СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛИВНЕВОЙ КАНАЛИЗАЦИИ ГОРОДСКИХ ДОРОГ И УЛИЦ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 625.7

Е.В. Корончевская

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛИВНЕВОЙ КАНАЛИЗАЦИИ ГОРОДСКИХ ДОРОГ И УЛИЦ

В статье показано, что в результате неверного расчета расстояний между дождеприемными устройствами происходит увлажнение грунтов и дискретных материалов оснований дорожных одежд. Вследствие этого пластические деформации возрастают, а сопротивление сдвигу снижается. Установлено влияние толщины слоя, стекающей с покрытия дождевой воды, на величину коэффициента сцепления. Разработан метод расчета расстояний между дождеприемниками, при которых в период дождя обеспечивается требуемый по условиям безопасности движения коэффициент сцепления шины с мокрым покрытием.

Ключевые слова: ливневая канализация, городская дорога, коэффициент сцепления шины с покрытием, лоток, дождеприемник.

Расчет расстояний между дождеприемниками является одним из важнейших элементов проектирования ливневой канализации. При неверном расчете этих расстояний фактический шаг между дождеприемников оказываются больше требуемых значений. В результате возникает ряд негативных последствий:

Путь дождевой воды до дождеприемника больше необходимого, вследствие чего в период дождя увеличивается глубина слоя воды, стекающего с покрытия. В работах [1 - 4] показано, что при одной и той же скорости движения автомобиля коэффициент сцепления шины с покрытием тем меньше, чем больше глубина воды в пределах пятна контакта.

На покрытии проезжей части имеются дефекты, через которые дождевая вода проникает в основание дорожной одежды из дискретных материалов, а затем просачивается в земляное полотно и увлажняет грунты. При увлажнении связных грунтов их параметры прочности и деформируемости уменьшаются [5, 6]. Из-за этого касательные напряжения в грунтах возрастают [7 - 18], а безопасное давление, наоборот, уменьшается [19, 20]. Снижение параметров деформируемости приводит к увеличению пластических деформаций [21 - 24], которые могут в определенный момент эксплуатации превысить предельные глубины неровностей [25, 26]. При увлажнении сыпучих и дискретных материалов между частицами формируются водные пленки, уменьшающие число контактов минеральными частицами. В результате пластические деформации в слоях из таких материалов возрастают [27 - 32]. Кроме того, вода попадает в микроповреждения, имеющиеся в структуре асфальтобетона, что негативно сказывается на параметрах этого материала в критериях прочности, применяемых для его расчета [33 - 35].

Таким образом, правильное размещение дождеприемных устройств по длине канализации позволяет решить задачи обеспечения требуемого коэффициента сцепления шины с покрытием. Поэтому актуальность работ направленных на совершенствование расчета расстояний между дождеприемниками не подвергается сомнению.

Анализ экспериментальных результатов исследований [36], позволил получить эмпирическую формулу для расчета коэффициента сцепления, которая имеет вид

Фсц = a ■ еХР

2 ■ R , >

v г(пр) у

(1)

где а и Ь - параметры модели, зависящие от скорости движения; Rср - средняя высота выступов шероховатости покрытия, мм; - глубина слоя стока, мм.

Приближение выполнено методом полиномиальной регрессии. При аппроксимировании коэффициентов эмпирической формулы (1) скорость движения задавалась относительными величинами.

© Корончевская Е.В., 2016.

В результате выполненного математического анализа получена формула

хехр

Фсц =

(*ср - К)

0,399 •

2 • R,

V 3мах J

1,3591 ^

1,2473 3 3

- 0,4861 •

Л

1,2226

J

f Л 2

А 3 л

V 3мах J

Y

- 0,598

J

(2)

где 9 и Эмах - фактическая и основная максимальная допускаемая ГИБДД (90 км/ч) скорость движения по дорогам общего пользования, км/ч.

Уравнение (2) можно решить относительно глубины слоя стока, а если в полученном выражении принять вместо коэффициента сцепления его требуемое значение, а вместо скорости движения ее допустимое значение, то получим:

h , s = R + h -

ст(кр) ср вд

х ln-

2 • R

(пр)

1,2473 •З

3

- 0,4861

Г 3 Л

V3 ,

\ мах У

- 0,598

Ф

сц(тр)к

0,399 •

Г 3 Л2 1,3591 3

(3)

V3 ,

\ мах У

3

+1,2226

Из анализа (3) следует, что шероховатым покрытиям с различной средней высотой выступов при требуемых скоростях движения и требуемом коэффициенте сцепления соответствует строго определенная критическая глубина слоя стока. Анализа работы М.В. Немчинова [36] показывает, что для определения глубины слоя стока можно воспользоваться формулой:

h , ,= ст(п)

а • L • n 30 • к- •Vi",

-0,588

с

30 • к

1 •( i2 + i2 )0

\ пр п J

• а • b 1 +

fi Л

пр

V 1п J

R

0,2

\

0,588

23,9

(4)

где а - интенсивность дождя мм/мин; L - длина участка стекания воды; п - коэффициент гидравлической шероховатости; 1пр, 1п и i - соответственно продольный, поперечный уклон проезжей части и уклон стока; Ь - кратчайшее расстояние от точки определения глубины до оси проезжей части, мм; Яср -средняя высота выступов шероховатости; к - коэффициент, принимаемый равным при измерении уклонов в % к=10, а при измерении уклона в о/оо к=31,6228.

Для оценки достоверности зависимости (4) выполнен эксперимент, описанный в работе [37], в ходе выполнения которого во время дождя произведено измерение глубины слоя стока в различных точках по длине стекания воды. Зависимость (4) можно использовать для расчета критической глубины слоя стока, которая имеет место в определенной точке длины слоя стока. Расстояние от водораздела до точки с критической глубиной назовем критической длиной слоя стока и обозначим Ькр. Тогда критическую глубину найдем по формуле:

h

■М

Г а • 4р •n

30 • к 1 •yfi

Y

(5)

Так как формулы (3) и (5) позволяют определять одну и ту же величину, а граничные условия, то между этими уравнениями можно положить тождество. Тогда решив уравнение относительно критической длины слоя стока, получим:

х

2

30-4t r-

l =—— -

кр Vе

а - n - к '

'(кр)

30-<Ji

а- n- к

588/R + h - x .

У ср вд

(6)

2 - R

x = -

(пр)

1,2473 -9 9

- 0,4861-

(9 Л

\9 у

\ мах /

--ln-

- 0,598 0,399 -

' сц(тр)к

(9 Л

\9 у

мах

1,3591-9

. (7)

9

+1,2226

Из анализа расчетных схем следует, что расстояние между дождеприемными колодцами находятся формулам:

S = 2 VLlP - В2 ; S = JLlp - В2

(8)

где В - расстояние от оси до центра дождеприемного колодца по перпендикуляру, которое условно можно принять равным кратчайшему расстоянию Ь, мм.

С учетом формулу (7) зависимости (9) и (10) примут вид:

S = 2-

30-Vi"

а - n - к

5fjR + h - x

У ср вд

- В2 ; S =

у

30-41

а - n - к

58#С

- x

- В2

(9)

Библиографический список:

¡.Александров А.С., Александрова Н.П., Семенова Т.В. О проектировании шероховатости дорожных покрытий и дождевой канализации по условиям безопасности движения // Автомобильная промышленность. - 2008. - №8 - С. 36-38.

2.Семенова Т.В. Обеспечение сцепных качеств мокрых шероховатых асфальтобетонных покрытий на улицах городов и сельских поселений // Вестник СибАДИ. - 2009. - №11. - С. 36-42.

3.Александров А.С., Александрова Н.П., Семенова Т.В. Критерии проектирования шероховатых асфальтобетонных покрытий из условия обеспечения безопасности движения // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2009. - №2. - С. 66-73.

4.Александров А.С., Семенова Т.В. Обеспечение сцепных качеств асфальтобетонных покрытий городских дорог и улиц при проектировании сети дождевой канализации // Вестник Московского государственного автомобильно-дорожного университета (МАДИ) - 2009. - №2. - С. 29-32.

5.Калинин А.Л. Применение модифицированных условий пластичности для расчета безопасных давлений на грунты земляного полотна. // Инженерно-строительный журнал - 2013. № 4 (39). - С. 35 - 45.

6.Калинин А.Л. Совершенствование расчета касательных напряжений в дорожных конструкциях. Часть 1. Модификация критерия Писаренко-Лебедева и его применение при расчете касательных напряжений // Молодой ученый. - 2016. - № 6 (110). - С. 108 - 114.

7. Александров А.С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Ч. 1. Состояние вопроса: монография. - Омск: СибАДИ, 2015. - 292 с.

8.Александров А.С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Ч. 2. Предложения: монография. - Омск: СибАДИ, 2015. - 262 с.

9.Чусов В.В. Перспективы применения эмпирических условий пластичности грунтов и определение их параметров при трехосных испытаниях грунтов Вестник ВолГАСУ. - 2015. № 4 (61). - С. 49-57.

Ю.Александров А.С., Долгих Г.В., Калинин А.Л. Применение критерия Друкера - Прагера для модификации условий пластичности // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2013. № 2. - С. 26 - 29.

П.Александров А.С., Калинин А.Л. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Учет деформаций в условии пластичности Кулона - Мора // Инженерно-строительный журнал. -2015. № 7 (59). - С. 4 - 17.

12. Александров А.С., Долгих Г.В. Калинин А.Л. Один из путей совершенствования расчета дорожных одежд по условию сопротивления сдвигу в грунте земляного полотна // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. - Перьм: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2013. - С. 9-22.

13. Александров А.С., Долгих Г.В. Калинин А.Л. Модификация критериев прочности сплошной среды для расчета грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». - Омск: СибАДИ, 2013. - С. 228-235.

14. 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.

0

2

2

15. 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.

16. 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.

17. 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. 1417.

18. Александров А.С., Долгих Г.В. Юрьев Д.В. Расчет главных напряжений в слоях дорожной одежды из дискретных материалов // Транспортное строительство. - 2011. - № 7. - С. 17 - 22.

19. Долгих Г.В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. - 2013. - №6 (34). - С. 43 - 49.

20. Александров А.С., Долгих Г.В., Калинин А.Л. О допускаемых давлениях на грунты земляного полотна и слои дорожной одежды // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2012. № 2. - С. 10 - 13.

21.Васильев А.П., Коганзон М.С., Яковлев Ю.М. Предложения по учету остаточных деформаций при расчете дорожных одежд нежесткого типа // Наука и техника в дорожной отрасли. - 1997. - №1. - С. 5-6.

22. Александров А.С. Моделирование деформационных процессов, протекающих в связных грунтах // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2002. - №4. - С. 16-19.

23. Александров А.С. Расчет пластических деформаций материалов и грунтов дорожных конструкций при воздействии транспортной нагрузки // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2009. -№2. - С. 3-11.

24. Александров А.С. Учет упруговязкопластических свойств связных грунтов при проектировании дорожных одежд: // Автореферат ... канд. техн. Наук - Омск: СибАДИ, 2001, - 24 с.

25.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.

26. Александров А.С., Гордеева С.А., Шпилько Д.Н. О допускаемых и предельных значениях неровностей асфальтобетонных покрытий дорожных одежд жесткого типа // Автомобильная промышленность. - 2011. - №2. - С. 31-35.

27.Александров А.С. Нелинейное пластическое деформирование материалов при воздействии повторных кратковременных нагрузок // известия высших учебных заведений. Строительство. - 2008. - №10. - С. 74-84.

28.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.

29.Александров А.С. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок: монография. - Омск: СибАДИ, 2014. - 152 с.

30.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.

31.Семенова Т.В., Герцог В.Н. Пластическое деформирование материалов с дискретной структурой в условиях трехосного сжатия при воздействии циклических нагрузок // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. - 2013. - №1 (29). - С. 68-73.

32. 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.

33. 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.

34. Александрова Н.П., Александров А.С., Андреева Е.В. Проверка толщины монолитных слоев покрытий по модифицированному критерию Кулона - Мора, учитывающему микроповреждения структуры // Стандарт организации. Расчет дорожных одежд нежесткого типа дорог газовых промыслов Ямало-Ненецкого автономного округа по критериям прочности. - Омск: СибАДИ, 2014. - С. 49 - 51.

35. 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.

36.Семенова Т.В., Герасимова С.А., Корончевская Е.В. Требования к расстояниям между дождеприемниками ливневой канализации городских дорог и улиц // Молодой ученый. - 2016. - № 6 (110). - С. 184 - 190.

37.Александров А.С., Семенова Т.В. Экспериментальная оценка глубины слоя стока воды на асфальтобетонном покрытии в период дождя // Вестник СибАДИ - 2011. - №21. - С. 29 - 35.

КОРОНЧЕВСКАЯ ЕКАТЕРИНА ВЛАДЛЕНОВНА - студент кафедры «Строительство и эксплуатация дорог», Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, Россия.