CC BY
102
Москалев Олег Юрьевич
Moskalev Oleg Yur’evich Саратовский государственный технический университет
имени Г агарина Ю. А.
Saratov State Technical University Аспирант кафедры ТСТ Postgraduate student E-Mail: [email protected]
05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей
Существующие методы оценки срока службы дорожных одежд с геосинтетическими материалами
Existent methods which are used for life duration evaluation of pavements
with geosynthetic products
Аннотация: В статье рассмотрены существующие методы оценки срока службы дорожных одежд с геосинтетическими материалами. Показано, в чём выражается эффективность применения данных материалов. Сделаны выводы об эффективности описанных методов оценки срока службы дорожных одежд с геосинтетическими материалами.
The Abstract: Methods which are used for life duration evaluation of pavements withgeo synthetic products are considered in the article. Also the efficiency of using geosynthetic products is considered. Cocluded efficiency of life duration evaluation of pavements methods, which are described in the article.
Ключевые слова: Дорожная одежда, геосинтетические материалы, срок службы, армирование, модуль упругости.
Keywords: Pavement, geosynthetic products, life duration, reinforcement, coefficient of elasticity.
***
Г еосинтетические материалы всё чаще применяются на автомобильных дорогах нашей страны. В частности, они используются при строительстве и ремонте дорожных одежд.
Эффект от применения геосинтетических материалов в конструкциях дорожных одежд может выражаться в следующем:
• увеличение срока службы дорожной одежды;
• уменьшение толщины конструктивных слоёв дорожной одежды.
ОДМ 218.5.001-2009 «Методические рекомендации по применению геосеток и плоских георешёток для армирования асфальтобетонных слоёв усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог» [1] рекомендует не уменьшать толщины конструктивных слоёв дорожной одежды, а получать положительный эффект от их армирования, тем самым увеличивая срок службы дорожной одежды.
Как известно, срок службы дорожной одежды - это календарная продолжительность эксплуатации дорожной одежды от сдачи дороги в эксплуатацию до первого капитального ремонта или между капитальными ремонтами [2].
В ОДМ 218.5.001-2009 [1] для определения срока службы дорожной одежды, с покрытием, армированным геосеткой (георешётками), предлагается применять дополненную формулу из ОДН 218.046-01 [3]:
1,Мр-(1-кМр}(д-1)
Тобщ - Тсл + Тдоп - Тсл + 1о§д
!+■
(1)
^^'Мр-Трдг-к-п
где Тсл - рекомендуемый расчётный срок службы;
"доп - величина увеличения срока службы дорожной одежды, вследствие применения геосетки (георешётки);
Трдг - количество расчетных дней в году, в зависимости от местоположения дороги;
Ыр - приведенная интенсивность движения на последний год срока службы, авт/сут;
$ - показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам;
кп - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого;
к"р - коэффициент, учитывающий уменьшение влияния усталостных процессов на прочность, вследствие армирования асфальтобетонного покрытия (см. табл. 1).
Таблица 1
Значения коэффициента кы
Прочность геосетки (плоской георешётки) Яья (Ятя), кН/м Относительная деформация при разрыве £ЬЯтах (^ТЯтах)1 % кыр
Менее 40 не более 4 1,00
более 4 1,00
40 не более 4 0,80-0,90
более 4 0,90-1,00
80 не более 4 0,50-0,75
более 4 0,75-0,90
150 и более не более 4 0,25-0,50
более 4 0,60-0,75
При этом, полученный расчётом срок службы дорожной одежды не должен быть меньше сроков, указанных в приложении 3 к приказу Минтранса России от 01.11.2007 № 157 [4].
Выбирая вариант, при котором не уменьшается толщина конструктивных слоёв дорожной одежды, срок службы можно принять по приложению 3 к приказу Минтранса России от 01.11.2007 № 157 [4], увеличивая его на определённую величину. Это увеличение зависит от прочности геосетки (георешётки), применяемой для армирования. Так рекомендуется увеличивать срок службы дорожной одежды, с покрытием, армированным геосеткой (георешёткой):
• на 6-9 % - при использовании для армирования геосетки (георешётки) с прочностью КЬЯ (ЯТЯ) от 40 до 80 кН/м;
• на 9-11 % - при использовании для армирования геосетки (георешётки) с прочностью КЬЯ (ЯТЯ) от 80 до 150 кН/м;
• на 11-13 % - при использовании для армирования геосетки (георешётки) с прочностью ЯЬЯ (ЯТЯ) более 150 кН/м [1].
Величина полученного срока службы округляется до целого количества лет.
Увеличение срока службы армированной дорожной одежды происходит за счёт замедления образования трещин и колейности на покрытии, благодаря чему сохраняется его ровность и способность равномерно распределять нагрузку от транспортных средств.
В другом нормативном документе, ОДМ 218.5.002-2008 «Методические рекомендации по применению полимерных геосеток (георешёток) для усиления слоёв дорожной одежды из зернистых материалов» [5], предлагается использовать другую формулу для расчёта срока службы.
(2)
где Кс - коэффициент суммирования [3];
#р, Трдг, кп, $ - то же, что и в формуле (1);
^Ыр - суммарное расчётное число приложений нагрузки за расчётный срок службы для армирования дорожной одежды, определяемое исходя из зависимости, [3] или по графику (см. рис.1) при значении Еобщ.арм.=а1*Еобщ, где:
а1 - коэффициент усиления (коэффициент увеличения общего модуля упругости армированной дорожной конструкции), определяемый по уравнению:
а1 = (а0 + а1Х1 +а2Х2 + аэХэ +а4Х4 +а5Х5 +ацХ1 + а^Х1Х2 +
+а1эХ1Хэ + ^14X1X4 +а15Х1Х5 +а22Х22 +а2эХ2Хэ +а24Х2Х4+ (3)
+а25Х2Х5 +аээХэ2 + Яэ4ХэХ4 +8.35X3X5 + а44Х42 + а45Х4Х5 + а55Х52) 1, где
Х8 — ~ - отношение суммарной толщины монолитных слоев покрытия (к]) к диаметру отпечатка колеса расчетного автомобиля (П);
V
Х< — ~ - отношение суммарной толщ (к2) к диаметру отпечатка колеса расчетного автомобиля (П);
Х> — — - отношение средневзвешенного значения модуля упругости монолитных слоев
Е@
покрытия (Е]) к условному модулю упругости композитного слоя «зернистый материал + георешетка» (Е4). Величина Е4 принимается по таблице 2:
V
Х< — ~ - отношение суммарной толщины несущих слоев основания дорожной одежды
Таблица 2
Расчетные значения условного модуля упругости композитного слоя «зернистый
материал + георешетка» Е4
Е'Я, кН/м Е4, МПа
350 1100
525 1550
700 1800
Е'Я - условный показатель деформативности в направлении длины (ширины) материала, определяемый при фиксированном значении относительной деформации;
ХА — — - отношение средневзвешенного значения модуля упругости несущих слоев
Е@
основания (Е3) к условному модулю упругости композитного слоя «зернистый материал + георешетка» (Е4);
Хв — — - отношение общего модуля упругости основания (Е3), подстилающего
Е@
композитный слой «зернистый материал + георешетка», к условному модулю упругости композитного слоя «зернистый материал + георешетка» (Е4);
а0, а1, а2, аэ, а4, а5, ац, ап, ав, а14, а15, а22, а23, а24, а25, аээ, аэ4, аэ5, а44, а45, а55, -
коэффициенты уравнения, принимаемые по таблице 3;
Таблица 3
Регрессионные коэффициенты для определения коэффициента увеличения общего модуля упругости дорожных одежд капитального и облегченного типов а1
Е'Я, кН/м а0 а1 а2 а3 а4 а5
350 0,4681 0,297014 0,317073 0,0000587499 0,578882 0,241811
525 0,40315 0,342141 0,38859 -0,00972858 0,751536 0,331084
700 0,377313 0,356396 0,419174 -0,0141902 0,849793 0,401742
Е'Я, кН/м ац а12 а13 а14 а15
350 -0,0419037 -0,128847 0,00714644 -0,192632 0,0805874
525 -0,057222 -0,172348 0,0130781 -0,23503 0,176815
700 -0,0576744 -0,184731 0,0145969 -0,262471 0,207398
Е'Я, кН/м а22 а23 а24 а25
350 -0,0504734 -0,00411185 -0,193294 0,180797 0,000800262
525 -0,0701658 -0,00438 -0,265413 0,334672 0,00349358
700 -0,0799938 -0,00411783 -0,308414 0,412162 0,00518766
Е'Я, кН/м а34 а35 а44 а45 а55
350 -0,0049009 -0,0115489 -0,11354 -0,239919 -1,28997
525 -0,0110322 -0,0284386 -0,190371 -0,576825 -2,32033
700 -0,0152776 -0,0386188 -0,242746 -0,81648 -2,99514
Еобщ - общий расчётный модуль упругости конструкции, Мпа.
Рис. 1. «Зависимость общего расчетного модуля упругости конструкции Еобщ от суммарного расчетного числа приложений нагрузки за расчетный срок службы, ЕЫр»
0_ - нормативная статическая нагрузка на ось расчетного автомобиля.
В данном случае речь идёт об армировании слоёв основания или покрытий переходного типа из зернистых материалов.
Описанные выше методы определения срока службы дорожных одежд с геосинетическими материалами являются детерминированными, т.е. учитывают лишь те параметры конструкции, которые имеются в наличии в качестве исходных данных. Однако результаты таких расчётов часто расходятся с реальными данными, полученными на практике. Это происходит из-за того, что изменение параметров дорожных одежд, заданных при расчёте, носит случайный, вероятностный характер.
В связи с этим, для совершенствования существующих детерминированных методов, необходимо рассмотреть вероятностный подход к оценке срока службы дорожных одежд с геосинтетическими материалами. Такой подход изложен в рамках научного направления «Проектирование, строительство и эксплуатация автомобильных дорог по условию обеспечения безопасности движения с учётом теории риска», основателем которого является д.т.н. Столяров В.В., профессор СГТУ имени Гагарина Ю.А.. В этом случае основным критерием оценки дорожной одежды будет риск её разрушения на определённый год эксплуатации дороги и его соотношение с допустимым риском [6]. Такой подход отвечает цели Федерального закона №184-ФЗ «О техническом регулировании» [7].
Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800) Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru
ЛИТЕРАТУРА
1. Методические рекомендации по применению геосеток и плоских георешёток для армирования асфальтобетонных слоёв усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог (ОДМ 218.5.001-2009) / Федеральное дорожное агентство (Росавтодор). - М.: 2010. - 85 с.
2. Справочник дорожных терминов / экономико-консультационный центр «Экон». -М.: 2005. - 303 с.
3. Проектирование нежестких дорожных одежд (ОДН 218.046-01) / Гос. служба дор. хоз. Министерства транспорта РФ. - М.: Транспорт, 2001. - 145 с.
4. О нормативах денежных затрат на содержание и ремонт автомобильных дорог федерального значения и правилах их расчета. Приказ Минтранса России от 01.11.2007 №
5. Методические рекомендации по применению полимерных геосеток (георешёток) для усиления слоёв дорожной одежды из зернистых материалов (ОДМ 218.5.002-2008) / Федеральное дорожное агентство (Росавтодор). - М.: 2008. - 150 с.
6. Столяров, В. В. Проектирование автомобильных дорог с учетом теории риска / В. В. Столяров // Части 1, 2.- Саратов : СГТУ, 1994. - 184 с., - 232 с.
7. О техническом регулировании: Федеральный №184-ФЗ. - Введ. 2002-27-12. -Электрон.дан. - М., - 2011. - http://consultant.ru.
Рецензент: Шмагина Эльвира Юрьевна, к.т.н., доц. Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
157.
