автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Транспортно-эксплуатационные качества колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог из железобетонных плит

на правах рукописи

Асмолоо Валерия Эдуардович

ТРАНСПОРтаО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЬШ КАЧЕСТВА КОЛЕЙНЫХ ПОКРЫТИЙ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

ПЛИТ

05.21.01 - Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 1997

Работа выполнена на кафедре транспорта леса я инженерной геодезии В< нежсхой государственной лесотехнической академии /ВГЛТА/.

Научный руководитель - действительный член Российской акаде

есгественых наук и жилшцно-комунаш академии РФ, доктор технических наук,: фессор КурышовВ.К.

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Чубов Н.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, пррофесеор,

демик РАЕН и ЖКА РФ Харчевников В

кандидат технических наук Сушков С.И.

Ведущая организация - АО "Апшеронскяеспром"

Защита диссертации состоится "26" сетября 1997 г. в 13°® часов н седвнии диссертационного совета Д 064.06.01 в Воронежской государстве лесотехнической академии / 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева 8, зал за< ния-ауд. 118/.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ворс ской государственной лесотехнической академии.

Автореферат разослан "15й августа 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

✓j " В.ККурьянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Транспортное освоение лесосечного фонда главным образом связано со строительством автомобильных дорог на местности, где заболоченность территории покрытой лесом площади достигает 60%, а так же в условиях сильно пересеченной местности, Грунгово-гидрологические условия таких участков весьма сложные. Местные грунты, в первом случае, отличаются низкой несущей способностью и не могут быть использованы в качестве основания без применения специальных проектных решений, а, во втором случае, не обеспечивают устойчивость колееопроводов (на лесовозных автомобильных дорогах наибольшее распространение получили колейные покрытия) как в продольном, так и в поперечном направлениях за счет разрушения грунтового основания водой атмосферных осадков.

Одним из важнейших мероприятий по созданию условий проезжаемости на лесовозных автомобильных дорогах автопоездами в процессе освоения заболоченных лесосек и лесосек, расположенных в условиях сильно пересеченной местности, является целенаправленная работа по созданию новых покрытий для укладки на слабых грунтах, крутых спусках и подъемах. Вот почему исследования в области проектирования и строительства лесовозных автомобильных дорог, а также поиск новых технологических решений и теоретическое обоснование их применения являются весьма актуальным в настоящее время.

Цель работы. Повышение эффективности лесовозного транспорта путем создания колейных элементов сборно-разборных покрытий лесовозных автомобильных дорог с улучшенными транспортно-эксгшуатационными показателями.

Научная повнзпа работы заключается в разработке: новых конструктивных схем плит покрытий повышенной устойчивости и исследования их влияния на устойчивость колееопроводов в продольном и поперечном направлениях, стабилизации несущей способности грунтового основания автомобильной дороги путем его уплотнения упорами-зацепами и водоотвода из межколейного пространства; зависимостей для определения плотности уплотненного грунта межупорной пазухи и процента обеспеченности устойчивости дорожного элемента колесопровода; алгоритма и программы на ЭВМ, реализующих методику и математическую модель расчета процесса уплотнения грунтового основания плитами повышенной устойчивости (ППУ); методики проведения имитационных экспериментов по определению оптимальных геометрических параметров уплотняющих элементов ППУ.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты исследований:

1. Новые конструктивные схемы дорожных железобетонных плит покрытий лесовозных автомобильных дорог, а также технические решения, как результата совершенствования существующих типов покрытий колейных лесовозных автомобильных дорог.

2. Аналитические зависимости по определению плотности уплотненного грунта межупорной пазухи отпорного коэффициента и процента обеспеченности устойчивости и эффективности применения единого транспортного пакета (ЕТП) и на вывозке леса.

3. Методика выбора (определения) оптимальных геометрических параметров упоров-зацепов ППУ в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные покрыта обеспечивают проезд лесовозных автопоездов на местности с ограниченной несуще! способностью и безопасность движения на уклонах большой крутизны.

Программа выбора оптимальных геометрических параметров уплотняклцю элементов ППУ дает возможность проанализировать различные варианты их геомет рических и количественных параметров и выбрать оптимальные значения. Получен ные расчетные зависимости позволяют использовать методику процесса уплотнен» грунтового основания для других смежных отраслей народного хозяйства, зани мающихся строительством промышленных дорог в аналогичных условиях.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработм конструкций дорожных ППУ, а также их изготовления в 1995 году и создаю« подъездных путей в АО "Апшеронсклеспром" .

Результаты исследований внедрены в учебный процесс ВГЛТА при выполнении курсовых и дипломных проектов и работ по специальности 26.01.00"Лесоинженерное дело".

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации отражены в научных отчетах кафедры "Транспорт леса и инженерная геодезия" ВГЛТА за 1992-1997 гг., докладывались и обсуждались нз ежегодных научно-технических конференциях студентов и преподавателей с 1992 по 1994 год в ВГЛТА.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 статей и 1 монография.

Объем в структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, включающего 100 наименований и 3 приложений. Объем работы 150 страниц машинописного текста с 11 табл. и 47 рис., в том числе 20 страниц приложений. Приложения включают акты внедрения и проверки ППУ, распечатку программы на ЭВМ и другие материалы по теме диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы, определена цель исследований, изложена тучная новизна и практическая ценность работы и сформулированы основные положения выносимые на защиту.

В первом разделе приведены обзор и анализ существующих конструкций покрытий и технологий устройства колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог.

Из исследований, наиболее близко соприкасающихся с вопросом повышения транспортно-эксплуатационных качеств колейных покрытий автомобильных дорог являются работы Алябьева В.И., Вырко Н.П., Иванкович A.C., Курьянова В.К., Салминена Э.О., Харчевникова В.И.,. Чубова Н И. и других.

Анализом конструкций существующих современных коленных сборно-разборных лесовозных автодорог с покрытием из жестких переносных элементов (деревянные щиты, железобетонные плиты), из которых устраивают колесопроводы, взаимодействующих с движителями лесовозного (или другого) транспорта, выявлены следующие эксплуатационные недостатки: индифферентность дорожных элементов к стабилизации несущей способности грунтового основания; низкая продольная и поперечная устойчивость колесопроводов как инженерной конструкции, вызывающая пропеллерность их и снижающая транспортно-эксплуатационные показатели

лесовозного транспорта (скорость движения, рейсовую нагрузку, сменную производительность при повышенном расходе горюче-смазочных материалов н износе резины, двигателя и так далее); низкая надежность стыковых соединений дорожных элементов колесопроводов; отсутствие и невозможность водоотвода из межколейного пространства конструктивным решением.

В соответствии с целью исследований и для ее практической реализации поставлены следующие задачи:

1. Анализ существующих конструкций колейных железобетонных плит и технологий устройства колейных покрытий, а также выявление наиболее существенных недостатков в конструктивном исполнении и работе сборных и сборно-разборных колейных лесовозных автомобильных дорог.

2. Разработка новых конструкций плит копейных покрытий, обеспечивающих максимальную устойчивость и стабилизирующих несущую способность грунтового основания лесовозной автомобильной дороги.

3. Проведение теоретических исследований по обоснованию стабилизации несущей способности грунтового основания колейной автодороги путем водоотвода из межколейного пространства и устойчивости дорожных элементов колесопроводов колейного сборно-разборного покрытия лесовозной автодороги;

4. Разработка алгоритма и программы на ЭВМ, реализующих математическую модель и методику расчета процесса уплотнения фунтового основания плитами повышенной устойчивости с последующим проведением имитационных экспериментов по определению оптимальных геометрических параметров уплотняющих элементов плит повышенной устойчивости.

5. Оценка эффективности строительства и последующей работы покрытий из плит повышенной устойчивости.

Во втором разделе определены предпосылки конструирования и испольэова-ни сборно-разборных покрытий колейных автомобильных дорог, а также представлены конструктивные особенности сборно-разборного покрытия повышенной устойчивости.

Объективными предпосылками создания, модификации, изготовления и внедрения в лесную отрасль колейных инвентарных сборно-разборных покрытий лесовозных автодорог следует считать: разнотипность лесовозных автодорог (магистрали, ветки, усы) разного назначения, качества и устройства; разновременность инвестиционных затрат, обусловленная спецификой конструшии колейной автодороги; перспективность перехода (перевода) в дорогу высшей категории; полифункциональная применимость при неистощителыюм и цивилизованном лесопользовании; оборачиваемость за счет технически допускаемой возможности многократной перекладки дорожных элементов (плит, щитов) колесопроводов автодороги; много- и разнообразие технических решений (конструкций) дорожных элементов колейных сборно-разборных автодорог с разнотипными эксплуатационными качествами (свойствами); индустриализация изготовления, поточность и малая затратность строительства при низкой операторской трудоемкости, общая экономическая стабильность; нейтральность центральной полосы автодороги, непосредственно не взаимодействующей с движителями автотранспорта (характерно для усов).

Учитывая эти особенности нами разработаны колейные сборно-разборные покрытия из железобетонных плит повышенной устойчивости (ППУ) (рис.1), снабженных различного рода профиля поперечного сечения и схемами размещения упорами-зацепами с водоотводными каналами, беспечивающими автономно и

6000

—и 1 . 1 г-ЬН—К 1 I 1 1 1 1 |Т т Т| 1 1 ! 1 1 И"Г —, 1 1

_ 7

— —. _____ __ ___

1 1 1 1 т^ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 I 1 1 1 Ц—±—^ 1..... 1 4_]

1 «к

Рис.1. Принципиальная конструктивная схема плиты ППУ (а) и план участка (б) колейной автомобильной дороги

уплотнение грунтового основания (повышение несушей способности) и водоотвод из межколейного пространства и служащим в качестве противоугонных устройств, что способствует повышению продольной и поперечной устойчивости колесопроводов.

ППУ покрытия (рис.1) включает железобетонное тело 1 с расположенными на нижнем основании упорами-зацепами 3, через которые проходят сквозные отверстия (каналы) 4, соединяющие противоположные торцы упоров-зацепов плиты и имеющих на внутренних торцах раструбы 5.

Плиты укладывают на фунтовое основание с раструбами навстречу друг яругу, разделенных межколейным пространством 7.

Сквозные каналы служат для отвода воды из межколейного пространства, для чего имеют уклон не менее 20%. Количество и размеры поперечного сечения сквозных каналов устанавливают гидравлическими расчетами, а форма может быть круглой, элептической, трапециедалыюй, квадратной и другой.

Выбор формы поперечного сечения и схемы размещения упоров-зацепов зависят от конкретики технической характеристики лесовозной автомобильной дороги (спуски, подъемы, горизонтальные площадки, повороты).

Упоры-зцепы могут быть монолитными и съемными, однородными и разнородными, сплошными и разреженными, одного типоразмера и разные.

Вода от атмосферных осадков, поступающая в межколейное пространство 7, фильтруется в грунтовое основание и стекает по наклонным поверхностям раструбов 5 в сквозные каналы, по которым отводится в сторону водоотвода.

Применение предложенной конструкции плиты обеспечивает повышение несущей способности грунта и устойчивости покрытия за счет водоотвода из межколейного пространства и внедрения упоров-зацепов, улучшая условия совместной работы покрытия и грунтового основания, что способствует повышению стойкости и долговечности колейного покрытия автодороги.

Плиты покрытия могут располагаться как на поверхности основания автодороги, так и бьпъ заглубленными в него.

В третьем разделе приведена общая методика теоретических исследований, на основании которой проведены теоретические исследования конструктивно-эксплуатационных показателей инвентарных и повышенной устойчивости плит, стабилизации несущей способности грунтового основания колейной лесовозной автомобильной дороги, водоотвода из межколейного пространства и устойчивости дорожных элементов ППУ.

Для проведения теоретических исследований нами были выбраны расчетные схемы ( рис. 2). Формы поперечного сечения приняты прямоугольная и треугольна», которые характеризуют всевозможные формы поперечного сечения упоров-зацепов.

Известно, что качество дороги всецело зависит от несущей способности грунтового основания, на которое укладывается дорожная одежда, заведомо отвечающая эксплуатационным требованиям.

Теоретически плотность уплотненного (стабилизированного или дополнительно напряженного) фунта основания ру легко определяется при известных параметрах плиты и упоров-заценов по формуле, вытекающей из дефиниции понятия плотности, исходя из постоянства массы грунта в межупорной пазухе ППУ;

¿рл____„1

N4 брг м%

€

Рис.2. Рассчетные схемы для определения плотности грунтового основания и геометрических параметров элементов колейных сборных автомобильных дорог с покрытием из ППУ с треугольными (а,б) и прямоугольными (в) профи-тами поперечного сечения упоров-зацепов: 1 - тело плиты; 2 - упор-зацеп; 3 -иежупорная пазуха; 4 - грунтовое основание

где: Ь-длина плиты; В-ширина плиты; Ь,-высота упора-зацепа; р-абсолютная плотность грунта; П - пористость грунтового основания ; ру -плотность уплотненного грунта,

откуда после подстановки значений

Ру

/=1

¿■к^В.р.^-П)

27=1

п

(2)

(3)

Для поперечного сечения упора-зацепа в виде равнобедренного треугольника а^ = 0, а 2Ь)4 = 2/г^ • tgai, подставив которое в формулу (3) получим:

Ь-р

Ру = -V—,— или р

(4)

"я " 1Ка1 ' ' L-ni■hyi^tgai где: р'- объемная исходная плотность грунта основ гатя дороги.

Из формулы (4) видно, что с увеличением исходной пористости П грунтового основания высоты Ь^ упоров-зацепов, уплотненная последним плотность ру грунта изменяется в зависимости от конкретики взаимосвязи и вариации И/ и а также зависит от tgcci.

Исследования конструктивно-эксплуатационных показателей проводили при следующих исходных и принятых условиях и параметрах: В=1.0 м; Ь=6.0 м; Н=0.2 м; отношение И¡/Н пр!шимали равным 0.5 и 1.0; угол а изменяли от 0 до 90° с градацией через 15°, то есть составлял 0, 15, 30, 45, 50, 75, 90°;плотносгь груша дорожного основания р=1800 кг/м3 с пористостью 30% и 50%; количество упоров-зацепов п,—2,3 и 4 (два концевых обязательно).

Под стабилизацией грунтового основания дороги будем понимать уплотнение его предложенными упорами-зацепами, то есть снижение пористости как основы фильтрационных путей для воды атмосферных осадков, обеспечивающих надежность работы колейной дороги.

Оптимизация процесса стабилизации грунтового основания сводится к минимизации (возможной ликвидации) объема П пор в нем, осуществляемой выбором рациональной формы и линейных и угловых параметров упоров-зацепов, определяющих их объем ^Г V с учетом степени внедрения в грунтовое основание, то есть

->//->тт-> 0,

1=1

где ^¡ГИ^ - суммарный объем л-го количества упоров-зацепов.

г-1

Предельная плотность грунтового основания при уплотнении упорами-зацепами доп

стигается при /7=0, а ^ Уул м П. Последнее условие объясняется тем, что частично /=1

уплотнение осуществляется верхней поверхности грунтового основания нижней поверхностью плиты в пределах межупорных пазух упоров-зацепов. Учитывая, что в конечном итоге уплотненный объем грунта межупорных пазух будет иметь'высоту упоров-зацепов,

л

вправе считать, что ^Г У^ = П, что и положено в основу теоретического расчета

Г = 1

параметров упоров-зацепов и полученной при их внедрении плотности грунта. Причем, последнюю рекомендуем рассчитывать среднюю для межупорной пазухи (не зависимо от реального характера изменения плотности по горизонтали и вертикали).

Объем уплотненного грунта в одной межупорной пазухе, имеющей форму трапеции ДЫМЕ (рис. 2) рассчитывается по формуле вида, при переменной ширине В плиты

вв. в

Кг= ¡с/У = Шм + А£)-/ч-с1В= ¡-{1р-2Ьу+1р)-Иу-с1В. (6)

0 0 о "

Так как 1р=соШ, Иу=con.it, Ьу=сот1, то формула (6) будет иметь вид: в

ууГ = (/, - ъу) - к \ав = (1р-ьу)-иу-^1=(/р -ьу)- иу -в. (7)

о

Объектом исследования была плита покрытия ППУ имеющая длину Ь=6.0 м, ширину В=1.0 м и высоту (толщину) Н=0.2м. Высота Иу упоров-зацепов принята равной Н, а количество их составляло 2,3,4 и 5 штук для опытных моделей .Угол заострения а изменялся от 0 до 90° с градацией через 15°. Пористость грунтового основания принята 30% и 50%, то есть средние значения минимальной и максимальной для дорожных материалов. Концевое (торцевое) расположение упоров-зацепов как обеспечивающее надежность стыков смежных плит, являлось обязательным, а промежуточные размещались равномерно ш> длине плиты с межосевым расчетным интервалом 1р=Ь/(п,-1) (здесь: и, - количество принятых упоров-зацепов на исследуемой плите).

Результаты теоретических исследований запланированных параметров приведены в табл. 1. а геометрическая интерпритация их - на рис.3.

Для изучения водного режима колейных лесовозных дорог как ведущего природно-климатического фактора разработана экспериментальная имитационная установка для исследования железобетонных плит покрытий, снабженных упорами -зацепами с водоотводными каналами.

Экспериментальная установка содержит миниблок колейной автодороги, имитатор дождя, водосборник, смонтированные на жесткой платформе, а также контрольно-измерительные приборы.

Разработаны теоретические [рафики /„ -/(К; и \\' {(К) (рис.4), которые рекомендуются для практического расчета баланса и режима водоотвода и параметров технических элементов его с учетом характера, условий и инженерного решения системы водоотвода, конкретика которых устанавливается по материалам изысканий и экспериментальными путями. При этом последний является единственным и

Таблица 1

Теоретические значения величин объемов межупорных пазух УуТ п плотностей уплотненного грунта ру грунтового основания с абсолютной плотностью р

V т ={1Р~К •'£«)• 1-р (/-Я)

УУ -0

а, Кг, Ру при пористости П, Хр

град. м3 30% 50%

Я,=2, к =0.2 м, В- =1.0 м, ¿=6.0 м, /„=6.0 м

0 15 30 45 60 75 90 1 200 1 188 1.177 1.160 1 131 1.101 ОЛООр 0.706р 0.714р 0.722р 0.743р 0.780р 0.500р 0.504р 0.508р 0.514р 0.530р 0.571р

п,=5, Л1 =0.2 м, В =1.0 м, ¿=6.0 м, /р=1.5 м

0 15 30 45 60 75 90 0.300 0.288 0.277 0.260 0.230 0.150 ОЛООр 0.740р 0.760р 0.810/9 0.950р 1.390р*> 0.500р 0.520р 0.540р 0.580р 0.670р 0.910р

Примечание: *) нереальные показатели.

доминирующим критерием надежности и рациональности принятого и проектируемого решения системы водоотвода.

Для изучения водного режима колейных лесовозных дорог как ведущего природно-климатического фактора разработана экспериментальная имитационная установка для исследования железобетонных плит покрытий, снабженных упорами -зацепами с водоотводными каналами.

Экспериментальная установка содержит миниблок колейной автодороги, имитатор дождя, водосборник, смонтированные на жесткой платформе, а также контрольно-измерительны приборы.

Разработаны теоретические графики 1п ](К) и ПГ=/(К) (рис.4 )когорые рекомендуются для практического расчета баланса и режима водоотвода и параметров технических элементов его с учетом характера, условий и инженерного решения системы водоотвода, конкретика которых устанавливается по материалам изысканий и экспериментальными (гу гями При этом последний является единственным и доминирующим критерием надежности и рациональности принятого и проектируемого решения системы водоотвода

1.0

0.8

0.6

М

---

V

Лв

0.6

ОМ

~=г: — "V —)

п^ъ

Лох

О УS 30 60 75 90 О 15 ¿0 45 60 75 90<*.°

+

±

=3

У.г

1.0 10

0.8 О. б О. А

1 1 1 1

1 ' 1 1

N 1

гг —

12

IГ

А0%

1.0

0.8 г

0.6

У

оЛ

О 15 30 60 75 90оС°

г-L

1 1 1 1

/ / 1 1

>ггш г а/

— — — -

-а

Рр (I с £р | ^ ^

=3

О 15 50 45 60 ?5 90о£О -1-

гр—чл СГ I

8

Рис. 3. Изменение плотности ру грунта межупорных пазух плитыпокрытия в зависимости от пористости П грунтового основания, количества п, и угла заострения а упоров-зацепов: 1- пористость 30%; 2 - пористость 50%

г

Объем воды Ц>, поступающей в виде атмосферных осадков на горизонтальную площадку бгсо спуска д9 с уравновешенным уклоном гу и подъема (Ур с руководящим уклоном ¡г и являющимся расчетным (критическим), равен:

При этом условие водостока могут быть разными.

Анализируя результаты теоретических исследований можно сделать следующие общие и частные (применительно к единичной ширине типы) выводы:

м/а

Рис. 4. Теоретические графики зависимостей ^ДК) и (а) и продольный

профиль участка автомобильной дороги с критическим водоотводом (б)

Плиты покрытия, снабженные упорами-зацепами с водоотводными каналами, обеспечивают повышение сопротивления деформации сдвига и устойчивости коле-сопроводов, обладая противоугонными и противоэрозионными свойствами, что су-ществешю для наклонных участков лесовозных и другого назначения автодорог колейного типа с перспективой перевода их в более высокий класс при разно- и равномерности всех видов затрат.

Существенным отличием ППУ является создание дополнительного лобового сопротивления упорами-зацепами, взаимодействующими с грунтовым основанием и противодействующими сдвигу плит в продольном направлении.

2. Аналогично площадям контакта изменяется и объем упоров-зацепов плиты причем доминирующую роль играет изменяющаяся площадь торцевой поверхности, повышающаяся с увеличением угла а и высоты

Объем и количество упоров-зацепов непосредственно влияют на повышение плотности грунтового основния, а форма поперечного сечения на величину усилия внедрения их в грунтовое основание. В теоретических исследований плотность грунта при внедрении двух упоров-зацепов и увеличении угла а от 13° до 90° повысилась от 1.8 до 29.0% при ку=0.1 м, а при п,= 4 - от 3.7 до 81.6% соответственно. С увеличением Иу от 0.1 до 0.2 плотность грунта повышается от 3.7 до 81.6% (л,=2) и от 7.6 до 891.8% (п,=4). Сравнивая эти данные видно, что увеличение высоты упора-зацепа резко повышает плотность грунта грунтового основания, что, на наш взгляд, является более рациональным путем повышения качества последнего, следовательно, и лесовозного пути.

3. Показатели повышения плотности грунта, превышающие его пористость, свидетельствуют о появлении пластических деформаций в нем (а фактически происходит выпирание грунта в сторону обочин межколейного пространства дороги) и нерациональности конструкции плиты, то есть наблюдается излишества количества упоров-зацепов.

4. С увеличением угла а и количества п, упоров-зацепов с поперечным сечением в виде равнобедренного треугольника объемом УуТ межупорных пазух и межосевой интервал 1Р при адекватных условиях (Иу, В,Н,1) уменьшается, изменяясь по криволинейным зависимостям. В пределах проведенных исследований УуТ изменился по максимуму (а=0°) от 1.2 до 0.3 м3, а по минимуму (ог=75°) - от 1.1 до 0.15 м3, то есть в 4 и 7 раз соответственно.

5. Общей тенденцией изменения плотности Ру уплотненного упорами-зацепами грунта грунтового основания является повышение ее с увеличением угла а от 0 до 90° и количества п, от 2 до 5 упоров-зацепов, изменяющееся по криволинейной зависимости. Характерным для сравниваемых расчетных грунтов с начальной пористостью 30 и 50% является то, что числовые значения плотности уплотненного грунта для конкретного угла а отличаются в среднем на 20%, то есть на разницу исходных пористостей.

Теоретическими исследованиями установлено, что абсолютное повышение плотности грунта грунтового основания при увеличении угла а от 0 до 75° (90° исключены как не реальные для исследуемой конструкции плиты) составляет 029 р, 0.24р ; 0.41р при П=30% и 0.17р ; О.ЗОр и 0.4кг/м3 при П=50% соответственно при изменении п, от 2 до 5.

Значения Ру, =1.11/) и 1.39р кг/м3 вообще означают разрушение молекулярных связей материала грунта, то есть должны происходить пластические деформации его,

но в нашем случае этого происходить не будет, а будет выпираиие грунта межупорных пазух в сторону межколейного пространства и обочин дороги.

6. Полученные теоретические зависимости для расчета геометрических параметров упоров-зацепов, межупорньгх пазух и плотности уплотненного грунта грунтового основания просты по структуре, отражают сущность конструкции плиты и совместно с таблично-графическими данными рекомендуются для практического пользования при расчете колейных лесовозных дорог.

В четвертом разделе разработан алгоритм и программа на ЭВМ реализи-рующих математическую модель и методику расчета процесса уплотнения грунта ППУ. Математическая модель оптимизации стабилизации плотности (несущей способности) грунта грунтового основания колейпой лесовозной автомобильной дороги имеет следующий вид:

п

1ЦУу1 П т'П ° '-

1=0 п

2 1Х< = ЯРу) Р-+ тйХ '>

г=0

3 Ьр-(1-П) Р»-(1р-Ьу).(п<-1]

5. Ьу =ИУ ^а;

б. 0.3< 11 <0.5; 7. 2Ъу<\!<1,-2Ъу; 8. 0<Ьу£1/4 \ 9. 0£Иу£0.5;

10. 0<а<9СР\ 11. ¿=6.0«; 12. р=!800 кг/м13. «¿=2,3,4,5 шт.,

где Ууг - объем /"-го упора-зацепа без учета водоотводного канала; П - объем пор грунтового основания; ру - плотность уплотненного грунта; I - длина плиты; р - абсолютная плотность фунта земляного полотна; 1Р - межупорное (меежосевое) расстояние (интервал); Ьу - половина ширины основания упора-зацепа; И/ - количество упоров-зацепов; К, - высота упора-зацепа: а - половина угла заострения упора-зацепа.

Программа на ЭВМ составлена на алгоритмическом языке ПАСКАЛЬ.

Анализируя результаты имитационных экспериментов можно сделать общие выводы и рекомендации:

1. Плотность уплотненного грунта основания увеличивается с увеличением половины угла заострения а,. количество п, и высоты /рупоров-зацепов по параболической зависимости.

2. Числовые значения плотности уплотненного груша, превосходящие величину р =1800 кг/м3, не являются объективными, так как плотность уплотненного грунта, теоретически, может достигнуть только значения абсолютной плотности.

В реальных условиях это можно объясншъ тем, что фунт будет выпирать в сторону обочины и межколейного пространства.

3. При внедрении упоров-зацепов с геометрическими параметрами, дающие значения плотности уплотненного грунта превышающие значения р= 1800 кг/м3, в грунтопое основание автомобильной дороги будет возникать большое сопротивление

и упоры-зацспы внедряются не на всю длину (высоту) что нежелательно с экс плуагационной точки зрения.

4. Некоторые значения плотности р. уплотненного грунта имеют отрицатель ные значения, естественно физическая величина плотности уплотненного груша ме жупорной пазухи не может быть отрицательной.

Отрицательные значения Ру свидетельствует о том, что нарушено ограничен» возможных значений межупорного расстояния 1р , то есть условие 1Р< 2Ьу не выпол няются, откуда и появляетс знак минус в значениях Ру.

5. Из всего комплекса ограничений (/рят» Ьу^, р) доминирующим являегс: ограничение по абсолютной плотности р грунта межупорной пазухи. Однако, дл сочетания параметров п,~2, Иу~-0.1м при 11=50% доминирующим ограничением яв ляется Ьу.

6. При Иу=0.5 м и различном количестве упоров-зацепов для всех значений порис тоста грунтового основания предельные (максимальные) значения углов заострени а, упоров-зацепов являются мшшмальньши из всех значений Отах ■ Это сочетали геометрических и количественных параметров упоров-зацепов является наиболе предпочтительным (рекомендуемым) с точки зрения лучшего внедрения их в грунте вое основание. При этом межупорное (межосевое) расстояние (интервал) 1Р будет ра вен 1.438 м и 1.381 м, а половина ширины основания Ьу упора-зацепа - 0.26 м и 0.7 м, для первоначальных пористостей грунта грунтового основания 30% и 50% соот ветственно, при этом угол заострения а, составляет 14.4° и 36.67° соответственно.

В пятом разделе определены зоны экономической эффективности лесовознс го транспорта, критерии оценки и выбора типа покрытия лесовозных автомобильны дорог (усов), эффекивность применения на вывозке древесины автомобильным трат спортом единого транспортного пакета (ЕТП), рассчитан экономический эффект о применения колейного покрытия из железобетонных ППУ на лесовозных автомс б ильных дорогах.

Оценку и выбор покрытия лесовозных автомобильных дорог (усов) следуе производить с учетом естественных и конструктивно-эксплуатационных факторо] На основе анализа литературных источников и данных наблюдений за эксплуатацие лесовозных автомобильных дорого (усов) в промышленных условиях, предпринял попытка классифицировать доминирующе влияющие на надежность работы леа возного транспорта критерии оценки и выбора типа покрытия лесовозных дорс (усов), основным из которых является - экономичность (энергоемкость), которая 31 висит от природных условий эксплуатации дороги, срока службы и оборачиваемое! покрытия, экономичности, потенциала безопасности движения, матералоемкосп перспективности, рациональности конструкции, водостойкости, биостойкости, огн< стойкости, разновидности затрат.

Наибольший эффект лесовозного транспорта достигается при перевозке лес« материалов в пикетированном виде, то есть формировать единый транспортный п; кет (ЕТП), позволяющий резко сократить обмерно-учетные операции, продолж! тельность погрузочно-выгрузочных работ, дефицит рабочей силы, продолжится ность рейса и повысить безопасность труда и производительность подвижного сост ва, что автоматически приводит к сокращению последнего.

Рассчитанный экономический эффект от использования одной ППУ предо женной конструкции составит (по технологической операции уплотнения и эконом» материалов в упорах-зацепах за счст сквозных водоотводных каналов) 2200 рубля,

на один километр лесовозной колейной автомобильной дороги с покрытием из ППУ 198128800руб. (в ценах 1997 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполнегаюе исследование направлено на решение вопросов совершенствования конструкций железобетонных плит и параметров колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог конструктивным путем. В результате выполненной работы получены следующие теоретические и практические результаты:

1. В результате анализа конструкций существующих колейных покрытий из жестких переносных дорожных элементов установлен ряд существенных недостатков, таких, как индифферентность дорожных элементов к стабилизации несущей способности грунтового основания, низкая продольная и поперечная устойчивости колесопроводов, слабая надежность стыковых соединений дорожных элементов, отсутствие и невозможность водоотвода из межколейного пространства.

2. Учитывая выявленные недостатки в конструктивном исполнении существующих дорожных элементов нами разработана конструкция железобетонной плиты повышенной устойчивости (ППУ), которая снабжена различного профиля поперечного сечения и схемами размещения в плане упорами-зацепами с водоотводными каналами.

Упоры-зацепы обеспечивают автономно и комплексно уплотнение грунтового основания и отвод воды из межколейного пространства, а также служат в качестве противоугонных устройств, что способствует повышению продольной и поперечной устойчивости колесопроводов.

3. Впервые теоретически обоснован процесс стабилизации несущей способности грунтового основания колейного покрытия из ППУ.

В результате теоретических исследований предложены графические зависимости определения плотности уплотненного грунта основания, процента обеспеченности устойчивости и других показателей конструктивного характера.

При внедрении упоров-зацепов в грунтовое основание плотность грунта увеличивается, что повышает устойчивость колесопроводов в продольном и поперечном направлениях.

Наличие водоотводных каналов в упорах-зацепах позволяет отводить воду атмосферных осадков из межколейного пространства, что влечет за собой повышение несущей способности грунтового основания.

4. Разработан алгоритм и программа на ЮМсовместимый компьютер реализующих математическую модель и методику расчета процесса стабилизации несушей способности грунтового основания.

Проведенные имитационные эксперименты подтвердили теоретические выводы, в результате которых получена совокупность оптимальных геометрических параметров уиоров-зацепов для принятых условий строительства и эксплуатации колейного покрытия из ППУ, из которых рекомендована следующая: 0^=14.40° при П=30% и 0,-36.67° при П=50%.

5. Оценку и выбор покрытия для лесовозных автомобильных дорог с учетом эффективности строительства и последующей работы покрытия необходимо производить по экономическому критерию, учитывающего естественные и искусственные факторы, а также на основании технико-эксплуатационных показателей и критериев.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В

РАБОТАХ:

1. Асмолов В.Э. Анализ и синтез дорожных колейных покрытий : (обзор)/ ВГЛТА.- Воронеж, 1995,- 33 с. - Библиогр.: с. 29-32. - Деп в ВИНИТИ 20 12 95 №3422-В95.

2. Асмолов В.Э. Методика и результаты имитационных и экспериментальных исследований стабилизации несущей способности грунтового основания колейных лесовозных автодорог / ВГЛТА,- Воронеж, 1995. - 39с,- Библиогр.: 11 назв. - Деп в ВИНИТИ 20.12.95, №34423-В95.

3. Асмолов В.Э. Экономическая оценка внедрения плит повышенной устойчивости /ВГЛТА. - Воронеж 1996.- 7 л.:ил.-Деп. в ВИНИТИ 16.06.97, № 2402-В96.

4. Афоничев Д.Н., Асмолов В.Э., Морковин В.А. Перспективные направления совершенствования колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог / ВГЛТА .- Воронеж, 1996,- 15 с.-Деп. в ВИНИТИ 28.02.96, № 654 - В 96.

5. Афоничев Д.Н., Асмолов В.Э., Морковин В.А. Совершенствование проектных решений колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог // Комплекс, продуктивность лесов и орг. многоцелевого (многопродуктивного) лесопользования: Тез. Всерос. конф.Воронеж, 13-14 дек. 1995 г. - Воронеж, 1996,- С.148-150.

6. Курьянов В.К., Чубов Н.И., Асмолов В.Э. Стабилизация несущей способности грунтового основания автомобильных дорог с колейным покрытием из железобетонных плит повышенной устойчивости (Монография). / ВГЛТА,- Воронеж, 1996,- 150 е.- Деп. в ВИНИТИ 17.07.96, № 2403 - В96.

7. Повышение надежности функционирования сборно-разборных колейных лесовозных автомобильных дорог / Чубов Н.И., Курьянов В.К., Афоничев Д.Н., Асмолов В.Э. / ВГЛТА.- Воронеж, 1996- 14 с. - Деп. в ВИНИТИ 27.03.96, №965 -В96.

8. Пути повышения эффективности лесовозного транспорта / Курьянов В.К., Чубов Н.И., Мануковский А.Ю., Асмолов В.Э., Петренко О.В. / ВЛТИ,- Воронеж, 1993.- 25 е.- Деп. в ВНИПИЭИлеспром 19.05.93, №2891 -ЛБ93.

9. Стабилизация грунтового основания и устойчивости колейных сборно-разборных лесовозных дорог / Чубов Н.И., Курьянов В.К., Мануковский А.Ю., Асмолов В.Э., Петренко О.В. / ВЛТИ.- Воронеж, 1993.- 25 с.-Деп. в ВНИПИЭИлеспром 19.05.93, №2892-ЛБ93.

10. Устойчивость колейных сборно-разборных лесовозных автодорог / Чубов Н.И., Афоничев Д.Н., Асмолов В.Э., Александров И.В., Переславцева И.В. / ВЛТИ, -Воронеж, 1994,- 23 е.- Деп. в ВИНИТИ 10.03.94, №552-В94.

11. Чубов Н.И..Асмолов В.Э..Афоничев Д.Н. Математическая модель и алгоритм для расчета плотности rpyirra межунорной пазухи колейной автомобильной дороги из плит, оснащенных упорами-зацепами: Информ. листок / ВГЛТА. - Воронеж, 1996. - 4 с. - ЦНТИ, №283-96.

12. Чубов Н.И.,Курьянов В.К., Асмолов В.Э. Полифункциональные дорожные плиты / Лесн. пром-сть,- 1995 - №3. - С.31.

13. Чубов Н.И., Курьянов В.К., Асмолов В.Э. Предпосылки развития и потенциал покрытий колейных сборно-разборных автодорог // Пробл. ресурсосберегающих и экологически чистых технологий на предприятиях лесн. комплекса и подготовка лесоинженер. кадров: Материалы Всерос. научн.-практ. конф./ Воронеж 2830 июня 1994 г. -Воронеж, 1995,- С. 96-99.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д064.06.01 или прислать ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 394613, Воронеж, ул. Тимирязева, 8, Воронежская государственная лесотехническая академия.

Асмалов Валерий Эдуардович

ТРАНСПОРтаО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЬВЕ КАЧЕСТВА КОЛЕЙНЫХ ПОКРЫТИЙ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

ПЛИТ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати заказ № уХ ■

Тираж 100 зкз. Объем 1,0 уч.- изд. л.

УОП ВГЛТА 394613, Воронеж, ул. Тимирязева, 8.