CC BY
86
2. Великанов, Н.Л. Основные этапы выбора стационарного бетононасоса / Н.Л. Великанов, В.А. Наумов, Л.В. Примак // Механизация строительства.
- 2016. - № 9. - С. 44-49.
3. Руководство по укладке бетонных смесей бетоно-насосными установками / Под ред. Г.А. Захарченко.
- М.: Стройиздат, 1978. - 144 с.
4. Великанов, Н.Л. Совершенствование методики гидравлического расчета потерь в бетоноводе / Н.Л. Великанов, В.А. Наумов, Л.В. Примак // Механизация строительства. - 2015. - № 10. - С. 22-25.
5. Liebherr-Hausgeräte GmbH. Stationary concrete pumps [Электронный ресурс]. - URL: https: // www.
liebherr. Com / en/deu / products / construction-machines / concrete-technology / concrete-pumps/stationary-concrete-pumps/stationary-concrete-pumps.html (дата обращения: 08.03.2018).
6. BETONSTAR. Stationary Pumps [Электронный ресурс]. URL: http://www.betonstar.com/sabit-beton-pompalari.aspx (дата обращения 08.03.2018).
7. Комаринский М. В. Производительность поршневого бетононасоса. - Интернет-журнал "Строительство уникальных зданий и сооружений", 2013, №6 (11). - [Электронный ресурс]. - URL: http://unistroy.spbstu.ru/index_20l3_1l/6_komarinskij_ 11.pdf (дата обращения: 10.04.2018).
УДК 625.7
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РЕМОНТА
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Е.И. Саканская-Грицай1
Санкт-Петербургский государственный экономический университет 191023, Санкт-Петербург, улица Садовая, дом 21.
В статье анализируются проблемы эксплуатации автомобильных дорог, их решение путём использования в конструкции дорожной одежды современных геотекстильных материалов. Рассматриваются виды и варианты применение геотекстильных материалов. Предполагается повысить экономичность отдельных проектов за счёт использования регенерированных ПЭТ-волокон из бутылочных флексов, а также с помощью инновационных цифровых 3D систем автоматического нивелирования для дорожно-строительных машин.
Ключевые слова: автомобильная дорога, дорожная одежда, геотекстильные материалы, ПЭТ-волокна, автоматическое нивелирование.
THE USE OF GEOTEXTILE MATERIALS FOR HIGHWAY REPAIR
E.I. Sakanskaya-Gritsay
Saint Petersburg state University of Economics, 191023, Saint Petersburg, Sadovaya st., 21.
The article analyzes the problem of exploitation of roads, their solutions through the use of a design of road clothes of modern geotextiles. Types and variants of application of geotextiles are considered. It is expected to increase the efficiency of individual projects through the use of regenerated pet fibers from bottle Flex, and also with the help of innovative digital 3D systems of automatic leveling for road construction machines.
Keywords: road, road pavement, geotextile material, PET fiber, automatic level.
Самая протяжённая сеть дорог в мире и самый маленький перевозимый груз в расчете на одну подвижную единицу транспорта. Средняя же скорость автомобильных перевозок в России, согласно статистике, вдвое ниже, чем в европейских странах.
Сложная многослойная инженерная конструкция, состоящая из множества конструктивных элементов, главными из которых являются земляное полотно и дорожная одежда, в пределах проезжей части автомобильной дороги воспринимает многократно повторяющуюся нагрузку от автотранспортного средства и передаёт её на грунт. Влияние погодно-
климатических и грунтово-гидрологических факторов со временем приводит к возникновению в слоях дорожной одежды и земляном полотне различных напряжений и деформаций. Постепенно накапливаясь, такие напряжения и деформации приводят к разрушению и появлению на поверхности дороги различных дефектов в виде трещин, выбоин, провалов, колейно-сти, наплывов в асфальтированном покрытии и др. Факторы, оказывающие влияние на образование деформаций и появление разрушений в конструктивных элементах автомобильной дороги в процессе ее эксплуатации, могут быть как внешними, так и внутренними.
1 Саканская-Грицай Елена Ивановна - специалист по УМР 1 категории, СПбГЭУ, тел.: +7 965 09 962 09, email: elena-gritsay@yandex. ru
К внутренним факторам относятся физико-механические характеристики самой дорожной конструкции (дорожного покрытия, дорожного основания и земляного полотна) и материалов ее слоев. К наиболее важным внутренним факторам можно отнести:
- недостаточное или неравномерное уплотнение слоев дорожной одежды и земляного полотна;
- неравномерный износ (истирание) дорожного покрытия под действием колес автомобилей;
- образование пластических деформаций в асфальтированных покрытиях и слоях из би-тумоминеральных смесей. В теплый период года, образование пластических деформаций происходит из-за нагревания асфальтированного покрытия до высокой температуры, вследствие чего снижается вязкость битума, а это, в свою очередь, приводит к снижению прочности и деформативных свойств асфальтобетона. В холодный период, наоборот, вязкость битума возрастает, соответственно увеличивается прочность и жесткость асфальтобетона, но это может стать причиной образования в асфальтированном покрытии температурных трещин;
- накопление остаточных деформаций и появление структурных разрушений в слоях дорожного покрытия и/или основания. Когда вертикальные или горизонтальные (касательные) напряжения, возникающие от воздействия колес автомобилей, превышают допустимые значения, может происходить нарушение сплошности или структуры материала одного или нескольких слоев дорожной одежды;
- накопление остаточных деформаций в грунте земляного полотна под действием нагрузки от тяжелых грузовых автомобилей, особенно в период весеннего переувлажнения грунта, когда его несущая способность снижена.
К внешним факторам, оказывающим влияние на состояние автомобильной дороги в процессе ее эксплуатации, относятся погодно-климатические и грунтово-гидрологические условия, а также воздействие транспортной нагрузки:
- величина нагрузки на ось транспортного средства и показатель давления в автомобильных шинах;
- количество повторений
- приложения тяжелой нагрузки и интервал между этими приложениями;
- продолжительность приложения каждой нагрузки и суммарная продолжительность;
- температура воздуха и солнечная радиация, под воздействием которых повышается или понижается температура покрытия и, соответственно, изменяются физико-механические свойства дорожно-строительного материала;
- состояние и продуманность системы водоотвода и водопонижения, тип грунта земляного полотна и условия его увлажнения грунтовыми и поверхностными водами. При повышении влажности грунта выше оптимального уровня значительно снижается вязкость и увеличивается пластичность грунта, что способствует накоплению остаточных деформаций в земляном полотне и, как следствие, во всей дорожной одежде. [2]
В летний период при нагревании асфальтированного слоя накопление остаточных деформаций становится особенно заметным, снижается модуль упругости асфальтобетонного слоя, а остаточные деформации увеличиваются. При движении автомобиля по горизонтальному участку дороги с ровной поверхностью его колеса передают на дорожную одежду и земляное полотно вертикальные и горизонтальные (касательные) усилия.
Статические и динамические вертикальные и касательные силы, передаваемые колесами транспортных средств через дорожную одежду на земляное полотно, вызывают напряжения и деформации в его теле, вследствие чего земляное полотно изнашивается и разрушается.
Воздействие автомобиля на дорожную одежду характеризуется нагрузкой, приходящейся на ось, давлением в зоне контакта колеса с покрытием, временем приложения нагрузки, частотой и динамичностью ее повторения. При этом в слоях одежды возникают напряжения сжатия, растяжения, изгиба и сдвига. Чрезмерные напряжения от транспортных нагрузок приводят к возникновению тех или иных деформаций.
На ровном покрытии дорожная одежда испытывает давление от колес как кратковременную статическую нагрузку. При движении транспортных средств по неровной поверхности давление колеса на покрытие то возрастает, то убывает, т.е. является динамическим. [2]
Увеличение количества пластических деформаций и ускорение разрушения асфальтобетонного покрытия вызваны увеличивающимися автотранспортными потоками. Правильное использование геосинтетических материалов - один из путей обеспечения повышения качества и продления рабочего ресурса автомобильных дорог, снижение трудозатрат и сокращение сроков строительства, независимость от погодно-климатических и эксплуатационных условий. [3]
Геосинтетические материалы - класс строительных материалов, как правило, синтетических, а также из другого сырья (минерального, стекло- или базальтовые волокна и др.), поставляемых в сложенном компактном виде (рулоны, блоки, плиты и др.), предназначенных
для создания дополнительных слоев (прослоек) различного назначения (армирующих, дренирующих, защитных, фильтрующих, гидроизолирующих, теплоизолирующих) в строительстве (транспортном, гражданском, гидротехническом) и включающий следующие группы материалов: геотекстильные материалы, георешетки, геокомпозиты, геооболочки, геомембраны, геоплиты и геоэлементы (рис.1) [1]. Для армирования слабых грунтов оснований используются геополотна (тканые и вязаные), ге-
орешетки (тканые, вязаные и пластмассовые экструдированные), повышающие несущую способность основания дорожного пирога.
Георешетки также применяются при разделении дисперсных материалов (например, песка и щебня) для увеличения повышенного сцепления за счет образования пограничного слоя, состоящего из наполнителя крупной фракции, защемленного в ячейках георешетки (рис.2).
Рисунок 1 - Основные функции геосинтетических материалов в дорожных конструкциях
Для образования дренирующей про- рования жестких гидроизоляционных прослоек. слойки чаще используются геополотна нетка- В последнем случае хороши геомембраны. ные, в свою очередь, непригодные для форми- Ключевая задача при выборе геосинтетики заключается в точном определении ее роли в
конструктиве объекта, требуемого функционала (армирование, разделение, дренирование, фильтрация, защита от эрозии) и соответствующих физико-механических свойств. В случае неправильного подбора эффект от использования синтетического материала может быть обратным ожидаемому.
Рисунок 2 - Георешётка
вании геосинтетики и эксплуатирующие организации, основной бюджет которых составляют ремонтные работы. [3]
Таблица 1 - Применение геотекстиля
в зависимости от плотности
Виды работ Плотность
о о 2 о ич 2 о о 3 о ич 3 о о ^ о ич ^ о о ич о «ч «ч о о
Для дороги и дорожных работ V V V V V
Для автомагистралей V V V V
Для автостоянок V V V
Для автостоянок с тяжелой техникой V V V V
Рисунок 3 - Укладка геотекстиля
На рынке представлено огромное количество видов геосинтетики. Нетканый и тканый материал - два основных типа. Нетканое иглопробивное полотно обычно применяют в строительстве. Геосинтетики представлены на рынке геотекстилем, который представляет собой экологичный материал, созданный иглопробивным методом из полипропиленового волокна. К кислотам и щелочам данный материал очень устойчив. Он не гниет, не подвержен влиянию плесени, плотный и прочный.
Отраслевой дорожный методический документ (ОДМ 218.5.003-2010) имеет рекомендательный характер по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог.
Дорожные подрядные компании, не всегда имеют представление о широте спектра представленных на рынке геосинтетических материалов и их назначение. Также у них нет заинтересованности в использование современных материалов, в сокращении собственного финансирования в связи с уменьшением объема земляных работ, и нет возможности увеличения сметы в случае возникновения непредвиденных обстоятельств. Не заинтересованы в использо-
Одним из направлений снижения стоимости геотекстильных материалов (ГТМ) является использование регенерированных ПЭТ-волокон из бутылочных флексов (сильно измельченного пластика, отсортированного по цвету), так как они значительно дешевле первичных полиэфирных волокон (ПЭ-волокон), которые в России не производятся, и предприятия-изготовители ГТМ получают их из Южной Кореи, Китая, Тайваня и Беларуси. Отечественные производители также начинают осваивать выпуск регенерированного волокна из бутылочных флексов («РБ-групп» (Гусь-Хрустальный), «Втор-Ком» и «Си Аэрлайд» (Челябинск), «Комитекс» (Сыктывкар), «Спецгазстрой» (Сергиев Посад), «Селена» (Карачаево-Черкесская Республика) и др.). Кроме того, данная продукция поступает из Южной Кореи и Китая. При этом некоторые функции могут осуществляться ГТМ с применением дешевых, но в то же время безопасных видов сырья, в полном соответствии со всеми техническими и экологическими требованиями. На основании исследований, полученных в процессе испытаний, выполненных совместно с производителями ГТМ, можно заключить, что геотекстильные иглопробивные полотна из регенерированных ПЭТ-волокон вполне могут использоваться в качестве разделительных, дренирующих и фильтрующих слоев в дорожной одежде. Это будет способствовать снижению стоимости реализуемых проектов. Для долговременных дорог федерального значения следует использовать первичное сырье (полиэфирное и полипропиленовое). Поскольку регенерированное ПЭТ-волокно подвергается термообработке при изготовлении, не рекомендуется использовать его под асфальтобетонное
покрытие, так как при высокой температуре может произойти деструкция полимера. [4]
Ещё одним направлением снижения стоимости дорожных проектов могут стать инновационные технологии. Таким образом сэкономить не на материалах, а с помощью качественно нового уровня ведения практически всех видов дорожных и дорожно-строительных работ, которые обеспечивает технология спутникового позиционирования на основе систем ГЛОНАСС/GPS. Одно из направлений применения систем являются цифровые 3D системы автоматического нивелирования для дорожно-строительных машин: автогрейдеров, бульдозеров, экскаваторов.
Работа этих систем основана на использовании 3D цифровой модели проектной поверхности, которая в виде файла закладывается в бортовой компьютер машины, установленный в кабине. Во время работы машины, в режиме реального времени, на основе данных, полученных от расположенных на отвале ГЛОНАСС/GPS приемника и датчиков, определяется положение лезвия отвала, которое сравнивается с цифровой моделью проекта (ЦМП). Далее система вычисляет требуемое смещение отвала машины. При работе в автоматическом режиме отвал автоматически удерживается в проектном положении.
Преимущества использования технологии:
- Снижение влияния человеческого фактора. Все работы выполняются в соответствии с предоставленными заказчиком проектными данными. Компоненты оборудования обеспечивают высокую точность выполнения работ на уровне расхождения с проектом в пределах 0,32 см (в зависимости от типа машины и типа системы).
- Сокращение перерасхода материала на выравнивание слоев дорожной одежды. Средняя экономия материалов при устройстве выравнивающего слоя дороги шириной 9 метров составит около 200 м3 на 1 км, при условии, что оснащенный системой грейдер работает только по основанию. К примеру, средняя экономия на устройстве выравнивающего слоя на протяжении трассы Москва—Санкт-Петербург будет составлять 2520000 м3 при общей ширине покрытия от 18 метров. Нетрудно подсчитать экономию в денежном эквиваленте: при стоимости асфальта от 700 рублей за тонну она составит более 5 млрд рублей.
- Уменьшение сроков выполнения работ. Практика использования 3D систем в России показывает, что средняя выработка одного ав-
тогрейдера, оснащенного 3D системой, увеличивается в 2 - 2,5 раза.
- Сокращение простоев техники при выполнении подготовительных работ. Поскольку установленная на машине система самостоятельно копирует проект на реальную поверхность, не требуется разбивка пикетажа и высотных отметок.
- Сокращение затрат и времени на проведение геодезических работ — до 90 %. Для работ разбивка не требуется. [5]
Таким образом, использование инновационных материалов и технологий позволяет значительно повысить качество автомобильных дорог, что непременно послужит повышению безопасности дорожного движения. Кроме того, увеличивается срок эксплуатации дорожного полотна, не так часто необходимо производить ремонтные работы, что экономически выгодно. Важно сделать правильный обоснованный выбор геосинтетических материалов для того, чтобы не делать лишних расходов, и в то же время проект автомобильной дороги был бы выполнен качественно.
Литература
1. Отраслевой дорожный методический документ рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог, ОДМ 218.5.003-2010 [Электронный ресурс] Режим доступа: http://mtsk.mos.ru/Handlers/ Files.ashx/Download?ID=12156
2. Основные факторы, влияющие на состояние дороги в процессе её эксплуатации [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.unidorstroy. kiev.ua/articles-asphalting/factors-affecting-condition-road.html
3. Слабое сильное звено (практика и перспективы применения геосинтетических материалов) [Электронный ресурс] Режим доступа: http://stroypuls.ru/ pso/2011/135-avgust-2011/50377/
4. Мухамеджанов Г. К. О целесообразности использования регенерированных ПЭТ-волокон из бутылочных флексов в производстве геотекстильных полотен. // Научно-технический журнал Инновации в строительстве дороги. Геосинтетические материалы. Спецвыпуск № 59, февраль 2017, с. 5859 [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.techinform-press.ru/images/stories/ pdf/ roads59/ 59.pdf
5. Дингес Э.В., Лооор Анхель Освальдо Анализ области применения спутниковых технологий и их влияние на повышение эффективности дорожного хозяйства. Научно-технический журнал «Дороги и мосты» № 36, 2017, с.38-48 [Электронный ресурс] Режим доступа: http://rosdormi.ru/files/dorogi-i-mosti/36/3.pdf
