автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Обоснование сроков ограничения нагрузки на автомобильные дороги в период весенней распутицы в зависимости от природно-климатических условий

Введение

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Состояние вопроса регулирования водно-теплового режима земляного полотна

1.2 Анализ существующих нормативных и научно-технических источников по рассматриваемой проблеме

1.3 Существующие методы оценки прочности нежестких дорожных 22 одежд и грунта земляного полотна

1.4 Цели и задачи исследования

Глава 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Структурная характеристика исследований и планирование эксперимента

2.2 Методика экспериментальных исследований

2.3 Методика обработки результатов исследований

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ

3.1 Результаты экспериментальных работ на автомобильной дороге Хабаровск-Владивосток

3.2 Результаты экспериментальных работ на автомобильной дороге Комсомольск-Хабаровск 58 Выводы по главе

Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СРОКОВ ОГРАНИЧЕНИЯ СОСТАВА И ИНТЕНСИВНОСТИ ДВИЖЕНИЯ

4.1 Особенности водно-теплового режима автомобильных дорог на территории юга Дальнего Востока

4.2 Методы определения расчетных значений влажности грунта земляного полотна

4.3 Корреляция прочностных параметров грунта земляного полотна, в зависимости от климатических факторов

4.4 Расчетные схемы работы дорожной конструкции в экстремальных условиях эксплуатации неустойчивых участков автомобильных дорог

4.5 Оценка влияния характера нагрузки на прочностные характеристики земляного полотна и дорожных одежд в период оттаивания земляного полотна '

4.6 Предлагаемый метод расчета продолжительности и степени ограничения нагрузки на автомобильные дороги в период весенней распутицы выводы по главе

Глава 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОГРАНИЧЕНИЮ СОСТАВА И ИНТЕНСИВНОСТИ ДВИЖЕНИЯ НА

АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ В ПЕРИОД ВЕСЕННЕЙ РАСПУТИЦЫ

5.1 Рекомендации по расчету продолжительности ограничения движения с дифференцированием веса автомобилей для городских дорог

5.2 Рекомендации по расчету продолжительности ограничения движения с дифференцированием веса автомобилей для загородных дорог

Актуальность темы. Обеспечение стабильного водно-теплового режима автомобильных дорог является одной из основных задач научно-технического прогресса в дорожном строительстве, ибо нарушение водно-теплового режима * приводит к необратимым деформациям дорожных сооружений. В результате дорожная отрасль несёт прямые потери от затрат на восстановление автомобильных дорог и огромные косвенные потери от несвоевременной доставки грузов и значительного удорожания автомобильных перевозок.

Для того, чтобы обеспечить стабильный водно-тепловой режим автомобильных дорог, существует много методов, разработанных отечественными учеными. В большей степени эти методы относятся к вновь проектируемым автомобильным дорогам.

Технические нормативы эксплуатируемых дорог зачастую не соответствуют возросшим требованиям автомобильного движения. Особенно это относится к автомобильным дорогам рассматриваемого региона, техническое состояние которых значительно зависит от природно-климатических условий. В период весенней распутицы на автомобильных дорогах наблюдаются деформации и разрушения, обусловленные переувлажнением грунтов земляного полотна.

Повсеместное ограничение грузового автомобильного движения не всегда адекватно соответствует требованиям как по срокам, так и по весу транспортных средств. Отсутствие методик установления сроков ограничения автомобильного движения приводит к тому, что принимаемые решения зачастую запаздывают, а это сказывается на состоянии дорог в весенний период. Отмеченная проблема является еще более актуальной в связи с необходимостью обеспечения региональных перевозок, которые стали возможными в связи с вводом в эксплуатацию автодорожного моста через р. Амур в г. Хабаровске.

Целью диссертационной работы является разработка методики учета влияния природно-климатических факторов на состояние автомобильных дорог в период

4 : весенней распутицы для обоснования сроков ограничения автомобильной нагрузки в этот период. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1 Исследовать основные факторы, определяющие особенности водно-теплового режима земляного полотна и обосновать методы определения расчетной влажности грунта земляного полотна, характеризующей наиболее неблагоприятное состояние автомобильных дорог региона в весенней период.

2 Усовершенствовать методику определения характера изменения во времени прочностных показателей грунта земляного полотна в неблагоприятный период весеннего переувлажнения, обусловленного его оттаиванием.

3 Разработать методику определения расчетного периода ограничения автомобильной нагрузки на автомобильные дороги в период весенней распутицы.

4 Представить рекомендации по ограничению автомобильных нагрузок в период весенней распутицы на эксплуатируемых автомобильных дорогах южной части Дальнего Востока.

Объектом исследований являлись автомобильные дороги: Хабаровск — Комсомольск на Амуре; Селихино - Николаевск на Амуре; Хабаровск-Владивосток; Лидога - Ванино и городские автомагистрали г. Хабаровска в период весенней распутицы.

Научная новизна заключается в обосновании методики оценки прочностных параметров грунта земляного полотна автомобильных дорог в условиях весеннего переувлажнения, обусловленного процессом оттаивания; установлении зависимости между скоростью оттаивания грунта земляного полотна, его влажностью и периодом стабилизации прочностных свойств; разработке рекомендаций по учету напряженно-деформированного состояния дорожных конструкций при установлении допустимой нагрузки на автомобильные дороги в период весенней распутицы. 5

Практическая ценность заключается в разработке методики нормативного обоснования сроков ограничения автомобильной нагрузки на автомобильные дороги в период весенней распутицы, дифференцированно учитывающей общий вес транспортных средств и неблагоприятный характер оттаивания грунта земляного полотна.

Реализация работы осуществлена в практике по ограничению автомобильной нагрузки в весенний период на автомобильных дорогах Хабаровского края и города Хабаровска и подтверждена постановлениями мэра г. Хабаровска №267 от 02.03.99; № 198 от 03.03.00 г и № 203 от 01.03.01 и губернатора Хабаровского края № 215 от 02.03.99; № 95 от 27.03.00 и № 107 от 26.03. 01, а также «Рекомендациями по учету особенностей природно-климатических и конструктивных факторов при проведении мероприятий по ограничению движения автомобилей» для Управления транспорта, дорог и внешнего благоустройства г. Хабаровска.

Апробация работы. Основные результаты доложены на региональных научно-технических конференциях: «Дороги Востока» г. Хабаровск, сентябрь 1999 года; «Проблемы научно-технического и инженерного сопровождения строительства и ремонта автомобильных дорог в Дальневосточном регионе» г'. Биробиджан, ноябрь 2000 г; «Перспективы развития инфраструктуры городов Дальневосточного региона» г. Хабаровск, март 2001 г.

Объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и заключения, приложений и списка литературы. Работа изложена на 185 страницах машинописного текста, содержит 25 таблиц и 40 рисунков. Список литературы включает 117 наименований работ российских и зарубежных авторов. •

Выводы по главе 3

Проведенные исследования, позволили получить следующие результаты:

1 Характер оттаивания земляного полотна на опытных участках 98 км автомобильной дороги Хабаровск-Владивосток; 33 км автомобильной дороги Хабаровск - Комсомольск показан на рис.3.3 (а,б). Запаздывание оттаивания грунта под обочинами составляет более 10 суток. За этот период грунт под проезжей частью оттаивает на глубину динамически активного слоя. В последующем оттаивают дренирующие слои под обочинами и начинается процесс восстановления прочностных свойств грунта земляного полотна. а б

0.0 0.5 1.0

1.5

Рис. 3.3

2 Характер оттаивания грунта земляного полотна влияет на изменение влажности в оттаивающем слое. Как видно из рис. 3.4, влажность грунта в слое под дорожной одеждой увеличивается по мере оттаивания, при этом прослеживается период, в котором ее значения превышают начальные. ож олз

ОД1 ода

1 ОЛ7 л МЭ £ ОЯ | 8,79 а

Л У » —

У / ч

N т *

Г е? У ¿Г V ф* о* $ у ** У ч'и'»» <' / 1' Г;*/»'«*/»'»*»•!>*4Г

- а.д. Хабаровск - Владивосток 98-99 км а.д. Хабаровск - Комсомольск 33 км а.д. Лидога - Ванино

Рис. 3.4

Установлено влияние состава грунтов на характер влагонакопления. Наиболее неблагоприятными с этой точки зрения являются тяжелые суглинки. Обладая низким значением коэффициента фильтрации и высокой капиллярной влагоёмкостью, эти грунты способствуют влагонакоплению в наиболее активной зоне работы грунта земляного полотна.

По результатам исследований на различных глубинах, отмечено влияние продольного уклона на характер влагонакопления. Низкие значения влажности грунтов, на повышенных участках, где в результате оттаивания отток воды происходит по подстилающим слоям дорожной одежды, из-за невозможности просачивания влаги в нижележащие неоттаявшие слои земляного полотна. В связи с этим наиболее неблагоприятными участками являются участки на понижениях рельефа и продольного профиля, обычно содержащие искусственные сооружения, что способствует дополнительному влагонакоплению в грунт в период зимнего промерзания. На участках со значительным продольным уклоном автомобильных дорог, обычно на косогорах, наиболее значительное снижение прочности грунтов земляного полотна наблюдается непосредственно под основанием дорожной одежды (0,4-0,5 м). При этом наблюдается постепенное (закономерное)

62увеличение прочности на больших глубинах, что обусловлено низкими значениями коэффициента фильтрации подстилающих слоев и наличием неоттаявших грунтов на больших глубинах. 6 На равнинных участках наибольшее снижение прочности грунтов земляного полотна, наблюдается на больших глубинах (0,6-0,8 м), из-за невозможности свободного стока оттаявшей воды из под дорожной одежды.

Продолжение таблицы 3.4

1Д 2,14 1,70 0,16 600 340 0,82 0,46 1,78

0,5 1,98 1,64 0,01 560 360 0,76 0,49 1,55 Правая

0,7 1,86 1,47 0,04 430 320 0,58 0,44 1,32 сторона

0,9 2,04 1,32 0,04 560 280 0,76 0,38 2,00

1,2 2,10 1,80 0,12 600 380 0,82 0,52 1,50

А/д Хабаровск - Владивосток участок 98-99 км (сдвигомер - крыльчатка № 1)

13.05.99 0,6 2,45 1,70 1050 390 1,42 0,53 2,68 Испытания

2,35 1,60 970 340 1,32 0,46 2,87 через

2,40 1,70 1010 390 1,37 0,53 2,58 50 м

2,20 1,40 840 320 1,14 0,43 2,65

2,10 1,40 730 320 0,99 0,43 2,30

2,30 1,50 920 330 1,25 0,45 2,78

2,20 1,70 840 390 1Д4 0,53 2,15

2,20 1,70 840 390 1,14 0,53 2,15

А/д Хабаровск - Комсомольск участок №1 40-41 км (сдвигоме э - крыльчатка № 2)

20.05.99 0,6 4,10 3,00 1180 760 1,61 1,03 1,56 40+300

4,00 3,10 1140 800 1,55 1,09 1,42 40+350

4,55 3,80 1360 1060 1,85 1,44 1,28 40+400

4,85 4,00 1510 1140 2,05 1,55 1,32 40+450

5,00 4,30 1620 1320 2,20 1,79 1,23 40+500

5,40 4,70 1780 1500 2,42 2,04 1,19 40+600 отчет за преде- лами тори- ровки 40+900

Участок № 2 33 км (сдвигомер - крыльчатка № 2)

0,8 4,45 4,10 1320 1180 1,79 1,61 1,11 333+000

3,10 2,90 800 720 1,09 0,98 1,11 33+050 :

4,00 3,80 1140 1060 1,55 1,44 1,08 33+100

4,50 4,20 1340 1320 1,82 1,79 1,02 33+150

3,60 2,90 1020 720 1,39 0,98 1,42 33+200

3,90 3,10 1120 800 1,39 1,09 1,27 33+250

ПК 40+350

0,7 4,20 140 1,4 Мягкопластичный Правая сторона

5 < 180 < 1,8 Тугопластичный до полутвердого

0,7 4,50 153 15,3 Мягкопластичный Левая сторона.

5 <180 Тугопластичный до

• полутвердого

ПК 40+450

0,7 4,05 127 12,7 Мягкопластичный Правая сторона

5 < 180 <18 Тугопластичный до полутвердого

0,7 4,7 157 15,7 Тугопластичный Левая сторона

5 < 180 < 18 Тугопластичный до полутвердого

ПК 40+550

0,5 4,7 157 15,7 Тугопластичный Правая сторона

5 < 180 <18 Тугопластичный до полутвердого

0,6 4,7 157 15,7 Тугопластичный Левая сторона

5 < 180 <18 Тугопластичный до полутвердого

Участок № 2 33 км .♦

ПК 33+00

0,5 2,30 65 6,5 Текучепластичный Правая сторона

0,6 2,30 65 6,5 Текучепластичный

0,7 2,80 86 8,6 Текучепластичный

0,8 3,20 100 10,0 От тек/пл до м/пл

0,9 3,80 122 12,2 Мягкопластичный

1,0 3,80 122 12,2 Мягкопластичный

1Д 4,30 143 14,3 Мягкопластичный

5 < 180 < 18,0 От тугопластичного до полутвердого

0,5 2,30 65 6,5 Текучепластичный Левая сторона

0,6 2,60 75 7,5 Текучепластичный

0,7 2,70 80 8,0 Текучепластичный

0,8 3,40 110 11,0 Мягкопластичный

0,9 3,80 122 12,2 Мягкопластичный

1,0 4,60 152 15,2 Тугопластичный

5 < 180 < 18,0 От тугопластичного до полутвердого

ПК 29+900

0,5 2,6 75 7,5 Текучепластичный Правая сторона

0,6 2,7 80 8,0 Текучепластичный

0,7 1,8 54 5,4 Текучепластичный

0,8 зд 96 9,6 Текучепластичный

0,9 3,6 115 11,5 Мягкопластичный

1,0 4,7 157 15,7 Тугопластичный

5 < 18 От тугопластичного до полутвердого

0,5 2,55 73 7,3 Текучепластичный Левая сторона

0,6 1,9 59 5,8 Текучепластичный

0,7 3,4 58 11,0 Текучепластичный

0,8 3,6 110 11,5 Мягкопластичный

0,9 4,8 115 16,2 Мягкопластичный

162 Тугопластичный

13.05.99 А/д Хабаровск - Владивосток

Участок 98-99 км.

По результатам зондирования все грунты по состоянию следует отнести к тугопластичш э1м суглинкам. продолжение таолицы

20.05.99 А/д Хабаровск - Комсомольск

Участок 40-41 км.

Величина удельного сопротивления пенетрации >15 кг/см2, т.е. грунт земляного полотна по результатам испытаний статическим зондированием (пенетрации) на 20.05.99. следует отнести к суглинкам тугопластичным. :.:::::■;.:::.::;.,::