CC BY
45
УДК 625.7:630*377.7(075.8)
ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД ЛЕСНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
А. А. Занин
Воронежский филиал ОАО «ГипродорНИИ»
Показано, что эффективное функционирование дорог с щебеночными и гравийными покрытиями обеспечивается грамотным обоснованием их конструкции, расчетом параметров, учитывающем реальные условия эксплуатации. Определено направление совершенствования дорожных одежд переходного типа для повышения экономичности дорожной конструкции.
Ключевые слова: лесная автомобильная дорога, дорожная одежда, гравийное покрытие, щебеночное покрытие, условия эксплуатации.
Для строительства покрытий дорожных одежд переходного типа лесных автомобильных дорог широко применяются местные каменные материалы: щебень и гравий. Доля вывозки древесины по дорогам с покрытием из щебня и гравия составляет более 40 % [1, 2]. Из общей протяженности указанных дорог, дороги с гравийным покрытием составляют более 84 % и обеспечивают эксплуатацию большегрузных автомобильных поездов при качественном содержании и ремонте, своевременном закрытии дорог в периоды весенней и осенней распутиц.
Многие лесные районы Российской Федерации располагают незначительными запасами качественных каменных материалов, пригодных для строительства дорожных покрытий, а иногда не имеют данных запасов. Вывозка древесины по автомобильным дорогам без капитальных покрытий сопровождается значительными затратами. Доля вывозки древесины по таким дорогам составляет более 40 % [1, 2]. Лесные грунтовые автомобильные дороги и дороги с покрытиями из улучшенных грунтов труднопроезжаемые в периоды весенней и осенней распутиц.
Неблагоприятные грунтовые и гидрологические условия, плохо развитая дорожная сеть являются причиной нерационального использования специализированного подвижного состава. Средняя плотность автомобильных дорог в лесных регионах России в десятки раз ниже, чем в Скандинавских странах, что не только усложняет работу заготовку древесины, но и резко снижает эффективность ведения лесного хозяйства в целом [2].
Вид и эксплуатационное состояние покрытия существенно влияют на выбор типа автопоезда, величину полезной нагрузки, скорость движения и расход топлива. Основное сопротивление движению на грунтовых дорогах в несколько раз выше, чем у дорог с покрытием из асфальтобетона и железобетонных плит. Известно [3], что экономичная скорость движения автопоездов составляет 40...50 км/ч. На лесных дорогах скорость движения автопоездов не превышает 20.30 км/ч из-за недостаточной несущей способности и ровности покрытий. При скорости движения 30 км/ч удельный расход топлива возрастает в 1,6.1,7 раза. Движение автопо-
ездов на неустановившихся режимах работы двигателей увеличивает дополнительно расход топлива до 40 % по сравнению с движением при постоянных скоростях [1].
Значения показателей эксплуатации подвижного состава для различных дорожных покрытий приведены в табл. 1.
Таблица 1
Изменение эксплуатации подвижного состава в зависимости от вида дорожных покрытий [6]
Эксплуатационные показатели Вид покрытий
асфальтобетонное чернощебе-ночное щебеночное, гравийное грунтовое улучшенное грунтовое
Коэффициент
сопротивления 0,01.. .0,02 0,025.0,03 0,035.0,04 0,04.0,05 0,05.0,1
качению
Скорость
движения - 95* 80* 40* 30.20*
Расход топлива - 105* 110* 180* 200.250*
Стоимость
перевозки грузов - 110* 140* 200* 300.500*
Примечание. * - в процентах относительно показателей для асфальтобетонного покрытия
Из таблицы видно, что автомобильные дороги с щебеночными и гравийными покрытиями обеспечивают гораздо лучшие показатели эксплуатации подвижного состава, чем грунтовые дороги, дороги с покрытиями из улучшенных грунтов и не существенно уступают дорогам с асфальтобетонными и чернощебеночными покрытиями.
Вышеизложенное показывает, что исследования в области совершенствования и технико-экономического обоснования конструкции и технологических процессов строительства и ремонта дорожных одежд переходного типа являются актуальными. Одним факторов, обеспечивающих эффективное функционирование дорог с щебеночными и гравийными покрытиями, является грамотное обоснование их
конструкции, расчет параметров, учитывающий реальные условия эксплуатации, что основывается на современных подходах к проектированию дорожных одежд и экономического обоснования конструкций.
На выбор типа и всей конструкции дорожной одежды влияют различные факторы: район строительства и категория дороги, местные условия строительства и эксплуатации дороги, грунтовые и гидрологические условия, наличие местных дорожно-строительных материалов, интенсивность движения транспортных средств и др. Выбор типа и конструкций дорожной одежды производится технико-
экономическим обоснованием [4].
При обосновании расчетных параметров подвижной нагрузки определяются характеристики интенсивности воздейст-Лесотехнический журнал 2/2011
вия подвижного состава на дорожную одежду с учетом изменения интенсивности движения транспортных средств, связанного с изменением объемов перевозок, что позволяет установить суммарное число приложений расчетной нагрузки и требуемый модуль упругости дорожной конструкции.
Лесные дороги в основном строятся на местности с сезонным промерзанием грунтов, высоким стоянием грунтовых вод и наличием пучинистых грунтов. Поэтому дорогу необходимо разделять на характерные участки с одинаковыми условиями: грунтовыми, по характеру и степени увлажнения, схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна. В этом случае дорожная одежда на всем протяжении каждого участка будет удовлетворять в равной степени всем предъявляемым требованиям и не иметь чрезмерных запасов прочности, что соответствует рациональному соотношению затрат на строительства и транс-портно-эксплуатационных качеств дороги.
Функционально земляное полотно, водоотвод и дорожная одежда взаимосвязаны между собой, а их проектирование -комплекс задач по разработке дорожной конструкции в целом, ее расчету на прочность, морозоустойчивость и экономическое сравнение альтернативных вариантов. Форма и размеры земляного полотна зависят от положения проектной линии продольного профиля относительно линии земли, оно может иметь форму насыпи, выемки или размещаться в нулевых местах. Водно-тепловой режим земляного полотна в насыпях более благоприятный, чем в выемках и нулевых местах. Высота насыпи
существенно влияет на расчетную влажность грунта рабочего слоя земляного полотна. Оптимальную высоту насыпи следует назначить путем сравнения затрат на производство земляных работ и устройство дорожной одежды при данной схеме увлажнения рабочего слоя. Комплексное проектирование дорожной конструкции позволяет выбрать наиболее рациональные способы обеспечения ее прочности, надежности, долговечности при минимальных затратах на строительство, ремонты, содержание [4]. Конструирование дорожной одежды по вариантам или по участкам дороги выполняется в последовательности, приведенной в [4, 5].
Затраты на строительство дорожной конструкции по вариантам и участкам определяется стоимостью устройства дорожной одежды и земляного полотна с учетом расходов на реализацию мероприятий по регулированию водно-теплового режима земляного полотна, при этом затраты на устройство дорожной одежды уменьшаются, но появляются дополнительные расходы на регулирование водно-теплового режима земляного полотна [4].
Тип и рациональная конструкция дорожной одежды при проектировании в комплексе с земляным полотном, выбираются на основании сравнения альтернативных вариантов по минимуму удельных приведенных затрат, учитывающих стоимость строительства дорожной конструкции, расходов на приобретение оборудования и эксплуатационных расходов на вывозку древесины [4].
Для реализации концепции технико-экономического обоснования типа и конструкции дорожных одежд лесных авто-
мобильных дорог В. В. Савельевым разработаны соответствующие математические модели, алгоритмы и программы подсистем системы автоматизированного проектирования САПР-ККЬ [4] по следующим направлениям: обоснование расчетных параметров подвижной нагрузки, проектирование дорожных одежд нежесткого типа, определение технико-экономических показателей функционирования транспорта на вывозке древесины. В основе концепции лежит системный подход, заключающийся в выявлении структуры системы, типизации связей, определении атрибутов, анализе влияния внешней среды. Структурные и блочно-иерархические подходы позволяют синтезировать варианты системы из блоков на иерархические уровни, выделить стадии, этапы, проектные процедуры и установить связи между параметрами иерархических уровней [4]. Система САПР-ККЬ
и ее подсистемы имеют следующую структуру [4]:
- использование блочно-иерархического подхода расчленения системы на подсистемы и иерархические уровни (блоки) и организация их проектирования;
- моделирование и анализ подсистем - создание моделей, представляющих описание и свойства проектируемого объекта, анализ модели для определения количественных оценок (критерия оптимальности, функций ограничений);
- синтез и оптимизация системы (подсистемы) - структурный синтез (разработка структуры проектируемого объекта) и параметрический синтез (выбор значений переменных для одного из вариан-
тов объекта и расчет численных значений переменных параметров), при которых критерий оптимальности принимает экстремальное значение в заданном интервале ограничений.
Разработанные современные подсистемы САПР, реализующие расчет дорожных одежд переходного типа, не в полной мере обеспечивают экономичность дорожной конструкции при достижении требуемого уровня надежности. В настоящее время проектирование нежестких дорожных одежд осуществляется на основе инструкции МОДН 2-2001 [5], при определении требуемой толщины дорожной одежды переходного типа по данной инструкции, ее окончательная толщина получается в 1,5...2 раза больше толщины, установленной по критерию упругого прогиба. Это связано с обеспечением требований сдвигоустойчивости грунта рабочего слоя земляного полотна и морозостойкости дорожной конструкции. В результате увеличения толщины дорожной одежды значительно возрастает стоимость строительства дороги. Таким образом, требуется как совершенствование конструкции дорожных одежд переходного типа, так и разработка математических моделей, позволяющих в САПР обосновывать параметры дорожной конструкции с учетом особенностей изменения конструкции земляного полотна в результате применения различных конструкций дорожных одежд при изменении технических, технологических и экономических показателей, для обеспечения экономической эффективности в целом всей транспортной системы в лесном массиве.
Выводы
1. Автомобильные дороги с щебеночными и гравийными покрытиями обеспечивают гораздо лучшие показатели эксплуатации подвижного состава, чем грунтовые дороги, дороги с покрытиями из улучшенных грунтов и не существенно уступают дорогам с асфальтобетонными и чернощебеноч-ными покрытиями, но являются более дешевыми по сравнению с последними, что создает предпосылки для дальнейшего их широкого применения в качестве лесных дорог.
2. Эффективное функционирование дорог с щебеночными и гравийными покрытиями обеспечивается грамотным обоснованием их конструкции, расчетом параметров, учитывающем реальные условия эксплуатации, что основывается на современных подходах к проектированию дорожных одежд и экономического обоснования конструкций.
3. Существующие подсистемы САПР, реализующие расчет дорожных одежд переходного типа, не в полной мере обеспечивают экономичность дорожной конструкции при достижении необходимого уровня надежности, что требует как совершенствования конструкции дорожных
одежд переходного типа, так и разработки математических моделей, позволяющих в САПР обосновывать параметры дорожной конструкции с учетом особенностей изменения конструкции земляного полотна в результате применения различных конструкций дорожных одежд при изменении технических, технологических и экономических показателей.
Библиографический список
1. Немцов В.П., Шестаков Б. А. Эксплуатация автомобильного транспорта на лесозаготовительных предприятиях / М. : Лесн. пром-сть, 1982. 272 с.
2. Транспорт леса. В 2-х т. Т. 1. Сухопутный транспорт / Под ред. Э. О. Сал-минена. М.: ИЦ «Академия», 2009. 368 с.
3. Краткий автомобильный справочник / НИИАТ. М.: Транспорт, 1983. 220 с.
4. Савельев В. В. Обоснование типа и конструкции дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог: Дисс. д-ра техн. наук: Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. 551 с.
5. МОДН 2-2001. Проектирование нежестких дорожных одежд / Межправительственный совет дорожников. М.: ФГУП «СоюздорНИИ», 2002. 155 с.
