CC BY
0
ПОВЫШЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В ПЕРВОЙ ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ
С.С. Шабуров, профессор К.М. Сунгатулин, магистрант
Иркутский национальный исследовательский технический университет (ИрНИТУ) (Россия, г. Иркутск)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-5-4-100-104
Аннотация. В статье рассматриваются особенности проектирования и строительства конструкций автомобильных дорог в условиях первой дорожно-климатической зоны с суровым резко-континентальным климатом. Для обеспечения надежности и долговечности дорожных сооружений в первую очередь необходимо обеспечить грамотный водоотвод, так как вода является одной из основных причин разрушения дорожного покрытия. В качестве дренирующих устройств могут быть применены различные материалы, но в данной статье рассмотрен вопрос повышения несущей способности дорожной конструкции на примере оптимизации ее дренирующей функции, путем установки дренирующих труб из ПВХ.
Ключевые слова: дорожно-климатическая зона, дренирующей, дренажные устройства, капилляропрерывающие, дренирующие трубы.
Согласно СНиП 32-03-96 «Аэродромы», при проектировании аэродромов в дорожно-климатической зоне необходимо учитывать такие факторы, как снеговой режим, температурный режим, ветровой режим, а также особенности грунтов и растительности. Все эти факторы могут оказать влияние на безопасность и эффективность эксплуатации аэродрома. Дорожно-климатическая зона в Российской Федерации имеет большое значение для проектирования и строительства аэродромов, учитывая ее разнообразие и особенности. Необходимо учитывать все факторы при разработке проектов, чтобы обеспечить безопасность и эффективность эксплуатации аэродромов в этой зоне.
Эта зона является экстремальной для строительства объектов транспорта, поэтому особенно важно выбирать взаимосвязанные конструктивные, технологические и экологические решения, которые обеспечат надежность сооружений. Чем сложнее условия, тем важнее сотрудничество ученых, проектировщиков, строителей и научное сопровождение проектов на всех этапах до ввода в эксплуатацию.
Суровый и резкий континентальный климат является одним из основных факторов, определяющих специфические
условия работоспособности дорожных покрытий в ДКЗ. Низкие отрицательные температуры, которые могут достигать от -22 до -63 °С, оказывают негативное влияние на покрытие, приводя к его разрушению и повреждениям. Жаркие летние дни также могут стать причиной проблем, поскольку поверхность покрытия может нагреваться до высоких положительных температур. Для того чтобы определить максимально возможную среднюю температуру поверхности покрытия, была разработана методика Я.Н. Ковалева. Она учитывает температуру воздуха, радиационный и тепловой баланс асфальтобетонного покрытия, его альбедо (коэффициент отражения) и скорость ветра. Результаты расчетов показывают, что рассчитанная температура сдвигоустойчивости покрытия колеблется в среднем от 55 до 62 °С. Таким образом, температурный интервал, в котором может работать покрытие, достигает 117 °С. Это позволяет определить оптимальные условия для дорожного покрытия в суровых климатических условиях ДКЗ.
Это означает, что дорожные покрытия, предназначенные для эксплуатации в условиях сурового и резкого континентального климата I ДКЗ, должны быть
специально разработаны и протестированы на высокую работоспособность в широком температурном диапазоне. Такие покрытия должны быть устойчивы к низким и высоким температурам, чтобы обеспечить безопасность и комфорт на дорогах в любое время года.
В настоящей статье рассмотрен вопрос повышения несущей способности дорожной конструкции на примере оптимизации дренирующей функции. Применение дренирующих слоев в дорожном строительстве началось еще в 19 веке. Этот слой обнаруживается при вскрытии щебеночных и дорожных покрытий, а также при укладке мостовых в городах. Конструкции дренирующего слоя отличались от современной: на обочинах дорог создавали поперечные воронки, заполненные песком, который позволял выводить воду. Однако с развитием технологий и улучшением качества дорожных материалов, стало необходимо улучшать и функциональные характеристики дренирующего слоя. В результате проведенных исследований было выявлено, что оптимальной функцией дренирующего слоя является не только отвод воды, но и повышение несущей способности дорожной конструкции. Для этого были разработаны новые технологии и материалы, позволяющие оптимизировать дренирующую функцию и улучшить качество дорожных покрытий. Таким образом, использование дренирующих слоев в дорожном строительстве стало не только средством для отвода воды, но и важным элементом для повышения несущей способности дорожной конструкции.
Дренажные устройства могут быть различными по типу и назначению. Наиболее часто применяются горизонтальные и вертикальные дренажные системы. Горизонтальные дренажные устройства включают в себя дренажные каналы, размещенные под землей и проводящие воду к месту ее сбора и отвода. Вертикальные дренажные устройства, напротив, проводят воду вниз, в глубину земли, где она может быть утилизирована или поглощена грунтом.
Дренажные устройства являются важным элементом инженерной системы, обеспечивающей надежную защиту земля-
ного полотна и дорожной одежды от воды. Без них, земляное полотно может быть повреждено или даже уничтожено, что приведет к серьезным проблемам с дорожной инфраструктурой. Поэтому, дренажные устройства играют важную роль в создании и поддержании безопасности и устойчивости дорожного покрытия.
Необходимость применения дренажных устройств устанавливают путем комплексной оценки грунтовых, гидрогеологических, климатических условий, проектных решений, влияющих на прочность земляного полотна и дорожной одежды. Это необходимо для обеспечения надежности и долговечности дорожных сооружений, так как вода является одной из основных причин разрушения дорожного покрытия.
В состав дренажных устройств входят различные элементы, такие как капилля-ропрерывающие и изолирующие прослои, откосный дренаж, подстилающие (дренирующие) слои дорожных одежд, понижающий дренаж и перехватывающий дренаж. Каждый из этих элементов выполняет свою функцию и вместе они обеспечивают эффективную работу дренажной системы.
В качестве дренирующего слоя могут использоваться крупнозернистые материалы, например, гравий, щебень или шлак. Они обладают высокой водопроницаемостью и позволяют эффективно удалять воду из дорожного полотна. Таким образом, правильный выбор материалов для дренирующего слоя является важным шагом для обеспечения долговечности и безопасности дорожного покрытия.
Проектное решение в части дренирующего слоя является одним из ключевых факторов, влияющих на технологичность проекта. От того, насколько точно и эффективно будет выполнено данное условие с подрядной организацией при строительстве, зависит срок службы дорожной конструкции. Работа дренажной конструкции имеет несколько целей, включая осушение, задержку воды и поглощение. При проектировании автомобильных дорог в условиях I ДКЗ, особое внимание необходимо уделить дренирующей функции, так как она является важной составляющей
для обеспечения стабильного и долговременного функционирования рабочего слоя. Для переувлажненного грунта характерно образование ледовых линз при прохождении фронта отрицательных температур, что впоследствии может привести к образованию пустоты при оттаивании грунта.
При строительстве автомобильных дорог одной из главных задач является обеспечение эффективной системы водоотвода. Это необходимо для предотвращения возможных повреждений дорожного покрытия и обеспечения безопасности движения транспортных средств. Важную роль в этом процессе играет правильное выполнение работ на этапе проектирования, а также своевременное обнаружение и устранение отклонений в технологическом процессе при строительстве водоотводных сооружений. Кроме того, не менее важным является содержание и поддержание работоспособности конструкций дорожного водоотвода в период эксплуатации. Только при соблюдении всех этих мер можно гарантировать надлежащий уровень функционирования системы водоотвода на автомобильных дорогах.
Вопросами обеспечения дренажа и обустройства систем водоотведения на автомобильных дорогах занимались многие ученые и специалисты, среди которых В.С. Агеев, Чан Куок Дат, А.В. Пономарев, В.А. Кочетков,
А.А. Глаголев, Т.В. Семенова и другие. Их исследования и разработки позволяют обеспечить надежную и эффективную систему водоотвода на автомобильных дорогах, что является важным условием для безопасного и комфортного движения транспортных средств.
Так Жалко М.Е. и Соловьев Л.В. предлагают решить данную задачу путем установки дренирующих труб из ПВХ диаметром 70-110 мм. Трубы заполняются щебнем фракции до 70 мм. Половина поверхности трубы, расположенная сверху, имеет перфорацию, обеспечивающую проникновение воды в трубу. Благодаря целостности нижней поверхности трубы, вода не проникает вглубь грунта, а по желобу отводится за пределы дорожного полотна. Заполнение дренажной системы щебнем
обеспечивает жесткость конструкции и позволит дорожной одежде выдерживать осевые нагрузки, возникающие при движении транспорта.
Дренажные трубы являются важной частью системы водоотведения и их правильное расположение играет ключевую роль в обеспечении эффективной работы. В этом отношении, шахматный порядок является оптимальным решением. При таком расположении, каждая труба находится на расстоянии 1 метра друг от друга в горизонтальной плоскости и 0,5 метра в вертикальной. Это позволяет равномерно распределить нагрузку и обеспечить надежное водоотведение даже в случае возникновения проблем с одной из труб.
Важно отметить, что при нарушении пропускной способности одной из дренажных труб, остальные трубы, расположенные ниже, смогут взять на себя дополнительную нагрузку. Таким образом, система будет продолжать функционировать без сбоев и риска затопления. Кроме того, шахматное расположение труб упрощает процесс обслуживания и ремонта, так как каждая труба имеет свой уникальный номер и легко доступна для проверки и замены при необходимости.
Общая схема системы в поперечном срезе дорожной одежды изображена выше. На ней видно, что под дорожным полотном расположены дренирующие трубы, которые позволяют быстро отводить жидкость из грунтового массива. Под ними находится подстилающий грунт, а на глубине Н находится граница промерзания. Такая конструкция обеспечивает ускоренный отвод жидкости из грунтового массива под дорожным полотном, что значительно повышает скорость его промерзания и снижает образование пучин.
Исследователи Солуянова Т.В., Молоков В.С., Волкова Е.В. предлагают новый подход к повышению долговечности дорожных насыпей, которые строятся в сложных мерзлотных условиях. Они предлагают использовать систему воздушно-конверторного охлаждения для охлаждения тела насыпи. Этот метод позволит снизить температуру насыпи и предотвра-
тить ее разрушение в результате оттаивания мерзлых грунтов.
Рассматриваемый температурный режим характеризуется наличием сырых участков с низкотемпературной вечной мерзлотой на просадочных грунтах. Для того чтобы обеспечить эффективное охлаждение, дорожное полотно проектируется с расчетной глубиной оттаивания. При этом граница мерзлых грунтов должна быть выпуклой, чтобы обеспечить равномерное распределение температуры насыпи.
Идея охлаждения тела насыпи с помощью системы воздушно-конверторного охлаждения является перспективной и может быть использована при строительстве дорожных насыпей в особо сложных мерзлотных условиях. Этот подход позволит значительно увеличить долговечность дорожных насыпей и обеспечить безопасность движения транспорта на них.
Для того чтобы обеспечить более быстрый отвод жидкости из грунтового массива под дорожным полотном, мы можем значительно повысить скорость его промерзания, что в свою очередь снизит образование пучин. Согласно исследованиям С.В. Кудрявцева, скорость промерзания грунта и его пучинистость зависят от влажности. Его расчеты и результаты численного моделирования полностью отражают зависимость между этими явления-
ми. Однако следует отметить, что работы Кудрявцева посвящены промерзанию грунта в области фундаментов зданий. Грунт под дорожным полотном, в свою очередь, имеет свои особенности. Таким образом, необходимо модернизировать существующие модели промерзания грунта с целью более полного описания этого процесса под дорожным полотном.
Одним из основных деформационных свойств дисперсных грунтов является их сжимаемость под нагрузкой. Данное явление обуславливается смещением в частицах грунта относительно друг друга, их деформацией. Вследствие этого уменьшается общий объем пор. Уплотнение водо-насыщенного грунта является результатом удаления воды из пор, при этом происходит снижение показателя влажности грунта.
Таким образом, очевидна связь плотности грунта с его влажностью. Следовательно, влияя на влажность, мы можем оказать влияние на его плотность, что, в свою очередь, положительно скажется на сроке службы дороги. Также следует отметить, что грунт, характеризующийся незначительными показателями влажности, имеет свойство промерзать быстрее, чем переувлажненный, что оказывает влияние на снижение пучинообразования, тем самым, приведет к более длительному сроку службы дорожного покрытия.
Библиографический список
1. СНиП 32-03-96 «Аэродромы», при проектировании аэродромов в дорожно-климатической зоне.
2. Жалко, М.Е. К вопросу обеспечения водоотвода на автомобильных дорогах / М.Е. Жалко // Теория и практика современной науки. - 2022. - № 2(80). - С. 84-91. - EDN KHJEEX.
3. Кудрявцев С.В. Прочность строительных конструкций; теория расчета сооружений и конструкций; строительная физика.
4. Солуянова Т.В., Молоков В.С., Волкова Е.В. особенности строительства и эксплуатации автомобильных дорог в условиях Крайнего Севера // Вестник науки. - 2023. -№3 (60).
5. Агеев В.С., Чан Куок Дат, Пономарев А.В., Кочетков В.А., Глаголев А.А., Семенова Т.В. Обеспечение дренажа и обустройства систем водоотведения на автомобильных дорогах.
INCREASING THE BEARING CAPACITY OF ROADS IN THE FIRST
ROAD-CLIMATIC ZONE
S.S. Shaburov, Professor
K.M. Sungatulin, Graduate Student
Irkutsk National Research Technical University (IRNTU) (Russia, Irkutsk)
Abstract. The article discusses the features of the design and construction of highway structures in the conditions of the first road-climatic zone with a harsh, sharply continental climate. To ensure the reliability and durability of road structures, it is first necessary to ensure proper drainage, since water is one of the main causes of destruction of the road surface. Various materials can be used as drainage devices, but this article discusses the issue of increasing the load-bearing capacity of a road structure using the example of optimizing its drainage function by installing PVC drainage pipes.
Keywords: road-climatic zone, drainage, drainage devices, capillary-interrupting, drainage pipes.
