DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 05.01.2008

Материалы

загрузка...

Обоснование рациональных конструкций дорожных одежд с учетом региональных условий работы автомобильных дорог (на примере западного казахстана)

Салимбаев Ермек Кайсаевич, 05.01.2008

 

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 Едеф., 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.

? – 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

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:

- 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

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

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

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.