Учет слоя композита "геоячейки+материал" при прогнозировании коэффициента вариации эквивалентного модуля упругости Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 625.089.2

О.Ю. МОСКАЛЕВ, инженер, Н.Е. КОКОДЕЕВА, д-р техн. наук (kokodeewa@mail.ru)

Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина (410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77)

Учет слоя композита «геоячейки+материал» при прогнозировании коэффициента вариации эквивалентного модуля упругости

В процессе эксплуатации автомобильных дорог под действием нагрузок и климатических факторов снижаются прочностные характеристики дорожных одежд. Это снижение приводит к изменению коэффициента вариации эквивалентного модуля упругости дорожной одежды. Известно, что применение геоячеек в дорожной одежде приводит к увеличению прочностных характеристик конструкции, а следовательно, влияет на коэффициент вариации эквивалентного модуля упругости. Представлен подход к прогнозированию коэффициента вариации эквивалентного модуля упругости дорожной одежды нежесткого типа, включающей в себя конструктивный слой, армированный геоячейками. Показан расчет значений данного коэффициента с учетом коэффициента армирования различных слоев дорожных одежд c геоячейками. Армирование слоев дорожной одежды геоячейками позволяет снизить коэффициент вариации эквивалентного модуля упругости, т. е. увеличить однородность, а следовательно, и прочность конструкции.

Ключевые слова: дорожная одежда, коэффициент вариации, модуль упругости, армирование, геоячейки.

O.Yu MOSKALEV, Engineer, N.E.KOKODEEVA Doctor of Sciences (Engineering) (kokodeewa@mail.ru)

Saratov State Technical University named after Yu.A. Gagarin (77, Polytechnicheskaya Street, Saratov, 410054, Russian Federation)

Accounting of a "Geocells+Materiar Composite Layer when Forecasting the Coefficient of Variation of Equivalent Elastic Modulus

Strength characteristics of the road pavements are reduced in the process of automobile roads operation under the impact of loads and climatic factors. This reduction leads to the change of the coefficient of variation of equivalent elastic modulus of road pavement. It is known that the use of geocells in the road pavement leads to improvement of strength characteristics of the structure and, consequently, influences on the coefficient of variation of equivalent elastic modulus. An approach to the forecasting of the coefficient of variation of equivalent elastic modulus of the road pavement of the non-rigid type which includes the structural layer reinforced with geocells is presented. The calculation of values of this coefficient with due regard for the coefficient of reinforcement of different layers of road pavements with geocells is shown. Reinforcement of road pavement layers with geocells makes it possible to reduce the coefficient of variation of equivalent elastic modulus, i.e. to improve the homogeneity and therefore the durability of construction.

Keywords: road pavement, coefficient of variation, elastic modulus, reinforcement, geocells.

В процессе эксплуатации автомобильных дорог наблюдается постепенное снижение прочности дорожных одежд и земляного полотна. В начальный период эксплуатации автомобильной дороги снижение прочности протекает без явных деформаций и разрушений поверхности покрытий. Но в дальнейшем при комплексном воздействии транспортных средств и климатических факторов состояние покрытия резко изменяется в худшую сторону. В большинстве случаев это обнаруживается слишком поздно при проявлении признаков катастрофических разрушений. В связи с этим в процессе эксплуатации автомобильной дороги следует периодически оценивать качество дорожных конструкций.

Под качеством автомобильной дороги в целом следует понимать комплекс ее потребительских свойств, обусловливающих способность удовлетворять определенным требованиям в соответствии с ее назначением [1].

Основой повышения качества автомобильных дорог служит однородность, т. е. степень неизменности физико-механических свойств, геометрических размеров, параметров технологических процессов, условий эксплуатации и производства работ. Как правило, однородность оценивается коэффициентом вариации какого-либо параметра. Для дорожных одежд этим параметром является эквивалентный модуль упругости на поверхности покрытия, и соответственно однородность дорожных одежд должна оцениваться коэффициентом вариации модуля упругости (С^,,)}.

В период эксплуатации автомобильной дороги под воздействием импульсов нагрузки и влияния климатических факторов изменяются прочностные и деформатив-ные параметры слоев дорожной конструкции. Возникают микродефекты, которые, постепенно развиваясь, приводят к усилению неоднородности показателей дорожных

Таблица 1

СТуР Значения коэффициента у при весенней влажности грунта земляного полотна, в долях от

0,5 0,6 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95

0,19 0,028 0,029 0,03 0,034 0,043 0,061 0,092 0,185

0,18 0,024 0,024 0,025 0,028 0,036 0,051 0,074 0,158

0,17 0,02 0,02 0,021 0,024 0,029 0,041 0,062 0,13

0,16 0,017 0,0175 0,018 0,02 0,024 0,034 0,051 0,102

0,15 0,014 0,0146 0,0152 0,016 0,02 0,028 0,041 0,083

0,14 0,012 0,0124 0,0128 0,015 0,017 0,023 0,034 0,066

0,13 0,01 0,0104 0,0108 0,011 0,014 0,02 0,028 0,055

12

ноябрь 2014

ÏÀ ®

Таблица 2

С? Значения коэффициента у при весенней влажности грунта земляного полотна, в долях от

0,5 0,6 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95

0,15 0,042 0,045 0,05 0,057 0,068 0,098 0,162 0,332

0,14 0,038 0,039 0,042 0,049 0,058 0,082 0,139 0,285

0,13 0,033 0,034 0,035 0,039 0,049 0,071 0,119 0,241

0,12 0,029 0,03 0,031 0,032 0,041 0,058 0,095 0,201

0,11 0,024 0,025 0,027 0,028 0,034 0,051 0,08 0,164

0,10 0,022 0,0225 0,023 0,024 0,029 0,044 0,069 0,136

0,09 0,019 0,0195 0,02 0,021 0,024 0,036 0,058 0,11

0,08 0,017 0,0175 0,018 0,019 0,021 0,03 0,049 0,094

0,07 0,016 0,0165 0,017 0,018 0,019 0,029 0,041 0,083

0,06 0,015 0,0155 0,016 0,017 0,018 0,024 0,028 0,078

Таблица 3

CTVP Значения коэффициента у при весенней влажности грунта земляного полотна, в долях от Т¥Т

0,5 0,6 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95

0,09 0,376 0,409 0,47 0,522 0,671 0,94 1,253 1,88

0,08 0,32 0,345 0,382 0,44 0,55 0,733 1 1,466

0,07 0,276 0,29 0,325 0,376 0,473 0,592 0,79 1,104

0,06 0,24 0,252 0,284 0,325 0,41 0,503 0,64 0,866

0,05 0,211 0,221 0,251 0,285 0,361 0,436 0,56 0,705

0,04 0,188 0,199 0,224 0,257 0,321 0,393 0,48 0,615

0,03 0,17 0,181 0,206 0,234 0,234 0,358 0,425 0,523

одежд. В работах проф. В.А.Семенова изменение однородности описывается зависимостью:

Оч') = ^У'^ (1)

где Су^=о) — коэффициент вариации на момент сдачи автомобильной дороги в эксплуатацию; у — коэффициент, учитывающий снижение однородности эквивалентного модуля упругости во времени, 1/гг; I — период времени, спустя который коэффициент вариации эквивалентного модуля упругости примет значение 0), гг.

В работах проф. В.А. Семенова [1] и проф. В.В. Столярова [1—3] коэффициент у принят равным значению 0,023, что соответствует условиям Западной Сибири. В дальнейшем на основе натурных наблюдений было установлено, что на коэффициент у оказывают влияние величина подвижной нагрузки и ее коэффициент вариации, а также влажность рабочего слоя земляного полотна в расчетный (весенний) период года [1—3]. Проведенные исследования влияния влажности грунта на качественное состояние дорожных одежд позволили установить значения коэффициента у в зависимости от величины коэффициента вариации требуемого модуля упругости (Су ), капитальности дорожной одежды и влажности рабочего (активного) слоя земляного полотна (ит) в весенний период года (табл. 1—3). В табл. 1 приведены расчетные значения коэффициента у для капитальных дорожных одежд с усовершенствованным покрытием.

Расчетные значения коэффициента у для облегченных дорожных одежд с усовершенствованным покрытием приведены в табл. 2.

Расчетные значения коэффициента у для дорожных одежд переходного типа с щебеночным и гравийным покрытием даны в табл. 3.

К сожалению, данный подход к определению коэффициента вариации модуля упругости по формуле (1) не учитывает наличия в дорожной конструкции слоев, армированных геосинтетическими материалами, в частности геоячейками. Учет в дорожной одежде конструктивного слоя, армированного геоячейками, стал возможен после разработки ОДМ 218.3.032—2013 [4] с учетом коэффициента армирования (усиления), характеризующего увеличение модуля упругости конструктивного слоя дорожной одежды, армированной геоячейками, и представляющего собой отношение:

(2)

где Ем — модуль упругости конструктивного слоя, не армированного геоячейками и определяемый по ОДН 218.046-01 [3], МПа; Ем+г/р — модуль упругости конструктивного слоя, армированного геоячейками, определяемый по ОДМ 218.3.032-2013 [1], МПа.

В табл. 4 приведены нормативные модули упругости неармированного слоя по ОДН 218.046-01 [4] и армированного слоя (композита) по ОДМ 218.3.032-2013 [5] для расчета дорожной одежды по допустимому упругому прогибу и сопротивлению монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.

Эффект упрочнения конструктивных слоев дорожной одежды при их армировании геоячейками скажется на повышении однородности дорожной одежды за счет снижения коэффициента вариации С^ по сравнению с дорожными одеждами, не содержащими армированные слои конструкции. Тогда для дорожных одежд нежесткого типа параметр С^ будет иметь зависимость:

~ ^Г(<=0) + Та ' ^ (3)

ы ®

ноябрь 2014

13

Таблица 4

Заполнитель геоячеек из щебеночно-гравийно-песчаных смесей и песков Максимальный размер зерен, мм Нормативные значения модуля упругости, МПа, по ОДН Нормативные значения модуля упругости композита, МПа, в дорожных одеждах облегченного типа по Коэффициент усиления (армирования) Ка

218.046-01 ОДМ 218.3.032-2013

Щебень легкоуплотняемый/трудноуплотняемый фракци-

онированный 20-40 мм (ГОСТ 25607) с заклинкой:

фракционированным мелким щебнем 450/350 580 / 460 1,29/1,31

известняковой мелкой смесью или активным мелким шлаком 400/300 520 / 390 1,3/1,3

мелким высокоактивным шлаком 450/400 580 / 520 1,29/1,3

Щебеночные/гравийные смеси (ГОСТ 25607):

С1 40 300/280 420 / 390 1,4/1,39

С2 20 290/265 410 / 370 1,41/1,4

С5 40 260/220 360 / 310 1,39/1,41

С6 20 240/200 340 / 280 1,42/1,4

С7 20 260/180 310 / 250 1,19/1,39

Шлаковая щебеночно-песчаная смесь из неактивных

и слабоактивных шлаков (ГОСТ 3344):

С4 40 250 350 1,4

С6 20 210 300 1,43

Песок:

крупный - 130 180 1,38

средней крупности - 120 170 1,42

мелкий - 100 140 1,4

однородный - 75 100 1,33

Таблица 5

гтр Значения коэффициента у при весенней влажности грунта земляного полотна, в долях от Т¥Т

0,5 0,6 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95

0,19 0,022 0,022 0,023 0,026 0,033 0,047 0,071 0,143

0,18 0,019 0,019 0,019 0,022 0,028 0,04 0,057 0,122

0,17 0,016 0,016 0,016 0,019 0,022 0,032 0,048 0,101

0,16 0,013 0,014 0,014 0,016 0,019 0,026 0,04 0,079

0,15 0,011 0,011 0,012 0,012 0,016 0,022 0,032 0,064

0,14 0,009 0,01 0,01 0,012 0,013 0,018 0,026 0,051

0,13 0,008 0,008 0,008 0,009 0,011 0,016 0,022 0,043

Таблица 6

Стур Значения коэффициента у при весенней влажности грунта земляного полотна, в долях от Т¥Т

0,5 0,6 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95

0,15 0,033 0,035 0,039 0,044 0,053 0,076 0,126 0,257

0,14 0,03 0,03 0,033 0,038 0,045 0,064 0,108 0,221

0,13 0,026 0,026 0,027 0,03 0,038 0,055 0,092 0,187

0,12 0,023 0,023 0,024 0,025 0,032 0,045 0,074 0,156

0,11 0,019 0,019 0,021 0,022 0,026 0,04 0,062 0,127

0,1 0,017 0,017 0,018 0,019 0,022 0,034 0,053 0,105

0,09 0,015 0,015 0,016 0,016 0,019 0,028 0,045 0,085

0,08 0,013 0,014 0,014 0,015 0,016 0,023 0,038 0,073

0,07 0,012 0,013 0,013 0,014 0,015 0,022 0,032 0,064

0,06 0,012 0,012 0,012 0,013 0,014 0,019 0,022 0,06

14

ноябрь 2014

Таблица 7

С? Значения коэффициента у при весенней влажности грунта земляного полотна, в долях от Т¥Т

0,5 0,6 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95

0,09 0,291 0,317 0,364 0,405 0,52 0,729 0,971 1,457

0,08 0,248 0,267 0,296 0,341 0,426 0,568 0,775 1,136

0,07 0,214 0,225 0,252 0,291 0,367 0,459 0,612 0,856

0,06 0,186 0,195 0,22 0,252 0,318 0,39 0,496 0,671

0,05 0,164 0,171 0,195 0,221 0,28 0,338 0,434 0,547

0,04 0,146 0,154 0,174 0,199 0,249 0,305 0,372 0,477

0,03 0,132 0,14 0,16 0,181 0,181 0,278 0,329 0,405

где ya - коэффициент, учитывающий снижение однородности эквивалентного модуля упругости во времени в зависимости от влажности (W) активного слоя земляного полотна в весенний период каждого года, точности определения перспективных значений интенсивности и состава движения, выраженных через коэффициент вариации требуемого модуля упругости (Су), а также от коэффициента усиления (Ка).

В результате проведенных исследований были получены численные значения коэффициента ya для различных конструктивных слоев дорожной одежды при их армировании геоячейками. В качестве примера в табл. 5—7 представлены расчетные значения коэффициента Ya при наличии в дорожной одежде слоя «щебень легко-уплотняемый фракционированный с заклинкой фракционированным мелким щебнем + геоячейки», а также при коэффициенте армирования Ка = 1,29. Расчетные значения коэффициента ya:

— для капитальных дорожных одежд с усовершенствованным покрытием представлены в табл. 5;

— для облегченных дорожных одежд с усовершенствованным покрытием представлены в табл. 6;

— для дорожных одежд переходного типа с щебеночным и гравийным покрытием представлены в табл. 7.

Таким образом, получены значения коэффициента уа, которые необходимы для вычисления коэффициента вариации эквивалентного модуля упругости дорожной одежды при армировании геоячейками, а также для вычисления сроков службы дорожных конструкций [6].

Список литературы

1. Методические рекомендации по усилению конструктивных элементов автомобильных дорог пространственными георешетками (геосотами) (ОДМ 218.3.032-2013). М.: Федеральное дорожное агентство (Росавтодор), 2013. 77 с.

2. Москалев О.Ю. Существующие методы оценки срока службы дорожных одежд с геосинтетическими материалами // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». 2013. № 3. http://naukovedenie.ru/PDF/12tvn313.pdf. (Дата обращения: 25.06.2014).

3. Проектирование нежестких дорожных одежд (ОДН 218.046-01) / Гос. служба дор. хоз. Министерства транспорта РФ. М.: Транспорт, 2001. 145с.

4. Семенов В.А. Качество и однородность автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1989.125с.

5. Столяров В.В. Проектирование автомобильных дорог с учетом теории риска. Ч. 1-2. Саратов: СГТУ, 1994. Ч. 1. 184 с.; Ч. 2 . 232 с.

6. Кокодеева Н.Е., Столяров В.В., Васильев Ю.Э. Техническое регулирование в дорожном хозяйстве: монография. Саратов: СГТУ, 2011. 232 с.

References

1. Guidelines for strengthening structural elements highways spatial geogrid (geosotami) (ODM 218.3.032-2013).

Moscow: Federal Road Agency (Rosavtodor), 2013. 77 p. (In Russian).

2. Moskaliev O. Yu. Existing methods for estimating the life of pavements with geosynthetics. Internet Journal «NAUKOVEDENIE». 2013. No. 3. http://naukovedenie. ru/PDF/12tvn313.pdf. (Date of access: 25.06.2014). (In Russian).

3. Designing non-rigid road clothes (ODN 218.046-01). State Road Service of the Ministry of Transport RF. Moscow: Transport, 2001. 145 p. (In Russian).

4. Semenov V.A. Kachestvo i odnorodnost' avtomobil'nykh dorog [Quality and uniformity of highways]. Moscow: Transport, 1989. 125 p.

5. Stolyarov V.V. Proektirovanie avtomobil'nykh dorog s uchetom teorii riska [Designing roads considering risk theory]. Part 1-2. Saratov: Saratov State Technical University, 1994. 184 p.; 232 p.

6. Kokodeeva N.E., Stolyarov V.V., Vasiliev Yu.E. Tekhnicheskoe regulirovanie v dorozhnom khozyaistve: monografiya. [Technical regulation in the road sector: monograph]. Saratov: Saratov State Technical University, 2011. 232 p.

Технология производства стеновых цементно-песчаных изделий

Ю.З. Балакшин, В.А. Терехов

Справочное пособие М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2012. 276 ^

Авторы многие годы отдали работе в промышленности строительных материалов и накопили значительный объем знаний и технических документов производстве стеновых материалов не только из опыта работы промышленности в СССР и России, но и многих предприятий Европы, Америки и Азии.

В книге описано производство и применение стеновых материалов методом вибропрессования из цементно-песчаных бетонов. Рассмотрена существующая и перспективная номенклатура изделий и их свойства. Описаны сырьевые материалы для производства цемент-нопесчаных изделий. Сформулированы специфические требования к сырьевым материалам, а также рекомендации по подбору состава бетонной смеси. Подробно представлена технология производства цементно-песчанных вибропрессованных стеновых изделий. Особое внимание уделено технологическому контролю на производстве и техническому контролю и обслуживанию оборудования.

Книга предназначена для организации производственнотехни-ческого обучения на предприятии, будет полезна инженерно-техническому персоналу.

Тел./факс: (499) 976-22-08; 976-20-36 www.rifsm.ru

Ы ®

ноябрь 2014

15