Научная статья на тему 'Методика динамического расчёта насыпи лесовозных автомобильных дорог'

Методика динамического расчёта насыпи лесовозных автомобильных дорог Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства»

CC BY
111
18
Поделиться
Ключевые слова
ДОРОЖНАЯ ОДЕЖДА / ГЕОРЕШЁТКА / АРМИРОВАНИЕ / ДЕФОРМАЦИЯ / НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ

Аннотация научной статьи по общим и комплексным проблемам технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства, автор научной работы — Сушков Сергей Иванович, Бурмистрова Ольга Николаевна, Михиеевская Марина Александровна

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 парогидроизоляционными слоями, усиления прочности дорожной конструкции, увеличения коэффициента уплотнения грунтов земляного полотна, армирование георешётками, устройство противопучинных мероприятий и гидроизоляционных слоёв, применение различных методов закрепления водонасыщенных глинистых грунтов. В статье приведена методика динамического расчета насыпи одежды лесовозной автомобильной дороги Ухта – Троицко-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.

Похожие темы научных работ по общим и комплексным проблемам технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства , автор научной работы — Сушков Сергей Иванович, Бурмистрова Ольга Николаевна, Михиеевская Марина Александровна,

Dynamic analysis technique for bodies of forest motor roads

A significant part of the territory of Russia of seasonal freezing of soils is sites having unfavorable soil and hydrological conditions and characterized by the presence of cracks on the surface of motor roads with asphalt and concrete pavement. According to the Federal Road Agency of the Ministry of Transport of the Russian Federation on the existing network of public roads deformations constitute about 47 %, and on logging roads – more than 70 %. Annual costs for repairs related to elimination of the influence of cryogenic processes for road constructions and facilities, make a significant sum. The problem of increasing the service life of road constructions of forest motor roads (FMR) on the whole territory of Russia, in a market economy, makes many scientists return again and again to meet the challenge of cryogenic processes in soils. In this respect, ideas of using pavements with steam and water proof layers, enhancing the strength of the road structure, increasing the coefficient of subgrade soil compaction, reinforcement by geogrids, making anti-blow-up activities and waterproofing layers, applying different methods of fixing saturated clay soils are very attractive. The article describes a method of dynamic analysis of pavement bodies of timber road Ukhta – Troitsky-Pechorsk, a forecast of full sinkage and consolidation time of the subsoil. Reinforcing gravel with geogrids increases the overall (equivalent) elastic modulus of structure for 6…15 %, reduces the magnitude of the tangential stress in the layer, underlying the geogrid by 25…80 %, increases the modulus of deformation with significant precipitation more than in 2 times.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Методика динамического расчёта насыпи лесовозных автомобильных дорог»

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» S.ISushkov@mail.ru, olga.burm@mail.ru, voronin.mary@yandex.ru

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

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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 = ■

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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».