автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Интенсификация возведения земляного полотна лесовозных автомобильных дорог в зимний период

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

^МОСКОВСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 634.982.5:625.8 МИГЛЯЧЕНКО Василий Петрович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В ЗИМНИЙ ПЕРИОД

Специальности 05.21.01—Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок; 05.23.11 — Строительство автомобильных дорог и аэродромов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

М о с к в а —

199 1

Работа выполнена на кафедре транспорта леса Москов ского лесотехнического института.

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

— доктор технических наук профессор И. Е. Евгеньев,

доктор технических наук профессор, заслуженный дея тель науки и техники РСФСГ Б. А. Таубе!

доктор технических наук профессор, заслуженный изобре татель УССР Л. А.Хмара.

— АО «Лесинвест» (Гипролес транс Минлеспрома СССР).

Защита диссертации состоится 31 мая 1991 г. в 9 час на заседании специализированного совета Д053.31.01 пр! Московском лесотехническом институте по адресу: 141001 Мытищи, Московской области, МЛТИ, аудитория 313.

Просим Вас отзывы на АВТОРЕФЕРАТ ОБЯЗАТЕЛЬНО В ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ (с заверенными подписями) присылать в специализированный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотек! института.

Автореферат разослан 10 апреля 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических <наук, доцент Ю. П. СЕМЕНОВ.

Объем 2 и. л. Бесплатно Заказ № 29

Подписано к печати 20.03.91 г. Тираж 100 экз

- з -

ОБЩАЯ ПРЖТЕРШТ1КА РАБОШ

Актуальность томн. В оековншг.вапраиленшгс оконсмлчаскоге. п социального развитая СССР на период до' 2С00 года значительнее Еп1".'а;п:з уделено дородному строительству. Возрастанию масатаби экономического и социально-культурного развитая'нагой страт; требуют освоения новых лесопром-.оглсшпк. регионов, а следовательно, п увеличения темпов строительства лосовозянн азтомзбзпьнше дорог при :пс высоком качества.

Все сложнее становятся проблемн, возникающие пра проектирова-шп! и строительстве земляного полотна лссовозшос авто^збгиьккх дорог. Это свяпано с перемотанном осковшпс объектов лесозаготовок в севершге и восточные лесопромклпэнкно регкоии.

3 бл'.пкайпе:'! перспективе супзствуэ'дио технология на смогут обзепочить эдактивноэ строительство земляного полотна лесовоз-шгс азтомобильних дорог в зимний пораод. Поэтому необходимо соз-данко нов'гх, более с^Твктизтах технологий возведения земляного полотна лесовозных автомобильных дорог при отрицательных температурах', что позвол:сто би не только снизать потребность в мощное землероГшо-транспортьих калинах и затрата на возведение земляного полотна, но и существенно улучпзть ококомнчаскиа показатели. Это выдвигает рассматриваемую проблему в число валшс1изх пароднохо-зяйствепянх задач, подчеркивая ое актуатьность.

Пелью диссертант! является разработка кауттсс основ п практических методов возведения земляного полотна лесовоз тх автомобильных дорог с учетом влияния погодно-кл;!матаческ:рс условий зимнего периода, обоспечявагссос лнтонсичЖаиЕЗ темпов строительства при высоких показателях эййективности и качества.

Научная новизна работа состоит в теоретическом н экспериментальном обосновании эффективности методов ннтонсифкацая возведения земляного полотна лесовозяих автомобильных дорог, по сравнения с существующий! методами, и разработка энаргосбэрога»-цлх технологий, включая:

- установление на основе решония теоретических задач, зависимостей , определявших влияние теплоизолярутаппх материалов,на распределение температурного поля в промерзающих, грунтовюс карьерах; •

- разработку положений и зависимостей, позволяющее' устанавливать рациональную область примзне'ния разливших тепле изоляцион-ншс. материалов для утепления грунтовых притрассовшс карьеров;

- развитие,теоретических основ и практических методов по засоления дкевних поверхностей хрунтовнх притрассових карьеров с полью предохранения их ог промерзания;

.- разработку теоретических основ скорости промерзания отсыпаемого в зимниЛ-период земляного полотна лесовозних автомобильных дорог; .

- разработку и обоснование энергосберегающей технологии возведения .земляного полотна лесовозных автомобильных дорог по системе: грунтоБкГ; прктрассовый карьер - трачспорт;гоовка грунта -отсыпка его а, тело земляного полотна - уплотнение;

- обоснование теоретических полонешй и исследование вибра-ционннх уткотняадлх рабочих органов, обеспечивающих новую технолога по интенсификации уплотнена отсыпаемого земляного полотна из грунтов, доставляемнх из притрассовых карьеров;

- исследование и обоснование применения пол1смер:шх поп и их компонентов, а такие солевых растворов при возведении земляного полотка с точки ярения воздействии их на окруказцу-о срс-дг/.

онной работе, подтверждена результатами многочисленикх экспериментов, виполнешпо: в лаборатория, на стендах, полигонах, строящихся дорогах, а так.~.е по данным наблюдений. При проведен:::: исследований использованы современная стандартная аппаратура и вн-числ и тельная техника.

Ирактичеекзя "ценность включает научно обоснованные метода разработки комплексной ?.;отод:кл ускоренного строительства земляного полотна лесовозякх автомобильных дорог в згс.кнй период по схеме грунтовый карьер - транспортировка грунта, отсыпка грунта в тело земляного полотна, уллотне.'П'.е, позволяющей строить начес: зонное земляное полотно с минимальными затратами при высоком тег.яе.

Разработаны практические рекомендации, позволяйте обоснованно выбирать: т:зз и толкну теплоизолирующее материалов дал предохранения от промерзания грунтовых притрассовых карьеров; технолога и количество водкорастворимой соли //а NO¿ для засоления дневной поверхности грунгозых притрассовых карьеров з: при зозведении земляного полотна; новые рабочие органа дородных ма-вин; энергосберегающую технологию при уплотнении земляного полотна.

Исследования автора псслукили теоретической и практической основой для создания энергосберегающих технологий по возведению

земляного полотна лесовозных автомобильных, дорог, которно рекомендованы и внедрены в ряде леспромхозов Минлеслрома СССР.

По материалам исследования автором написала ккэта Зимнее строительство лесовозных автомобильных дорог. М., Лесная промш-лешюсть, 1988 г., 167 с. Учебные пособия: Зимнее строительство лесовозных дорог, - М.: iJJITil, 1939 г., 65 е.; Расчет на ЭШ технологических параметров при возведении земляного полотна в зимний период, - М.: 1МТИ, 1990 г., 24 с.

Материалы диссертации использованы в процессе преподавания дисциплины "Доронные машины", при выполнении к.урсового п дипломного проектирования.

Разработаны новые схемы укрытия грунтовых притрассовых харворов и новые рабочие органы дорояных машин, на которые выданы 23 аг торских свидетельства на изобретения.

Подтвержденный экономический эффект, полученный от внедрения разработэшшх методоз по интенсификации возведения зеглляного полотна лесовозных дорог, составил около 5С0 тыс. рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертащш и отдельные ее разделы заслушаны и получили одоброние: на научно-технических конференциях в Московской лесотехническом институте (193-4.. Л9Э1п на 42-о 11 научно-технической конференции в -Мотовском автомобилько-дорохном институте (г. Москва, 1984 г), на научно-технической конференции в московском инженерно-строительном института им. В.В.Ку.' бшюва (г. Москва, 1986 г), на научно-технической конференции в • лесог«хннчоской академии им. С.М. Кирова (г. Ленинград, 1935 г), на научно-технической конференции Марийского ордена .Дружбы Народо! политехнического института ш.к A.M. Горького (г. Лошкар-Ола, 1985г' на научно-технической конференции Братского индустриального института (г. Братск, 1986 г), на научно-технической конференции Ухтинского индустриального института (г. Ухта, 1936 г), на роспубликан ской научно-практической конферегагпи "Повышение эффективности лос ного комплекса Карельской АССР" (г. Петрозаводск, 1985 г), па рес публиканской конференции "Технология и организация реконструкции промысленных предприятий" (г. Днепропетровск, 1985,г), на республиканской научно-практической конференции "Проблемы развитая лесного комплекса Карелии в X3I пятилетке", .посвятонной 35-летию основания лесоишт.енерного факультета ПГУ им. О.В. Куусинена (г. Пет розаводск, 1986 г). • .

Публтошщи. По материалам диссортации опубликована 61 работа в том числе: одна книга, два учебных пособия, 35 статей, 23 автор ских свидетельства СССР на изобретения. .

h'n -r.rnirv д'.пюсятся теоретическое и экспериментальное обоснованна к подтверждение научно;! гипотезы об эффективности проработки ciicrer-Di: грунтовкй карьер - .транспортирование грунта -стсшка грунта а его уплотнение, путем создания энергосберогакь кзо: топологий, .позволяптетс на основе результатов исследований разрабатывать обосновашше рекомендации по интенсификации возведения земляного полотна лесовозннх автомобильных дорог.

Стр?д:тура и ofeoM работ;!. Диссертация включает 7 разделов объемом 371 стр.., 130 рисунков, 42 таблицы, список использованных источников 302 наименований, приложения на 262 стр.

. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. НпполнрхозяАстоднное и гпучно-технкчдсксо значен;'? • npofe^'i: вождения зс-.гшгого полотна лроовозтг>; , рдтодопог -в порто д. Me тодологические основ:-;

. исследований

Одни;.! из порепекизннх направлений на пуп: совершенствования технологии возведешь земляного полотна при круглогодично:.: строительства лесовознкх дорог монет бнть способ предохранения таких грунтов в карьере от промерзания с помотаю комбинированных теплоизоляционных материалов, хсотеских реагентов, создание устройств л технологий, позволяя:^ предохранять грунт от промерзания на откосах грунгсвюс карьеров, а тагс.е внесение хп-:.п:чсскпх реагентов после отсылки и разравнивала грунта с целью доведения его до оптимальной влажности и предохранения от промерзай;^ при уплотнении до наступления момента смерзания.

По расчетам Гипролес транса и ЦНИу:.'Э необходимо в наше!:- стране на I млн. м3 в1шсз:.:сй древесшш строить в среднем 43,5 п.: но— стоянтэс дорог, в том числе: магистралей 14 км; зоток летного и зимнего действия 25 км.

В перспективе к 2000 году объем строительства постоянных ' дорог возрастет до 65...70 км па I мяк. м3 древосшш.

В США, Швеции на I га лесных массивов,сеть дорог составляет 10 погонних катров, в ГДР - 48 пог. и, в йРГ - 54 пог. м ка I га.

В напой стране в лоеннх регионах Прибалтики 5,5 пог. м на •I га, Ростовской ЛПХ ЦН^ЕСЛЭ 5,0 пог. ы на I га, центральное рай-

оны 2,0 пог. м на I га, Иркутская обл. 0,07 пог. м. Красноярский край 0,03 пог. м на I га,

Планируотся в нашей стране ежегодно нарапдаать темпы строительства лесовозных дорог, так, например: I3SO г. - 12,0 тсс. ян; 1995 г. - 13,3 тес,"км; 2000 г. - 14,2 ткс. пл.

В современных условиях дородное строительство лесозаготовительной отрасли перевивает новый этап, характеризуются уво-личенисп темпов и объемов строительства в з;™'Л',:й период.

Обзор исследований по предохранений) грунта от промерзания

Теоретические исследования по изучения глубины промтрзання грунтовых массивов, утепленных слоем снега, капли отраженно в работах Л.h". Гутмана, Т.И. Лапг.о, Л.С. Чоторгптили, В.!,!. Сдде-нко, В.И. Константинова, B.C. Лукьянова и М.Д. Головко, A.B. Паз-лова, Г.М. Сельдмана к др.

Ряд авторов - ü.M. Абрамов, А.Х. Хрзая, Н.П. Фомин, Т.М.Еа-хунянц - приводят уравнения, по ко торим моано определять толкну теплоизоляционного слоя независимо от материала.

Анализируя работа в области теплоизоляция грунтов с целью их предотврапвнпя от промерзания, мо~но сделать вывод, что формулы является громоздкими и но всегда отр&тллт, достовернуэ глубин:^ промерзания грунтового массива.

Эффективность предохранения грунтовых массизов от промерзания полимерными пенами в течение всего периода не обоснована. В ряде работ отсутствуют методики.по расчету основных параметров утепления грунта полимерными :пи ко мло з и т п¡м; материалами.

Вез втоперочислетшо упудения дапт основание-для постановки ряда задач по дальнэ^ему развитая л совериенсхвованиэ как методов расчета топлоизолирую-кх слоев, так и самой технологии нанесения полимерных пен и композитных теплоизоляционных материалов па дновнуп поверхность.грунтовых прптрассовых карьеров.

Обзор исследований по засолаыкэ грунтов " Многие, учение рассматривали влияние,солей на физжо-механи-ческио свойства грунтов.

Г. наиболее содеряатолышм ма~по отнести работа В.А. Приклон-ского, Л.Н. Ломндзе, A.A. Соколовского, А.И. Грот, М.Ф. Иерусатнм-ской. _ .;

Труды выпоуказанных ученых поспяпрны изучению естественно засоленных грунтов до коныентр'ациЗ/б.. .8^. , • .

Ведущими учеными в области искусственного, засолелия грунтов с целью предохранения их от промерзания являются: U.A. Цы-

.'■■ '•".■• '- е-".-- л., '

тович, Б.И.'-Далкатов, B.C. Ласточкин, С.Б.'Ухов, Я.А. Крояик,

A.Н. Ёр:.;олаева, В.И.-БуЯ, И.Г. Салихов, ЮЛ. Потылев и др. Анализируя'результаты исследований по засолении грунтов,

пришли к выводу о том, что не все солевые растворы исследованы па предает ах воздействия на:талые а мерзлые грунты. Обзор исследований по водно-теплово?.ту, резтлу грунтов

• и: во'5 ведению зегляного полотна В исследованиях, выполненных Бабковым В.Ф., Батраковым О.Г. Васильевы« А .П.'; Васильевым Ю.М., Володиным В. В., Воробьевы:,!

B.А., Глобусом A.M. , Гаяьдатейпом U.H., Гретагевшл C.S., Евгеньевич И.Е., Ерзовшд Э.Д/, Заворицкшл В.И., Золотарей И.А., Ивановым З.Н. ,'Казарясвскиа В .Д., Кандауровыгл И.И., Коноваловым

C.B., Корсунским М.Б., Леоковичем Ю., Орловым В.О., Срнат-скш Н.В., Перотрутаяш H.A., Пузаковкл H.A., Пчеликаовшл A.M., Роде A.A. , Рувйнскгы 3.ÎÎ., Сиденко В.М., Силуковы:л Ю.Д., Судин-' панна И.И., Титовым В.П.,. Тотшовшл И.А., Тригонп B.S., Тулае-

там А.Я,, 'Фсдьдгдапоа Т.Ц. »•'Чисто тановни Л.В., Еахункнцеа Г.М., Еалопаевшл E.'.I., Яковлевым D.M., Ярогао В.11. к тлногшли другими -специалистам били разработаны принципы и ;.:етодк проектирования и строительства устойчивого зецдяного полотна, условий эксплуатации автомобильных дорог, которые сароко галс-с ни в действующих технических условиях и правилах и являются основополагзющп-гли для последующих ученых, зан:™.:а:о'д:о:ся вопроса-ли возведения земляного полотна как в знглнпй, так и з летний периоды года. Обзор псслолованн» по уплотнаягеэ тоотлепаагетах грунтов Исследования, выполненные в СоаздорНлИ и других организациях, псказывапг, что дородные одекдн автомобильных дорог выходят из строп преждевременно в o6se;.:e до ЗС;1 из-за педоуплотие-пия грунтов в конструктивных слоях зо:!лп:-юго полотна.

М.Н. Герсевановым и ЗЛ. Флорины:.' была создана теория упло нэпия двухфазных вододастеншых грунтов. Болышй вклад в создание теории уплотнения тоехпазных грунтов внесли: H.H. Иванов, А.К. Бируля, В.'Л. Бируля, Н.Я. Хархута, O.Î. Батраков и другие.

Анализ исследований по расчету глубины или скорости пропог зания грунтового массива показал, что в расчетах не учитываете* теплоотдача отсыпанного слоя грунта на мерзлое основание и в os ругаввдю среду.

Все вышеперечисленное и относятся к уплотггешга талых • промерзающих ipyHToa показывает, что необходимо совершенен

: - 9 -

вовать методику-расчета к технологии уплотиопия промерзатацих конструкционных слоев земляного полотка лесовозных автодорог. Обзор исследований по резанта'мерзл^пс грунтов ,и созлпщд

земяеройшос машин Б наией стране весомый вклад з исследования разрушния керзлнх грунтов-внесли: институт горного дела АН СССР; ВН/И-стройдормаш; КШОМШ; ЦКйС Госгрансстроя ССОР;: МЩИ; Горьков-сккп, Саратовский, Томский, Карагандинский политехнические институты и другие организации.

Результаты работ ученых о г; к организаций позволили им разработать цел1й ряд машин для разрушен:« мерзлых грунтов, и выявить влияние различных факторов на энергоемкость самого процесса раэруЕония.

0с!1овн!Г.1 критерием объективности при разрушении мерзлого грунта в напей стране принята удельная энергоемкость.

Еольпой вклад в развитие аналитических ос.чов теории разрушения грунтов внесли советские ученые, среди которых В.П. Горяч-кин, Н.Г. Домбролский, А.Н. Золения,. К.А. Артемьев, 13.А. Зетров, А.Д. Далин, В.И. Баловкез, М.'Л. Гальперин, В.Д. Абезгауз, И.А. Недорезоз, Д.И. Оодоров и другие.

3 создании теории резания мерзлых грунтов пршг.:мпли участие Г.М. Зеселов, А.И. Оодулоз, Л.А. Недорогое и Д.К. ¿одоров, Л.А. Хг'лпа.

В работах этих ученых определенно сил резания базируется па учет.-5 прочностных свойств среды, измеряемых независимо от процесса резания. _

Теоретическое рожнпо задач о разрушении грунтов получено с учетом теории продельного состояния сыпучей среды. Применить результаты решений с учетом теории продольного состояния сыпучей среды не представляется возможным для мерзлого грунта.

Теоретические основы по определения усилий резания в массиве мерзлых грунтов нуждаются в дальнейшим развитии»

?.!етопологические основы, цель и задачиисслодоппний Основная ноль исследований,.результаты которых обобщены в напой работе, заключается в.проработке системы "Карьер -транспортирование, укладка и уплотнение грунта".

Для достпхетня поставленной цели необходимо рсаить слсдукь ше задачи:

- исследовать процесс теплопередачи в грунтовых притрассо-внх карьерах, утопленных различными теплоизоляционными материала?,я; ■ • .'.■-.'■ • .

- разработать .технологии и'оборудойание для нанесения полимерных пен, пенопластов и композитных теплоизоляционных ште-риалов наднешуп поверхность грунтовых притрассовых карьеров;

- исследовать сжзическиё и теплофизическиа свойства утеплителя в натурных условиях;

• -- исследовать лрэдлагаемув тезшологшэ утепления грунтовых притрассоБЫХ карьеров в. производственных условиях с целью предохранения грунтов от промерзания;

- - изучить основные ¡Ъакторы, определяет эффективность разработки груйтовшс-притрассовых карьеров, дневная поверхность которых была засолена водным.раствором нитрита натрия; -•-.," -исследовать влияние водного раствора нитрита натрия на разупрочкяэзио процессы в грунтах; •

'.' - разработать■ некоторые'.технодогзгеескиз положения при вне-, санки в.; грунт водьтрс растворов: нитрита натрия;.';'■

, .-. разработать методику расчета промерзакия конструкцпонных слоев земляного полотка;

- разработать новиэ конструкции рабочих органов землерой-ных.зе'ллеройно-транспорткых И.уплотшгагчпх мания на уровне изобретений; -

- V- г. исследовать'теоретически-а на'моделях процесс уплотнения груята'в тале земляного полотна за один проход клинообразной вибрационной.установки;. '

- - исследовать влияние водного -раствора нитрита натрия и полимерных материалов. на .округааздпз-'среду;

• - исследовать эффективность предлагаемых решений по интен-сификашгл воззедешм.зетллякого. полотна, .лесовозных автомобнль-ных дорог в зимний период,

. Перечисленные, выше, а такг.е некоторые другие результаты' ' экспериментальных и теоретических исследований составляет науч-пуа новизну диссертации.

2. Теоретические п экспеоиментальнне исследования . . ' эффективности утешения грунтовст приграссовых ... , карьдррв •

Объективныо рогиопальнке факторы природно-климатического, почзенно-мерзлотного характера при дорогноы строительство вы-

двигаит на первое место вопросы, связанные с разработкой грунтовых притрассовых карьеров для отсыпки зе?лляного полотна при отрицательных температурах. ^ .

3 данном разделе выполнен анализ влияния природно-климатических (шкторов на промерзание грунтових !,'лсс;шов. Приведена основные теплофизичоские свойства грунтов и утепляющих материалов, используемых при укрытии грунтовых карьеров. Дан анализ применимости уравнений Карслоу Г., Лыкова A.B. и Обливина А.Н. по расчет!' влияния Фазовых переходов на интенсивность промерзания грунтових массивов.

Полагая соответствие условий промерзай'^ в массиве грунта условиям теплообмена с фазовыми превращениями в твердом теле, расчет теплового состояния грунта сводится к использованию традиционного уравнения теплопроводноети с внутоенн.ми источниками: дТ Л / ¿¿Г . dir , ^ГУ, jv

ТГ^ Cv ( дх* fy* ffWJ Z Cv" (I)

где Л - теплопроводность грунта, ;

м С

Lv- теплоемкость грунта, ^fjr- ;

м С

объемная плотность тепловыделения фазового перехода,

Вт . т 1

■ М3

В большинство работ (Лыкова A.B., О&г.шина А.Н.) данное уравнение используется с отличиями в представлении величины 0,у.

На основании расширенного условия Степана на всю толшигу грунта уравнение (I) мояно ггоодставить в сдаяуюсдм ввда:

Величину ZvWf ¿у" слодуот рассматривать как нокоторую э:Мективнуп теплоемкость фазового перехода

Cw'Wft^-Испсдьзованг.о уравнений в традиционной чорме, вследствие переменной расчетной сотой, но всегда удобно, поэтому целесообразнее использовать вид .уравнения, представленный в работе Обливина А.Н. [202] слпдукада образом:

<?9х . ¿4» /» ÄL'j.S> (3)

гда л 7 дТ "

9х = ¿г fa^cLydTy

- внутри грунта;.

на границе грунта с воздухом.

где 2Х , Яу, - коэффициенты теплопроводности;

г'у - коэффициенты теплоотдачи от поверхно-

сти грунта к воздуху.

Из соображений единого подхода, представим Ох и ^у внутри грунта в виде:

с^ х-сСхдТх и ¿у д Ту,

гда У г ж ' "

. Во многих случаях, требуется быстрая оценка глубины промерзания без тфимененил ЭВМ. Упростим задачу следующим образом: но будем учитывать изменение теплового потока по глубине грунта за счет его теплоемкости, В этом случае имеем следующее выра-

хонио:. - ''.•'.'■.' .

Г/ >сСГ = Язф - и/А

Учитывая, что /„ + -Ф^ и»

г сс/ Лм ' Ли! проводя интегрирование, получим:

о

Полученное на мл уравнение после интегрирования позволяет рассчитывать время промерзания грунта при наличии теплоизоляции и теплообмена с возданной средой:

\(± + .и 4'

'С

-(4)

г^г 1 - теплота ¡газового перехода, объемная Iвода-лед);

объемная платность; - льдпстость (изменя-

ется от 0 до 1,0); Ли]- коэффициент теплоотдачи от грунта (¡и',! покрытия) к воздуху; ~ таплойое сопротивление по-

крытия (теплоизоляции); А ¿у - толщина теплоизоляции; :"•'■ Лиз - коэффициент теплопроводности (объемный); Ям - ос сипая теплопроводность мерзлого грунта;'' • - глубшш промл злого слоя.-

Полученная расчетная зависимость (4) ыезду величиной глубины промерзания грунта и величиной градусо-дней (энергией охлокдения грунта холодным воздухом), позволяет с достаточной точностью рассчитывать глубину промерзания различных видов грунтов как с наличием, так к отсутствием усопляюяих материалов, а такие учитывается интенсивность охлаждения поверхности со стороны воздуха к величина влажности охлаждаемого грунта.

Следует озтиетить, что без учета изменения внешних условий теплообмена и при отсутствии теплоизоляция уравнение (4) соответствует (Гормуле Лейбензона:

2 л зеоо ^ (5)

(Г-ri)

Формула бгаа 'апроб!фована для анализа максимальной глубины промерзания массивов грунта по территории СССР на зимний период С при бжеируемом -числе градусо-. дней ).

fia рис. I представлены расчетные зависимости /îu"f (Т'Т) при различной величине fijtp песчаных и глини-

стых грунтов. На представленной зависимости нанесены опытные данные, ' полученные при закеро максимальной глубины промерзания грунтов в различных районах территории СССР.

А* V-

Рис. I. Расчетная зависимость глубины поомерзания грунтовых массивов при резлтнои величине тер;.пгческого сопрот:злен:ш

7.з сопоставления расчетных и опытных данных видно, что все опытные данные укладываются в расчетную область мэнду кривые, соотеотстр.ую'днми песчаным и гликкстнм-гр^нтам.

При (Г'Т* •). < I5u0 опытные дачные приближаются к кривой соответствующей глинистнм грунта'.;. Однако максимальная погреп-кость не през;.ггет 10% по отнесению к опытной величине Лм , что вполне допустимо для такого рода качественных и упрощенных оценок.

Коллективом сотрудников каТ-едры прогг.гщленного и транспортного строительства МНТП под руководством автора были выполнены исследования по применению пол::мернкх пек и пенопластов как са-ких по себе, так и в сочетажти с другими теплоизоляционны:;!! материалам, для утепления грунтовых карьеров с целью предохранения грунтов от промерзания в зимний период.

В экспериментальных исследованиях применялась смола М^-17 Нелидовского завода пластических масс.

Смола 1&-17, после доставки в Згплыыгский ШП. Вологодской обл., была слита в спэцкальнуя емкость, заранее доставленную в карьер. Затем, из этой емкости, порция:.® откачивали смолу в i .-арную автоцистерну ЛЦ-30 (65) модель 146, выпускаемую согласи ТУ-2230-646. Смоляной раствор готовился путем разведения смолы и пенообразователя в воде.

Последовательность операций приготовления смоляного раствора следутэ'лая. В бак заливали необходимое количество вода с температурой 10-20°С за впчетом объема води для разведения пенообразователя. Пенообразователь (сулъ^ояол) растворяли в горячей воде при температуре 40-50°С. Перед производством работ 50.^нкй раствор пенообразователя залипали в смоляной раствор.

Процентное содержание пенообразователя связано с вязкостно сгсоллного раствора и требуемой кратностью пени. Чем виле кратность пони, тем больший процент пенообразователя требуется, ноне более 2%, так как существенно изменяется продолжительность отвергло кия пени.

Технология приготовления кислотного раствора выглядит сле-дущам образом. 3 емкость заливается не обходимое количество воды с t = IQ...20°C. Горячая зода будет давать коррозию, поэтому ее не следует прпменять для приготоатения раствора. При медленном .перемешивании раеггора в емкость заливают расчетное количество кислоты Н3Р04.

Пенообразователь, растворений в воде, заливают в емкость попарной машина. перекашивают его помпой машины, 'а затем доливают расчетное количество воды. После этого необходимо нанести пену на поверхность грунта, причем кислотный раствор по одному из вариантов модно заливать в емкость, где находился смоляной раствор и раствор пенообразователя, а по второму варианту его можно вводить непосредственно в рукав подачи пены.

При первом варианте хороший эпч^ект достигается, если в емкости галздится 150...200 л растворенных компонентов. По второму • варианту мог.по работать с полной емкостью растворенных кошонен-тов, так как кислотный раствор'вводится непосредственно в рукав, работающий на выброс.

Необходимо отметить, что пена в момент нанесения разрушается на остатках поток, леншдас камнях и т.д.

На площадках, где отсутствуют ветки, корни и камни, пена укладывается хорошо. На склонах дневной поверхности крутизной более пена ломится неустойчиво, как бы движется, т.е. ей кузин упор для (Тюрмообразовакия. Для этого бульдозером на ширину отвала выполнялись резн грунта с образованием поперэчных валиков, высота которых обеспечивала упер пены в грунтовой структурной ячейке. Такая технология не требует дополнительных, материалов, обеспечивает хсрогай упор пенообразующкл компонентам в момент нанесения их на грунт.

.. : . - 16 .

Для контроля температурного' регшма в массиве грунта, находящегося поде 1'С'Ш10изолируто!ЦЩ.С'1 слоями, закладывали датчики температуры -(спи;. ^юиель - капель) на различных вертикальных уровнях грунтового массива. Измерения'температуры вели с помощью потенциометра IHJ-S3. Кроме.того, перед наступлением оттепелей била произведена разработка забоя в массиве грунтового прнтрассового карьера на участках, утепленных полимерной пеной и опилками в сочетании с полимерной пеной. Пов.торность опытов по замеру глубины промерзания сЬставила не менее 20, при ошибкае 10% и вероятности 0,95. Толщина сводного покрова на исследуемых участках в конце зимнего сезона, находилась в пределах 35...40 см. Глубина промерзания массива, грунта, не утепленного теплоизолирующими материалами, составляла 230...240 см.

Измерение глубины промерзания в массиве грунтового npuipac- ■ сового карьера при укрытии его от промерзания теплоюолпруюцим слоем полимерной пены показало, что наибольшей элективноетьи с технической и экономической точки зрения обладают слои полимерной пены.толщиной 20 см. По сравнению с неутепленным массивом грунтового карьера при равных температурных режимах глубина про- . мерзания в этой случае сшс::ается в 15...16 раз. Применение в качестве теплоизолирующего материала слоя опилок и пени показало,, что наибольшую эффективность снижения глубины промерзания тлеют теплоизолирующие слои из опилок толщиной .40 см и полимерной пены толщиной 5 см при суммарной стоимости 1,55 р. за I i?.

Пенопласт имеет нроннкеемув структуру и при увлажнении осадками повышает теплопроводность в несколько .раз!

Одним из путей сохранения теплопроводности пенопласта является повышение его плотности.в районах с неустойчивыми зимними температурами.

По сравнению с традиционным укрытием грунтовых притрассовнх карьеров опилками аналогичной толщины предлагаете сочетание теплоизоляционного слоя опилок и пены дает сш-кенне глубины промерзания массива грунта на 32...40/'.

Во избежание попадания влаги в массив опилок на их повэрхнсс наносили смоляной раствор (с мела'Î,iij-Ï7, 30...40$, пекообразопате» в виде порошкового сулк'снола I...2%, вода 56...68$) с последующей фиксацией кислотны;.! раствором (кислота ортофоейорная 1Ъ%, вода 85р), Оба раствора смешивали в соотношении (3...5):1 по объем: Смоляной раствор толщшой 5 мм (в условиях Вгшкинского ЛПХ) наносили на слои опилок различной толщины с помощью иоглрной автоцистерны АЦ-30 (66) модели 146. •

Перед наступлением оттепелей бкпи разработаны забои карьера, утепленного по изложенной методике, и произведет! замерн толщины промерзяей корки грунта как под тешюизоляцтонгаши слоями, так и без них. Попторнссть'замеров толпдаш промерзшей корки составляла но менее 15 при ошибке 10$ и вероятности 0,95. Установлено, что глубина промерзания грунтов, находядяосся иод слоем опилок, верхняя часть которых обработана смоляным раствором по вшеизлояен-но:"г летодгсее, в зимний период, составила: для песчаных грунтов 47 см (при толгщне слоя спилок 10 см) и 22 см (при толщине слоя опилок 40 см); для супесчаных - 42 см.(при толщине слоя ошшок 10 см) л 13 см (при толпщне слоя опилок 40 сгл). Грунты, утепленные слоем спилок без применения смоляного раствора, промерзают на глубину в 1,5...2 раза большую. Глубина промерзания при равных условиях неутепленных песчаных и супесчаных массивов в карьере 230...240 см. Такта образом, при утоплении толщина промерзалцего слоя у песчаных грунтов снижается в 5...Ю раз, супесчаных -в 5,7. ..18 раз.

3. Исследований влияния химических реагентов на промерзание грунтов п зоне производства земляных работ

Применение химической подготовки грунтов по сравнению с дру-riB.ni способами, независимо от глубины промерзания, обеспечивает эп'Твктишуто работу/ -дсрохно-строителышх машин. 3 настоящее время для предохранения талого грунта от сморояшзакня, а также для разупрочнения мерзлых грунтов при их разработке применяют хлористый narpic; Уд- С£ , кальций хлористый технически Ca С , калий хлористый технический (KCl), гидрат окиси калия (КОН)."Следует отметить, что использование отих реагентов затруднено отсутствием организованной базы для их приема по нелезнодорояному пути, а такие емкостей для хранения. Креме того, .для них характерна повышенная коррозионная аг<тивность по отнопения.к металлам и высокая стоимость. Этих недостатков лютен нитрит натрия в растворе ¿/¿rf/Cfe, ";гпускае:лгй серийно в соответствии с ТУ 30-10274-79 18...20£-ной когщонгоации. Стоимость I т ниирита латртш (марки В выспего сорта) составляет 13 р.

Сущность способа химического размораншания мерзлых грунтов состоит в том, что при вводе 20^-ного водного раствора //сгМ&2 в грунт сильно г:-щратироганнке одновалентные катионы -замещают катиона кальция и магния, участвующие з склеивании млкроагрегатов грунта, что, в свою очередь, вызывает их распад.на более мелкие частшш, вокруг которых образуется прочносвязанная вода,. не за-

- 18 -

морзаащая при температуре -70с0;

По степени гидратации (количеству притягивавшейся и удор;::и~ ва:01пе:;ся воды) катиони располагаются в следующий ряд: ¿/+>Ь'а >К<-> с£гГАЕ +*>Ре

при атсмнол массе 22,29, ионном радиусе 0,2СА° является наиболее распространенным элементом по своему содержанию (2,4...2,С£), он занимает шестое место по массе после кислорода, кремния, алюминия, ;:-:елеза, кальция.

В природе натрии встречается в большинстве случаев в виде хлоридов или сульйагов. -

Водные раствори нитрита натрия (концентрированные) прл повы-шонннх температурах вследствие гидролиза имеют щелочную реакцию (9 рн), при. огрщательной температуре саночная реакция исчезает.

Все. нитриты легко растворяются в воде. Водный раствор /1^/ИЙ' по гигроскопичности относится к сравнительно устойчивым к воздуху Водный раствор нитрита натрия, имея эвтектику .при -15,5°С, взаимодействует с частицами льда-цемента замерзшей води, содорзащяш-ся в мерзлом грунте, а разрушает их, т.е. разупрочпяет грунт.

Математическая теория диффузии в изотропной среде изложена в работе Фика в 1855 г. п основывается на гипотезе, что количество вещества, диффундирующего через единицу времени, пропорционально градиент:/ концентрации-, измеренному по нормати к этой поверхности, т.е. -

(6)

где /~х - количество вещества, проходящее в I с чзрез поверхность I С - концентрация доКдадирузшего вещества; X - расстояние, 1-з?герзшюо нормально к рассматриваемо:": поверхности;

- градиент концентрации; ' 7) - коэффициент диффузии, который для данного вещества при заданных условиях давления и тсмиорату-рп (и в отсутствие гравитационного ноля) ¿рдяется величиной посто яннон.

Учитывая то обстоятельство, что при ввода в грунты водного раствора нитрита натрия распределение концентрации С(X, описывается не стандартным уравнением гша уравнения дкйаудии, а урав-нзпгом вида ^ ^

где $ - коэффициент доффузии;

А - коэффициент, завися:®!;: от скорости (Гидьтрования раствора соли в. грунте под действием силе тямести.

Граничные' условия при Х=0

• ( е:

т.е. дшТ%з1!я раствора через поверхность х=0 (т.е. диффузия в воздух) отсутствует.

■ Наиболее просто .уравнение (6) решается в частном случае, определяемом начальным условием вида

. (9 )

Это условие соответствует вводу водного раствора нитрита натрия в грунт в большем количестве в момент времени' £~0 . Длительность этого воздействия долкпа бмть много меньше характерного времени дк&фузиз солового раствора в данном грунте.

Б этом случае реыение уравнения ( б") имеет вид:

где - интеграл вероятностен;

Чг-^Т) ч _2г

I ФФ-^П -

Справедливость решения (10) .проверяется простой подстановкой в Г7). Вид реие/шя (Ю'.) ггозЕсшяет заключить, что оно списывает распределение С(х) з момент времени £>0 . Кроме того, лег- ко видеть, что С(Х,Ь инвариантно относительно двух параметров

А>- А£] ,

Первый из них соответствует эффективной площади, занятой диффундирующим раствором," за зреия г* , а второй - элективному пути, проходимому раствором за время I в йильтругацем грунте под дей-• ствием силы гравитации.

Таким образом, уравнение .(10) мокко переписать в виде

ПШ-ш^-Щ- ш>

Из уравнения (10) по экспериментальной.зависимости С(х) /¿зг// моя-но найти исксмне инварианты А, и ^ , а с учетом {7),иА, ) определить коэффициент дщйузпи Д ■ и коэффициент Фильтрации. ..

При выявлении глубины паиболео высокой концентрации в грунтах было установлено, что максимальная концентрация 20#-го водного раствора нитрита натрия составляет: . для песка при глубине 7 см; супеси 8,6$ при глубине 8 см; для глинк 12% при глубине 10 см. При дальнейшем проникновении водного раствора нитрита натрия- в грунты концентрация его убдаает (рис. 2). . -

И,сМ

■■ - 20 -г $ е 8 -/а/2

PliCi 2.

Экспериментальная зависимость измененияконцентрации 20/в-го водного раствора Л'аЛЩ, по глубине в грунтах: I - песок; 2 - супесь; о - глина

Установлено (рис. 3), что применение 20/>-го водного раствора нитрита натрия в песчаных грунтах влажностью V/ = 20/5 снинает временное сопротивление разрушению до I Ж1а, в супесях от 4 (при вланности V/ =16%) до 2 Ша .(с-применением нитрита натрия)в •глинистых грунтах от 2,1 (при злагнссти V/ =30£) до 1,1 ЫПа (при яалзгчш годного раствора нитрита натрия). Во всех случаях при ' пршленрши водного раствора нитрита натрия наблюдается снижение прочностных показателей при разрушении исследуошх грунтов в 2...4 раза. '

МЯа

.Рис. 3. оксперпментальпая завкси- ' мость изменения прочностных ■показателей гоунтов, злак- . . ' ность которых*лспсмшеиа до , -оптимально*: 205»-ным водным • раствором //а//¿¡г. • ■

I - песок; 2 - супесь; 3 - суглинок; I - песок + •!• /^//¿2 ; 2 - супесь 3 - суглинок + /Уа^г •

Проаналкз1фовав ранее выполненные исследования по вопроса;.! химического анализа почв, мы приачн к выводу о целесообразности исследования расгоеделения ионоз //-%*" в грунтовых тгоитрассовых . карьерах по высоте забоя как основных олемоктов, пон:::са:о:ц:к'линие эвтектики з грунтах при иследъзоЕашги зодного раствора //сг'Щ.

. 3 грунтовых притрассовкх карьерах Вагшшского ЛПХ Вологодской обл. были взяты монолиты грунта по высоте-забоя, чтобы исследовать в лабораторных условиях характер распределения ненов .//¿г"и . Работу' выполняли.по атедующей методике. Из отсбран-•ных монолитов брали павоски по 10 г, заливали 100 шг дистиллированной воды и растворяли в течение часа, после чего грунтовый .• раствор пероме'ливали и фпльтоовали через двойной йильтр "синяя

. - 21 -

лента". Фильтрат собирали в мерную колбу вместимостью 100 см3 и доливали дистиллированной водо2* до метни (т.е. .до 100 см3), после чего брали аликэоты на анализ. Содержание нонов //0/я определяли на фотоэлёктроколорпмзтрэ ФоК-55. Содержание ионов определяли фотометрическим кетодом с салпцшгасом натрия. Содержание ионов МО] определяли такте фотометрическим методом с использованием сульфаниловой кислоты и яаФтияаяа.

Установлено, что с увеличением глубины залегания з песчаных и супесчаных карьерах число ионов МО/ убывает: .в песчаных грунтах от 3500 г/т в верхнем раститалыюм слое до 350 г/т на глубине 5 !л; в супесчаных грунтах от 4000 г/т в верхнем растительном слое до 500 г/т на глубине 5 м (рис. 4). Число ионов распределяется таким образом: в песчаных грунтах от 2,5 г/т в растительном слое до 0,4 г/т на глубине 5 м; в супесчаных грунтах от 3 г/т в растительном слое до 0,6 г/т на глубине 5 м' (рис. 46). *

После обработки экспериментальных исследований уравнения регрессии для вышеуказанных зависимостей тлеют вид:

для 4а У=- /7 Й35£Х - 239, ¿ЖХ + /ЗЩ ¿У ■ (12)

для 46 У = 0,3533б7Хг- 3)/7433"Х+ 7,3$$(7£. (13 )

мм ша ¿0 ¿о яо

Рис. 4. Распределение ионов Л^"(а) и ионов //¿?> (б) по глубине карьера: ■ I - з песчаных грунтах; 2 - в супесчаных

Незначительное число ионов //0£ в массивах грунтовых при-трассовых карьеров объясняется тем, что в процессе детпрнфика-ции, идущей по схеме №02 //¡0 , происходит улетучива-

ние ионов в атмосферу.

Сопоставляя полученные экспериментальные данные по снижению линии эвтектики в поровом растворе исследуемых грунтов (пески, супеси) при вводе в них 20%—го водного раствора с темпе-

ратурой кристаллизации системы МаМО}~МаЫО£ ~ И^О при отрицательных температурах, моано сделать вывод о том, что ионы //О/, находящиеся в массиве грунта, вступают в реакцию с вносимыми катионами //а\ образуют при этом систему Л^-Л^ -Л'а^ -- Н^О ; Эта система при отрицательных температурах понижает линию эвтектики порового раствора в грунтах, увеличивая тем самым диапазон ,01рицательных температур до -22,. .-23°С, ври которых происходит замерзание грунта в притрассовкх грунтовых карьерах.

.В Вашкинском ДПХ Вологодской обл. в осенний период 1984/85хт' на дневную поверхность,песчаных, супесчаных и суглинистых карьеров был введен способом разлива из цистерны через дозирующую трубу 20^-ный водный раствор Л^/*^ из расчета 1,5 л/м2...10 л/м2. Экспериментально установлено, что при прочих равных условиях грунты в массивах карьеров,'на дневную поверхность которых вводили водный раствор промерзали - песчаные на глубину 0,65...

. 0,7 м, при расходе /¿аЛ'&г 1,5 л/ь?; на глубину 0.25.. .0,3 м при расходе //¿¡№¿10 л/ъ?; супесчаные на глубину 0,75...0,8 м при расходе /Уд-Л^ 1,5 я/ь?-, на глубину 0,7]. .0,8 м, при расходе -10 л/ь£: - суглинистые па глубину 0,8...0,9 м при расходе 1,5 л/ьг; на глубину 0,5/..0,6 м при расходе //а>Ю л/м2. Массивы грунтов в грунтовых карьерах,'дневная поверхность которых не обрабатывалась водным раствором нитрита натрия, промерзали на глубину: песчаные 1,6...Г,6.5 м; супесчаные - 1,7 м;'суглинистые -2,0 м. Глубина цромерзания грунтов оценивалась количеством ударов ударника ДорНИИ по высоте разрабатываемого забоя.

Для экспериментального определения удельной энергоемкости разрушения различных грунтов, обработанных 20#~ннм водным раствором //д//^ при различном его процентном содержании в объеме испытуемого грунта, были выполнены исследования. Образцы грунта, из. готовленные па приборе стандартного уплотнения при соответствующем процентном содержании водного раствора Л'аЛ'&г , прсморалсива-лись при температуре -30°С в течение 5 суток, после чзго разрушались сжатием на стандартном прессе с последующим пересчетом усилия разрушения и деформации в момент разрушения на энергоемкость .разрушения данного. Объема грунта. Повторное и> опытов составляла 'не менее 15 при ошибке 1052 и вероятности 0,95.

' После обработки результатов экспериментальных исследований • уравнение регрессии имеет вид:•

Установлено, что с увеличением процентного содержания водного-раствора tfa //<£ от 2 до 6% удельная энергоемкость (кВт.ч/м3) разрушения снизилась: для песчаных грунтов. от 1,5 до 0,92; для супесчаных - от 1,1 до 0,6; для глинистых от 0,7 до 0,32 (рис. 5).

t(r--

а

иг.

Рис. 5. Экспериментальная зависимость изменения удельной энергоемкости разрушения мерзлых грунтов при различном процентном содержании //¿мог : I - песок; 2 - супесь; 3 - глина

Уменьшение энергоемкости разрушения различных грунтов в среднем равно: песчаных 3955; супесчаных 4655; глинистых 55$.

Для проверки разупрочнения' мерзлых грунтов в промерзшем слое были проведены исследования.диспергирующего-влияния на них 20£-го. водного раствора нитрита натрия. Испытывают образца из песка, супеси и глины, изготовленные на приборе стандартного .уплотнения при оптимальной влажности, а затем промороженные при температуре -20°С в течение 4 суток. В образцах были просверлены углубления вместимостью 1 см3, в которые при температуре! близкой к -20°С, вводили 20^-яый водный раствор нитрита натрия с различной теше-' ратурой. После полной фильтрации диспергированный грунт удаляли и в углубления заливали охлажденную воду при температуре, близкой к 0сС. \jfjf* ~ -

'Рис. 6. Экспериментальная зависимость диспергирующего влияния водного раствора нитрита натрия на грунты: I - песчаные; 2 - супесчаные; 3 - глинистые

•га о га 40 м ¿а.ю По объему вода, заполняемой объемом удаленного диспергированного грунта, оценивали эффективность разупрочнения мерзлых грунтов. Опыты повторяли не менее 20 раз при ошибке 10% и вероятности 0,95

После обработан результатов экспериментальных исследований уравнение ретрессип тлеет вид: .

• (15)

Установлено, что один объем 20%-то водного раствора нитрита натрия при изменении температуры от -19,6°С (точки эвтектики) до :;р:„ ¡.аырэваннп разуплотни!: песчаных грунтов 19,5;^ объем::; супосъг1..-: - 18; глинистых - 13 (рис. 6). Необходимо отметить, что водны": раствор нитрита натрия в грунтах, соединяясь с другими солями, имеет эвтектику -22...-23°С. Аналогичные опыты были выполнены на песчаных, супесчаных и глинистых грунтах естоотвсп-ного залегании. Полученные результаты совпали с результата:.": лабораторных исследовании.

При подготовке к возведении земляного полотна лесовозных автодорог в зимний период следует заранее определить, из каких карьеров' предполагается брать грунт для отсылки земляного полотна. При определении объемов грунтов, подлеглиц-гс разработке в зимней период, необходимо учитывать следующие факторы: степень подготовленности грунта к разработке; среднюю глубину промерзания грунтов в данном географическом районе; тип машин, предназначенных для разработан и транспортирования грунта к песту ого укладки в земляном-полотно. Основой для выбора способа подготовки грунта к разработке в зимних условиях служат гохякко-гкокомкче-скио расчеты. Если грунтовый карьер засолен или утеплен, организация производства выполнения земляных работ в зпмниц период не . отличается от организации работ в летний период.

Б зваай период целесообразно разрабатывать карьеры, степень подготовленности которых .требует минимальных трудовых и материальных затрат.

Применение водного раствора ¡иприта натрия как 'химического реагента, препятствующего смора-глваппо грунтов, открывает широкие возможности для интенсификации возведения зоуляшх сооружений и других объектов, связанных с разработкой мерзлы:-: грунтов в зимний период, а соответственно будет способствовать ускоренному развития северных и восточных регионов страны.

4. Соттячонотвовзи?*) технологии воздвгения зпм.п-иого полот-тд лосороаны" автогт.бильных тюоог в п"--;::;;

яэршз.

Технология возведения земляного полотна лесовозных автоко-•бильиых дорог в зимнее время имеет своя специфику, которая со-• стоит в том, что при сравнительно пг.еком техническом потенциала .леспромхозов необходимо обеспечить разработку грунта в карьере с ?г::и:мальпой оиергоеикоегь'з, сохранить грунт в талом состоянии

при его транспортировке, произвести отсылку земляного полотна с последующкм уплотнением в сяатке сроки'при высоком качестве.

В блшайшзй перспективе существуйте технологии не смогут обеспечить офлективное строительство земляного полотна лесовозных автомобильных дорог в з;2/.н;й период. Поэтому необходимо создание новы:-:, более эффективных технологий возведения земляного полотна лесовозных автомобильных дорог при отрицательных температурах, что позволило бы не только снизить потребность з медных зеетеройно-транспортних машинах и затратах на возведение земляного полотна, ко и существенно улучшить экономические показатели. Вшолненпо поставленной задачи предусматривает создание технологии, обеспечивающей эффзктипность строительства земляного полотна в зимний период.

Особенностью зимнего возведения земляного полотна автомобильных дорог является высокая скорость промерзания конструкционных отсыпаемых слоев привозного талого грунта из карьеров.

Существующая методика расчета скорости промерзания не позволяет определить оптимальное время отсыпки и уплотнения земляного полотна. Кроме того, технологические параметры, обеспечивающие выбранную производительность, определяются без учета распределения потоков отрицательной температуры.

Изложенный во второй главе метод расчета использовался в полном объеме в двумерной постановке задачи для расчета теплового состояния отсыпаемого грунта в тело земляного полотна.

Расчет производился на ЭВМ с использованием метода сеток.

Особенностью учета различных типов грунтов'является использование зависимости рр

Показатель Р для различных видов.грунтов имеет определенное значение. ' ' , -

Формула зависимости собственно, величины от температу-

ры получена на основании следующих предпосылок:

начало замерзания воды соответствует температуре 0°С независимо от количества прочносвязанной воды, так как в любом случае некоторое, даже очень малое количество влаги, начнет кристаллизоваться;

при достижении температуры абсолютного- нуля (~273,16°С) все количество воды перейдет в твердое состояние..

На рис, 7 построены графя и изменении льдисгосги хрунтов от температуры воздуха. .■••

№

О,В

а4

Шг* 1 \ _

WW*"" \JL \2- \f-\A.

Ф/

№ |

hjy / - \l 1 t

-я

•¿с тм

rv.

Рис. 7. Зависимость величины'ладисюсги от температуры для различных грунтов: I-суглинок; 2-супесь;-3-песок, обработанные 20%-пюл в одни.! рас творог.; tfcr tfos ; 4-песок; 5-супесь; . . б-суглинок; 7-глина, на обработанные 20%-ным водным раствором //а Ус г

Анализируя зависимости (рис. 7) можно ■у'тверздать,' что в диапазоне температур от.-Ю°0 до -60°Сдля грунтов, обработанных 20%-ншл водным раствором УаА^, льдастость уменьшается в 1,5...2,0 раза.

На рис. 8 представлено распределение изотерм в насыпном теле земляного полотна за различные .промежутки времени. ...

По характеру расположения изотерм можно судить о том, что охлаждение насыпного грунта со стороны нижележащего (свободного) грунта • идет значительно медленнее по' сравнению с охлаждением со стороны воздуха.

Для оценки влияния глубины промерзания основного (свободного) грунта на скорость промерзания отсыпанного земляного полотна были проведены расчеты при А = 1,5 м и 3,0 м. Расчеты показали, что по величине (Tf'P) скорость промерзания грунта увеличивается не более чем на 10$ (при значениях толщины отсыпаемого конструктивного слоя земляного полотна 0,4 м; (ф'^^щж/Ь-т,5:,Г200 и ^•^•^при /¿=3 0 м~ 216 гр.ч. Замедление промерзания наиболее значительно при изменении Р.от 0,002 до 0,02 и в особенности до 0,05.

.Полевые исследования показали, что наиболее быстрое промерзание первого слоя, т.е. слоя, контактирующего с воздухом. С учетом ото-го обстоятельства величина h^ выбрана равной 0,4 м.

■ АнаЛизировата.четыре варианта расчета для грунтов: супесь и су-

глшш1.

Рис. 8. Распределение изотерм в песчаном насыпном грунте при различных промежутках времени

г г

с

■ =0,02; Ш =0,48665;

4- -1,6 м; /1Г =1,6 м;

П Рп =0,02, 1У .Рл = 0,48665;

с (Г

/гг =3,2 м; . /г, = 3,2 м.

В расчетных вариантах Ш к 1У (супесчаные и суглинистые грунты) бьито учтено действие 20^-го водного раствора нитрита натрия. На графике рис. 9 в координатах Т/) нанесены зависи-

мости, соответствующие указании: случая:.!. Внесение водного раствора нитрита натрия увеличивает время несмора-ивания грунтов.

Практически врегля промерзания первого конструкционного слоя на глубину = ОДЗЗ м (что является предельно допу-

стимым при отсыпке земляного полотна), и при максимально низких для территории СССР температурах, равных -60°С, составляет величин:/ ?м =1 час. М

О?

2 и __ г

* /р /\£_

^•оМ ЙГ

Аг ■

ТГ?[Гм]

Рис. 9.

л?

МО /Л7 £20

Расчетные варианты толпдан промерзаемого слоя земляного полотна п» в зависимости от градусо-часов: I - высота насыпи супесчаного грунта

- 1,6 м; 2 - высота насыпи из суглинистого 1рунга Пг- 3,2 м

Опытные участки земляного'полотна с применением 20^-го-водного раствора МагА/Я^ общей протяженностью более I км были заложены в декабре 1984 г. на Илекской лесовозной автомобильной дороге в Вологодской ойл. Температура воздуха в этот период находилась в диапазоне, от -25°С до -30°С.

Полевые измерения температуры грунта в конструкционных слоя земляного полотна производились согласно ГОСТу 25358-82 (грунты,

— -

метод пологого опрсдояопгл температуру). На все:: опытны;: учсогтгг.;: по внсоте отсыпаемого г.опструкциокнсгс слоя dr.7:;: установлен!" лат-"пл:п температуры (спай дромель-капе."'). Разн::дп в сопротивления:: :то превышает 0,01 ом. Па каждой ';о:в:с замеров Ü::ar по ввесто ал о л /í = 5 см) било ввдшошо белое 20 замеров с ношдап црпборг. Ш-63. Статистическая обработка залсроитя температур показала, что реальная температура б конструкционных слоях отсыпаемого грунта с применением 20?'-го водного раствора //аЩсовпадает с лабораториям;; и теоретическими исследованиями по токщшурному рэг.':-ну отсыпаемого земляного полотна. Анализируя теорэтичоские п экспериментальные исследования по скорости промзрзания конструкциоп-ннх слоев земляного полотна можно сделать вывод о то:*, что применение 20/5-го водного раствора /^//Л расширяет диапазон носмер-заемости грунтов и позволяет качественно выполнить все операции по уплотнению грунтов.

наблюдения за до Формат и'ямп земляного полотна опытных участков показали,. что там, где его возводили с прнмояешгогд 20^-ю водного раствора нитрита.натрия; вспучивание земляного полоты-составило но с>ояоо I см при йпвелпрозаяяк с кагом отмото;: 42 . без применения - 2...3 см. Опытные участки находятся в сксплуг--тации уг.о более 4 лот, :: их состояние хоровое.

. .Вашша фактором устойчивости земляного полотна являотзя качество ого уплотнения. Больмой nmas уплоткяхвдх маг"!; в и-хоЛ страна по тегшюг mxasnx сомнений п их необходимое?::. 3-го :::,-время в ск -vene предприятий Миялоопрош СССР практически пет уплотняю::;:;:: мап::я. В связи с от::?.: омлл прсгедскн опыт:: по гыягле-HI-0 возможности уплотнения земляного полотна самосвалами, :.":ос:-вутедол в продсссо сгскпки земляного полотна, с регулпролко? :::: движения по мирные зомляксго полотна. ría основан::;: ынегочнеле::-ных опытов па рис. Юпрздстаглона экспериментальная оптимальной уияоткязя^й нагрузки, создаваемой ппевматкчесни::;: пинами груженных и порожних автосамссзалов, участвуете в вождей:;;: земляного полотна.

Поело обработки окспоркхзнвамнкх дшшнх (по прогрхг.з :.::::.-геоакторных зависимостей), уравнение рогрзсс:::; имеет в::д:

У= г- S/-S, ZûcT с у X. ; I': )

Анализируя зависимости, приведенные па рис.10, мемно отметить, -г/о существует суутгциокатькая зависимость мзмду опт:г:пл;->-

коИ J«a™JiOCïK3 и коо.'Т.пцкокготл уплотнения.

&Х

25

I £ *

-

N 1 с ■ А. < Щ о — ОС о

( с о] О

.у с л/ ЧХ* < \ и.

V /

—Рол

-, *

41

/В |

1

! 1

0,94 0,95 0,95 0,91 0,3$ 0,95

} Лу/гл,

8 №

4

Рис .10. Экспериментальная зависимость изменения

оптимальной нагрузки (Рптт„ ) и оптимальной . ■ влажности С V опг ) прй"1'укатке земляного . полотна автосамосв4лами:Г- песок; 2 - супесь

Необходимо также учитывать то обстоятельство, в какое вреш года укладывается дорожная одедда.. При устройстве дорожной одел да вслед за зимней отсыпкой земляного полотна коэффициент уплоз нения долнен быть в пределах 0,98...1,0. В том случае, если усз ройство дорожной оденды будет происходить в летний период-или в исследующие годы, коэффициент уплотнения земляного полотна, с учетом летнего движения транспорта по нему мсдзт быть снижен до»0,95 в верхних слоях и до 0,9 в низших слоях. .

.Полевые экспериментальные работ в весенний период 1985 г. на исследуемых участках земляного полотна предусматривали заме] влажности,' плотности, шдуля упругости и .процентного содержанш //аЛ№>. Согласно действующим ГОСТам определялись основные физ! ко-механические свойства грунтов. Модуль упругости земляного пс лотна и дорожной гравийной одеады определялся набором штаг,шов 0 30,34'и 50 см щш их поочередном нагруяении гидравлическим, домкратом. .■■■■•■'.' '

, В качестве противовеса при нагрузке штампов использовали аз тосамосвал. ЗЯ1-555, нагруженный грунтом. . .

Исследования по определению модуля упругости били выполнены ; полевых и лабораторных'условиях на образцах, изготавливаемых ) приборах стандартного уплотнения при расчетной влажности и

[лотности.

Анализируя экспериментальные зависимости (рис. II), можно 1тметить положительное влияние 20^-го водного раствора Ma га величину модуля упругости.

Применение 20$-го раствора нитрита натрия обеспечивает тех-цгческую и технологическую возможность качественного сооружения ¡емляного полотна лесовозных автодорог в зимний период, а соот-зетственно, круглогодичное строительство.

5. Разработка новых рабочих органов дорожных машин и область их применения в условиях зимнего возведения земляного полотна лесовозных автомобильных дорог .

В нас тощее время промышленность требует создания экономичных и эффективных машин для разработки мерзлых грунтов, с помощью которых можно с минимальными энергозатратами производить разработку мерзлых грунтов. Для этого необходимо на стадии проектирования машин знать .напряженно-деформированное состояние грунта, возникающее з результате его взаимодействия с рабочими органами машин.

- ' Определение напряжений и деформаций в грунте при работе зем-леройно-транспортнкх машин представляет собой сложную задачу по следующим причинам. Во-первых, величины напряжений и деформаций зависят не только от свойств грунта,на и от геометрической формы рабочего органа, от усилия, передающегося с его помощью на грунт, т.е. при решении задачи должны быть в достаточно полной мере учтены условия взаимодействия машин с грунтом. Во-вторых, сам грунт представляет собой сложную среду. Поэтому при описании' свойста мерзлых грунтов необходимо использовать теории, которые позволят учесть основные закономерности поведения рассматриваемой среды, и в то же время позволяют использовать для решения конкретных задач хорошо разработанные методы механики сплошных сред.

В настоящей главе рассматриваются: теоретические основы учета нелинейных свойств мерзлых грунтов; теоретические основы и экспериментальные исследования многоярусного клиновидного вибрационного уплотняющего рабочего органа; анализ разработанных автором конструкций рабочих органов землеройных, землеройно-транс-портных и уплотняющих машин. Анализ разработанных автором новых

■ Рис. II. Экспериментальная зависимость изменения модуля упругости различных грунтов различной плотности и влажности:

а) песчаных \</0 = 10%, ¿^ - 1,88

б) супесчаных ¿о= 2,08;

I</л - грунты, имеющие влажность \х/= (0,6...0,7) \*/опт, а затем л/по^пчоооио ппп.фпоппм Л/-,Л/Оэ по соответствующей влажности

- 33 -

сонсгрукций рабочих органов дорожных машин основан на получении ювих решений при формировании из новых шдифицированных элемен-гов ноеой структуры будущей машины.

Теоретические основы учета налинойных свойств мерзлых грунтов

При выборе расчетной модели мерзлого грунта для определения 5го напрякенно-деформированного состояния при нагруязнии рабочими органами различных маши необходимо уметь учитывать упругие, гластические и вязкоупругие свойства грунтов, их изотропию, орто-гропию или, в самом'общем случае, анизотропию.

Учет особенностей поведения грунтов , являющихся сложных."! композитными средами с нелинейными реологическими свойствами, необходим для уточнения натфяжеппо-деформированного,состояния, определяемого по соотношениям линейной теории упругости. Как правило, учет нелинейных свойств среды приводит к снижению значений развивающихся в ней напряжении, а, следовательно, кознет привести к снижению проектируемых потребностей грунторазрабатывающа машин.

В случае упругой сяимаемости материала зависимость меаду компонентами тензора напряжений и' тензора деформаций может быть .записана в терме -

+¡41 - г)аг, (ш

где /?(¿')- ядро релаксации материала; К - модуль объемного сжатия; сС- коэффициент линейного расшпрегаш; ЛТ- действующий температурив перепад; 9~ ¿¡^ ~£„ +- объемная деформация; - дельта-функция £ ^^ ¿/Г. = \ при (.£} приведенное время ({'-■/ ■ " ■ ) V 1 I, при г «у * ат(ч

йт - коэффициент температурного смещения, входяияй в формулировку принципа температурно-вроменкой аналоиш.

Поведение среды, описываемое данным уравнением, характеризуется не только мгновенными деформациями, но и значениями деформация в предыдуаде моменты времени.

Рассматривая случай осесЕммстрп,шого нагруг.ония в цилиндрической системе координат, полупил следующее соотношение для связи компонентов напряжений и деформаций на Л"-см и / -см ¡лагах рекуррентного процесса:

KB l%25(6?- f)-^ (0 «-<! eu^B^'L - 2 GT (в'*"] f'^-JKcCr" ;

Следовательно, задача сводится к решению системы уравнений

[л][сю:

причем при Л'= I решается задача линейной теории упругости. В отличие от цредадущего пункта при реализации процесса на каждом последующем шаге пересчитываются по найденным- на предыдущег шаге значения компонентов напряженно-деформированного состояяю функции й)(вСк-°, е(*">) и у (в'*-", е (*тЧ)

вместо функций Je, Л (¿к-^к) в задаче линейной те<

рии вязкоупругости. . ..

В настоящем разделе получены следующие результаты: сформул!фованы основные принципы реализации метода конечны элементов для решения задач механики мерзлых, грунтов. При-этом в виде, удобном для программирования'записаны соотношения линейной теории упругости; •

разработана методология, позвсшяюпш путем численной реализации свести решение задачи учета вязкоупругих. свойств мерзлых грунтов к решению последовательности.задач линейной теории упр гости. Получены соотношения, необходимые для организации шагов го метода A.A. Ильюшина; . . •

разработана методология, позволяющая путем численной реали зации свести решение задач учета нелинейных особенностей швед ния мерзлых грунтов (в том числе его упруго-пластических свойс к рекуррентному процессу, основанному на решении на каддом его этапе задачи линейной'теории-упругости. В основу процесса поло «ен метод упругих решений. ....

- 35 -

Разработал конструкция нотгх рабочих'органов рыхлителей, одпоков":отх гжскавптороп, бульдозеров и уплотняющих упнктн

Приведены конструкции работах органов рыхлителей и одноковшовых экскаваторов, разработанных автором. Отмечается, что для разработки мерзлых грунтов целесообразно использовать сочетание рыхлителей и экскаваторов с активным рабочим органом.

Разработанные автором настоящей работы конструкции бульдозеров отличаются наличием оборудования для нарезки продольных и поперечных щелей в массиве мерзлого грунта.

Дан анализ новых рабочих органов уилотняюпрлх машин, закапанных авторскими свидетельствами на изобретения, отличакшцюся принципиально Н0ВЫ1.1 воздействием рабочего органа на уплотняемый материал.

Разработка конструкции, теоретические основы и экспериментальные исследования клиновидной, многоярусной вибрационной , .однопроходной грунгоутютняютй маиины

Повышенные требования, предъявляемые к земляному полотну, отсыпаемому в зимний период, определяют постановку вопроса о создании уплотняющей машины, которая могла бы уплотнять максжлалькый слой отсыпаемого грунта с высоким качеством.

3 отличие от применяемых в настоящее гремя катков и грунтсуи-лотняющих машин памп разработана конструкция многоярусной клинообразной' вибрационной установки с целью повышения эффективности и сшкония энергоемкости процесса уплотнения грунта. Рабочие органы продг "авляют собой клинья, каждый из которых жестко прикреплен к регулируемой по высоте стойке, которая в свою очередь кропится к подпружиненной и сарнирно соединенно:! плогрдко. на которой расположено вибрационное устройство, создающее направленные вынулдешшо колебания '(а. с. .'? 1548342).

Для расчета кривизны гипотенуз пой грани клиновидного рабочего органа теоретически получопа следующая зависимость:

/, (21)

где а ~ дайна рабочего органа; Ьо - длина кривой годограф;!; С - параметр, харакгорпзуиЕгзй ^шзшсо-лЕканнческке свойства грунтл; - текущая координата перемещения рабочего органа.

По Д1НКЫИ уравнения (21) построен график и изготовлены клиновидные рабочие органы с итотонузпой гранью, соответствующей теоретическому профилю.

- 36 -

Приводятся результаты экспериментальных исследований клинообразного вибрационного рабочего органа на различных режимах его работы. • .

Объектом измерений при работе уплотняющей установки в различ ных режимах были: величины тягового усилия (тензометрическое зве но): виброускорение " а ", виброскорости " V ", виброперемещения " " (датчик вибрации КЗ -35) и напряжения в массиве грунта пор рабочим органом (месдозы).

Тяговое усилие посредством тягового звена, а давление грунта на различной глубине с помощью месдоз, измерялись и через усилитель 8-АНЧ-7М фиксировались на осциллографе Е-115.

Виброскорость, виброускорение п виброперемещениа измерялись посредством датчика вибрации КД-35, передавались на виброизмеритель £//212 и фиксировались на осциллографе Н-115.

На рис. 12 представлена экспериментальная зависимость измен; яия средней амплитуды колебания грунта от параметра "Р". С увел: чением параметра "Р" увеличивается среднее значение амплитуды к> лебанкй. При выполнении серии этих опытов было установлено, что с увеличением параметра "Р" независимо от типа грунта возрастае среднее значение амплитуды колебаний.

[

! I

о,8 0,7 О,В 0,5 оА 0,3

оА 0,6 0,8 {.о и Г.6 Параметр „ Р"

Рис.12'. Зависимость средней гмплитуды колебания грунта от паоаметра "Р": I - песок; 2 - супесь - при

А

= 50 гн; I* - песок; 2' - супесь - при/= 60гц; - песок; 2" - супесь --при / = 40 гц

Представляет интерес зависимость коэффициента уплотнения от времени действия клиновидного вибрационного рабочего органа на уплотняемый материал (рис. 13). На рисунке заштрихованная зона соответствует К^ , равному 0,98. Зона слева от прямой, пересекающей кривые I и 2, характеризуется К^гпл , равным 0,95. Проведенные исследования показали, что время воздействия на грунт клиновидного, вибрационного рабочего органа 10 с является оптимальным и обеспечивает коэффициент уплотнения 0,98.

§ ■ч

{.о

0.9

5 о.в

VI

Г

^ 0,5 ! 4 ОЛ

/

\2

10 Бремд*

/г

го

г5

¿[с]

Рис. 1С«. Экспериментальная зависимость изменения коэффициента уплотнения от продолжительности вибрирования. I - посок; 2 - супесь; рт^я-зопа. где К =0,98

Выполненные исследования показали высокую эффективность работы многоярусной клиновидной уплотняющей машины, позволяющей рсзк' сократить продолжительность цикла уплотнения, снижая при это:! энергоемкость самого уплотнения в 6...10 раз.

6. Сохранение природной среди при возведении . земляного

полотна

Использование водного раствора нитрита натрия потребовало проведения исследований с цельп выявления его влияния на рост и продуктивность лоскых культур и травянистой растительности, произрастающей в полосе отвода лесовозной автомобильной дороги.

В качестве исследуемого объекта были выбраны 3-летние саженцы ели при закладке школы. Поливка саженцев в весенний период 20%-нт водным раствором нитрита натрия в количестве 10...30 г

на один саженец через 10 дней дает хорошие результаты. Эффективность влияния 20$-го водного раствора нитрита натрия оценивалась биомассой. Повторность опытов составляла не менее 16 при ошибке 8% и вероятности 0,95.

При поливе саженцев 20^-ным водным раствором нитрита натрия было установлено, что по сравнению с контрольными саженцами в первый год роста увеличились: высота на 14-16$, диаметр корнеЕой шейки на 50$, биомасса хвои на 20$, биомасса ствола на 60$, а. корней на 24^.

На следующий год при аналогичном введении 20^-го водного раствора нитрита натрия происходило пропорциональное увеличение биомассы надземных органов и корней.

При введении 20%-го раствора в количестве 200...250

на один саженец наблюдались частичное пожелтение хвои и замедление роста биомассы надземных органов и корней.

Объясняется это тем, что при произрастании глюкофитов в весе;: нпй период вода испаряется, а соли остаются в верхних слоях почвь Внесение избыточного количества 20%-то водного раствора повышает солевые ожоги. Избыток соли сказывается на фазе растяжения клетот и несколько слабее на фазе их деления (эмбриональный рост). Чрезмерное засоление влияет на фотосинтез и дыхание, а также на активность ферментов, выраженную в том, что клетки переполнены краз малом, а избыток азотистых веществ растение не может использоваи

С целью выявления влияния 20%-го водного раствора на травы, произрастающие у дорог, были выполнены эксперименты.

В течение мая,- июня с интервалом в 10 дней опытные участки возле лесовозных автодорог поливали 20^-ным водным раствором Мех № О £ в различных количествах, лАг.

Методика определения влияния водного раствора нитрита натрия на прирост биомассы трав заключалась в том, что в период созревания трав на исследуемых и контрольных участках производились скашивание , а затем раздельная сушка и взвешивание сухой биомассы.

Повторность опытов для каждой исследуемой площади в I м2 при различных дозировках 20%-го водного раствора Л^-Л^составила не менее 12 при ошибке 10% и вероятности 0,96.

При выявлении оптимального количества водного раствора с позиции его влияния на прирост биомассы трав было установлено, что наиболее эффективным является внесение водного раствора от 2,5 до 3,5 л/ьг. Дальнейшее увеличение количества 20$-го водного раствора Л^У^ снижает биомассу трав и при расходе 10 л/г?

биомасса трав уменьшается на 70^. Необходимо отметить, что при вп-падении осадков происходит вымывание азотистых соединений и перемещение их в нижние слои грунта.

При вводе 20%-го водного раствора нитрита натрия при возведении земляного полотна расходуется 4,0 л на I м3 грунта. Проникая в грунт, концентрация его убывает до 4^-го водного раствора нитрита натрия, что в пересчете составляет менее 0,1 г на 100 г почвы, и по классификации засоленности почв они считаются незаселенными.

Таким образом, применение 20^-го водного раствора нитрита натрия в зимний период при возведении земляного полотна не является экологической опасностью для животных и растений.

В связи с тем, что при утеплении дневной поверхности карьеров были заложены опытные участки с применением полимерных пен и пено-пластав, наш была поставлена цель проверить их влияние па рост злаковых, на примере пшеницы.

С целью определения влияния формальдегида, выделяющегося из полимерной пены и пенопласта на рост семян пшеницы, были выполнены опыты.

Методика опытов выглядела следующим образом. В стеклянные емкости вместимостью 0,5 л- вносили на 100 г почвы. Почву перед по-сеэом семян увлажняли до влажности, равной 60% полной влагоемко-сти. В каддул емкость после посева семян пшеницы на дневную поверхность почвы закладывалась пена или пенопласт с содержанием формальдегида 2,5 мг/г. 3 других емкостях пена и пенопласт перемешивались с почвой от 0,2 г до 4 г на 100 г почвы. Эталоном для контроля были семена пшеницы, выращенные без наличия пены и пенопласта. Емкости с посеянными семенами пшеницы находились в условиях комнатной температуры.

В емкостях с максимальным содержанием полит,верной пены и пенопласта (4 г на ICO г почвы) семена пшеницы проросли плохо , /корневая система развита слабо, стебли пшеницы невысокие. Полимерная пена и пенопласт в этом варианте оказали отрицательное действие на прорастание семян пшеницы.

Аналогичная картина с отрицазельннм влиянием выделяемого формальдегида на рост пшеницы зафиксирована при уклад?« 2 г полимерной пены или пенопласта на 100 г почвы.

.3 ваоианте, где полимерная пена или пенопласт находились в количестве I г на 100 г почвы, семена пшеницы проросли хорошо и следов поражения корневой системы и стеблей не зафиксировано.

На основании результатов исследований можно сделать вывода о том, что наличие полимерной пены и пенопласта при концентра-

- 40 - .

ции их ог 2 до 4% с содержанием формальдегида 2,5 т/г отрицательно сказывается на росте семян пшеницы. Концентрация пены иди пенопласта от 1% -и пике практически не оказывает отрицательного влияния на всхокесть и рост зерен пшеницы.

7. Оценка эффективности методов интенсификации возведения земляного полотна лесовозных автомобильных дорог в зит.'лих ..■■;.. условиях

Расчет экономической эффективности утепления грунтовых при-трассовых карьеров заключается в учете всех затрат по нанесению утепляющих материалов на дневную поверхность грунтовых карьеров па период их действия, ноябрь-карг.

Приведенные трудозатраты нанесения утеплителя бшш определены в соответствии со СН 423-71 (см. табл. I).

• V ' • Таблица I

Трудозатраты нанесения утеплителя

Тип покрытия !. •..•/■' Трудозатраты в чел.час

Г ! Москва ! Вологда • • 1 ; ! ' Сверд- .! , ловск , Ново-ОИб!фСК

Быстротвердеющая пека • 0,128 0,164 0,226 0,420

Опилки плюс пенопласт . 0,134 0,244 0,278 0,560

При выполнении расчетов по трудозатратам нанесения утеплите' ля бшш учтены стоимости материалов и услуг машин, требующихся при нанесении утеплителя.' Зарплата рабочих была учтена при оггре делении себестоимости покрытия. 'v

Стоимость материалов определялась с учетом их расхода и пла ново-расчетных цен. Были учтены наценки снабженческих организац в размере 3,5$ и заготовительно-складские расходы в размере 1,5 Цены на смолу определяли по Прейскуранту ft 04-02, на опклки -- $ 07-03.'

По Прейскуранту № 10-01 определяли стоимость ж/д перевозок, с той;,меть автотранспортных услуг определялась по Прейскуранту № 13-01-02 с учетом поправочных коэффициентов для данного регис Для регионов Вологды, Свердловска'и Новосибирска учтены пояспые коэффициенты к зарплате рабочих. Себестоимость нанесения полиме ной пены рассчитана с учетом ее кратности.

В табл. 2 приведена стоимость нанесения утеплителя для различных регионов страны. . ."

Таблица 2 ' Себестоимость'нанесения утеплителя

Вид утеплителя •

пены

I

Себестоимость нанесения I м' утеплителя в руб.

.у а^а^иш^чл и у.у*-'*

Москва ! Вологда ! Сверд- ! Ново-I I ловск ) сибирск

Полимерная пена 20 1,65 1,86 Г,92 2,05

30 1,20 1,60 1,85 ■ Г,90

Опилки плюс

пенопласт - 1,70 1,78 1,84 1,96

Таблица 3 Капитальные влояения, расходуемые на нанесение утеплителя

Вид утеплителя Капитальные вложения в руб. на I м3 утеплителя

Москва I Вологда ! Сверд- ! Ново, . ! ловск I сибирск

Полимерная пена 30 ' 0,42 0,44 . 0,48 0,56 Опилки плюс пенопласт ■ 0,38 0,31 0,36 0,54

Приведенные затраты по нанесению утеплителя рассчитаны на единицу площади (см. табл. 4). Таблица 4 П..,¡веденные затраты нанесения утеплителя

Тип утеплителя Приведенные затраты в руб./м2

Москва ! Вологда Т Сверд- ! Ково-, , ловск ! сибирск

Полимерная пена К = 20 0,23 0,31 0 ,37 0, 43

Полимерная пена К -- 30 0,21 0,26 0 .34 0, Л Л

Опилки плюс пенопласт 0,23 0,29 0 ОО 0, 40

Традиционный утеплитель 0,34 0,42 0 ,54 0, 52

Анализируя шпзико-технические и экономические показатели различных типов утеплителей, глозяо сказать, что наиболее сффзккгзнкм утеплителем является слой опилок, укрытый сверху пенопластом.

Слой грунта, перемешанный с 205-яид водпгсл раствором, проявляет себя как теплоизоляционный слой, прашистаукпуй проникновению холода в массив грунтового карьера. :

• Необходимо отметить, что предохранение} грунтов от промерза-

ния с помощью 20%-то водного раствора А^//^, позволяет попользовать обычные землеройяо-транспортнне маишны, что в свою очередь позволяет ликвидировать сезонные простои этих машин.

В табл. 5, согласно расчетам, выполненным по стандарт!шм методикам, приведена стоимость и трудоемкость работ при подготовке грунтов к разработке в зимний период в Вашкинском ЛПХ Вологодской области.

' Таблица 5

Стоимость и трудоемкость работ при подготовке грунтов в зимний период в Вашкинском ЛПХ Вологодской области

! Химический метод ! Рыхление

Показатели 1-;-г грунта

• Внесение ! Внесение ¡Среднее * клин-бабо:

! раствора со-| раствора значение! на экска-

I ли в грунт ' соли через "по п. 2 , ваторе ! шурфы !и 3

1. Себестоимость „ . подготовки 1м

грунта в руб. 0,27. 0,32, 0,29 0,75

2. Себестошлость : . ' . подготовки 1000м

грунта в руб. 270,0 320,0 295,0 750

3. Трудоемкость _ подготовки 1м

грунта к разра- '

ботке, чел-день 0,28 0,42 0,35 0,05

В табл. 6 приведена трудоемкость и себестоимость засоления I ь? поверхности грунтовых массивов 20$-ным водным раствором

Таблица 6 ■

Трудоемкость и себестошлость засоления I г? поверхности . ■ грунтовых массивов

Способ засоления ! трудоемкость ! Глубина промерза-! Себестоимос!

I чел.-дни } ния, м , руб.

1л'асе\#амг\ //асе М/в//Ог \ МаСеи/аМг

Готовый раствор с бурением скважин 0,02 0,02 0,8... 1,2 0,7 0,42 0,34

Внесение водного раствора солей на дневную поверхность грунтового •

массива 0,005 0,004 0,8... 1,2 0,7..J0,8 0,23 0,18

Полная сопоставимая себестоимость работ определится по формуле

Сп.с. --(А-*8)(/+Хл.и), (22)

где 4 - прямые затраты (эксплуатация.машин, затраты на материалы, заработная плата рабочих при машинах); . ' В - накладные расхода по нормативу; „ - плановые накопления в тысячных долях от суммы прямых и накладных расходов, равные 0,025. .

Величина накладных расходов рассчитывается по'формуле

3 =0, +а+8, (23)

где 0,1075 А - условно-постоянные затраты, составляют 61,4% от общей величины расходов; "

а - затраты,' зависящие от трудоемкости работ и равны 1,54 руб. на ка-кдый чел.-день;..

. £ - затраты, зависящие от, основной заработной платы и составляют 16,455 от ее.величины.

В табл. 7 приведены основные технико-экономические показатели возведения земляного полотна лесовозных автомобильных дорог в Вологодской области. ! -

. Таблица 7

; Технико-экономические показатели возведения земляного . ' полотна

Техникэ-эконошческие 1 Возведение насыпи высотой

показе гели на I км , . 1,0. . .1,2 м ■

'.__? без //а//0г* 0 У* АГОг

Объем грунта, м3. 10000 . 10000

Себестоимость I ^грунта в деле • 0,35 0,35

Прямые затраты, руб. , 7800 ■ 8050

Трудовые затраты ч/день 280 . 285

Удельные капитальные' вложения,руб 6300 6700

Приведенные сопоставимые затраты . II200 II400

Фактически"! экономический эффект-от внедрения результатов исследований составил около 500 тыс .руб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОШ . -

Изыскание путей интенсификации зимнего возведения земляного полотна лесовозных автомобильных дорог являемся важной народнохозяйственной задачей. В результате проделанной работы автором диссертация получены следующие напболео суЕЗЭСтвеанвз ковыз положения и результаты:

1. Разработаны теоретические основы расчета эффективности утепления грунтовых притрассовнх карьеров различными теплоизоляционными материалами с учетом их физико-механических' свойств.

Полученная расчетная методика позволяет с помощью ЭВМ выполнять расчеты температурного поля при промерзании грунтов с различной величиной термического сопротивления искусственных и естественных теплоизоляционных материалов.

2. Разработаны методики испытаний и изучены основные физиво-механические свойства полимерных пен ш композитных теплоизоляционных материалов.

3. Разработана и апробирована в полевых условиях методика расчета различных грунтовых моделей с различными теплофизически-ми свойства".®. . • '• •

4. Выполненные лабораторные и полевые исследования позволили разработать новые теплоизоляционные материалы на основе полимерных пен, с использованием которых созданы более прочные и погодо устойчивые слои дая предохранения грунтовых притрассовнх карьеров от промерзания. . .

5. Разработаны теоретические основы расчета скорости промерзания откосов грунтовнх'притрасссвых карьеров и на основании прс веденных натурншс исследований получены к апробированы практические рекомендации по предохранению их от промерзания..

6. Разработаны и внедрены/в условиях леспромхозов новые технологии по подготовке грунтовых притрасссвых карьеров к их разрг ботке в зимний период. ...

7. Необходимое расширение сроков строительного сезона и пер1 хода к круглогодичному ведению работ потребовало разработай ряд положений по применению 20^-го водного-раствора нитрита натрия.

8. На основе теоретических и экспериментальных исследований выявлено Елияние 20%-то водного раствора нитрита натрия на процессы, происходящие в грунтах при засолении.

9. Предложена методика расчета количества водкорастворимой соли А'аЛ'&г > потребной для засоления дневной поверхности грунте притрассовых карьеров при их подготовке к разработке в зимний г ркод.

10. Экспериментальным путем на.образцах установлены основш строительные свойства грунтов, засоленных 20$-ным водным раствс ром Ма МО % . Доказано, что основные строительные свойства в эт< случае отклоняются от стандартных незначительно и находятся в допустимых пределах (десятых долей,' в редких случаях в 1,0...I раза, в среднем 20...30$ и не более50$).

- 45 -

11. Выявлено, что характер и величина изменений основных зтроителышх свойств грунтов, засоленных 20^-ным водным раствором '/аМОг , определяются минералогическим составом грунта, в частности, поглощающими катионами, а такие степенью засоления грунтов.

12. Искусственное засоление грунтов воднорастворимой солью вследствие несущественного снижения основных строительных свойств грунтов позволит применить эту соль как противоморозную дос5авку, предохраняющую грунты от промерзания при их укладке и уплотнении в тело земляного полотна, а также дополняюпото эти грунты до оптимальной влажности в процессе их уплотнения.

13. Установлено, что земляное полотно лесовозных автомобильных дорог, возведенное из тал г о: грунтов, обработанных по метода химической борьбы со смерзаемостью 20%-яш водным раствором Ма^г в количестве 1,5...1,8 л/ь?, при температуре до -30°С отвечает требованиям, предъявляемым к насыпям земляного полотна автомобильных дорог, возведенных в летнее время.

14. С-целью совершенствования методик расчета мерзлых грунтов на прочность разработаны:

- методология, позволяющая численным способом свести решение задачи вязкоупругих свойств мерзлых грунтов к решению последовательности задач линейной теории упругости;

- методология, позволяющая путем численной реализации свести решение задач учета нелинейных особенностей поведения мерзлых грунтов (в том числе его упруго-пластических свойств) к рекуррентному процессу, основанному на решении на натдом его этапе задачи линейной теории упругости.

15. Разработаны новые конструкции рабочих органов землеройных, землеройно-'фапспортпых и уплотняющих машин.

. 16. Теоретические и экспериментальные исследования показали высокую работоспособность разработанного автором клиновидного многоярусного вибрационного рабочего органа, открывающего новые технологические возможности по уплотнению свожотсыпанного талого грунта в тело земляного полотна при отрицательных температурах с толвзшой слоя грунта до 1,0 м.

17. Применение 20£-го водного раствора нитрита натрия в зимний период при возведении земляного полотна лесовозных автомобиль кых. дорог но представляет экологической опасности для шшотншс"

и растении.

18. Применение полимерной пени и пенопласта от I$ я :пг:э практически не оказывает отрицательного влияния на растения.

19. Экономические расчеты показываю? высонуа сфрокзивкость

разработанных технических решений по утеплении и засолению грунтовых массивов, применению солевых растворов при возведении земляного полотна, йри разработке новой техники, применяемой для ин тенсификации возведения зешяярго полотна лесовозных автомобильных дорог в зимний период. . ' : ;

20. Результаты исследований внедрены в производство в леспромхозах Западной Сибири,' Нечерноземной зоны СССР, с общим годо вым экономическим.аффектом около 500-тыс.рублей. -Таким образом, полученные в работе научные результаты и их приложения в целом можно.квалифитшровать как решение важной проб лемы, имеющей народнохозяйственное значение.

Перечень печатных работ по теме-диссертации" . В книге, '■•'.':■'-' ' '

1. Мигляченко В.П. Зимнее строительство лесовозных автомобильных дорог, - М. :; Шесная промышленность, 1988 г., -167 с.

В учебных пособия* ;

2. Мигляченко В.П. Зимнее строительство лесовозных дорог, М., МЛТИ, 1989 - .65 V.

3. Мигляченко В.П. Расчет на ЭВМ технологических параметров при возведении земляного полотна в зимний период, - '.!., МЛТИ, 1990 - 2,4 с."

В статьях f . • .

4. Мигляченко В.П. Возведение земляного полотна зимой. - Автомобильные дороги. 1986. № II, с. 12...13.

5. Мигляченко В.П. Новый метод подготовки грунтовых притрассовых карьеров, - Автомобильные дороги. 1987, HZ, с. II.

6. Мигляченко В.П. Пути снижения энергоемкости разработки мерзли грунтов, - Автомобильные дороги. 1987, № 3, с. 21.

7. Мигляченко В.П. Утепление грунтовых карьеров теплоизоляционны ми материалами, - Автомобильные дороги, 1987, Го 12, с. 9.

8. Мигляченко В.П. Скорость промерзания откосов грунтовых притра совых карьеров, - Автомобильные дороги, 1988, № 12, с. 7.

9. Мигляченко В1П. Химический метод обработки грунтов, - Гидрото ника и мелиорация, 1986, J5 10 - с. 17... 18.

10. Мигляченко В.П. Влияние водного раствора нитрита натрия на ра упрочняющие процессы в мерзлых грунтах, // Изв. вузов. Горный журнал. - 1987 - të 2, с. 23...25.

11. Мигляченко В.П. Подготовка грунтовых карьеров к разработке зи мой, - Лесная промышленность. 1986, № 8, с. 13.

2. Мигляченко В.П. Отсыпка земляного полотна зимой, Лесная промышленность, - 1986,'й II, с. 26.

3. Мигляченко З.П. Возведение земляного полотна в зимний период, Лесная промышленность, - 1987, 7, с. 22...23.

4. Мигляченко В.П. Осадка земляного полотна лесовозных автодорог. Лесная промышленность, 1987, У- 9, а . 27. .

5. Мигляченко В.П. Оценка уплотнения земляного полотно. Лесная промышленность, 1988, Л 12, с. 24.

6. Мигляченко В.П. Утепление грунтовых притрассовых карьеров, Лесная промышленность, 1989, №2, с. 30...31,

7. Миглячежо В.П. Возведение земляного полотна лесовозных дорог в зших условиях, // Изв. вузов. Лесной журнал, - 1985, Js 6, с. 38...41.

3. Мигляченко З.П. Диспергирующее влияние растворов нитрита натрия на мерзлые и талые групп:, // Изз. вузов Лесной журнал, - 1986, й 2, с . 41...43.

9. Мигляченко З.П. Обработка раствором нитрита натрия препятствует морозному пучению, Мелиорация и водное хозяйство -1983, Ус II, с. 30...31.

D. Мигляченко З.П. Применение водного раствора нитрита натр:" : на строительстве дорог зп.:ой, Механизация строительства -1987, 3, с. 12...13.

1. Мигляч'-гйо Б.П. Универсальный ковш. Механизация строительства, j.9^8 -.'55, с. 12.

2. Мигляченко В.П. Воздействие водного раствора нитрита патрона талые и мерзлые грунты. Основания, фундаменты и механика грунтоз. 1988 - .'5 6, с. 30 (статья депонирована ВШК:й).

0. Мигляченко З.П. Химический метод подготовки грунтов к разработке з зимних условиях. Строительство гоубопроводов. I9EG -а 4, с. 19. ■

1. Мигляченко З.П. Эффективность водного раствора нитрита натрия при возведении земляного полотна лесовозных дорог, // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1983, 6-е. IC0...IU3.

5. Мигляченко В.П. Подготовка грунтовых притрассовых карьеров к эксплуатации в зимний период, // Изз. вузов. Строительство и архитектура. I9S7, И 10, с..99.. .103.

3. ■ Мкгл-'чсш'.о В.П. Сопротивлониэ уплотнению промерзают грунтов

обработанных водным раствором нитрита наария, // Изв. вузов. Строительство я архитектура, 1988, ¡I 8, с. ICO...103.

7. Мигляченко В.П. Скорость промерзания земляного полотна, // Изв. вузов. Строительство и архитектура, 1989, й 10, о. 91...95.

28. Мигляченко В.П. Путах снижения энергоемкости разработай мер: лых грунтов при строительстве лесовозной дороги. Научные г ды. - М.: ШТИ, вып. 157, IS84, с. 67...72.

29. Мигляченко В.П. Научно-технические основы разупрочнения ме лых грунтов при возведении земляного полотна лесовозных до Научные труды, - М., МЛТИ, вып. 172, 1985, с. 72...83.

30. Мигляченко В.П. Интенсификация возведения земляного полотн лесовозных автодорог при отрицательных температурах. Научи труды. -М., !МТИ, вып. 177, 1986, с. 53. ..61. .

31. Мигляченко В.П. Теоретические основы расчета напряженного стояния в мерзлых грунтах. Научные трудн. М., Ш1ТИ, вып. I IS87, с. 49...55.

32. Мигляченко В.П. Теоретические основы утепления грунтовых п трассовых карьеров. Научные труды. М., МЛТИ, вып. 200, 1988 с. 14...25. "■

33. Мигляченко В.П. Теоротические.основы расчета скорости про:» зания земляного полотна. Научные труды. 1.1., ШТИ, вып. 212 1989, с. 89...94.

34. Мигляченко В.П. Устойчивость земляного полотна лесовозных томобильшх дорог. 'Научные .труды. М., ШТИ, вып. 226, Ï99C с. 70...78. .

35. Мигляченко В.П. Исследование эффективности угоготяеккя rpyf тов однопроходными многоярусными вибрационными рабочими ох ганами. Научнне труды. M., LUITH, вып. 226, 1990, с. 78... с

36. Мигляченко В.П. Химическое разупрочнение мерзлых грунтов. В сб. научных трудов "Повышение эффективности лесного кои лекса Карельской АССР". Петрозаводск, 1985, с. 59...60.

37. Мигляченко В .П., Пути снижения энергоемкости разработки ме; лых грунтов. В межвузовском сборнике научных трудов - "Ког лексная механизация .лесозаготовок и транспорт леса".-Л., J 1986, с. 55...53.

38. Мигляченко В.П. Диффузия солевых растзоров и их влияние н; устойчивость земляного полотна. В межвузовском сборнике н; ных трудов.-"Лесосечные, лососкладские работы и транспорт са". -JI., Л ТА, 1989, с. 116...119.

В авторских свидетельствах

39. Авт. св. СССРII6I67I. Экскаватор для разработки мерзло грунта, 1985 (соавг. Р.Г. Манукяя). Опубл. 15.06.85 БИ & ;

40. Авт. св. СССР is I2392I8. Бульдозер, 1986. Опубл. 23.06.86 БИ № 23.

. Авт. св. СССР й 1294932. Экскаватор для разработан мерзлых грунтов, 1986 (соавт. Л.П. Хорогаун, В.К. Гарматюк, И.М. !Лак-симкин). Опубл. 07.03.87 БИ й 9. . Авт. св. СССР № 1276753. Устройство для укладки рулонных материалов в грунт, 1986 (соавт. E.H. Щербаков, В.К. Гарматюк). Опубл. 15.12.86 БИ 1Ь 46.

Авт. св. СССР й 1377364. Устройство для разработки грунтов,

1987 (соавт. В.К. Гарматюк, С.А. Вагнер). Опубл. 29.С2.88 Ell .'S 8.

.. Авт. св. СССР В 1384669. Бульдозерное оборудование, 1987 (соавт. В.К. Гарматюк, Л.П. Хорошун, С.А. Вагнер). Опубл. 30.03.88 EM Ус. 12. ). Авт. сз. СССР !s 1364660. Экскаватор, 1987 (соазт. Л.П. Хоро-пун, В.К. Гарматюк, С.А. Вагнер, И.К. Царегордцев). Опубл. 07.0I.ii8 ЕИ I. i. Авт. сз. СССР .>.! 1388522. Машина для рыхления прочных и мерзлых грунтов, 1987. Опубл. 15.04.88 ЕИ .'?> 14. Азт. сз. СССР '.Ь I4S7I40. Рабочее- оборудование одноковшового оксказатсра, 1938 (ссавт.. Б.И. Кувалдпн, А.Л. Дегтярева, З.'К. Гарматш:). Опуйл. 23.03.89 Ш Ii II. 3. Авт..св. СССР .V I42QII3. Рабочее оборудование- экскаватора, .1983 (соавт. Б.П. Кувалдин, А.Л. Дегтярева, Б.А. Белоусов). Опубл. 30.03.88 БИ Уг 32. 3. Авт. св. СССР }'■. 1458494. Устройство для уплотнения грунтов,

1988 (соавт. А.Л. Дегтярева, В.К. Гарматш). Опубл. 15.02.89 . БИ ,'й С,

3. Азт. сз. СССР Уг 1454946. Устройство для бурения скважин, 1988

(соазт. 'К.Б. Бородина). Опубл-. 30.01.89 БИ .'г 4. [. Азт. св. СССР И 1479537. Устройство для разработай грунта.,

1989 (соазт. И.Н. Шутов). Опубл. 15.05.89 БИ 18.

I. Авт. сз. СССР № 1476075. Рабочий орган для рыхления мерзлых грунтов, 1989 (соазт. Б.В. Полозннкин). Опубл. 30.04.89 БИ У? 16.

3. Авт. сз. СССР 'Л 1482993. Устройство для уплотнения грунтов, 1989 (соавт. A.B. Матросов). Опубл. 30.05.89 БИ И 20.

4. Азт. св. СССР Ур- 1482991. Каток для измельчения и уплотнения грунтов, 1988. Опубл. 30.05.89 БИ JS 20.

5. Авт. св. СССР й 1484867. Устройство для очистки и планировки откосов, 1989 (соавт. Т.А. Сксробогатова). Опубл. 07.06.89 БИ К 21.

55. Лат. св. СССР. £ 1504312. Устройство для укладки гибких глс-кенгов защитите покрытий на откосы, 1989 {соавт. И.В. Силаев) Опубл. 30.08.89 БИ К 32.

57. Авт. св. СССР Я 1481334. Рабочее оборудование землеройной машины, 1939 (соавт. С.А. Зимина). Опубл. 23.05.89 БИ й 19.

58. Авт. св. СССР У» 1548342. Устройство для уплотнения дорокно-. строительных материалов, 1989. Опубл. 07.03.90 ЕЙ X 9.

59. Авт. св. СССР К 1550046. Бульдозер, 1989. Опубл. 15.03.90 . БИ 10,

60. Авт. св. СССР К 1571195. Рабочее оборудование для разработки мерзлых грунтов, 1990 (соавт. С.Н. Наголов). Опубл. 05.08.90 БИ 22.

61. Авт. св. СССР Ш 1583544. Устройство для предохранения огкосоз от промерзания» 1990 (соавт. В.А. Саблин). Опубл. 07.08.90

ЕИ ¿29. ■.-'.•-''.'