CC BY
35
Библиографический список
1. Норенков И.П., Арутюнян Н.М. Эволюционные методы в задачах выбора проектных решений // Наука и образование. 2007. № 9. [Электронный ресурс]. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/68376. html (дата обращения 22.10.2013).
2. Яковлев К.А., Муратов А.В. Разработка модифицированного эволюционного алгоритма решения задач многокритериальной оптимизации на всех этапах жизненного цикла парка транспортно-техно-логических машин // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т. 6. № 7. С. 33-38.
3. Сушков С.И., Яковлев К.А., Суш-ков А.С. Разработка автоматизированной
системы поддержки жизненного цикла парка транспортно-технологических машин // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т. 6. № 10. С. 179-182.
4. Genetic Algorithms (Evolutionary Algorithms): Repository of Test Functions. [Электронный ресурс]. URL: http://www.cs. uwyo.edu/~wspears/functs.html (дата обращения 21.10.2013).
5. Гладков Л.А., Курейчик В.В., Ку-рейчик В.М. Генетические алгоритмы. -М.: Физматлит, 2006. 243 с.
6. Osyczka A., Kundu S. A new method to solve generalized multicriteria optimization problems using the simple genetic algorithm // Structural Optimization. 1995. Vol. 10. P. 94-99.
DOI: 10.12737/2185 УДК 625.8
МЕТОДИКА ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЁТА НАСЫПИ ЛЕСОВОЗНЫХ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
заведующий кафедрой промышленного транспорта, строительства и геодезии, доктор технических наук, профессор С. И. Сушков1 заведующий кафедрой технологии и машин лесозаготовок, доктор технических наук,
профессор О. Н. Бурмистрова2 заместитель директора ИнМиТП по учебной работе М. А. Михеевская2 1 - ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» 2 - ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет» [email protected], [email protected], [email protected]
Значительную часть территории России с сезонным промерзанием грунтов составляют участки, имеющие неблагоприятные грунтово-гидрологические условия и характеризующиеся наличием трещин на поверхности автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием.
По данным Федерального дорожного агентства Министерства транспорта Российской Федерации, на существующей сети автомобильных дорог общего пользования деформации составляют около 47 %, а на лесовозных дорогах - более 70 %.
Ежегодные затраты на ремонтные
работы, связанные с ликвидацией последствий влияния криогенных процессов на дорожные конструкции и сооружения, составляют значительные суммы.
Проблема увеличения сроков службы дорожных конструкций лесовозных автомобильных дорог (ЛАД) на всей территории России, в условиях рыночной экономики, заставляет многих учёных вновь и вновь возвращаться к решению задач по борьбе с криогенными процессами в грунтах. В этом отношении весьма привлекательны идеи применения дорожных одежд с парогидро-изоляционными слоями, усиления прочности дорожной конструкции, увеличения коэффициента уплотнения грунтов земляного полотна, армирование георешётками, устройство противопучинных мероприятий и гидроизоляционных слоёв, применение различных методов закрепления водонасыщен-ных глинистых грунтов.
В статье приведена методика динамического расчета насыпи одежды лесовозной автомобильной дороги Ухта - Тро-ицко-Печорск, даётся прогноз полной осадки и времени консолидации подстилающего грунта.
Армирование щебня георешетками позволяет увеличить общий (эквивалентный) модуль упругости конструкции на 6.. .15 %, снизить величину касательных напряжений в слое, подстилающем георешетку, на 25.80 %, увеличить модуль деформации при значительных осадках более чем в 2 раза.
Р = а + а =
расч zg 2
где а - напряжения от собственной массы насыпи;
Помимо вышеперечисленных преимуществ от применения георешеток можно дополнительно отметить, что увеличивается срок службы покрытий до капитального ремонта, несущая способность конструкций, армированных георешетками, увеличивается в 2.2,5 раза. Расчетом предусмотрено применение георешеток Геоком Б-450 ОАО «Комитекс». Георешетка Геоком Б-450 является химически и биологически стойким материалом в условиях кислотно-щелочной среды, которой является средне-разложившийся торф.
В связи с тем, что отсутствуют данные об инженерно-геологических изысканиях о компрессионных и консолидацион-ных испытаниях торфа средне-разложившегося, исходные данные для расчета были выбраны из технической литературы. В основу расчета легла методика, изложенная в технической литературе [1, 3, 4]. Расчетная схема представлена на рис. 1.
Исходные данные: (рис. 2) торф среднеразложившийся (ИГЭ - 6в). Модуль деформации - Ед = 0,15 МПа; коэффициент относительной сжимаемости т¥ =6,67 м2/МН; коэффициент фильтрации Кф = 0,18х10-4 см/с [3].
1. В качестве нижней границы сжимаемой толщи (Накт) была принята кровля мерзлого малосжимаемого грунта. Таким образом, Накт=Нторфа=1,3 м. Расчетные значения внешней нагрузки, приходящей на кровлю слабого грунта были определены из выражения (1): 0,44 + 0,004 « 0,45 кгс/см2 (1)
а2 - напряжения от колеса автомобиля.
Рис. 1. Расчетная схема Значения напряжений, кгс/см2
£
и
0
1
л-
(и и
'=1
е
н о
о
I-
о о ст>
си
сн 1 1
__ -1
ш у
' / Насыпь \п-2,2м
1 1 ли /
юи
1 ]Д еорешетка! еоком
¿ии' , ^ | 1 1 __
— ,, ' 1 1
11 ■ 1 1 Б)
Рис
Эпюра напряжений от собственной массы насыпи Эпюра напряжений от воздействия колеса автомобиля Эпюра 0,2 напряжений от собственной массы насыпи
—*-
Эпюра 0,1 напряжений от собственной массы 2. Эпюры напряжений, приходящих на кровлю слабого грунта от воздействия собственной массы насыпи и колеса автомобиля
Осадка слабой толщи в пределах активной зоны рассчитывалась по формуле (2). Р.™ • Н„
S„,.. =
расч акт
Е
(2)
ср
где Накт - мощность сжимаемой толщи, см;
Ррасч - нагрузка на поверхности тол-
щи, кгс/см ;
Еср - средневзвешенный модуль деформации сжимаемой толщи, кгс/см2. 0,45 430
Sкон =-—- = 39см.
2. Ожидаемое время консолидации торфа среднеразложившегося (ИГЭ - 6в), со-
ответствующее 0,8 от полной осадки [1, 3]: а) Определим коэффициент консоли-
дации Су, учитывая, что 1 см/с«3 х 10 см/год;
а =
Ео = 3 • 107 • 0,18 • 10~4 тук ~ 6,67 • 10 2 • 9,81 • 10 3
= 0,83 • 10 см2/год.
б) Определим время консолидации ^
4h2 лг
I = —„--N = ■
44302
где N - постоянный множитель, определяемый по табличным данным, в зависимости от степени консолидации и вида эпюры уплотняющих давлений [1, 3]; h - толщина слоя, см.
•1,64 «1 месяц,
9,87 • 0,83 •Ю6
Устойчивость основания оцениваем по величине коэффициента безопасности
кбез = Рбез / Ррасч (3)
Расчетная схема представлена на рис. 3.
Рис. 3. Расчетная схема
Расчет на быструю отсыпку прово- грузка составит:
дим следующим образом. Расчетная на-
Ррасч = Ун (Кассч + Sкoн) = 0,002•(220 + 39) = 0,518 кгс/см2,
где снач и фнач - сцепление, и угол внутреннего трения грунта при природной влажности;
у - средневзвешенный удельный вес
где ун - удельный вес грунта насыпи; hрасч - расчетная высота насыпи; Sкoн - конечная осадка основания на-
сыпи.
Безопасная нагрузка (4) для условий быстрой отсыпки, исходя из прочностных свойств грунта, равна:
(Снач + У2^фнач )
рнач _
без
Р
(4)
толщи;
ъ - глубина расположения рассматриваемого горизонта от поверхности земли;
Р - функция фнач, формы эпюры нагрузки 2а/В и относительной глубины ъ/Ь.
Так как плотность торфа во взвешенном состоянии близка к нулю, то в данном случае формула упрощается (5):
рнач = "нач
без
Р
(5)
Для определения Р необходимо рассчитать 2а/В и ъ/Ь (рис. 3). В данном случае их величины составят:
2а/В=2х6,6/10=1,32; ъ/Ь=1,3/11,6=0,112.
В природном состоянии влажность торфа составляет w=1178 % [4]. По номограммам были определены значения сцепления и угла внутреннего трения, соответствующие указанной влажности, которые составляют:
Снач=0,05 кгс/см2, фнач =5 ° .
Далее определяем для 2а/В=1,32 и ъ/Ь=0,112 коэффициент Р=0,09. За расчетный коэффициент Р может быть принят Р=0,09 для ъ=1,3 м, так как эта величина максимальная для всего слоя.
Тогда безопасная нагрузка для слоя торфа составит:
Рбез = 005 = 0,55 кгс/см2.
0,09
Коэффициент безопасности в данном случае равен: / 0,55
кбез =-= 1,06 > 1 - устойчивость
без 0,518
насыпи при быстрой отсыпке обеспечена.
В соответствие с приложением 4 ВСН 26-90 [2], для толщины торфяного слоя Ьтор=1,3 м динамическая устойчивость насыпи будет обеспечена при ее высоте более 1,65 м. Таким образом, в нашем слу-
чае динамическая устойчивость насыпи обеспечена, так как ^ас=2,2 м.
Выводы и рекомендации:
1. Конечная величина осадки слабого основания составит 39 см. Время достижения 80 %-й консолидации слабого грунта составит около 1 месяца, однако армирование дорожной одежды георешетками Геоком Б-450 позволит обеспечить равномерное протекание осадки во времени и требуемую прочность при эксплуатации.
2. Результатом выполненного расчёта дают основание сделать заключение, что устойчивость слабого основания для насыпи высотой 2,2 м обеспечена.
Библиографический список
1. Бурмистрова О.Н., Воронина М.А. Обоснование расчетных схем и математических моделей нежестких дорожных одежд, армированных геосинтетическими материалами // Вестника ПГТУ. Серия «Лес. Экология. Природопользование». 2012. № 1. С. 45-51.
2. Бартоломей А.А. Механика грунтов: учеб. издание. М.: АСВ, 2003. 304 с.
3. ВСН 26-90 «Инструкция по проектированию и строительству автомобильных дорог нефтяных и газовых промыслов Западной Сибири».
4. Руководство по проектированию свайных фундаментов / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. М.: Стройиз-дат, 1980.
5. СНиП 3.06.03-85 «Автомобильные дороги».
