих усовершенствованного покрытия, засоление грунта в земляном полотне может влиять на его устойчивость при периодическом выпадении атмосферных осадков и высыхании грунта.

Вместе с тем, достаточно опасным условием работы дорожных одежд в регионе, особенно для асфальтобетонных покрытий, является летний период, характеризующийся высокими температурами. В работе собраны многолетние данные температурного режима и годовое распределение температуры асфальтобетонных покрытий для условий региона, так как от него зависят механические свойства слоя покрытия. Для выяснения общей закономерности изменения температуры асфальтобетонных покрытий обобщены материалы метеорологической службы за последние 20 лет по величине температуры воздуха.

Для практического учета влияния температуры на расчетный модуль упругости асфальтобетонов были обобщены соответствующие данные, предлагаемые нормативно-методическими документами. Результаты обобщения представлены в виде графика, рис. 4, который позволяет оценить падение модуля упругости асфальтобетонного покрытия с ростом температуры.

Рис. 4. Кривые относительного падения модуля упругости асфальтобетона при увеличении температуры (от t=+10 до +70°С)

В соответствие с МОДН 2-2001 для плотного и высокоплотного асфальтобетона на вязком битуме БНД 40/60 модуля упругости в диапазоне - E, при от t 10°С до 50°С снижается от 4400 МПа до 520 МПа. По СН РК 3.03-19-2003 в интервале этих температур модуль меняется 4400 МПа до 430 МПа при t 50°С (60°С). По наблюдениям автора в условиях региона для работы следует принимать t не менее 70°С и модуль упругости не более 400 МПа.

Как видно из графика различие в битумах не существенно отражается на результатах оценки падения модулей асфальтобетона: в обобщенном виде имеем только две расчетные кривые: одну – для асфальтобетона на битумах БНД 40/60, БНД 60/90 и БНД 90/130 и вторую – для битумов БНД 130/200 и БНД 200/300.

В работе предложено районирование региона по эксплуатационным температурным условиям работы асфальтобетонных покрытий, которое корреспондируется с выводами Б.Б.Телтаева в части районирования территории республики по рекомендуемым маркам вяжущих.

Третья глава диссертационной работы посвящена исследованию особенностей работы дорожных конструкций под воздействием транспортных нагрузок в условиях региона. С этой целью выполнены соответствующие работы по всей сети автомобильных дорог республиканского значения в регионе, в том числе на всех международных транспортных коридорах, проходящих по Атырауской области: на автомобильных дорогах Актюбе-Атырау – 56 км, Атырау-Уральск – 185 км и Доссор-порт Актау – 202 км и т.д.

Сбор, обобщение и анализ данных о составе движения, соблюдении условий прочности дорожных одежд на эксплуатируемых дорогах показали, что на практике в условиях региона на автомобильных дорогах с капитальным покрытием сроки службы уже сейчас не могут превышать 10-12 лет, а на остальных дорогах 8-10 лет. С ростом осевых нагрузок и количеством тяжеловесных автотранспортных средств темпы разрушения дорожных одежд существенно ускоряются и поэтому изучение состава и интенсивности движения на автомобильных дорогах региона с этой точки зрения необходимо.

В целях оценки наиболее распространенных в регионе конструкций дорожных одежд нежесткого типа были проведены расчеты на прочность по действующим в настоящее время нормативно-методическим документам. В основу анализа были приняты следующие документы:

1) рекомендованные Межправительственным Советом Дорожников МОДН 2-2001 «Проектирование нежестких дорожных одежд», Москва, 2002;

2) принятые в Казахстане СН РК 3.03-19-2003 «Проектирование дорожных одежд нежесткого типа», Астана, 2004 и Дополнения и изменения к СН РК 3.03-19-2003, Астана, 2005.

Расчету подвергались конструкции, характерные для региона, представленные на рис. 1. Расчеты были выполнены по программе СоюздорНИИ CONDOR.

Показано, что для повышения надежности конструкции типа 1 (капитальная одежда) при эксплуатации под расчетной нагрузкой 10 т на ось, даже при условии, когда грунтовые воды не влияют на расчетные характеристики земляного полотна, необходимо её усиление с точки зрения выполнения условия по сдвигу в грунте. При эксплуатации же под нагрузкой 13 т/ось требуется более мощная конструкция с точки зрения всех трех критериев прочности.

Эксплуатация конструкции типа 2 (облегченная одежда) под нагрузкой более 6 т/ось будет требовать резкого сокращения расчетных межремонтных сроков, что обусловит неэкономичность этого решения.

При оценке принимаемых в проекте для нового строительства капитальных дорожных одежд расчеты выполнены по методике МОДН 2-2001.

Расчету подвергались пять типов дорожных одежд, запроектированных на вновь строящихся и реконструируемых автомобильных дорогах. Расчеты по МОДН выполнены для нагрузки 13 т на ось. Они показали, что конструкции требуют усиления для обеспечения допустимого упругого прогиба и сдвигоустойчивости в грунте рабочего слоя земляного полотна.

Полученные данные свидетельствуют о том, что закладываемые в проекты конструкции не удовлетворяют требованиям по обеспечению сдвигоустойчивости грунта рабочего слоя и по общему модулю упругости конструкции.

Изложенные в данной главе исследования позволяют сделать выводы, что совершенствование конструкций дорожных одежд для условий региона может осуществляться:

путем уточнения расчетных параметров конструкции с учетом уточнения данных по расчетным характеристикам грунтов земляного полотна, не отвечающего требуемому возвышению над уровнем грунтовых вод;
путем применения в традиционных конструкциях дорожных одежд материалов с повышенными механическими характеристиками (за счет укрепления, улучшения, повышенного уплотнения и т.п.);
путем применения нетрадиционных конструкций с использованием геосинтетики.

Расчеты, выполненные по различным методикам, дают различные значения коэффициентов прочности конструкций, прежде всего по критерию общего упругого прогиба и по сдвигу в грунте рабочего слоя. Самый осторожный результат дает расчет по методике МОДН 2-2001, который и целесообразно использовать на практике.

При расчете дорожных одежд с покрытием на основе органических вяжущих следует учитывать предложенное в работе районирование территории региона по расчетной максимальной температуре, а при использовании в рабочем слое земляного полотна местных грунтов следует учитывать районирование территории с учетом разнообразия почвогрунтов и степени их засоления.

Четвертая глава работы посвящена вопросам совершенствования конструкций дорожных одежд для условий Западного Казахстана.

Уточнение конструкций может быть связано с характеристиками земляного полотна, прежде всего с точки зрения опасного влияния грунтовых вод на тех участках, где возвышение поверхности земляного полотна над уровнем грунтовых вод оказывается менее 1,6 м.

Практически совершенствование конструкций может заключаться в применении улучшения и укрепления грунтов и слоев традиционных материалов вяжущими. При этом в данном случае для грунтов должны учитываться ограничения, связанные с засолением.

Реальным путем совершенствования конструкций представляется применение нетрадиционных конструкций, в которых используют различные геосинтетические материалы в качестве армирующих, разделяющих и водоизолирующих прослоек.

В условиях IV и V дорожно-климатических зон, где для возведения насыпей приходится использовать грунты с влажностью ниже оптимальной (так называемые «недоувлажненные» грунты), эффективным может оказаться улучшение грунтов стабилизаторами. Это направление требует дополнительных исследований.

Конструкции с укреплением грунтов вяжущими, достаточно реальны для региона, и для их внедрения имеется соответствующая нормативная база, требуется только должное внимание к этой технологии.

Применение геосинтетики в том или ином из конструктивно-технологических решений требует, чтобы этот геосинтетик отвечал тем конкретным условиям, в которых ему придется работать в рамках этого решения.

Для внедрения новых нетрадиционных решений необходимо накопить региональный опыт применения данного конструктивного решения. Накопление опыта начинается со строительства и эксплуатации опытных участков.

Учитывая особенности грунтово-гидрологических условий региона, перспективными решениями могут быть:

№1. Конструкция с гидроизолирующей прослойкой из геосинтетики;

№2. Конструкция с устройством слоя в основании из объемной георешетки с заполнением ячеек гравийно-песчаным слоем;

№3. Конструкция дорожной одежды с переходным типом дорожной одежды с использованием объемной георешетки;

№4. Конструкция дорожной одежды на участках песчаных отложений с использованием объемных георешеток;

№5. Конструкция асфальтобетонного покрытия с армированием геосеткой.

Первое конструктивное решение, рекомендованное и ранее для таких условий, обеспечивает защиту грунта насыпи от воздействия грунтовых вод. В настоящее время для устройства гидроизолирующей прослойки могут применяться современные геосинтетические материалы

Решение №2 может оказаться наиболее эффективным для дорог с облегченными типами дорожной одежды, которые при перспективе увеличения осевых нагрузок могут рассматриваться как стадийно усиливаемые.

Решения №3 и №4 могут быть реализованы для обеспечения движения транспортных средств, которые используются при новом строительстве на участках мокрых солончаков и песков.

Решение №5 при соответствующих условиях может быть направлено на повышение долговечности (межремонтных сроков) асфальтобетонных и черных покрытий с учетом их склонности к колеобразованию при высоких температурах.

Для разработки конкретных рекомендаций по применению указанных решений в практическом строительстве и реконструкции автомобильных дорог на территории региона необходимо разработать соответствующую программу научно-исследовательских работ, в которой должны быть предусмотрены опытно-экспериментальные работы с проведением соответствующих наблюдений.

Как отмечалось выше, первостепенной проблемой является усиление конструкций дорожных одежд с точки зрения критерия сдвигоустойчивости грунта рабочего слоя.

Анализ показывает, что наиболее простым и разработанным методом повышения сдвигоустойчивости является метод укрепления грунта вяжущими, в частности, цементом или известью.

В этой связи проанализированы возможности введения в конструкцию дорожной одежды слоёв из материалов, укрепленных неорганическими вяжущими. Применительно к конструкции №1 выполнены расчеты для нагрузки 130 кН на ось на срок службы 14 лет. Результаты показали, что условие сдвигоустойчивости может быть выполнено при следующих параметрах конструкции (рис. 5):

1 - асфальтовый бетон плотный БНД 60/90;

2 - асфальтовый бетон пористый БНД 60/90;

3 - черный щебень по способу заклинки;

4 - щебеночно-песчаная смесь, укрепленная цементом М60 (Е=700 МПа);

5 - щебеночная смесь;

6 - песок крупный;

7 - георешетка + песок;

8 - грунт, укрепленный цементом;

9 - грунт - суглинок легкий пылеватый.

Вариант 1 – 1,00 м Вариант 2 – 0,88 м

Вариант 3 – 0,90 м Вариант 4 – 0,89 м

Рис.5. Рекомендуемые конструкции дорожных одежд капитального типа с расчетной нагрузкой на ось 13 т для условий региона

Общие выводы

Выполненные в настоящей диссертационной работе теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие общие выводы.

Западный Казахстан является важной и развивающейся частью страны, где отмечается значительный рост объема перевозок (на 10…25%) по автомобильным дорогам. Существующая сеть автомобильных дорог в регионе, сформировавшаяся в целом в прошлые годы, соответствует основным расчетным нагрузкам 6…10 т и не отвечает при нормативных сроках службы дорожных конструкций требованиям трех критериев прочности, предусмотренным современными методическими документами. Тем более эти конструкции не отвечают требованиям повышения расчетной осевой нагрузки до 13 т, отраженным в нормах Республики Казахстан.
Расчеты, выполненные по различным методикам, дают различные значения коэффициентов прочности конструкций, прежде всего по критерию общего упругого прогиба и по сдвигу в грунте рабочего слоя. Самый осторожный результат дает расчет по методике МОДН 2-2001 (Межгосударственные отраслевые дорожные нормы). Поскольку эта методика разработана на основе обширных исследований, выполнявшихся в течение 40 лет многочисленными коллективами ученых, на нее и следует ориентироваться в практических расчетах.
При расчете дорожных одежд на участках, где уровень грунтовых вод находится на глубине менее 1,6 м от поверхности рабочего слоя, необходимо учитывать его влияние на механические характеристики грунта рабочего слоя, используя предложенную методику.
При расчете дорожных одежд с покрытием на основе органических вяжущих следует учитывать предложенное в работе районирование территории региона по расчетной максимальной температуре, а при использовании в рабочем слое земляного полотна местных грунтов - районирование территории региона с учетом разнообразия почвогрунтов и степени их засоления.
Для обеспечения нормативной долговечности дорожных одежд при нагрузке 13 т на ось необходимо предусматривать применение предложенных в настоящей работе более усиленных конструкций дорожных одежд, чем те, которые закладываются в настоящее время в проекты при новом строительстве, которые отвечали бы всем критериям прочности.
Рекомендуемые нетрадиционные конструкции дорожных одежд капитального типа с расчетной нагрузкой на ось 13 т для условий региона должны быть построены и проверены на специальных опытных участках для дальнейшего наблюдения и уточнения их работы в реальных условиях эксплуатации. Для накопления практического опыта их применения в регионе необходимо разработать региональную программу.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

Научные статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК:

Мирзаянц, Г.Ю. Факторы, сдерживающие развитие дорожных отраслей Содружества Независимых Государств / Г.Ю. Мирзаянц, Б.Б. Каримов, Е.К. Салимбаев // Транспортное строительство. - Июль 2007. - 0,25 п.л.
Салимбаев, Е.К. Анализ состояния, особенности формирования и развития систем управления дорожными отраслями Содружества Независимых Государств / Е.К. Салимбаев, Г.Ю. Мирзаянц, Б.Б. Каримов // Вестник МАДИ (ГТУ). – Выпуск №4 (11) – 2007 - 0,63 п.л.
Жунусов, А.А. Анализ соблюдения условий прочности дорожных одежд, эксплуатируемых в условиях Атырауской области Республики Казахстан / А.А. Жунусов, Е.К. Салимбаев, Б.Б. Каримов // Транспортное строительство. - №10.- 2008. - 0,25 п.л.

Книга, допущенная для межвузовского обучения:

Каримов, Б.Б. Автомобильные дороги Содружества Независимых Государств / Б.Б. Каримов, Е.К. Салимбаев – М., 2007. – 16,5 п.л.

Научные статьи и тезисы докладов по теме диссертации:

Каримов, Б.Б. Проблемы развития дорожного хозяйства стран СНГ / Б.Б. Каримов, Е.К. Салимбаев, Г.Ю. Мирзаянц // Сб. докладов юбилейной науч.-практ. конф. Межправительственного совета дорожников. – М., 2005. –0,69 п.л.
Каримов, Б.Б. Повышение качества битума (Важный вопрос для дорожников стран Содружества) / Б.Б. Каримов, Е.К. Салимбаев / Сб. науч. докладов, посвященных юбилею Экспертно-научного совета при Межправительственном совете дорожников. - М., 2007.- 0,38 п.л.
Оев, А.М. Микрокристаллическая целлюлоза – стабилизирующая добавка для щебнемастичного асфальта / А.М. Оев, С.А. Оев, Е.К. Салимбаев / Сб. науч. докладов, посвященных юбилею Экспертно-научного совета при Межправительственном совете дорожников. - М., 2007. – 0,32 п.л.
Каримов, Б.Б. Стратегия качества (важный параметр, направления поиска, критерий-качество и совместная стратегия) / Б.Б. Каримов, Е.К. Салимбаев // Дороги Содружества. - №2. - М., 2007. – 0,13 п.л.
Каримов, Б.Б. О некоторых общих вопросах, связанных с повышением качества битума и асфальтобетона в странах СНГ / Б.Б. Каримов, Е.К. Салимбаев // Науч. исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии: сб. докл. Междунар. науч.-практич. конф. – Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007.– 0,13 п.л.
Каримов, Б.Б. Международная магистраль/ Б.Б. Каримов, Е.К. Салимбаев // Дороги Содружества. - №3. - М., 2007. – 0,19 п.л.
Салимбаев, Е.К. Эффективные конструкции дорожных одежд // Дороги Содружества. - №4. - М., 2007. – 0,13 п.л.
Оев, А.М. Микрокристаллическая целлюлоза – стабилизирующая добавка для щебнемастичного асфальтобетона / А.М. Оев, С.А. Оев, Е.К. Салимбаев // Наука и техника в дорожной отрасли. - №4.- 2007. – 0,13 п.л.
Салимбаев, Е.К. Условия региональные, конструкции рациональные / Е.К. Салимбаев, Б.Б. Каримов // Дороги Содружества. -№2. – 2008. – 0,2 п.л.
Салимбаев, Е.К. Рациональные конструкции дорожных одежд для условий Западного Казахстана / Е.К. Салимбав, А.А. Жунусов, Б.Б. Каримов // Сб. докл. науч.-практ. конф. «Международные транспортные коридоры» – Баку, 2008.- 0,25 п.л.

Blog

Содержание