автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Разработка методов повышения транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог

На правах рукописи

Пономарев Александр Викторович

Разработка методов повышения транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог

Специальность: 05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, аэродромов, метрополитенов, мостов и транспортных тоннелей

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград 2009

003470799

003470799

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Липецком государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор

Бондарев Борис Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Подольский Владислав Петрович (Воронежский государственный архитектурно-строительный университет)

кандидат технических наук, доцент Алексиков Сергей Васильевич (Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет)

Ведущая организация: ГОУ ВПО Тамбовский государственный

технический университет

Защита состоится 18 июня 2009 года в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.026.04 в ГОУ ВПО Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б 203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан мая 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Акчурин Т. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время все более актуальными становятся проблемы повышения транспортно-эксплуатационных качеств городских автомобильных дорог. Наиболее важными становятся задачи повышения безопасности, увеличения скорости движения и пропускной способности дороги, технического оснащения и коммуникаций, архитектурно-эстетического оформления, снижения последствий воздействия автомобилей на дорогу и окружающую среду, а также другие задачи, составляющие весь комплекс транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог.

В утвержденной правительством Российской Федерации Федеральной целевой программе «Модернизация транспортной системы России на 2002-2010 гг.» поставлены масштабные задачи по обеспечению долговечности и надежности объектов дорожного хозяйства и оптимизации стоимости дорожных работ за счет применения прогрессивных технологий, конструкций, материалов, дорожной техники, современных методов организация дорожных работ, информационных технологий. Предусматривается строительство и реконструкция 11000 км автомобильных дорог, увеличение общей протяженности до 50000 км, существенное улучшение их состояния. Федеральный закон «Об автомобильных дорогах и о дорожной деятельности в Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» №257-ФЗ от 8.11.2007 к автомобильным дорогам общего пользования городского округа относит автомобильные дороги общего назначения в границах городского округа, за исключением дорог общего пользования федерального, регионального или международного значения, частных автомобильных дорог.

В г. Липецке общая протяженность таких дорог составляет 550 км, из них более 70% нуждается в реконструкции из-за их низкой пропускной способности. Под реконструкцией дорог понимается комплекс работ, при выполнении которых осуществляется изменение параметров дороги или ее участка, ведущее к изменению класса и (или) категории дороги, либо влекущие за собой изменение границы полосы отвода автомобильной дороги.

Эксплуатационное состояние - степень соответствия перечисленных параметров и характеристик дороги, инженерного оборудования, организации и условий движения, изменяющихся в процессе эксплуатации в результате воздействия транспортных средств, метеорологических условий и уровня соответствия нормативным требованиям.

Основными параметрами, характеризующими транспортно-эксплуатационное состояние дороги, являются:

- геометрические параметры, к которым относятся ширина проезжей части и краевых укрепленных полос, ширина обочин, продольные уклоны, радиусы кривых в плане и профиле, уклоны виражей и расстояние видимости;

- прочность дорожной одежды проезжей части и обочин;

- ровность и сцепные свойства покрытия проезжей части и обочин;

- прочность и устойчивость земляного полотна и его элементов;

- целостность и работоспособность водоотводных и дренажных сооружений;

- наличие и состояние элементов инженерного оборудования и обустройства дороги.

Пути и методы повышения транспортно-эксплуатационного состояния дорог общего назначения федерального и регионального значения достаточно подробно освещены в специальной научно-технической литературе. Для городских дорог информация представлена в меньшей степени, что позволяет сделать вывод об актуальности представленной диссертационной работы.

Цель работы. Разработка методов и рекомендаций повышения транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог на стадиях их проектирования, реконструкции, ремонта и содержания.

Для достижения этой цели решались следующие задачи исследования:

- провести анализ существующих методов повышения транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог;

- разработать методику по оценке прочности дорожных одежд на основе местных дорожно-строительных материалов;

- уточнить методы определения устойчивости откосов земляного полотна с применением конвертерных шлаков;

- разработать программный комплекс для оценки транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог;

исследовать вопросы стадийного повышения транспортно-эксплуатационного состояния городской автомобильной дороги;

- разработать методику определения показателей функциональности конструктивных элементов дорог городского округа;

- разработать способы оценки транспортно-эксплуатационного состояния при его стадийном повышении.

Научная новизна работы:

- проведен анализ существующих методов повышения транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог;

- изучены возможности применения местных дорожно-строительных материалов в элементах конструкций городских автомобильных дорог;

- предложена методика по оценке прочности дорожных одежд и их усиления в процессе ремонта с использованием конвертерных шлаков;

- уточнена методика определения устойчивости откосов земляного полотна из конвертерных шлаков;

- разработан программный комплекс для оценки транспортно-эксплуатационного состояния городской автомобильной дороги;

- разработаны методы и способы стадийного повышения транспортно-

эксплуатационных показателей городских автомобильных дорог;

- разработана система показателей функциональности для оценки транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог;

- уточнена экономико-математическая модель обоснования стадийного повышения транспортно-эксплуатационного состояния дорог городского округа.

Достоверность исследований и выводов по работе обеспечена методически обоснованным комплексом исследований с использованием стандартных средств измерений и подтверждается применением вероятностно-статистических методов обработки результатов испытаний, имитационным моделированием изучаемых процессов, экономико-математическим моделированием, а также опытными испытаниями и их положительными практическими результатами, не противоречащими выводам известных положений, сходимостью результатов испытаний.

Практическая значимость и реализация результатов научных исследований заключается в следующем:

- разработка рекомендаций по применению местных дорожно-строительных материалов в элементах конструкций городских автомобильных дорог;

использование методов стадийности повышения транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог;

апробация диаграмм изменения показателя функциональности конструктивных элементов городских автомобильных дорог;

разработка рекомендаций при строительстве «Объездной автомобильной дороги по улице Механизаторов в городе Липецке»;

- использование результатов диссертационных исследований при обучении студентов по дисциплине «Пути сообщения и технологические сооружения» на факультете инженеров транспорта Липецкого государственного технического университета.

Апробация работы.

Основные результаты проведенных исследований были доложены на:

- международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» в городе Пенза в 2006 г.;

всероссийской научно-технической конференции «Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства региона» в г. Волгограде в 2006 г.;

- международной научно-практической конференции «Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре» в г. Липецке в 2007 г.;

- на IV, V, VI, VII научно-технических конференциях «Современные технологии устройства и содержания дорожных покрытий» в г. Звенигороде в

2007-2009 гг, и в г. Сочи в 2008 г.

Публикации.

Результаты диссертационной работы опубликованы в 9 научных статьях, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК РФ для кандидатских диссертаций.

На защиту выносятся:

- методика по оценке прочности дорожных одежд городских автомобильных дорог и их усиления на основе местных дорожно-строительных материалов;

- методика определения устойчивости откосов земляного полотна с применением конвертерных шлаков;

методика по определению показателей функциональности конструктивных элементов городских автомобильных дорог и сооружений;

- программный комплекс по оценке. транспортно-эксплуатационного состояния городской автомобильной дороги;

- теоретические исследования по стадийному повышению транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог;

- методика по оценке транспортно-эксплуатационного состояния при его стадийном повышении.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и основных выводов. Она включает 207 страниц, из них 203 страницы основного текста, 30 таблиц, 49 иллюстраций, 115 наименований используемых источников и 3 приложения.

Содержание работы

Во введении определена актуальность темы, цели и задачи работы, научная новизна, основные положения, выносимые на защиту научная и практическая значимость работы.

В первой главе представлен анализ существующих методов оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог. Изучению эксплуатационных и прочностных характеристик покрытий автомобильных дорог посвящены работы Иванова Н. Н., Бабкова В. Ф., Васильева А. П., Бируля

A. К., Сильянова В. В., Корсунского М. Б., Курьянова В. К., Скрыпникова А. В., Богуславского А. М., Смирнова А. В., Руденского А. В. и др.

Влияние свойств асфальтобетона и слоев оснований на эксплуатационно-прочностные характеристики покрытий изучалось Сахаровым П. В., Горелышевым Н. В., Гезенцвеем Л. Б. и др. Исследованию влияния шлаковых заменителей на свойства асфальтобетона посвящены работы Самодурова С. И., Еремина В. Г., Резванцева В. И., Еремина А. В., Расстегаевой Г. А., Штефан Ю.

B., а в работах Резванцева В. И., Еремина В. Г. и Еремина А. В. исследовались транспортно-эксплуатационные качества покрытий автомобильных дорог из

асфальтобетонов на шлаковых заменителях производства ОАО НЛМК. С учетом актуальности диссертационной работы рассматриваются проблемы, формулируются цели и задачи исследований.

Во второй главе, исходя из задач исследований, изложена программа и методы исследований местных дорожно-строительных материалов, приборы, машины и механизамы для проведения технической диагностики городских автомобильных дорог.

Для строительства земляного полотна впервые были применены конвертерные шлаки производства ОАО НЛМК, поэтому в диссертационной работе приведены исследования физико-механических характеристик конвертерного шлака; установлены истинная и средняя плотность конвертерного шлака, которые составляют 3472...3560 кг/м3 и 3141...3362 кг/м3 соответственно. Насыпная плотность конвертерного шлака фракций 10...20 мм колеблется в пределах 1616... 1661 кг/м3, фракций 5... 10 мм - 1641... 1692 кг/м3, фракций 0...5 мм - 1750...1834 кг/м3. Пористость определялась на основании предварительного установления значений истинной и средней плотности конвертерного шлака. Установлено, что данный вид шлакового материала является плотным материалом и имеет плотность 5... 10%.

Пустотность щебня из конвертерного шлака фракций 10...20 мм колеблется в пределах 42...46%, фракций 5...10 мм - 47...51%, 0...5 мм -48... 52%.

Водопоглощение находится в пределах 1,3...2,6%, в то время как пористость доходит до 10%. Это говорит о том, что конвертерный шлак имеет структуру с замкнутыми порами.

Усредненный показатель истирания щебня колеблется в пределах 14,8... 18,8%.

Средний показатель активности шлакового щебня составляет 69,12 кгс/см3 и соответствует высокоактивным шлаковым материалам.

Одним из важных показателей является устойчивость структуры конвертерного шлака против всех видов распада (сульфидного, железистого, известкового и силикатного).

Средний показатель потери массы конвертерного шлака при распаде находится в пределах 3,6...4,3%, что соответствует среднеустойчивой структуре.

Радиоактивность определялась на переносном радиометре и составила 145... 159 Бк/кг, что намного ниже предельно допустимого значения 740 Бк/кг.

В результате проведенных испытаний установлено, что конвертерный шлак производства ОАО НЛМК является высокоактивным шлаком со среднеустойчивой структурой, марки по истираемости И1, что соответствует требованиям, предъявляемым к материалам, предназначенным для строительства автомобильных дорог. По показателям истинной, средней и насыпной плотности, пористости, пустотности и водопоглощения,

конвертерный шлак пригоден для устройства насыпи земляного полотна автомобильной дороги.

Далее приведены результаты исследований асфальтобетонов на шлаковых заполнителях и разработаны рекомендации по их применению в верхних слоях асфальтобетонных покрытий городских автомобильных дорог. Для проведения диагностики городских автомобильных дорог использовались приборы и материалы, входящие в перечень оборудования для такого вида работ.

В третьей главе приведены результаты диагностики автомобильных дорог г. Липецка и предложена методика по оптимизации межремонтных сроков их службы.

Общая протяженность автомобильных дорог в г. Липецке составляет 550 км. Начиная с 2003 г. в городе ведутся крупномасштабные работы по капитальному ремонту и реконструкции городских дорог и ведется наблюдение за их транспортно-эксплуатационным состоянием. По состоянию на 1 января 2009 г. ровность покрытий городской сети автомобильных дорог обеспечена на 286 км (52%), сцепные качества удовлетворяют потребителя на на 220 км (40%). Прочность дорожных одежд соответствует нормативным показателям на 358 км (65%), а дефекты дорожных покрытий обнаружены на 165 км (30%) из общего количества городских дорог (Рис. 1.. .4).

10 Ровные участии ■ Неровные ^астки

40%

60%

Рис. 1. Ровность дорожных покрытий автомобильных дорог г. Липецка

Рис. 2. Сцепные свойства дорожных покрытий автомобильных дорог г. Липецка

65%

| ■ Участков с прочной дорожкой одеждой : в Участков с непрочной дорожной одеждой

Рис. 3. Прочность дорожных одежд автомобильных дорог г. Липецка

70%

30%

D Учетное с дефэр*и&гоэнным покрытием ■ Участков с неде^ормированным пежрытием

Рис. 4. Дефекты дорожных покрытий автомобильных дорог г. Липецка

Результаты обследования основных городских дорог с оценкой ровности их покрытий, показывают, что наибольшие оценки - 82% и 83% от их протяженности - получили покрытия по ул. Первомайская и ул. Механизаторов, капитальный ремонт и реконструкция которых были проведены в 2004 и 2006 гг. соответственно. В элементах конструкций дорожных одежд на этих объектах использовались доменные и конвертерные шлаки. По прошествии 5 и 3 лет ровность покрытий на этих дорогах соответствует нормативным показателям.

Результаты определения сцепных качеств дорожных покрытий улиц г. Липецка показывают, что при устройстве верхних слоев покрытий дорожных одежд широко использовались асфальтобетонные смеси на шлаковых заменителях и в результате сцепные качества на этих объектах составили 54% по ул. Первомайская, 49% по ул. Неделина, 45% по ул. Московская.

Комплексный показатель транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог г. Липецка приведен на рис. 5. Наиболее высокие показатели наблюдаются у тех объектов, на которых также использовались доменные шлаки производства ОАО НЛМК, где был обеспечен надлежащий водоотвод.и соблюдалась технология производства работ.

пр-т пса», Петровский спуск ул. Первомайская Р]

УЛ. Московская ул. Гагарина ул. Октябрьская ГЗгЯЯ1»|:| ЧЛ Космонавтов

ул. Советская 1'Я

пл. Петра Великого рааяншкл ул. Студеновская рВИШаВШМЙ^^Д упЗегеля ул. Недучка

Рис. 5. Комплексный показатель транспортно-эксплуатационного состояния дорожных покрытий автомобильных дорог г. Липецка

Таким образом, целенаправленная работа по повышению уровня транспортно-эксплуатационного состояния дорог в г. Липецке привела к тому, что их протяженность с удовлетворительными предельно допустимыми значениями по ровности, сцепным свойствам и прочности дорожных одежд выросла с 15,1% в 2003 г. до 26,5% в 2008 г., а для дорог с ровным покрытием увеличилась с 28% в 2003 г. до 58,2% в 2008 г.

Скользкость на городских автомобильных дорогах г. Липецка снизилась с 31,2% до 22,5%, а прочность покрытий дорожных одежд возросла до 57,5%.

В работах Корнеева А. Д., Бондарева Б. А., Сошнина П. В. и Плохих А. В. предприняты попытки моделирования межремонтных сроков службы

автомобильных дорог и сооружений с введением показателя функциональности. В работах Сошнина П. В., Бондарева Б. А., Корнеева А. Д. разработана методика по определению показателя функциональности для оценки транспортно-эксплуатационного состояния дорог и установления межремонтных сроков службы. В настоящей работе эта методика была уточнена и усовершенствована.

Метод прогнозирования межремонтных сроков состоит из следующих основных этапов:

1. По фактическим результатам обследования или теоретическим расчетам (по скорости разрушения материала в данных агрессивных условиях производства) определяют сроки службы всех конструктивных элементов дороги (подстилающий слой, основание).

2. Устанавливаются основные конструктивные элементы, которые оказывают существенное влияние на работу всей дороги - чаще всего это подстилающий слой. От его физического износа зависит функциональность других элементов, например, основания и дорожного покрытия. Из этих выбранных конструктивных элементов главную роль играет элемент покрытия, так как его разрушение моментально вызывает аварийные ситуации.

3. По результатам обследований устанавливается физический износ всех конструктивных элементов дороги, составляется дефектная ведомость, вычисляется стоимость ремонтных работ, необходимых для устранения этих дефектов и восстановления нарушенных функций данных конструктивных элементов С , а также их восстановительную стоимость Се.

4. Строится график зависимости показателя функциональности главного конструктивного элемента от времени эксплуатации в данных условиях (при отсутствии ремонта) и затем на его основе строится график зависимости показателя функциональности дорожного покрытия на весь период работы главного конструктивного элемента.

При этом нужно руководствоваться следующим положением:

показатель функциональности конструктивного элемента определяется по формуле:

(0

с,

где С - стоимость проведения ремонтных работ по восстановлению

функции конструктивного элемента; Св - восстановительная (балансовая)

стоимость конструктивного элемента.

зависимость вида ремонта от показателя функциональности текущий (выборочный) - 1,0...0,8; текущий (комплексный) - 0,8...0,6; капитальный (комплексный с заменой) - 0,6.. .0,4.

5. С помощью графика зависимости показателя функциональности дорожного покрытия для него определяются межремонтные сроки,

составляется перспективное планирование ремонтов конкретного вида дорожного покрытия и его экономическая эффективность при разных видах материалов дорожного полотна.

Прогнозированию подвергается физический износ следующих элементов: основание дороги и подстилающий слой.

Для решения задачи прогнозирования средствами вычислительной техники используется так называемая регрессионная модель. Введем обозначения:

Г-г.

lulsLxiß3tj-С ' физический износ i-ro конструктивного элемента в

/=1 I 1=0

момент времени /; i = \...N, t = 1...Г.

Здесь N - количество конструктивных элементов, которое может варьироваться в зависимости от типа дороги;

R - длительность периода эксплуатации дороги.

г - момент времени от начала периода планирования, для которого строится прогноз.

Состояние конструктивного элемента в момент времени Т + г прогнозируется с использованием так называемой сигномиальной функции. Регрессионная модель имеет следующую нелинейную структуру:

R N R { N \

у ¡т+г= Е Z с<ехр 2\Ку„ (2)

l=R-E i=l (=Л-0 V М )

где у.т+г - значение износа конструктивного элемента в момент времени г от начала периода планирования; a.t - оценки коэффициентов регрессии линейной части, определяемые по экспериментальным данным; ф/(уи) -базисные функции, выбираемые из условия максимальной адекватности модели; с, и Ьп - оценки коэффициентов нелинейных составляющих регрессионной зависимости; Е и D - количество составляющих линейной и нелинейной части модели, выбираемые из условия максимальной адекватности.

Исходными данными для задачи планирования ремонтно-восстановительных работ являются оценки показателей функциональности всей дороги, ее отдельных конструктивных элементов, оценки стоимости ремонтных работ, объем выделенных финансовых средств. Учитывается также постоянное повышение рыночной стоимости дороги.

В зависимости от показателя функциональности дороги используется один из критериев для принятия решения о проведении ремонтных работ:

1. Аварийное состояние (показатель функциональности - от 0 до 0,4). Решение о проведении комплексного капитального ремонта принимается специалистами.

2. Показатель функциональности от 0,4 до 0,6. В этом случае проводится комплексный капитальный ремонт, в первую очередь для дороги

с наиболее низким показателем функциональности.

3. Значение показателя функциональности лежит в пределах от 0,6 до 1. В этом случае проводится выборочный капитальный ремонт. Решение о распределении финансовых средств принимается по результатам решения оптимизационной задачи, критерием которой является максимизация экономического эффекта от проведения ремонтно-восстановительных работ.

В задаче распределения финансовых средств учитывается, что стоимость ремонтно-восстановительных работ для любого конструктивного элемента с течением времени изменяется в связи с тем, что увеличивается его физический износ.

План выборочных капитальных ремонтов записывается в виде множества таблиц. Для каждой дороги, входящей в план, составляется таблица следующего формата:

Таблица 1

План выборочных капитальных ремонтов

Конструктивный элемент

Время Подстилающий Основание Дорожное

слой г = 1 i-2 покрытие i = 4

1

2 у2 j2 3 Э J2j2 J2j2 3 1 4 J2 4 ¡2

3 3 э 2j3 2уЗ 3 э

Т-1 3 Э J1 jT-1 1 jT-1 3 э J2JT~\ 2 jT-\ 3 9 4 jT-\ 4 jT-l

т 3 Э 3 э 2jT 2jT З4 jT jT

Масштаб времени может быть выбран произвольно, поэтому индексы времени 1,2,3,Т-1, Т могут обозначать дни, недели, декады и так далее.

В каждой ячейке таблицы занесены стоимости оценки затрат на ремонт конструктивного элемента № i дороги № j в момент времени t.

Далее необходимо решить следующую оптимизационную задачу:

ы\ j=1 j=o

при следующих ограничениях: 1. Ограничение на объем финансовых средств

m п

,=1 1 (=0

2. Ограничение на количество одновременно проводимых работ

шах

V/

Е1Х

где И^^, ={1}, если < Г < Ги0 + г , иначе = {0}; *..„ - момент начала ремонта / -го конструктивного элемента у -ой дороги.

Таким образом, используя вышеприведенные данные, можно составить математическую модель, позволяющую построить оптимальный график проведения выборочных капитальных ремонтов.

эл-т 1

1 2 3 ... Я-1 ЯТ

экспериментальные данные

*■ I

(?+1 (?+? й+3 прогноз

Рис. 6. Оценка физического износа конструктивных элементов дороги

В четвертой главе изучены вопросы моделирования процесса функционирования городской автомобильной дороги, методика оценки прочности дорожной одежды на основе местных дорожно-строительных материалов, устойчивости откосов земляного полотна из конвертерных шлаков.

Одной из задач диссертационной работы является адаптация программного комплекса, разработанного Курьяновым В. К., Скрыпниковым А. В. и Папоновым Н. Н. для оценки транспортно-эксплуатационных качеств городских автомобильных дорог. Основу подсистемы моделирования процесса функционирования городской автомобильной дороги составляет комплекс программ. Программы основаны на результатах исследования влияния дорожных условий на режимы движения автомобилей и автомобильных потоков при автоматизированном проектировании дорог. Комплекс моделирования процесса функционирования дороги включает следующие программы: ПАРК, СОСТАВ, ПРОФИЛЬ, ТРАССА, КОЛОННА. На рис. 7 приведена блок-схема комплекса моделирования процесса функционирования дороги.

Программа ПАРК создает нормативно-справочную базу (НСБ) технико-экономических параметров автомобилей, входящих в состав потока. Полнота

базы, возможность непрерывного корректирования и постоянного обновления параметров типов автомобилей исключает разномасштабность в расчетах строительных и эксплуатационных затрат при обосновании экономическими расчетами оптимальности проектных решений и повышает достоверность оценки эффективности капитальных вложений в строительство и реконструкцию дорог. Исходные данные программы ПАРК: наименование марок автомобилей и их технические параметры (вес, расход топлива и т. д.).

Рис. 7. Блок-схема комплекса моделирования процесса функционирования дороги

Программа СОСТАВ делает выборку типов автомобилей и их процентное содержание в потоке. Необходимые параметры записываются в рабочий файл для последующего использования программой ТРАССА.

Программа ПРОФИЛЬ анализирует геометрические элементы дороги и снимает информацию о дорожных условиях. Одна из главных задач программы - это анализ видимости поверхности дороги и встречного автомобиля, так как проектировщик редко анализирует условия видимости поверхности дороги в продольном профиле, ориентируясь на нормативное значение радиусов вертикальных кривых.

Программы ТРАССА и КОЛОННА образуют две подсистемы,

имитирующие процесс функционирования дороги.

Для работы программы ТРАССА вводят данные, подготовленные программами ПРОФИЛЬ и СОСТАВ. Программа ТРАССА обеспечивает моделирование восприятия непрерывной последовательности элементов дороги механической подсистемой «дорога - автомобиль» (путем непрерывного формирования и решения уравнений движения автомобиля) и подсистемой «дорога - водитель - автомобиль» (моделирующей выбор водителем режима движения и характеристик этого режима). Результаты моделирования выводятся в различном объеме.

Непрерывное изменение от пикета к пикету проектируемых характеристик дороги создает по каждому варианту последовательность дорожных условий, формирующих режимы движения, присущие только данному участку дороги.

Разработанная модель процесса функционирования городской автомобильной дороги в имитационной системе позволяет учитывать дорожные условия, параметры проектируемых или существующих дорог и многообразие типов автомобилей.

Основы имитационного моделирования процесса функционирования автомобильной дороги были заложены в работах Курьянова В. К., Скрыпникова А. В. и Папонова Н. Н. и других, которые занимались исследованиями лесовозных автомобильных дорог. Между тем, городские автомобильные дороги имеют свою специфику, поэтому алгоритм работы программ значительно отличается. Городские дороги отличаются от лесовозных рельефом, типом покрытия, шириной проезжей части, количеством полос движения, допустимыми скоростями. Кардинально отличается и парк используемых автомобилей, в котором преобладают легковые автомобили и автобусы.

Программа ПАРК для городских дорог будет содержать преимущественно легковые автомобили и автобусы, а также легкие грузовые автомобили. В программе ПАРК для лесовозных дорог содержатся в основном тяжелые грузовые автомобили и тягачи.

Результаты расчетов программы ПРОФИЛЬ для городских дорог будут значительно отличаться от лесовозных ввиду совершенно других параметров дороги - большей, чем у лесовозных дорог, ширины, многополосности, геометрических параметров дорожного полотна, рельефа и т. д.

Программа ТРАССА для городских дорог также учитывает специфику городских дорог - ритм движения здесь, в отличие от лесовозных дорог, более рваный, с постоянными разгонами и торможениями из-за наличия светофоров. Городские дороги более токсичны, чем лесовозные, из-за большего количества автомобилей и движения их преимущественно в неоптимальном с точки зрения количества выбросов режиме работы двигателя.

Программа КОЛОННА для городских дорог рассчитывает показатели

городского потока, учитывая что характер движения здесь гораздо более интенсивный, пропускная способность дорог выше, обгонов и опережений значительно больше, кроме того, имеет место перестроение автомобилей между полосами.

С помощью программных средств выводится комплекс показателей функционирования городской автомобильной дороги, а с использованием программ моделирования дорожного движения выполняется полноценная оптимизация проектных решений городских автомобильных дорог.

Отработка методики оценки прочности дорожной одежды городских автомобильных дорог на шлаковых заполнителях производилась по результатам обследований элементов конструкций объездной автомобильной дороги по ул. Механизаторов, где в качестве материала оснований использовались конвертерные шлаки производства ОАО НЛМК после их 20-летного хранения и доменные шлаки в качестве заменителей для асфальтобетонных смесей.

Поскольку распределение фактических модулей упругости при испытаниях дорожных одежд кратковременной нагрузкой большей частью соответствует нормальному закону или усеченному нормальному закону для определения числа испытаний на том или ином участке дороги, можно использовать формулу:

ае2 А/

где аЕ - среднее квадратичное отклонение случайной величины измеренного модуля упругости Е при достаточно большом количестве испытаний пи в данной точке; - характеризующий вероятность (доверительную вероятность) того, что среднее значение измеряемой величины не будет отклоняться от среднего значения этой величины при количестве испытаний пи более, чем на Д£; Д£ - максимальное отклонение среднего значения измеряемой величины при числе испытаний от среднего значения этой величины при количестве испытаний пи; Еф - принимаемый в расчет-фактический модуль упругости одежды на участке; Се - коэффициент вариации модуля упругости.

Установлена связь между состоянием дорожной одежды, ее прочностью и ровностью. Корреляционная связь между ровностью, характеризуемой средним значением просвета (см) и упругой деформацией дорожной одежды Я (мм), характеризующей ее прочность по результатам обследования дорог имеет вид:

^ =0,18+ 0,07(1-0,44)-Л (7)

Для решения вопросов по усилению дорожной одежды используется зависимость:

Ак = Ак0 +ахСЕ (8)

где Ак0 - точность назначения толщины слоя усиления, зависящая главным образом. от построечного оборудования (для современных асфальтоукладчиков Д/;0 =0,25 см);

а, - показатель, характеризующий влияние однородности дорожной одежды по модулям упругости на величину АИ (а, =5 см при С£=0,10...0,45).

Анализ устойчивости откосов земляного полотна, выполненных из конвертерных шлаков, производился по методу Маслова Н. Н. В процессе возведения насыпи велись тщательные наблюдения за строительством. Отбор проб осуществлялся в соответствии с нормативными документами. Всего было сделано 30 проб, при этом насыпь была поделена на 5 участков, для каждого из которых отбиралось по 6 проб. На основании полученных результатов лабораторных исследований сделан вывод о соответствии конвертерного шлака требованиям ГОСТ 3344-83 и возможности его применения для возведения насыпи земляного полотна.

Натурные испытания насыпи земляного полотна велись в период строительства автомобильной дороги, при этом учитывались геометрические параметры насыпи, величина заложения откосов, угол наклона откоса. В качестве испытательной нагрузки использовались автомобили Магирус-290Б19Ь весом 84,5 кН.

Результаты исследований и расчеты откосов земляного полотна, а также наблюдения за дорогой в течение 3-х лет после введения в эксплуатацию показали, что транспортно-эксплуатационные качества соответствуют нормативам.

В пятой главе представлены результаты обоснования стадийного повышения транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог.

Наиболее общим критерием для оптимизации процесса последовательности и сроков проведения мероприятий по стадийному повышению транспортно-эксплуатационного состояния дорог являются приведенные затраты:

г-к I У + Эд[ I Кг I У Эп + Эд2 I I I У Эт" + > тш

1 + (1 + ^У2 (1 + Е)п "' (1 + £)'" +

(9)

где - капитальные затраты на строительство дороги, соответствующие первому эксплуатационно-экологическому состоянию; Кг—К„ - капитальные затраты, связанные с переходом из первого эксплуатационно-экологического состояния во второе, из второго в третье и так далее до «-го состояния;

- год перехода из предыдущего эксплуатационно-экологического состояния в последующее; Эп, ЭЛ1,ЭТ2, ЭД2...ЭТп> Эд„ - транспортные и дорожные затраты, соответствующие определенному эксплуатационно-

экологическому состоянию; Е - коэффициент приведения разновременных затрат (принимается Е = 0,08—0,12).

Транспортно-эксплуатационные расходы Эт (млн. руб) зависят от интенсивности движения и определяются по формуле:

Эт - 0.365 И0 • <р{{)-2 (10)

где И0 - среднегодовая суточная интенсивность движения на исходный год, авт./сут.; - закономерность изменения во времени интенсивности движения; 2 - длина участка дороги, км.

Рис. 8. Блок-схема алгоритма оптимизации развития городской автомобильной дороги

Дорожно-эксплуатационные расходы Эд (млн. руб) включают ежегодные

расходы на проведение текущего ремонта и содержание городской автомобильной дороги, расходы на проведение текущего ремонта и содержание дороги, а также расходы на проведение средних ремонтов, приведенных к одному году.

Дорожно-эксплуатационные расходы определяются на основе среднего значения себестоимости расходов, отнесенных к 1 тонне с учетом интенсивности движения по формуле:

Эд =0.365 3g-Z-BN-n-N0-(p(t) (11)

где BN -n-N0 ■ (p{t) - суммарное количество тонны, прошедших по дороге за рассматриваемый год; BN - средний вес автомобиля, тонн.

(12)

где Nt - среднегодовая суточная интенсивность движения автомобилей различных типов; £> - вес автомобилей в тоннах; Z - длина участка дороги, км; Э? - себестоимость затрат на средний текущий ремонт и содержание 1 км

дороги, отнесенной к 1 тонне, млн. руб.

Применение стадийного принципа с целью повышения транспортно-эксплуатационных качеств увеличивает эффективность использования капитальных вложений и позволяет управлять процессом развития дороги во времени.

Точность результатов определения оптимальных сроков стадийного повышения транспортно-эксплуатационного состояния зависит от достоверности исходного материала, что указывает на необходимость тщательного его анализа. На рисунке 11 приведена блок-схема алгоритма стратегии развития городской автомобильной дороги. Алгоритм реализован в программе, составленной для ЭВМ.

Получены результаты практического использования разработанного состава асфальтобетонной смеси и возможность внедрения его в элементы конструкций городских автомобильных дорог. Экономический эффект от внедрения разработанных конструкций дорожных одежд составил 1238 тыс. руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании технической диагностики автомобильных дорог городского округа (на примере г. Липецка) установлено, что их протяженность с удовлетворительными предельно допустимыми значениям по сцепным свойствам, ровности и прочности дорожных одежд возросла с 15,1% в 2003 г. до 26,5% в 2008 г, скользкость снизилась с 31,2% до 22,5%, а прочность

возросла до 57,5%.

2. Установлено, что конвертерные шлаки производства ОАО НЛМК по показателям истинной, средней и насыпной плотности, пористости, пустотности и водопоглощения пригодны для устройства оснований дорожных одежд и земляного полотна городских автомобильных дорог.

3. Разработана методика оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог городского округа, связывающая ровность покрытия с величиной упругой деформации дорожной одежды

=0,18 + 0,07(1-0,АА)-Я и определения слоя усиления дорожной одежды

слоем из шлаковых материалов.

4. Разработана технология устройства насыпи земляного полотна из конвертерных шлаков и проведена оценка устойчивости откосов, доказывается возможность их применения в такого рода строительстве.

5. Разработана методика по определению показателей функциональности конструктивных элементов городских автомобильных дорог.

6. Предложена методика по определению числа испытаний дорожной одежды на участках городских автомобильных дорог, установлена связь между состоянием дорожной одежды, ее прочностью и ровностью.

7. Для оценки транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог разработан программный комплекс, моделирующий процесс функционирования дороги.

8. Предложена структурная модель оптимизации транспортно-эксплуатационного состояния городской автомобильной дороги с разработкой методов его стадийного повышения.

9. Осуществлена практическая реализация исследований в городском хозяйстве. При строительстве объездной автомобильной дороги по ул. Механизаторов в г. Липецке экономический эффект по приведенным затратам составил 1238 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в девяти печатных работах.

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ:

1. Бондарев, Б. А. Выбор критериев, определяющих проведение ремонтных работ и устанавливающих межремонтные сроки службы конструктивных элементов городских автомобильных дорог [Текст] / Б. А. Бондарев, А. Д. Корнеев, А. В. Пономарев, Е. Г. Чистяков // Вестник ВолгГАСУ. - Волгоград, 2007. - Выпуск 7 (26). - С. 121-129.

Публикации в других изданиях:

2. Бондарев, Б. А. Статическая и циклическая долговечность композиционных материалов [Текст] / Б. А. Бондарев, А. В. Пономарев, П. В. Комаров, А. Б. Бондарев // Материалы международной научно-технической

конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика». -Пенза, 2006.-С. 12-15.

3. Бондарев, Б. А. Деформативность элементов из композиционных материалов при статических и циклических нагружениях. [Текст] / Б. А. Бондарев, Т. Н. Стородубцева, А. В. Пономарев, П. В. Комаров // Материалы международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика». - Пенза, 2006. - С. 15-18.

4. Пономарев, А. В. Системы автоматизированного проектирования городских автомобильных дорог [Текст] / А. В. Пономарев, Б. А. Бондарев, Е. Г. Чистяков, А. Б. Бондарев // «Новые материалы и технологии в машиностроении». Сборник научных трудов. БГИТА. - Брянск, 2006. - Выпуск 6.-С. 100-102.

5. Бондарев, Б. А. Моделирование выбора видов и начала работ по содержанию и ремонту городских автомобильных дорог / Б. А. Бондарев, А. В. Пономарев, Е. Г. Чистяков, А. Б. Бондарев // «Новые материалы и технологии в машиностроении». Сборник научных трудов. БГИТА. - Брянск, 2006. - Выпуск 6.-С. 102-105.

6. Бондарев, Б. А. Моделирование воздействия вредных факторов при эксплуатации городских автомобильных дорог / Б. А. Бондарев, А. В. Пономарев, Е. Г. Чистяков // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства региона». - Волгоград, 2006. - Часть 1. - С. 177-181.

7. Пономарев, А. В. Стадийное повышение транспортно-эксплуатационных качеств городских автомобильных дорог / А. В. Пономарев, Е. Г. Чистяков, Б. А. Бондарев, А. Б. Бондарев // «Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре». Сборник статей международной научно-практической конференции. - Липецк, 2007. - С. 248252.

8. Пономарев, А. В. Содержание автомобильных дорог в зимний период / А. В. Пономарев, Е. Г. Чистяков, Б. А. Бондарев, А. Б. Бондарев // «Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре». Сборник статей международной научно-практической конференции. - Липецк, 2007. - С. 252-256.

9. Пономарев, А. В. Влияние состояния автомобильных дорог на безопасность движения / А. В. Пономарев, Е. Г. Чистяков, Б. А. Бондарев, А. Б. Бондарев // «Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре». Сборник статей международной научно-практической конференции. - Липецк, 2007. - С. 256-260.

Пономарев Александр Викторович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКИХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 14.05.2009 г. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Ризография Печ.л. 1,0 Тир. 100 экз. Заказ № 518 Типография ЛГТУ. 398600 Липецк, ул. Московская, 30

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ.

1.1. Эксплуатационные и прочностные характеристики покрытий

1.2. Влияние свойств асфальтобетона и слоев основания на эксплуатационно-прочностные показатели покрытий.

1.3. Транспортно-эксплуатационные характеристики городских автомобильных дорог.

1.4. Методы повышения транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог.

1.5. Выводы по первой главе.

2. МАТЕРИАЛЫ, ПРИБОРЫ И МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Лабораторные испытания конвертерных шлаков для устройства насыпи.

2.1.1. Общие данные.

2.1.2. Основные физико-механические характеристики конвертерного шлака.

2.1.3. Выводы.

2.2. Лабораторные исследования физико-механических свойств асфальтобетонов.

2.2.1. Проектирование верхнего слоя асфальтобетонного покрытия

2.3. Приборы и механизмы для оценки транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог.

2.3.1. Приборы и механизмы для оценки прочности и деформативности дорожной одежды.

2.3.2. Приборы для оценки ровности дорожного покрытия.

2.3.3. Приборы для оценки скользкости и шероховатости дорожного покрытия.

3. ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОЕ СОСТОЯНИЕ ГОРОДСКИХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ. ОПТИМИЗАЦИЯ МЕЖРЕМОНТНЫХ СРОКОВ СЛУЖБЫ.

3.1. Оценка транспортно-эксплуатационного состояния дорог городского округа.

3.2. Ровность дорожных покрытий на городских автомобильных дорогах.

3.3. Сцепные свойства дорожных покрытий.

3.4. Результаты анализа транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог.

3.5. Комплексный показатель транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог.

3.6. Обоснование межремонтных сроков службы городских автомобильных дорог с помощью показателя функциональности.

3.7. Методика планирования межремонтных сроков службы городских автомобильных дорог.

3.8. Выбор критериев, определяющих проведение ремонтных работ и устанавливающих межремонтные сроки службы конструктивных элементов городских автомобильных дорог.

3.9. Перспективное планирование ремонтных работ.

3.10. Выводы по третьей главе.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКИХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ.

4.1. Моделирование процесса функционирования городских автомобильных дорог на стадии проектирования.

4.2. Методика оценки прочности дорожной одежды городских автомобильных дорог на шлаковых заполнителях.

4.3. Расчетное число испытаний дорожной одежды на участках городских автомобильных дорог.-.

4.4. Устойчивость откосов земляного полотна отсыпами с применением конвертерных шлаков.

4.4.1. Обоснование выбора методов оценки устойчивости откосов земляного полотна.

4.4.1.1. Метод К. Терцаги.'.

4.4.1.2. Метод Маслова-Берера (Метод «горизонтальных сил»).

4.4.1.3. Методы В. К. Цветкова и А. Н. Богомолова.

4.4.2. Натурные испытания откосов земляного полотна насыпи из конвертерных шлаков.

4.5. Выводы по четвертой главе.

5. ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБОСНОВАНИЯ

СТАДИЙНОГО ПОВЫШЕНИЯ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКИХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Математическое представление экономических показателей эксплуатационной эффективности городских автомобильных дорог.

5.2. Оптимальный срок реконструкции городских автомобильных дорог.

5.3. Практическая реализация результатов исследований.

5.4. Технико-экономические показатели.

5.5. Выводы по пятой главе.

В настоящее время все более актуальными становятся проблемы повышения транспортно-эксплуатационных качеств городских автомобильных дорог. Наиболее важными становятся задачи повышения безопасности, увеличения скорости движения и пропускной способности дороги, технического оснащения и коммуникаций, архитектурно-эстетического оформления, снижения последствий воздействия автомобилей на дорогу и окружающую среду, а также другие задачи, составляющие весь комплекс транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог.

В утвержденной правительством Российской Федерации Федеральной целевой программе «Модернизация транспортной системы России на 20022010 гг.» поставлены масштабные задачи по обеспечению долговечности и надежности объектов дорожного хозяйства и оптимизации стоимости дорожных работ за счет применения прогрессивных технологий, конструкций, материалов, дорожной техники, современных методов организации дорожных работ, информационных технологий. Предусматривается строительство и реконструкция 11000 км. автомобильных дорог, увеличение общей протяженности до 50000 км, существенное улучшение их состояния.

Актуальность работы. Федеральный закон «Об автомобильных дорогах и о дорожной деятельности в Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» №257-ФЗ от 8.11.2007 года к автомобильным дорогам общего пользования городского округа относит автомобильные дороги общего назначения в границах городского округа, за исключением дорог общего пользования федерального, регионального или международного значения, частных автомобильных дорог.

В г. Липецке общая протяженность таких дорог составляет 550 км, из них более 70% нуждается в реконструкции из-за их низкой пропускной способности. Под реконструкцией дорог понимается комплекс работ, при выполнении которых осуществляется изменение параметров дороги или ее участка, ведущее к изменению класса и (или) категории дороги, либо влекущие за собой изменение границы полосы отвода автомобильной дороги.

Эксплуатационное состояние - степень соответствия перечисленных параметров и характеристик дороги, инженерного оборудования, организации и условий движения, изменяющихся в процессе эксплуатации в результате воздействия транспортных средств, метеорологических условий и уровня соответствия нормативным требованиям.

Основными параметрами, характеризующими транспортно-эксплуатационное состояние дороги, являются:

- геометрические параметры, к которым относятся ширина проезжей части и краевых укрепленных полос, ширина обочин, продольные уклоны, радиусы кривых в плане и профиле, уклоны виражей и расстояние видимости;

- прочность дорожной одежды проезжей части и обочин;

- ровность и сцепные свойства покрытия проезжей части и обочин;

- прочность и устойчивость земляного полотна и его элементов;

- целостность и работоспособность водоотводных и дренажных сооружений;

- наличие и состояние элементов инженерного оборудования и обустройства дороги.

Пути и методы повышения транспортно-эксплуатационного состояния дорог общего назначения федерального и регионального значения достаточно подробно освещены в специальной научно-технической литературе. Для городских дорог информация представлена в меньшей степени, что позволяет сделать вывод об актуальности представленной диссертационной работы.

Цель работы. Разработка' методов и. рекомендаций повышения транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог на стадиях их проектирования, реконструкции, ремонта и содержания.

Для достижения этой цели решались следующие задачи исследования:

- провести анализ существующих методов повышения транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог;

- разработать методику по оценке прочности дорожных одежд городских автомобильных дорог на основе местных дорожно-строительных материалов;

- уточнить методы определения устойчивости откосов земляного полотна с применением конвертерных шлаков;

- разработать программный комплекс для оценки транспортно-эксплуатационного состояния городской автомобильной дороги; исследовать вопросы стадийного повышения транспортно-эксплуатационного состояния городской автомобильной дороги;

- уточнить методику определения показателей функциональности конструктивных элементов городских автомобильных дорог и сооружений; разработать способы оценки транспортно-эксплуатационного состояния при его стадийном повышении.

Научная новизна работы:

- проведен анализ существующих методов повышения транспортно-эксплуатационного состояния, городских автомобильных дорог;

- изучены возможности применения местных дорожно-строительных материалов в элементах конструкций городских автомобильных дорог;

- предложены методики по оценке прочности дорожных одежд с использованием конвертерных шлаков и их усиления в процессе ремонта;

- уточнена методика определения устойчивости откосов земляного полотна из конвертерных шлаков;

- разработан программный комплекс для оценки транспортноэксплуатационного состояния городской автомобильной дороги;

- разработаны методы и способы стадийного повышения транспортно-эксплуатационных показателей городских автомобильных дорог;

- разработана система показателей функциональности для оценки транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог;

- уточнена экономико-математическая модель обоснования стадийного повышения транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог.

Достоверность исследований и выводов по работе обеспечена методически обоснованным комплексом исследований с использованием стандартных средств измерений и подтверждается применением вероятностно-статистических методов обработки результатов испытаний, имитационным моделированием изучаемых процессов, экономико-математическим моделированием, а также опытными испытаниями и их положительными практическими результатами, не противоречащими выводам известных положений, сходимостью результатов испытаний.

Практическая значимость и реализация результатов научных исследований заключается в следующем:

- разработка рекомендаций по применению местных дорожно-строительных материалов в элементах конструкций городских автомобильных дорог и сооружений;

- использование методов стадийности повышения транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог;

- апробация диаграмм изменения показателя функциональности конструктивных элементов городских автомобильных дорог; разработка рекомендаций при строительстве «Объездной автомобильной дороги по улице Механизаторов в городе Липецке»;

- использование результатов диссертационных исследований при обучении студентов по дисциплине «Пути сообщения и технологические сооружения» на факультете инженеров транспорта Липецкого государственного технического университета.

Апробация работы.

Основные результаты проведенных исследований были доложены на:

- международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» в городе Пенза в 2006 г.; всероссийской научно-технической конференции «Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства региона» в г. Волгограде в 2006 г.;

- международной научно-практической конференции «Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре» в г. Липецке в 2007 г.;

- на IV, V, VI научно-технических конференциях «Новые материалы в дорожном строительстве» в г. Звенигороде в 2007-2009 гг, и в г. Сочи в 2008 г.

Публикации.

Результаты диссертационной работы опубликованы в 9 научных статьях, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК РФ для кандидатских диссертаций.

На защиту выносятся:

- методика по оценке прочности дорожных одежд городских автомобильных дорог на основе местных дорожно-строительных материалов и способы их усиления;

- методика определения устойчивости откосов земляного полотна с применением конвертерных шлаков;

- программный комплекс по оценке транспортно-эксплуатационного состояния городской автомобильной дороги;

- теоретические исследования по стадийному повышению транспортноэксплуатационного состояния городских автомобильных дорог; методика по определению показателей функциональности конструктивных элементов городских автомобильных дорог и сооружений;

- методика по оценке транспортно-эксплуатационного состояния при его стадийном повышении.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и основных выводов. Она включает 207 страниц, из них 203 страницы основного текста, 30 таблиц, 49 иллюстраций, 115 наименований используемых источников и 3 приложения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании технической диагностики автомобильных дорог городского округа (на примере г. Липецка) установлено, что их протяженность с удовлетворительными предельно допустимыми значениям по сцепным свойствам, ровности и прочности дорожных одежд возросла с

15,1% в 2003 г. до 26,5% в 2008 г, скользкость снизилась с 31,2% до 22,5%, а прочность возросла до 57,5%.

2. Установлено, что конвертерные шлаки производства ОАО HJ1MK по показателям истинной, средней и насыпной плотности, пористости, пустотности и водопоглощения пригодны для устройства оснований дорожных одежд и земляного полотна городских автомобильных дорог.

3. Разработана методика оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог городского округа, связывающая ровность покрытия с величиной упругой деформации дорожной одежды Sf = 0,18 + 0,07 (1-0,44)-i? и определения слоя усиления дорожной одежды слоем из шлаковых материалов.

4. Разработана технология устройства насыпи земляного полотна из конвертерных шлаков и проведена оценка устойчивости откосов, доказывается возможность их применения в такого рода строительстве.

5. Разработана методика по определению показателей функциональности конструктивных элементов городских автомобильных дорог.

6. Предложена методика по определению числа испытаний дорожной одежды на участках городских автомобильных дорог, установлена связь между состоянием дорожной одежды, ее прочностью и ровностью.

7. Для оценки транспортно-эксплуатационного состояния городских автомобильных дорог разработан программный комплекс, моделирующий процесс функционирования дороги.

8. Предложена структурная модель оптимизации транспортно-эксплуатационного состояния городской автомобильной дороги с разработкой методов его стадийного повышения.

9. Осуществлена практическая реализация исследований в городском хозяйстве. При строительстве объездной автомобильной дороги по ул.

Механизаторов в г. Липецке экономический эффект по приведенным затратам составил 1238 тыс. руб.

1. Федеральный закон «Об автомобильных дорогах и о дорожной деятельности в Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». №257-ФЗ от 8.11.2007. М.: 2007. - 68 С.

2. Иванов, Н.Н. Повышение надежности нежестких дорожных одежд Текст. / Н.Н. Иванов // Материалы совещания по основным направлениям научно-технического прогресса в дорожном строительстве. М.: СоюздорНИИ, 1976. - С. 6-9.

3. Иванов, Н.Н. Устойчивость асфальтобетонных покрытий при высоких температурах Текст. / Н.Н. Иванов // Повышение качества асфальтобетона. М.: Транспорт, 1975. - С. 21-25.

4. Бабков, В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения Текст. / В.Ф. Бабков. -М.: Транспорт, 1982.-280 С.

5. Васильев, А.П. Эксплуатационные свойства автомобильных дорог России Текст. / А.П. Васильев // Автомобильные дороги: безопасность, экологические проблемы, экономика (российско-германский опыт) / Под ред.

6. B.И. Лукашина, К.Х. Ленза. М.: Логос. - 2002. - С. 214-242.

7. Васильев, А.П. Принципы прогнозирования транспортно-эксплуатационного состояния дорог Текст. / А.П. Васильев, М.С. Коганзон, Ю.М. Яковлев //Автомобильные дороги. 1993. - №1. - С. 8-10.

8. Бируля, А.К. Работоспособность дорожных одежд Текст. / А.К. Бируля, С.И. Михович. М.: Транспорт, 1986. - 172 С.

9. Сильянов, В.В. Транспортно-эксплуатационные качества городских автомобильных дорог Текст. / В.В. Сильянов. — М.: Транспорт, 1984. 2871. C.

10. Бируля, А.К. Влияние интенсивности автомобильного движения на его скорость Текст. // Труды Харьковского автомобильно-дорожногоинститута. 1957. - Вып. 19. - С. 15-22.

11. Сильянов, В.В. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог и городских улиц Текст. /В.В. Сильянов, Э.Р. Домке. М.: Академия, 2008. - 342 С.

12. Корсунский, М.Б. Оценка прочности шлаковых одежд Текст. / М.Б. Корсунский. М.: Транспорт, 1966. - 152 С.

13. Золотарь, И.А. Повышение надежности автомобильных дорог Текст. /И.А. Золотарь, В.К. Некрасов. -М.: Транспорт, 1977. 183 С.

14. Золотарь, И.А. Пути повышения надежности автомобильных дорог Текст. / И.А. Золотарь. М.: Транспорт, 1974. - 246 С.

15. Радовский, Б.С. Прогиб под центром подвижной нагрузки, действующей на вязкое однородное полупространство Текст. / Б.С. Радовский // Вопросы расчета и конструирования дорожных одежд. Труды СоюздорНИИ. М.: 1979.-20 С.

16. Михайлов, А.В. Некоторые задачи исследований в области дорожно-строительных материалов Текст. / А.В. Михайлов // Труды ГипродорНИИ. М.: 1971. - Вып. 2. - С. 3-8.

17. Богуславский, A.M. Асфальтобетонные покрытия Текст. / A.M. Богуславский, Л.Г. Ефремов. -М.: Транспорт, 1981. 145 С.

18. Рябова, О.В. Совершенствование методов оценки транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог Текст. / О.В. Рябова, Е.В.

19. Кондратьева, А.В. Скрыпников. — Воронеж, изд. ВГУ, 2005. 278 С.

20. Слободчиков, Ю.В. Условия эксплуатации и надежность работы Текст. / Ю.В. Слободчиков. М.: Транспорт, 1987. - 128 С.

21. Руденский, А.В. Дорожные асфальтобетонные покрытия Текст. / А.В. Руденский. М.: Транспорт, 1992. - 253 С.

22. Коганзон, Н.С. Повышение сроков службы дорожных одежд Текст. / Н.С. Коганзон // Сб. докл. междунар. конференции «Промышленные стройматериалы, энерго- и ресурсоснабжение в условиях рыночных отношений». Белгород: Изд-во БГТСМ, 1997. - С. 316-317.

23. Иллиополов, С.К. Определение морозостойкости асфальтобетона Текст. / С.К. Иллиополов, Ю.Г. Андриади, С.К. Меркулов // Тез. докл. I междунар. научн.-практ. конф. «Современные проблемы дорожно-транспортного комплекса». Ростов-на-Дону, 1998. - С. 14-15.

24. Иллиополов, С.К. Уточнение расчета напряженно-деформированного состояния системы «дорожная одежда грунт» Текст. / С.К. Иллиополов, М.Г. Селезнев. - Ростов-на-Дону: изд. РГСУ, 1997. - 125 С.

25. Смирнов, А.В. Механика устойчивости и разрушения дорожных конструкций Текст. / А.В. Смирнов, А.А. Малышев, Ю.А. Малков. Омск: СибАДИ, 1997.-91 С.

26. Смирнов, А.В. Прикладная механика дорожных и аэродромных конструкций Текст. / А.В. Смирнов. Омск: изд. ОмГТУ, 1993. — 128 С. •

27. Смирнов, А.В. Новая концепция долговечности дорожных^ конструкций Текст. / А.В. Смирнов // Известия ВУЗ(ов). Строительство. -1995. №№7-8.-С. 107-111.

28. Иллиополов, С.К. Композиционная литая смесь Текст. / С.К. Иллиополов, B.JT. Котов, И.В. Мардиресова// Краснодар, 2001. 3 С.

29. Иллиополов, С.К. Литой асфальтобетон с использованием полимерного модификатора Текст. / С.К. Илларионов // Сб. всеросс. научно-техн. конф. Краснодар, 2002. - 3 С.

30. Иноземцев, А.А. Споротивление упруго-вязких материалов Текст. / А.А. Иноземцев. — JL: Изд-во литерат. по строит-ву. — 1972. 152 С.

31. Красиков, О.А. Обоснование стратегии ремонта нежестких дорожных одежд Текст. / О.А. Красиков: Автореф. дисс. докт. техн. наук. — М.: 2000. -44 С.

32. ВСН-46-83 «Инструкция по расчету дорожных одежд нежесткого типа». -М.: Транспорт, 1983. 137 С.

33. ВСН-25-86. «Указания по обеспечению безопасности движения на автомобильных дорогах». -М.: Транспорт, 1988. 183 С.

34. Сахаров, П.В.' Способы проектирования асфальтобетонных смесей Текст. / П.В: Сахаров // Транспорт и дороги города. 1935. - №12. - С. 1116.

35. Горелышев, Н.В. Оптимизация структуры минерального" остова асфальтобетона Текст. / Н.В. Горелышев // Материалы симпоз. по структуре и структурообразованию в асфальтобетоне. — Балашиха: , изд-во СоюздорНИИ, 1968. С. 61-75.

36. Горелышев, Н.В. О необходимости совершенствования норм прочности асфальтобетона Текст. / Н.В*. Горелышев // Особенности проектирования, стр-ва и эксплуатации автомоб. дорог в ВосточноСибирском регионе. Иркутск, 1998. - С. 19-25.

37. Гезенцвей, Л.Б. Применение активированного минерального порошка в дорожном строительстве Текст. / Л.Б. Гезенцвей // Труды СоюздорНИИ, вып. 107. 1978. - С. 73-78.

38. Гельфер, Г.А. Строительство и эксплуатация городских дорог Текст. / Г.А. Гельфер. М.: Стройиздат, 1989. - 272 С.

39. Рыбьев, И.А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ Текст. / И.А. Рыбьев. М.: Высшая школа, 1978. - 309 С.

40. Рыбьев, И.А. Асфальтовые бетоны. Текст. / И.А. Рыбьев. М.: Высшая школа, 1969. - 399 С.

41. Гохман, JI.M. Экспериментально подтверждено. Применение полимерно-битумных вяжущих для повышения сроков службы дорожных покрытий Текст. / JI.M. Гохман // Дороги России, №3. 2002. - С. 79.

42. Еремин, В.Г. Холодный асфальтобетон на шлаковых материалах и его применение в покрытиях автомобильных дорог Текст. / В.Г. Еремин. Дисс. канд. техн. наук. Воронеж, 1987. - 212 С.

43. Резванцев, В.И. Шлаковые асфальтобетонные покрытия: эксплуатационно-прочностные свойства: Монография Текст. / В.И. Резванцев, В.Г. Еремин. Воронеж: ВГУ, 2002. - 160 С. .

44. Резванцев, В.И. Эксплуатационные особенности асфальтобетонных покрытий Текст. / В.И. Резванцев, А.В. Еремин // Тез. докл. II междунар. научно-практической конференции «Автомобильные дороги Сибири». -Омск: СибАДИ, 1998. С. 154-156.

45. Бахрах, Г.С. Исследование активности (структурирующей активности) минеральных компонентов для асфальтобетона Текст. / Г.С. Бахрах // Труды ГипродорНИИ. М.: 1971. - Вып. 2. - С. 66-79.

46. Расстегаева, Г.А. Активные и активированные минеральные компоненты из отходов промышленности Текст. / Г.А. Расстегаева. -Воронеж: ВГУ, 2002. 192 С.

47. Расстегаева, Г.А. Исследование процессов структурообразования смесей из гранулированного шлака и вязкого битума при строительстве покрытий автомобильных дорог Текст. / Г.А. Расстегаева // Автореф. дисс. канд. техн. наук. Л.: 1977. - 20 С.

48. Самодуров, С.И. Асфальтовый бетон с применением шлаковых материалов Текст. / С.И. Самодуров. Воронеж: ВГУ, 1984. - 108 С.

49. Бондарев, Б.А. Асфальтобетоны на шлаковых заместителях Текст. / Б.А. Бондарев, Ю.В. Штефан, М.А. Гончарова, Г.Е. Штефан. Липецк: ЛГТУ, 2005. - 175 С.

50. Бондарев, Б.А. Оптимизация межремонтных сроков службы городских автомобильных дорог Текст. / Б.А. Бондарев, А.Д. Корнеев, Ю.В. Штефан, П.В. Сошнин. Липецк: ЛГТУ, 2006. - 204 С.

51. Матвеев, Е.В. Исследование битумно-шлаковых смесей и условий их применения в покрытиях автомобильных дорог Текст. / Е.В. Матвеев // Автореф. дисс. канд. техн. наук. Воронеж, 1974. - 23 С.

52. Волков, М.И. Дорожно-строительные материалы Текст. / М.И. Волков, И.М. Борщ, И.М. Трушко, И.В. Королев. М.: Транспорт, 1975. -101 С.

53. Тулаев, А.Я. Дорожные одежды с использованием шлаков Текст. / А.Я. Тулаев, И.В. Королев. М.: Транспорт, 1986. - 221 С.

54. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги. Госстрой СССР. М.:1986.

55. СНиП 3.06.03-85. Автомобильные дороги. Госстрой СССР. М.:1986.

56. СНиП 2.01-82. Строительная климатология и геофизика Текст. -М.: Стройиздат, 1983.

57. Стандарт США. ANSI/AS ТМ Д 1670-74. Метод определения разрушения битумных материалов от растрескивания при ускоренных испытаниях на воздействие атмосферных условий. 1974. - С. 10.

58. ГОСТ 27.002-83. Надежность в технике. Термины и определения Текст. /- М.: Изд-во стандартов. 1984. - 30 С.

59. ГОСТ 18322-73. Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения Текст. / М.: Изд-во стандартов. - 1973.

60. Пр. 122. ГОСТ 9.908-85 (СТ СЭВ 4815-84, СТ СЭВ 6445-88). Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости Текст. / — М.: Изд-во стандартов. 1990. - 31 С.

61. ГОСТ Р50597-93. Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения Текст. Госстандарт России. - 1993.

62. ГОСТ 30413-96. Дороги автомобильные. Методы определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием Текст. Госстандарт России. — 1996.

63. ГОСТ 30412-96. Дороги автомобильные и аэродромы. Методы измерения неровностей оснований и покрытий Текст. — Госстандарт России. -1996.

64. ГОСТ 17.2.4.02-81. Охрана природы. Атмосфера. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ Текст. М.: Госстандарт России. - 1981.

65. Трофименко, Ю.В. Транспортные сооружения и окружающая среда Текст. / Ю.В. Трофименко, Г.И. Евгеньев. М.: Академия, 2006. - 392 С.

66. Скрыпников, А.В. Оценка транспортно-эксплуатационных качеств лесовозных автомобильных дорог в системе автоматизированного проектирования (САПР АЛД) Текст. / А.В. Скрыпников. Воронеж: ВГУ, 2005.-385 С.

67. Курьянов, В.К. Стадийное повышение транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог Текст. / В.К. Курьянов, О.В. Рябова, А.В. Скрыпников. Воронеж: ВГУ, 2004. - 190 С.

68. Батурин, В.К. Техногенное химическое воздействие автомобильных дорог на экосистему придорожной полосы Текст. / В.К. Батурин. Воронеж: ВГУ, 2003.-112 С.

69. Говоров, В.В. Оптимизация эксплуатационных показателей приремонте и содержании автомобильных дорог Текст. / В.В. Говоров // Дисс. канд. техн. наук. Воронеж: ВГАСУ, 2005. - 176 С.

70. Корнеев, А.Д. Строительные композиционные материалы на основе шлаковых отходов Текст. / А.Д. Корнеев, М.А. Гончарова, Б.А. Бондарев. -Липецк, 2002. 122 С.

71. ГОСТ 3344-83. Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия Текст. — М.: Госстандарт России, 1983.

72. ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ Текст. М.: Госстандарт России, 1997.

73. ГОСТ 30108-94. Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов Текст. — М.: Госстандарт России, 1994.

74. Папонов, Н.Н. стадийное повышение эксплуатационного уровня лесовозных автомобильных дорог Текст. / Н.Н. Папонов // Автореферат дисс. канд. техн. наук. Воронеж, 1997. - 16 С.

75. Агамирзян, JT.C. Анализ и построение диаграмм динамики транспортного. потока на основе экспериментальных данных Текст. / J1.C. Агамирзян // Труды Грузин: политех, инст-та. 1976. - С. 14-19.

76. Курьянов, В.К. Оценка эксплуатационных качеств лесовозных автомобильных дорог Текст. / В.К. Курьянов, Н.И. Чубов, С.М. Гоптарев // Лесная промышленность. 1992. - С. 17-19.

77. Скворцов, Т.В. Повышение транспортно-эксплуатационных качеств лесовозных автомобильных дорог. Модели и алгоритм Текст., / Т.В. Скворцова// Автореф. дисс. канд. техн. наук. Воронеж, 2005. - 18 С.

78. Проект объездной автомобильной дороги по ул. Механизаторов в г.г

79. Липецке. ООО «Интертехстрой». Воронеж, 2004. - 86 С.

80. Домке, Э.Р. Управление качеством дорог Текст. / Э.Р. Домке, А.П. Баксанов, А.С. Ширшиков. Ростов-на-Дону: изд. Феникс. - 2006. - 250 С.

81. Богомолов, А.Н. К вопросу об устойчивости насыпи автомобильной дороги Текст. / А.Н. Богомолов, И.В. Иванов, Т.А. Сабитова // Вестн. ВолгГАСУ. Сер. Естественные науки. 2004. - Вып. 3 (10). - С. 42-44.

82. Иванов, И.В. Исследование устойчивости однородной грунтовой насыпи дорожного полотна методом теории комплексной переменной Текст. / И.В. Иванов // Автореф. дисс. канд. техн. наук. — Волгоград, 2006. С. 21.

83. Маслов, Н.Н. Основы механики грунтов Текст. / Н.Н. Маслов. -М.: Высшая школа, 1982. 511 С.

84. Маслов, Н.Н. Условия устойчивости откосов и склонов в гидромеханическом строительстве Текст. / Н.Н. Маслов. М.: Госэнергоиздат, 1955. - 53 С.

85. Сабитова, Т.А. Анализ надежности и устойчивости откосов грунтовых насыпей автотранспортных сооружений Текст. / Т.А. Сабитова // Автореф. дисс. канд. техн. наук. Волгоград, 2007. - 23 С.

86. Терцаги, К. Теория механики грунтов Текст. / К. Терцаги. М.: Госстройиздат, 1961. - 507 С.

87. Терцаги, К. Механика* грунтов в инженерной практике Текст. / К. Терцаги, Р. Пек. М.: Госстройиздат, 1958. - 607 С.

88. Корнеев, А.Д. Экономико-информационное управление техническим состоянием жилищного фонда муниципального образования Текст. / А.Д. Корнеев, Б.А. Бондарев, И.А. Рыбина, А.Л. Томилов, А.Н. Тихих. Липецк, 2007. - 140 С.

89. Сошнин, П.В. Оптимизация межремонтных сроков службы городских автомобильных дорог Текст. / П.В. Сошнин // Дисс. канд. техн. наук. — Волгоград, 2006. 180 С.

90. Федеральные дороги России. Транспортно-эксплуатационные качества и безопасность дороясного движения // Статистический аналитический сборник. М.: Росавтодор. - 2008. - 123 С.

91. Отраслевые дорожные нормы. Оценка прочности нежестких дорожных одежд. ОДН-2181.052. 2002. - М.: 2003. - 80 С.

92. Блюмин, С.А. Окрестностные системы Текст. / С.А. Блюмин. A.M. Шмырин. Липецк, 2005. - 131 С.

93. Корчагин, В. А. Применение окрестностных моделей для повышения эффективности функционирования автотранспортных систем Текст. / В.А. Корчагин, A.M. Шмырин // Наука и техника на транспорте. -№2.-М.: 2005.-С. 74-77.

94. Рекомендации по выявлению и устранению колей нежестких дорожных одежд. М.: 2002. - 173 С.

95. Ситников, Ю.М: Стадийное улучшение транспортно-эксплуатационных качеств дорог Текст. / Ю.М. Ситников, О.А. Дивочкин. -М.: Транспорт, 1973.-126 С.

96. Великанова, Д.П. Автомобильные транспортные средства Текст. / Д.П. Великанова, В.Н. Вернадский, В.Н. Нифонтов, И.П. Плеханов: М.: Транспорт, 1997. - 325 С.

97. Курьянов, В.К. Повышение транспортно-эксплуатационного уровня* лесовозного автомобильного транспорта Текст. / В.К. Курьянов // Дисс. канд. техн. наук. Воронеж, 1992. - 509 С.

98. Курьянов, В.К. Лесотехнические особенности лесовозных, дорог Текст. / В.К. Курьянов. Воронеж, 1985. - 85 С.

99. Золотарь, И.А. Повышение надежности автомобильных дорог Текст. / И.А. Золотарь, В.К. Некрасов. М.: Транспорт, 1977. - 183 С.

100. Золотарь, И.А. Экономико-математические методы в дорожном строительстве Текст. / И.А. Золотарь. М.: Транспорт, 1974. - 246 С.

101. Штефан, Ю.В. Разработка технологий для улучшения физико-механических свойств шлаковых асфальтобетонов Текст. / Ю.В. Штефан // Автореф. дисс. канд. техн. наук. Воронеж, 2005. - 17 С.

102. Штефан, Ю.В. Применение планирования эксперимента для получения оптимальных свойств асфальтобетонов Текст. / Ю.В. Штефан // Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов. Йошкар-Ола, 2004:-С. 211-214.

103. Подольский, В.П. Технология борьбы с зимней скользкостью с применением отходов черной металлургии Текст. / В.П. Подольский. В.В.

104. Говоров // Тез. докл. III междунар. научно-технической конф. «Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе». М.: 1999. - С. 1013.