автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Совершенствование конструкций укрепления обочин автомобильных дорог из местных строительных материалов

На правах рукописи

БАДРУДИНОВА АМИНА НАЖМУДИНОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ УКРЕПЛЕНИЯ ОБОЧИН АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ИЗ МЕСТНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (в региональных условиях Нижнего Поволжья)

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

28 ОКТ 2015

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005564032

Волгоград 2015

005564032

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитеюурно-строительный университет

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

АЛЕКСИКОВ Сергей Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

БАЖАНОВ Анатолий Павлович, ФГБОУ ВПО «Пензенский

государственный университет

архитектуры и строительства», профессор кафедры «Геотехника и дорожное строительство»;

кандидат технических наук БОРОВИК Виталий Витальевич, ООО «СтройГрупп», инженер производственно-технического отдела (г. Волгоград).

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский

государственный архитектурно-

строительный университет» (г. Воронеж).

Защита состоится «14» декабря 2015 г. в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.026.04 в ФГБОУ ВПО Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»: http://vgasu.ru/.

Автореферат разослан «19» октября 2015 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета / Акчурин Тал гать Кадимович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Опережающий, по сравнению с протяженностью дорог, рост парка автомобилей привел к увеличению интенсивности движения от 7 до 13 % в год. На участках с высоким уровнем загрузки, при образовании транспортных заторов или движении тихоходного автотранспорта, на подходах к транспортным развязкам и пересечениям, движение автомобилей зачастую происходит по обочинам. В этих случаях фактическая интенсивность движения по обочине превышает расчетную в 1,53,0 раза, осевые нагрузки возрастают в 1,8-1,9 раза и достигают 10 тонн и более. Конструкции обочин, запроектированные на нагрузку 6 тонн, интенсивно разрушаются. Как следствие, от 5% до 90% протяженности обочин обследованных федеральных дорог не отвечают нормативным требованиям. Территориальные дороги ремонтируется нерегулярно, краевая укрепленная полоса имеет колейность, обламывание кромки. Остановочная полоса зачастую занижена, имеет просадки и размыва. Укрепление обочин, как правило, ограничивается их щебневанием толщиной 10-15см. Ограниченно используются местные материалы и отходы производства (отсевы щебня, шлаки, асфальтогранулят), которые загрязняют окружающую среду и выводят из землепользования значительные территории. Увеличение объемов работ по ремонту и реконструкции дорог требует разработки новых конструкций укрепления обочин, с учетом эксплуатационного состояния существующих конструкций и возможности повторного их использования путем расайклирования или регенерации материалов.

При расчете укрепления обочин особое внимание следует уделять повышению прочности грунтового основания, так как толщина остановочной полосы определяется сдвигоустойчивостью грунта. Для обоснования расчетных характеристик грунтов необходимо уточнение региональных расчетной влажности обочин земляного полотна в условиях Юга РФ. Повышение сдвиговой прочности грунтов проблематично без исследования зависимости их свойств от плотности и влажности.

При технико-экономическом обосновании конструкции обочин следует учитывать их положительное влияние на прочность дорожной одежды, что способствует снижению ее толщины и стоимости. При этом на 5-10% повышается скорость автомобилей, на 16-20% снижаются потери от ДТП.

Степень разработанности темы. Решению задач проектирования укрепления обочин уделялось большое внимание в работах Васильева А.П., Беляуш A.B., Бялобжеского Г.В., Войкина И.А., Журавлева И.Н., Ивановой E.H., Казарновского В.Л., Куканова В.И., Лазебникова М.Г., Лейтланда В.Г., Линцера A.B., Львовича Ю.М., Ногай В.А., Перкова Ю.Р., Прокопьева С.М., Рувинского А.И., Табакова В.Л., Тулаева А.Я., Фомина А.П. и других ученых. Достаточно глубоко проработаны вопросы конструирования и расчета укреплений, организации и технологии производства работ.

Вместе с тем ОДН 218.3.039-2003 требует совершенствования в части обоснования региональной расчетной влажности и прочности грунтов земляного полотна, использования местных строительных материалов и отходов производства при укреплении обочин, совершенствования методики технико-экономического обоснования рациональных конструкций укрепления обочин из местных материалов.

Данные положения определяют актуальность, практическую значимость, цель и задачи диссертационного исследования.

Цель работы состоит в совершенствовании методики проектирования конструкций укрепления обочин автомобильных дорог из местных материалов с учетом региональных дорожно-климатических условий Нижнего Поволжья. Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. выполнить анализ существующего опыта проектирования и строительства укрепленных обочин из местных материалов;

2. исследовать зависимости расчетной влажности и физико-механических характеристик глинистых грунтов от природно-климатических факторов, разработать методику и выполнить обоснование региональной расчетной

влажности и прочности грунтовых оснований под укрепленными обочинами автомобильных дорог Нижнего Поволжья;

3. усовершенствовать методику технико-экономического обоснования конструкций укрепленных обочин, позволяющую учитывать снижение затрат в укрепление обочин и устройство дорожной одежды, транспортные расходы на перевозку грузов и пассажиров, потери от дорожно-транспортных происшествий;

4. исследовать физико-механических свойства местных строительных материалов и отходов производства, разработать конструкции укрепления обочин из местных материалов, предназначенные для практического применения при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог;

5. разработать рекомендации по проектированию укрепления обочин из местных материалов в региональных условиях Нижнего Поволжья.

Объектом исследования являются укрепленные обочины автомобильных дорог.

Предметом исследования является конструирование, расчет и технико-экономическое обоснование рациональных конструкций укрепления обочин из местных материалов с учетом региональных дорожно-климатических условий Нижнего Поволжья.

Информационной базой исследования послужили ранее выполненные исследования ученых, статистические материалы, представленные предприятиями дорожного хозяйства, натурные наблюдения за движением транспортных потоков, результаты обследования эксплуатационного состояния укрепленных обочин автомобильных дорог региона.

Научная новизна заключатся в исследовании совместного влияния плотности и влажности глинистых грунтов обочин автомобильных дорог на их прочностные и деформационные характеристики, разработке методики обоснования региональной расчетной влажности грунтовых обочин земляного полотна на основе данных агрометеослужбы, оценки влияния прочностных

характеристик грунтового основания и конструктивных слоев укрепления обочин на ее прочность и толщину, совершенствовании методики технико-экономического обоснования конструкций укрепления обочин.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследования могут быть использованы при проектировании рациональных конструкций укрепления обочин из местных материалов с учетом региональной расчетной влажности и прочности грунтов земляного полотна, физико-механических свойств материалов и отходов производства.

Разработанные методические рекомендации позволяют повысить надежность конструкций укрепления обочин, способствуют снижению строительных и эксплуатационных затрат на автомобильных дорогах.

Теоретической и методологической основой исследования являются основные положения проектирования, строительства и ремонта укрепленных обочин автомобильных дорог, теории водно-теплового режима земляного полотна, систем и производственных функций, теории вероятностей и математической статистики, многофакторный корреляционный анализ, методы экономической теории.

В качестве инструмента исследований для решения поставленных задач использован системный анализ и его методы, экономико-математическое моделирование, функционально-стоимостной анализ, планирование эксперимента.

На защиту выпосятся:

1) зависимости расчетной влажности и физико-механических характеристик глинистых грунтов от природно-климатических факторов;

2) методика обоснования региональной расчетной влажности и прочности грунтовых оснований под укрепленными обочинами автомобильных дорог Нижнего Поволжья;

3) методика технико-экономического обоснования рациональных конструкций укрепленных обочин, позволяющая учитывать снижение затрат в укрепление обочин и устройство дорожной одежды, транспортные расходы на

перевозку грузов и пассажиров, потери от дорожно-транспортных происшествий;

4) конструкции укрепления обочин из местных материалов при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог;

5) рекомендации по проектированию укрепления обочин из местных материалов в региональных условиях Нижнего Поволжья.

Достоверность научных положений и результатов, содержащихся в диссертации, обеспечена применением программного обеспечения (Microsoft Office Excel, Радон) и подтверждается согласованием выводов теоретического анализа с данными других авторов, результатами модельных и натурных экспериментов.

Апробация работы. Полученные результаты были представлены на VH-ой (14-16 мая 2013 г.) международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли Юга России» (г. Волгоград); на ежегодной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (2010-2014гт.); на IV Международной научно-технической конференции «Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства» (23—25 сентября 2013 г., Волгоград).

Реализация результатов исследования. Результаты исследований были использованы при ремонте автомобильных дорог республики Калмыкия.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 5 статей в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов по работе и рекомендаций, списка литературы, включающего 128 наименования, и приложения. Основной текст содержится на 153 странице, и включает 59 таблиц и 75 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, степень ее

разработанности, сформулированы цели и задачи, отмечены научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы.

Первая глава посвящена обзору и анализу существующего опыта проектирования и строительства укрепленных обочин из местных материалов.

Аварийность движения, скорость автомобилей зависит от состояния и ширины укрепленных обочин. Укрепление обочин, как правило, ограничивается их «щебневанием» толщиной 15-20 см. На перегонах с уровнем загрузки 2>0,7, в местах железнодорожных переездов, пересечений, ремонтных работ и ДТП движение по обочинам совершают от 4,6 до 29% автомобилей, в том числе грузовых. В результате от 5 до 60% протяженности обочин имеет просадки и выбоины, от 40 до 80% - колейность, от 40 до 90% -превышение кромки покрытия над обочиной до 15-18 см, от 5 до 80% -разрушения краевой полосы, до 25% - поперечные уклоны до 50%>. Неудовлетворительное состояние обочин приводит: к увеличению влажности и снижение прочности грунтового основания под дорожной одеждой до 6-8%; росту ДТП на 16-20%; снижению средней скорости транспортного потока до 510%.

Оценка эксплуатационного состояния обочин, практика дорожного строительства, анализ проектных решений показывают, что при укреплении обочин ограниченно используются местные материалы (укрепленные и неукрепленные отсевы щебня, шлаки, асфальтогранулят). Расчет конструкций следует выполнять с учетом региональной влажности и прочности грунтов земляного полотна. При реконструкции и ремонте обочин необходимо учитывать износ конструктивных слоев укрепления и возможность повторного использования строительных материалов после их регенерации. Методики технико-экономического обоснования рациональных конструкции укрепления обочин требует совершенствования.

Во второй главе выполнены теоретические исследования в области совершенствования методики проектирования укрепления обочин в региональных условиях Нижнего Поволжья.

Конструкция краевой укрепленной полосы, как правило, устраивается по типу основной дорожной одежды. Толщина конструкций остановочной полосы обочин определяется прочностью на сдвиг в грунтах земляного полотна от статической. Запас прочности конструкций на сдвиг в грунтовом основании составляет 2-6%. Прочностные и деформационные характеристики грунтов в значительной степени зависят от их гранулометрического состава, относительной влажности (fVT) и плотности: модуль упругости:

=aV,'\2-b IK + c (1)

где а,Ь,с коэффициенты, зависят от типа грунта, принимаются по таблице 1.

Таблица1

Коэффициенты уравнения (1)

Тип грунта Зпачения коэффициентов уравнения

а Ь с

Супесь легкая 214.29 359,86 195,14

Супесь пылеватая 642,86 1089,30 493,00

Суглинок легкий 659,00 1130,50 510,50

Суглинок тяжелый 642,86 1089,30 . 493,00

сцепление в грунте при статической нагрузке: для суглинков и глин

Сгр = 0,453е~4'541"'г , (2}

для супесей

Сгр = 0,0435<Г1-855"'г,

угол внутреннего трения при статической нагрузке: для суглинков и глин

ргр = 43,091е-0'2891*'7', (3)

для супесей

^=99,151^^,

Повышенное уплотнение грунтов способствует увеличению прочностных и деформационных характеристик грунтового основания до 10%. При этом наибольший эффект наблюдается на суглинках тяжелых и глинах в засушливых районах Юга России, в интервале относительной влажности от 0,51УТ до 0,7 WT.

Исследованию водно-теплового режима земляного полотна автомобильных дорог в I-V дорожно-климатических зонах посвящены работы проф. Бабкова В.Ф., Бируля А.К., Пузакова H.A., Золотаря И.А., Сиденко В.М., Тулаева А .Я., Калужского Я.А., Преферансовой Л.А., Малышева A.A., Савко Н.Ф., Корсунского- М.Б., Кудрявцева Н.М., Россовского П.Д., Рувинского В.И., Шелопаева Е.И., Ефименко В.Н. и др. ученых. Особенности водно-теплового режима земляного полотна в степных и лесостепных районах (IV-V дорожно-климатические зоны) рассмотрены в работах Бируля А.К., Сиденко В.М., Носича И.А., Покутнева Ю.А., Гудзинского М.Н., Анфимова В.А., Каландарова Т.Х., Дараган И.К., Каменева A.M. и др. ученых.

Для обоснования региональной расчетной влажности грунтов полотна под укрепленными обочинам, предпочтителен метод AMC, разработанный проф. Сиденко В.М. Расчетная влажность грунтов обочины W° для региональных условий Нижнего Поволжья определяется в зависимости от типа местности по условиям увлажнения, конструкции дорожной одежды и укрепления обочины:

W°p =(0,83-/?-Г^"+АХ1+/-С1г) (4)

где fV°n- максимальная влажность почво-грунтов открытого поля в

расчетный период; ß - коэффициент, учитывающий тип местности по условиям увлажнения (изменяется от 1 до 1,07); у - коэффициент, изменяется от 0,85 до 1,0; А - поправка, зависит от дорожно-климатической зоны и конструкции укрепления обочины; t — коэффициент нормированного отклонения.

С учетом исследований В.М. Сиденко, коэффициент вариации влажности грунта земляного полотна Суг, определяется:

Ск= 0,083 -ß-Y-K" ~0'2 (5)

Расчет максимальной влажности почво-грунтов открытого поля основан на методе гидролого-климатических расчетов проф. B.C. Мезенцева:

<" = (—^г—H)Wr(i+iCv) (6)

5,88^' +260

где -сумма среднемесячных положительным температур воздуха; КХ— годовая сумма атмосферных осадков; а,, Ъ, — коэффициенты, зависят от типа грунта. Су- коэффициент вариации влажности почво-грунта.

Разработа1шая автором методика позволяет обосновать региональную расчетную влажность и прочностные характеристики грунтов обочины земляного полотна по данным AMC с учетом типов грунта, местности по условиям увлажнения, конструкций обочин.

Толщина основания остановочной полосы (Носа) (из местного щебня и отсевов), независимо от типа покрытия, определяется модулем упругости Е, углом внутреннего трения <р и сцеплением грунтового основания с:

С • Eai • <ра2

Носн =--, (7)

с

где С, al, а2, аЗ — коэффициенты уравнения, зависят от материала покрытия остановочной полосы (таблица 2). Коэффициент корреляции 0,97-0,98.

Таблица 2

Значения коэффициентов уравнения (7)

Материал покрытия Зпачения коэ( )фициснтов

С «1 а2 а 3

Плотный мелкозернистый горячий асфальтобетон тип Б марки П 4,872 0,064 0,205 0,162

Пористый крупнозернистый горячий асфальтобетон марки III 4,163 0,054 0,201 0,184

Асфальтогранулят 4,163 0,054 0,201 0,184

Черный щебень методом пропитки 0,837 0,400 0,166 0,200

Отсевы щебня Ф 0-20 укрепленные эмульсией и цементом 5,292 0,052 0,098 0,192

Щебень рядовой осадочных пород 5,301 0,050 0,090 0,190

При проектировании укрепления обочин, толщина конструктивных слоев в основном определяется сдвиговыми характеристиками грунтов (коэффициенты весомости 0,09-0,205, таблица 2). Следовательно, для снижения стоимости

укрепления необходимо стремиться к повышению прочности грунтового основания обочин.

Общий (эквивалентный) модуль упругости остановочной полосы обочины Е3 зависит от общей толщины конструкции Я0, предельного активного напряжения сдвига в грунтовом основании Гпр, среднего модуля упругости конструкции Ес р. Влияние указанных факторов на общую прочность конструкции увеличивается по мере повышения капитальности покрытия:

Еэ=Х-Н0х1-Т*„2р-Е?р, (8)

где X, х\, х2, л:3 - коэффициенты уравнения, зависят от материала покрытия (таблица 3). Коэффициент множественной корреляции 0,91-0,98.

Таблица 3

Значения коэффициентов уравнения (8)

Материал покрытия на основании из щебня рядового Коэ< ¡»фициепты уравнения

X xl х2 хЗ

Плотный мелкозернистый горячий асфальтобетон тип Б марки II 2.81409Е-05 2,926 0,821 1,367

Пористый крупнозернистый горячий асфальтобетон марки III 9,852Е-05 2,752 0,735 1,206

Асфальтогранулят 0,00094 2,532 0,748 1,003

Черный щебень 0,0021 1,816 0,420 1,105

Щебень рядовой осадочных пород 0,1501 1,640 0,536 0,598

В современных условиях роста интенсивности и осевых нагрузок, ремонту обочин следует уделять особое внимание. При проектировании ремонта обочин необходимо учитывать следующие особенности:

— укрепленная часть обочин все чаще используется для совершения обгона. При Z=0,5-0,6 до 1,0 - 1,5 % легковых автомобилей выезжают на обочину. При скорости 100 - 150 км/ч ДТП, совершённые вследствие обгона по обочине, отличаются высокой тяжестью;

— при Z>0,75-0,8 до 12% автомобилей используют укреплённую обочину для движения со скоростью не более 60 км/ч;

— укрепленные обочины используются для стоянки грузовыми многоосными автомобилей с осевыми нагрузками 10 тонн и более. В период распутицы,

из-за недостаточной прочности остановочной полосы, на обочинах формируется колейность и просадки;

— несвоевременный ремонт обочин приводит к дополнительному увлажнению грунтового основания, резкому снижению прочностных характеристик грунтов, ускоренному разрушению не только обочин, но и проезжей части дороги. При этом развитие просадок проезжей части происходит в направлении от обочины (от кромки проезжей части) к полосе наката (рисунок 1);

— в процессе длительной эксплуатации материалы укрепления загрязняются и разрушаются. Их прочностные характеристики снижают до 20-35%. Это необходимо учитывать при проектировании ремонта обочин.

Рисунок 1 Просадки краевой и остановочной полосы (дорога Волгоград-Элиста - слева, дорога Сызрань-Саратов-Волгоград Р-228- справа)

Перечисленные выше особенности позволили разработать конструкции укреплении обочин при их ремонте. Толщина укрепления обочин щебнем (отсевами) Нт зависит от его модуля упругости Ещ и прочностных характеристик грунтового основания:

40,52 • Ещ00'

~ £0,171 .^0,083 ,с0.165 • (9)

Коэффициент корреляции 0,98, стандартное отклонение 0,02.

При технико-экономическом обосновании укрепления обочин следует учитывать положительное влияние укрепленных обочин на прочность

дорожной одежды и транспортно-эксплуатационные показатели участка дороги в целом.

При сравнении равнопрочных конструкций с одинаковым типом покрытия и шириной укрепления используются единовременные (строительные) затраты, с различным покрытием или его шириной — приведенные (дисконтированные) затраты.

При сравнении по строительным затратам критерием оптимальности является минимум стоимость (С0) укрепления обочины, краевой полосы и дорожной одежды:

Со = £ с; • я* + ¿с; • н°+• ндк° min, (i 0)

/=1 j=\ к=\

где С* — стоимость устройства 1 см ¡-го конструктивного слоя укрепительной краевой полосы толщиной Я", руб/кв.м.; С° - стоимость

устройства 1 см j-го слоя остановочной полосы толщиной Н° руб/кв.м.; Сдк° — стоимость устройства 1 см г-го конструктивного слоя дорожной одежды, толщиной Ньк°, руб/кв.м.

Средние удельные строительные затраты для конструктивных слоев из

местных материалов в ценах 2013г. установлены по отдельным районам региона.

При расчете по дисконтированным затратам следует учитывать вложений в строительство (реконструкцию), затраты на ремонт и содержание обочин, снижение себестоимости перевозок и потерь от ДТП:

(и)

(=0 +

где (1+£)' — коэффициент дисконтирования; R, - сумма выгод от реализации проекта в t-м году; 3, - сумма всех затрат в t-м году на строительство и ремонт укрепленных обочин; Т - расчетный период; Е -процентная ставка.

Результаты R, включают снижение автотранспортных затрат ACT(tJ и потерь от ДТП ACd (0-

R,^AC^t) + ACD(i) (12)

Величина снижения транспортных затрат АСТ(/) зависит от ширины укрепления обочины, интенсивности движения и средней скорости транспортного потока (рисунок 2-рисунок 3).

1500 2000

Интенсивность движения, авт/с

Рисунок 2 Снижение транспортных затрат от интенсивности движения при укреплении

обочин щебнем

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

Ширина укрепленной обочины,и

Рисунок 3 Снижение транспортных затрат от ширины укрепления обочин щебнем

Комплексное влияние ширины укрепления В, интенсивности движения N(t) и средней скорости транспортного потока V(t) до укрепления обочин на величину снижения транспортных затрат ДСТ(/) описывается зависимостями: при укреплении обочин с покрытием из асфальтобетона, черного щебня:

д cT(t) = 0,032 • V(t) ■ N(t)°'m ■ в1'144, тыс.руб/км (13)

при укреплении обочин с покрытием из щебня, обработанного вяжущим:

АСТ(0 = 0,1487 • ПО■ ЛЧ0°'624• Я1'647, тыс.руб/км (И)

при укреплении обочин необработанным щебнем:

ДСГ (0 = 113,89 ■ V(t) ■ N(t)-°-506 ■ В3-529, тыс.руб/км (15)

Исследования В.В.Чванова позволили автору установить величину снижения потерь от ДТП в зависимости от вида дорожных работ: при укреплении обочин на всю ширину:

ДCd(0 =0,0324 N(0+0.0686, млн.руб/км (16)

при укреплении обочин на ширину 1,0м:

АСВ (0=0,0209 N(0+0.0443, млн.руб/км (17)

при поведении ямочного ремонта обочин или их подсыпки:

ДСП (0=0,0167 N(0+0-0354, млн.руб/км (18)

Зависимости (10), (13)-(18) позволяют более полно учитывать рекомендации ОДН 218.046-01, ВСН 39-79, ОДН 218.3.039-2003 в части положительного влияния укрепленных обочин на прочность дорожной одежды, увеличения скорости автотранспорта и снижения аварийности дорожного движения.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований по обоснованию транспортной нагрузки на обочины, расчетной влажности и прочности грунтового основания под укрепленными обочинами, физико-механических характеристик местных строительных материалов.

В составе грузового транспортного потока общая доля автопоездов достигает 47%. На основе данных А.С.Конорева о весовом контроле автотранспорта выполнен анализ нагрузки от И типов автопоездов. Установлено, что максимальная нагрузка (Ют) приходится на 2-ю ось двухосного тягача с трехосным полуприцепом, доля которого в грузовом потоке более 10%. При расчете конструкций остановочной полосы обочин в качестве расчетного следует принимать автомобиль с нагрузкой 10 т на ось (нагрузка группы AI).

С целью обоснования расчетной влажности и прочности грунтов на обочинах земляного полотна выполнен анализ грунтово-геологических условий региона. Установлено, что грунты в основном представлены суглинками тяжелыми (44%), суглинками легкими пылеватыми (19%) и глинами. (26%). Легкие суглинистые грунты составляют около 5%. Супеси и пески, наиболее предпочтительные для земляного полотна, составляют около 6%. Более 97% территории можно отнести к 1-ому типу местности по условиям увлажнения. Незначительная часть территории области периодически подтопляется водой и относится к 2-ому типу местности по условиям увлажнения. Участков местности 3-го типа местности составляет всего 0,14%. К 2-ому и 3-ему типам местности в основном относится территория Волго-Ахтубинской поймы, где уровень грунтовых вод залегает на глубине 1,2-1,8 м. и имеются признаки заболачивания.

Расчетная влажность грунтов на обочинах земляного полотна, зависит от конструкции их укрепления, изменяется от 0,59\УТ до 0,67\УТ для суглинистых грунтов, от 0,43 \УТ до 0,65 \УТ для супесчаных грунтов. Модуль упругости изменяется от 49 МПа до 74 МПа для суглинистых грунтов, от 52МПа до 80 МПа для супесчаных грунтов. Сцепление соответственно изменяется: для суглинистых грунтов от 0,126Па до 0,147 МПа, для супесчаных грунтов от 0,024МПа до 0,064МПа. Угол внутреннего трения изменяется: для суглинистых грунтов от 35,4 град, до 36,3 град, для супесчаных грунтов от 20,1град до 34,5 град. Указанные прочностные характеристики грунтов представлены в виде таблицы и рекомендуются для проектирования укрепления обочин.

Объем месторождений известняков и доломитов в регионе составляет 7 29227,3 тыс.м3, песчаников - 321945 тыс.м3. В месторождениях наиболее представителен щебень марки М400 - М600 (57,39%) и марки М200-М400 (42,32%). На основании лабораторных исследований установлена возможность использования местных строительных материалов при укреплении обочин. Исследованы физико-механические характеристики щебня основных месторождений Волгоградской области. Установлено, что щебень фракции 0-

10мм Зимовского месторождения и фракции 0-20мм Липкинского карьера можно использовать в основании укрепления обочин с покрытием из битумоминеральных смесей. Щебень фракции 70-120 М-300 рекомендуется для устройства остановочной полосы (без покрытия) на дорогах IV технической категории. Малопрочный щебень в процессе его укатки размельчается и формирует ровную монолитную поверхность остановочной полосы.

Укрепление обочин из смеси щебня, полученного от разборки старого основания и необработанного асфальтогранулята, полученного при фрезеровании проезжей части дороги «Сызрань-Саратов-Волгоград», позволило снизить затраты до 140 руб. за 1м2.

Весьма перспективным является использование отсевов дробления каменных материалов. При выходе отсевов дробления 16 тыс.м3 в год, общий объем отвалов достиг 480 тыс. м3, занимаемая площадь составляет 47,5 тыс. м2. Данная песчано-щебеночная смесь из отсевов дробления щебня (ПЩС) имеет марку прочности по дробимости М400-М600. по морозостойкости — F-25, водопоглащение - 1,8-10,3%, содержание пылевидных и глинистых частиц -19,4-32,3%. Замена щебня на ЩПС позволяет снизить стоимость по укреплению обочин на 19-54%.

Укрепление ПЩС цементом, в виду повышенного содержания пылевидных и глинистых частиц, глины в комках (до30%) экономически нецелесообразно. На дорогах III-II категорий предлагается использование ПЩС укрепленной комплексным вяжущим (цементом М500-6% и катионной битумной эмульсией ЭБК-2 — 8%). Учитывая, что наличие чистых отсевов щебня ограниченно, выполнен подбор рецепта при комплексном укреплении отходов дробления с примесью песка до 12%. Нормативные требования к физико-механические показателем органо-минеральной смеси обеспечены при сочетании компонентов: отсев фр. 0^-20мм — 78%, песок — 12%, цемент М500 — 10%, битумная эмульсия — 6,5%. Применение укрепленных отсевов щебня взамен фракционированного щебня экономически оправдано при разности в дальности их перевозки более 60км.

На дорогах IV категории эффективно применять щебеночно-песчаные смеси С4 и С6, щебень с примесью грунта до 60%, На участках остановок или стоянок грузовых автомобилей рекомендуется устройством покрытий из асфальтобетонов, черного щебня, асфальтогранулята.

Выполненные исследования позволили рекомендовать модули упругости местных материалов для расчета укрепления обочин (таблица^)

Таблица^

Модули упругости местного щебня и отсевов дробления

Марка щебня Фракция, мм Расклинивающий материал или примесь грунта Модуль упругости, Мпа

600 40-70 20-70 Высевки, щебеночно-песчаная смесь 270

Без заклинки 300

400 70-120 40-70 Щебень 300

Без заклинки 250

Щебеночно-песчаная смесь С4 275

С5 260

Щебень рядовой М400-600 с содержанием фракции крупнее 20 мм Более 30% 220-280

15-30% 170-190

Щебень М400-600 с примесью грунта 30-40% 100-125

40-50% 125-150

50-60% 150-175

Отсевы дробления щебня с примесью глинистого грунта до 30% 125

Отсевы дробления щебня фр. СИ-20мм с примесью песка - 12%, укрепленные цементом М500 - 10% и битумной эмульсией — 6,5% (III кл.прочности) 250

Прочностные характеристики материалов конструктивных слоев, в процессе их эксплуатации, снижаются до 55-70%, что необходимо учитывать при расчете конструкций укрепления обочин. Обоснованы прочностные характеристики местных строительных материалов, с учетом из физического износа, которые рекомендуется применять при реконструкции или ремонте укрепления обочин.

В четвертой главе представлены рекомендации по проектированию укрепления обочин из местных материалов в региональных условиях Нижнего Поволжья. Рекомендации включают: общие положения по проектированию укрепленных обочин; расчетную влажность, модуль упругости, угол внутреннего трения и сцепление глинистых грунтов по 21 району

Волгоградской, Астраханской области и республики Калмыкия; физико-механические характеристики местных дорожно-строительных материалов; конструкции укрепления обочин при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог; организацию технология производства работ, методику технико-экономического обоснования конструкций; контроль качества работ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Выполненные исследования позволили сделать следующие выводы: 1. На основе анализа накопленного опыта проектирования и строительства укрепленных обочин установлено, что неудовлетворительное эксплуатационное состояние укрепленных обочин обусловлено: недостаточной толщиной конструктивных слов и прочностью грунтового основания, нарушениями при производстве дорожно-строительных работ; использованием обочин для движения транспорта на участках дорог с уровнем загрузки более 0,7; высокими осевыми нагрузками; плохим содержанием и ремонтом дорог. Повышение надежности и снижение стоимости укрепленных обочин возможно за счет: уточнения региональной расчетной влажности и прочности грунтов земляного полотна; более широкого использования местных каменных материалов, укрепленных и неукрепленных отсевов, асфальтогранулята, переуплотненных грунтов; совершенствования методики технико-экономического обоснования и разработке рациональных конструкции укрепления обочин из местных материалов при строительстве и ремонте дорог Нижнего Поволжья.

2. На основе исследования зависимости влажностного режима земляного полона от гидролого-климатических характеристик увлажненности территории разработана методика и обоснована региональная расчетная влажность грунтов на обочинах дорожного полотна. Исследования влияния влажности и плотности глинистых грунтов на их физико-механические свойства позволили обосновать прочностные (модуль упругости) и деформационные характеристики (угол внутреннего трения и сцепление) грунтовых оснований укрепленных обочин автомобильных дорог Нижнего Поволжья.

3. Исследовано влияние состояния обочин, интенсивности движения, скорости транспортного потока, видов ремонтных работ на автотранспортные затраты и потери от ДТП. Обоснована укрупненная стоимость укрепления обочин из местных материалов. Усовершенствована методика технико-экономического обоснования конструкций укрепленных обочин по единовременным (строительным) и приведенным (дисконтированным) затратам.

4. Исследованы физико-механические свойства местных малопрочных каменных материалов, укрепленных и неукрепленных отсевов дробления щебня, асфальтогранулята. Обоснованы требования к свойствам местных материалов, их модулю упругости с учетом физического износа в конструктивных слоях дорожных одежд и обочин. Разработаны конструкции укрепления обочин из местных материалов, предназначенные для практического применения при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог.

5. Разработаны рекомендации по укреплению обочин автомобильных дорог в региональных условиях Нижнего Поволжья, дополняющие ОДН 218.3.0392003 в части региональной расчетной влажности и прочности грунтов земляного полотна, свойств местных строительных материалов и эффективного их применения, технико-экономического обоснования рациональных конструкций укрепленных обочин. Использование местных строительных материалов при ремонте дорог, позволило снизить стоимость укрепления обочин до 140,4 тыс. руб./км. Общее снижение стоимости дорожно-стоимостных работ составило 2386,8 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях:

1. Особенности эксплуатации обочин автомобильных дорог Нижнего Поволжья [Текст] / А. Н. Бадрудинова [и др.] // Вестн. Волгогр. гос.

архит.-строит. ун-та. Сер.: Стр-во и архитектура. - 2011. - Вып. 25 (44). -С. 94-98.

2. Бадрудинова, А. Н. Обоснование региональной влажности грунтовых обочин автомобильных дорог Юга РФ [Текст] / А. Н. Бадрудинова, С. В. Алексиков // Дороги и мосты. - 2012. -Вып. 27/12. -С. 71-80.

3. Бадрудинова, А. Н. Использование фрезерованного асфальтобетона для укрепления обочин автомобильных дорог [Текст] / А. Н. Бадрудинова, С. В. Алексиков // Вестн. Волгогр. гос. ун-та. Сер. 10. - 2012. - Вып. 7. - С. 40-45.

4. Бадрудинова, А. Н. Обоснование расчетной влажности и прочности грунтов под укрепленными обочинами автомобильных дорог [Текст] / А. Н. Бадрудинова, С. В. Алексиков // Вестн. Волгогр. гос. архит.-строит. унта. Сер.: Стр-во и архитектура. - 2013. - Вып. 32 (51). - С. 141-146.

5. Бадрудинова, А. Н. Укрепление обочин при ремонте автомобильных дорог [Текст] / А. Н. Бадрудинова, С. В. Алексиков // Интернет-вестн. ВолгГАСУ. Сер.: Политемат. - 2013. - Вып. 1 (25). - Режим доступа: www.vestnik.vgasu.ru

Публикации в других изданиях:

6. Бадрудинова, А. Н. Совершенствование методики проектирования конструкций укрепления обочин автомобильных дорог Юга РФ [Текст] / А. Н. Бадрудинова, С. В. Алексиков // Вестн. Центр, регион, отд-ния Рос. акад. архитектуры и строит, наук. - 2012. — Вып. 11. — С. 73-78.

7. Бадрудинова, А. Н. Обоснование прочности грунтового основания укрепленных обочин [Текст] / А. Н. Бадрудинова, С. В. Алексиков // Актуальные проблемы стратегии развития Волгограда : сб. ст. -Волгоград : Городские вести ; Панорама, 2012. — С. 59-62.

8. Бадрудинова, А. Н. Конструкции укрепления обочин эксплуатируемых автомобильных дорог [Текст] / А. Н. Бадрудинова // Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли юра России : материалы VII

Междунар. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, 14-16 мая 2013 г. -Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2013. - С. 105-107.

9. Бадрудинова, А. Н. Особенности проектирования укрепления обочин при ремонте автомобильных дорог [Текст] / А. Н. Бадрудинова, С. В. Алексиков // Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства : материалы IV Междунар. науч.-техн. конф., 23-25 сент. 2013 г. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2013.-С. 30-32.

10. Алексиков, С. В. Укрепление обочин автомобильных дорог асфальтогранулятом [Текст] / С. В. Алексиков, А. Н. Бадрудинова // Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства : материалы IV Междунар. науч.-техн. конф., 23-25 сент. 2013 г. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2013.-С. 33-36.

11 .Алексиков, С. В. Укрепление обочин отсевами щебня [Текст] / С. В. Алексиков, А. Н. Бадрудинова // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона : сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч.-практич. конф. - Саратов : СГТУ, 2013. - С. 314-317.

БАДРУДИНОВА АМИНА НАЖМУДИНОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ УКРЕПЛЕНИЯ ОБОЧИН АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ИЗ МЕСТНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

( в региональных условиях Нижнего Поволжья) 05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Подписано в печать 09.10.2015 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Усл. пе.ч. л. 1,40. Тираж 100 экз. Заказ 1878-15.

ЗАОр «НПП «Джангар» 358000, РК, г. Элиста, ул. Ленина, 245