CC BY
10Вестник магистратуры. 2016. № 5(56). Т. II 2223-4047
УДК 625.7
Ю.В. Рябков
РАСЧЕТ МЕЖРЕМОНТНЫХ СРОКОВ ВОЗОБНОВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД МЕТОДОМ ХОЛОДНОГО РЕСАЙКЛИНГА
Предложены формулы для расчета межремонтных сроков возобновления дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием методом глубокого и неглубокого ресайклирования.
Ключевые слова: дорожная конструкция, покрытие, холодный ре-сайклинг.
Холодный ресайклинг является современной технологией капитального ремонта дорожных одежд. Эта технология позволяет перерабатывать материалы существующей дорожной одеждой, включая асфальтобетонные покрытия [1, 2]. При этом вновь добавляемыми материалами являются органические, минеральные или комплексные вяжущие, а в ряде случаев небольшое количество гранулометрических добавок, улучшающих зерновой состав асфальтового гранулята. Технология реализуется при помощи ресайклера, выполняющего комплекс операций: фрезерование материала покрытия, а при необходимости и основания, введение вяжущего под кожух фрезерно-смешивающего барабана и перемещивание вяжущего с гранулятом [1]. Эта машина разравнивает материал в слой, поверхность которого необходимо спланировать грейдером, после чего слой уплотняется катком. Технология холодного ресайклинга позволяет экономить на новых материалах, вследствие чего обладает высокой экономической эффективностью. В настоящее время для эффективного применения этой технологии разработаны указания и стандарты различных организаций, рассматривающие вопросы технологического регламента [3, 4] и расчета дорожных одежд со слоями из асфальтогранулобетонной смеси (АГБ) [5]. Проблема состоит в том, что ресайклеры выпускаются за рубежом и не каждое дорожное ремонтное управление имеет их в своем парке машин. Поэтому для повышения эффективности этой технологии важно правильно прогнозировать межремонтные сроки. По глубине ресайклирования различают глубокий и неглубокий ресайклинг. Неглубокое ресайклирование выполняют на глубину до 10 см, то есть перерабатывают только асфальтобетон существующего покрытия. При выполнении глубокого ресайклинга кроме асфальтобетона перерабатывается дискретный материал основания на всю глубину или частично [6, 7]. Поэтому при расчете межремонтных сроков службы необходимо применять две методики. Первая методика должна позволять определять срок службы асфальтобетонного покрытия, а вторая продолжительность период эксплуатации дорожной одежды.
Решение первой задачи рассмотрим на примере применения нормативного критерия расчета монолитных слоев на сопротивление усталостному разрушению от растяжения при изгибе. Согласно ОДН 218.046-01 критерий имеет вид
^ ■ к ■ к -(1 -V,,- г) о, < ; о < 4 1 2 (—^, (1)
Кпр Кпр
где стг -растягивающее напряжение в слое, МПа; ЯК и Я0 - соответственно прочность материала слоя на растяжение при изгибе после приложения ^о числа нагрузки и при ее однократном воздействии, МПа; Кпр - требуемый коэффициент прочности; к1 - коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений; к2 - тоже, но от воздействия погодно-климатических факторов; vЯ -коэффициент вариации прочности; t - коэффициент нормированного отклонения.
Коэффициент к1 вычисляют по формуле:
, а
к1 = ^Г' (2)
тN
где а - коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах испытаний материалов; т - показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя; N - расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия, расч. единиц.
© Рябков Ю.В., 2016.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2016. № 5(56). Т. II
Из совместного решения (1) и (2) получим формулу
f „ , /„ дЛт
N =
R ■ а■ k2-(1 -Vr ■ t)
(3)
V а г • Кпр J
В соответствии с нормативными документами число приложений расчетной нагрузки за период эксплуатации при q#1 выполняется по формуле
N = 0,7 ■ f ■ N
р ? J ПОЛ р]
q -1
q-1
- Трдг - kn
(4)
где Т - расчетный срок службы, годы; /пол - коэффициент, учитывающий распределение движения по полосам проезжей части; Жрк - приведенная интенсивность на последний год срока службы, авт./сут; q - показатель изменения интенсивности движения по годам; к„ - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого; Трдг -число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции. Приравняв (3) и (4), а затем выразив Т, получим
T = lOg q
q-1
0,7 ■ fnc
■ Nрк ■ Трдг ■ kn
R ■ a ■ k2 ■(1 -V r ■ t)
■ K
-1!
Приведя зависимость (5) к логарифму по основанию 10, имеем:
T =
1
lg
q -1
lg q 10,7 ■ fc
■ ^к ■ Трдг ■ kn
R ■ а ■ k2 ■(1 -V r ■ t)
■ K
(5)
(6)
Уравнение (6) определяет межремонтный срок неглубокого ресайклирования для случая применения в основе расчета критерия (1). Отметим, что если в основу расчета положить другой критерий прочности твердого тела, например одно из современных условий [8-13], то конечная формула будет иная, но принцип ее вывода останется такой же, как от критерия (1) к уравнению (6).
Вторая задача требует применения двух формул для расчета срока службы. В качестве первой применяется зависимость (6) или ее аналог, выведенные из современного критерия прочности [8-12]. Вторую формулу необходимо выводить из деформационного критерия всей дорожной конструкции в целом. В качестве такого критерия можно принять условие проверки дорожной одежды по ровности [13]. В этом критерии определение, накапливаемой дискретным материалом основания остаточной деформации можно определить по формулам работ [14-17]. Так как в большинстве случаев функция накапливания остаточной деформации логарифмическая, то принцип вывода формул подобен, представленному алгоритму. Отличие будет в том, что в конечной формуле, то есть в аналоге зависимости (6), вместо прочности материала будет содержаться член, представляющий собой предельную глубину неровности.
Сложность расчета состоит в том, что зависимости пластического деформирования в работах [1417] разные, и в этом случае возникает задача выбора формулы деформирования дискретного материала. После обоснования зависимости принятой для расчета остаточной деформации нужно рассчитать главные напряжения или девиатор. Для этого можно применить либо традиционные методы расчета [18], либо современные модифицированные модели [19-22]. То есть при выборе модели расчета напряжений также возможны варианты. Для обоснованного выбора таких формул нами выполнены расчеты сроков службы покрытия и основания дорожной одежды по различным вариантам. Экспериментальный срок службы устанавливается обследованиями участков дороги Омск - Тюмень общей протяженностью 47,35 км, на которых выполнены капитальные ремонты и реконструкция с применением технологии холодного ресайклинга. Формула, по которой результаты вычисления будут наиболее близки к экспериментальному значению срока службы, будет рекомендована нами для дальнейшего применения.
Библиографический список:
1. Wirtgen холодный ресайклинг. Руководство по применению. Germany: Wirtgen International GmbH, 2006. -
270 с.
2.Радовский Б.С. Опыт применения технологии холодной регенерации дорожных покрытий в США / Б.С. Ра-довский // Дорожная техника. 2005. - С. 176 - 186.
3.ОДМ Методические рекомендации по восстановлению асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог способами холодной регенерации. - М.: Росавтодор, 202.
Вестник магистратуры. 2016. № 5(56). Т. II
ISSN 2223-4047
4.Александров А.С., Александрова Н.П., Долгих Г.В. Технологические карты на строительство и ремонт оснований и покрытий, укрепленных вяжущими материалами. СТО Урегнойдорстрой (издание официальное). - Омск: СибАДИ, 2014. - 91 с.
5.Александров А.С., Александрова Н.П., Долгих Г.В. Расчет дорожных одежд нежесткого типа дорог газовых промыслов Ямало-Ненецкого автономного округа. СТО Урегнойдорстрой 2.25.01-2014 (издание официальное). -Омск: СибАДИ, 2014. - 54 с.
6.Muncy, S. G. Cold in-place recycling practices in North America. // 5-th Eurobitume congress. 1993, Vol 1B, paper 4.39, pp 886-889.
7.Wirtgen. Cold Recycling Rehabilitation of a heavily trafficked road. Germany, Windhagen - 2005. - 43 p.
8. Александров А.С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Ч. 1. Состояние вопроса. - Омск: СибАДИ, 2015. - 292 с.
9.Александров А.С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Ч. 2. Предложения. - Омск: СибАДИ, 2015. - 262 с.
Ю.Александров А.С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Учет деформаций в условии пластичности Кулона - Мора / А.С. Александров, А.Л. Калинин // Инженерно-строительный журнал. - 2015. № 7 (59). - С. 4 - 17.
П.Александрова Н.П., Александров А.С., Чусов В.В. Модификация критериев прочности и условий пластичности при расчетах дорожных одежд // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. -2015. № 1 (41). - С. 47 - 54.
12. Александрова Н.П., Александров А.С., Чусов В.В. Учет поврежденности структуры асфальтобетона в критериях прочности и условиях пластичности // В сборнике: Политранспортные системы материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия - ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. - С. 219-225.
13.Герцог В.Н., Долгих Г.В., Кузин В.Н. Расчет дорожных одежд по критериям ровности. Часть 1. Обоснование норм ровности асфальтобетонных покрытий // Инженерно-строительный журнал. - 2015. - №5 (57) - С. 45-57.
14. Александров А.С. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок: монография. - Омск: СибАДИ, 2014. - 152 с.
15.Семенова Т.В., Гордеева С.А., Герцог В.Н. Определение пластических деформаций материалов, используемых в дорожных конструкциях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. - 2012. - №4 (37). - С. 247-254.
16. Александров А.С., Киселева Н.Ю. Пластическое деформирование гнейс - и диабаз материалов при воздействии повторяющихся нагрузок // Известия высших учебных заведений. строительство. - 2012. - №6. - С. 49-59.
17. Александров А.С. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки // Инженерно--строительный журнал. - 2013. - №4 (39) - С. 22-34.
18.Ahlvin R.G., Ulery H.H. Tabulated Values for Determining the Complete Pattern of Stresses, Strains and Deflections Beneath a Uniform Load on a Homogeneous Half Space, Bull. 342, Highway Research Record, pp. 1-13, 1962.
19. Александров А.С. Один из путей расчета минимальных главных напряжений в грунтах земляного полотна / А.С. Александров // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». - Омск, СибАДИ, 2013. - С. 217 - 228.
20. Александрова Н.П., Семенова Т.В., Долгих Г.В. Совершенствование моделей расчета главных напряжений и девиатора в грунте земляного полотна // Вестник СИБАДИ. - 2014. - № 2 (36). С. 49 - 54.
21. Александров А.С., Александрова Н.П., Долгих Г.В. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в дорожных конструкциях из дискретных материалов // Строительные материалы. - 2012. - № 10. - С. 14 -17.
22. Александрова Н.П. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в грунте земляного полотна // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Омск, 2013. - С. 236 - 246.
РЯБКОВ ЮРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ - студент кафедры «Строительство и эксплуатация дорог», Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, Россия.
