CC BY
38
05.22.10 Эксплуатация автомобильного транспорта
УДК 625.741:658.562
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ НА КАЧЕСТВО
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ Пименов Александр Трофимович, д.т.н., профессор, (e-mail: pimenov.alecsandr@yandex.ru) Ильина Лилия Владимировна, д.т.н., профессор, (e-mail: nsklika@mail.ru) Соловьева Ольга Николаевна, к.т.н., доцент, Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин), г. Новосибирск, Россия (e-mail: fedina@sibstrin.ru)
Обоснована необходимость обязательного учета свойств дорожно-строительных смесей, определяющих деформации автомобильных дорог под воздействием динамических транспортных нагрузок и климатических воздействий уже на этапе принятия технологических решений. Показаны неточности рекомендаций по устройству отдельных конструктивных элементов автомобильных дорог, представленные в нормативных документах, определена важность учета механизмов взаимодействия основания дорог с вмещающими грунтами, обращено внимание на целесообразность использования металлургических шлаков для целей дорожного строительства.
Ключевые слова: технологические решения проектирования автомобильных дорог, нормативная документация, дефекты конструктивных элементов, металлургические шлаки.
Основные постулаты транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 22 ноября 2008 года, № 1734-р) ориентированы на существенное развитие инфраструктуры дорожной сети, как совокупности всех общественных дорог на определенной территории. В настоящее время в ведении дорожного хозяйства Российской Федерации по данным на 2016 год находится около 1,5 млн. км дорог всех классов и категорий, а до 2040 года будет введено в эксплуатацию еще 18-20 тыс. км дорог.
Экономическое развитие страны, как известно, во многом зависит не только от состояния и пропускной способности транспортных систем, но и конкурентоспособности в сфере дорожного строительства. При этом автомобильные дороги остаются одним из важнейших способов обеспечения связи между регионами и странами, поскольку существенную долю объема транспортных перевозок выполняет грузовой автотранспорт. Расширение сети автомобильных дорог в Российской Федерации имеет целью обеспе-
чение развития потенциальных точек экономического роста внутри страны, включая комплексное освоение новых территорий, прежде всего, в Сибири и на Дальнем Востоке. Именно здесь транспортно-эксплуатационные показатели автомобильных дорог (обеспеченная дорогой непрерывность, скорость, удобство и безопасность движения, пропускная способность и уровень загрузки, допустимые габариты, осевая нагрузка и общая масса автомобилей, экологические, эстетические и др.), во многом определяющие совокупность их потребительских свойств (транспортно-эксплуатационные показатели, непосредственно влияющие на эффективность и безопасность работы автомобильного транспорта, отражающие интересы пользователей дорог и влияние дорог на окружающую среду), существенно трансформируются под влиянием климатических факторов в процессе всего срока эксплуатации. Это положение подчеркивает актуальность настоящей работы.
Структура сети автомобильных дорог в Российской Федерации включает 12 % дорог с грунтовым и 78% - с твердым покрытием. В последнем случае, дороги составляют:
- 6% - федерального значения;
- 16 - необщего значения;
- 21 - местного значения;
- 57 % - регионального значения.
Вместе с тем, нормативным требованиям соответствует лишь 38% автомобильных дорог федерального значения, с чем связаны многочисленные их разрушения в весенний и осенний периоды, когда жители конкретных территорий остаются отрезанными от транспортных коммуникаций вследствие разлива паводковых вод [1-3].
Состояние дорог в Российской Федерации определяется комплексом географических, климатических, экологических факторов, что во многом определяет разнообразие технологий их проектирования, строительства, содержания, ремонта (включая капитальный) и эксплуатации. Из всего комплекса инженерных сооружений автомобильной дороги наиболее уязвимыми ее конструктивными элементами выступают земляное полотно (служит для размещения дорожной одежды, а также технических средств организации дорожного движения и обустройства автомобильной дороги) и слоистая конструкция дорожной одежды (воспринимает нагрузку от транспортных средств и передает ее на земляное полотно).
Анализ экспертной практики эксплуатации автомобильных дорог убеждает в том, что основными причинами неудовлетворительного состояния конструктивных элементов дороги являются просчеты при принятии технологических решений проектирования дорог. Методология принятия проектных решений предусматривает максимальное использование современных инновационных строительных технологий и материалов, с чем связаны обеспечение требуемой пропускной способности магистралей, повышение уровня их загрузки, обеспечение безопасности движения и гарантий
передвижения автопоездов большой грузоподъемности, увеличение продолжительности эксплуатации и улучшение технологичности строительства. Большое внимание уделяется вопросам оптимизации сметной стоимости выполняемых работ, гарантиям безопасности труда и окупаемости вложенных средств [1,4]. Помимо сказанного, в рассматриваемом аспекте большое значение имеет и недостаточная изученность процессов деградации дорожно-строительных материалов, низкая эффективность используемых технологий. В этой связи для выявления причин неудовлетворительного состояния автомобильных дорог целесообразно провести анализ этапов их создания, начиная с комплекса работ предпроектных изысканий и далее - проектирования и процессов производства дорожных работ.
Комплекс предпроектных изысканий включает геологические, геодезические, гидрогеологические исследования с целью детального изучения условий конкретных территорий, как важнейшего фактора, который определяет выбор соответствующих технологий работ.
Проектирование дорог осуществляется с учетом результатов предыдущих исследований и климатических особенностей и перспектив развития транспортной инфраструктуры в регионах, включая появление новых видов транспорта (беспилотные транспортные средства). Кроме того, при проектировании учитывают особенности геологического строения (наличие скальных пород) предполагаемых трасс прокладки дорожных сетей и транспортных магистралей, а также разнообразие грунтов (глинистые, пу-чинистые, болотистые, мерзлотные и др.), что определяет индивидуальный подход к проектированию будущих трасс [4].
Однако, при проектировании дорог недостаточно внимания уделяется составу, структуре и свойствам рекомендуемых к применению дорожно-строительных материалов, включая реологические и тиксотропные свойства щебеночно-песчаных смесей [4,5]. Последние обстоятельства в дальнейшем приводят к значительным деформациям основания дорог, включая возвышение обочин и разделительной полосы над проезжей частью при отсутствии бордюра; занижение обочин и разделительной полосы относительно прилегающей кромки проезжей части при отсутствии бордюра; наличие отдельных повреждений, просадок и застоя воды на обочинах и разделительной полосе; разрушение системы водоотвода [6]. Наиболее частыми дефектами на дорожном покрытии выступают трещины различного формата, выбоины, колейность, продольная и поперечная гребенка [7].
Кроме того, при проектировании и производстве работ по строительству дорог [1,5] не учитываются факты непрерывного динамического воздействия на дорожное полотно, которое сопоставимо с разночастотной вибрацией, а также взаимодействия основания дорог со вмещающим грунтами, что приводит к появлению деформаций основания дорог и дефектов дорожного покрытия [8,9]. Существующие технологии работ по строительству основания дорог предусматривают устройство двухслойного щебеночного основания по методу заклинки; однослойных щебеночных (гравийных) ос-
нований и покрытий из плотных смесей; щебеночного основания, обработанного в верхней части песко-цементной смесью методом пропитки (вдавливания) и др. При этом выполняется больший объем работ по подбору состава щебеночно-песчаных смесей и по устройству основания автомобильной дороги. Для оперативного подбора состава наиболее плотных смесей целесообразно использовать способ для подбора состава тяжелого бетона, который носит универсальный характер, позволяет расширить диапазон используемых фракций песка и щебня и предоставляет производителю работ осуществить самостоятельный подбор щебеночно-песчаной смеси.
В СТО НОСТРОЙ 2.25.31-2011 «Автомобильные дороги. Устройство оснований дорожных одежд. Часть 3. Строительство оснований из минеральных материалов, не обработанных вяжущими» установлены требования к основаниям дорожных одежд, устраиваемым без применения вяжущих материалов, в том числе приведен модуль упругости основания, и ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд», где представлен расчет дорожной одежды со слоями из минеральных материалов, не обработанных вяжущими. Но, к сожалению, данные нормативные документы недостаточно учитывают необходимость подбора состава щебе-ночно-песчаной смеси с учетом наиболее плотной упаковки зерен различных размеров, а также деформативности такой смеси под влиянием нагрузок (статических и/или динамических). Нами [8] предложена методика, которая позволяет получить наиболее плотные составы смесей уже на этапе проектирования, а потому выбрать наиболее плотный состав щебеночно-песчаной смеси с учетом возможных деформаций основания дороги, что увеличивает ответственность исполнителя работ за качество выполненных работ. Применяемые составы смесей должны обладать не только максимальной плотностью при наименьшей деформативности под нагрузкой, но и обязательно учитывать реологические свойства сыпучих оснований, определяемых разнообразными взаимодействиями с вмещающими грунтами (грунты, окружающие со всех сторон уплотняемое основание дороги) в процессе эксплуатации. Практика показывает, что к настоящему времени не достаточно разработана система контроля за состоянием и устойчивостью грунтов такого рода.
Более того, нами представлен метод [9] определения подвижек вмещающих грунтов в процессе устройства и эксплуатации дорожных одежд, который контролирует появление дефектов на дорожном покрытии и способствует повышению безопасности движения транспорта на дорогах. Предлагаемый способ позволяет определить деформации вмещающих грунтов и при необходимости назначить меры по их укреплению.
Для повышения устойчивости основания дороги наиболее целесообразно использовать плотные горные породы, не содержащие глинистых, илистых органических примесей. Это означает, что требования к материалам для основания дороги должны соответствовать требованиям, предъявляе-
мым к заполнителям тяжелого бетона (ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия»; ГОСТ 25607-2009 «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог, и аэродромов. Технические условия»). При соответствующем уплотнении таких материалов можно получить достаточно устойчивые основания дороги, в процессе устройства которых следует учитывать возможные подвижки оснований вмещающих грунтов. Практический интерес представляет использование металлургических шлаков (сталеплавильные, доменные) в строительной отрасли [10]. Экспериментально установлено, что по комплексу прочностных физико-механических показателей строительные смеси, полученные с применением сталеплавильных шлаков, отвечают действующим нормативным требованиям (ГОСТ 32826-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и песок шлаковые. Технические требования», ГОСТ 3344-83 «Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия»), что позволяет рекомендовать их составы для внедрения и применения для целей дорожного строительства.
Основные опасения могут вызывать подвижки вмещающего грунта в сторону откосов дороги. Такие подвижки необходимо выявлять с помощью выше предложенного метода. При этом уплотнение основания дороги следует проводить до тех пор, пока изменение давления в грунте не станет минимальным. Предложенный нами метод позволяет определить деформацию вмещающих грунтов и, при необходимости, назначить меры по их укреплению.
Особое внимание следует обращать на степень обоснованности рекомендаций, представленных в нормативных документах, где в качестве компонентов основания дороги предлагаются материалы, не обладающие достаточной устойчивостью к воздействию воды и температуры. Например, в СП 34.13330.2012 «Автомобильные дороги» при устройстве рабочего слоя земляного полотна (п.7.11) рекомендуется применение песка мелкого, песка пылеватого, суглинка легкого, суглинка тяжелого и глин для II-IV дорожно-климатических зон. Следует подчеркнуть, что использование таких материалов повышает деформативность грунтов, но снижает их устойчивость, а при условиях прямого и даже гигроскопического увлажнения превращает их в пластичную, а потому подвижную, массу.
Кроме того, использование песка или песчаных материалов для устройства сооружений, которые претерпевают значительные динамические нагрузки нежелательно, вследствие слабой изученности их реологических свойств. Целесообразно, при устройстве основания дороги предусматривать и реализовывать опирание основания дороги исключительно на материковые грунты. В ином случае необходимо устраивать свайные фундаменты с последующим устройством жесткого основания дороги (дорожные плиты, монолитный бетон).
Большое сомнение в связи с неустойчивостью грунтов вызывают способы производства работ по устройству дорожных одежд (п.8. СП 34.13330.2012). Дорожная одежда должна соответствовать общим требованиям, предъявляемым к проезжей части дороги как транспортному сооружению. Эти требования обеспечиваются выбором конструкции для дорожной одежды, соответствующих покрытий проезжей части, конструкции сопряжения проезжей части с обочинами и разделительной полосой, а также типов укреплений обочин, созданием ровной и шероховатой поверхности проезжей части. Конструкция дорожной одежды и вид покрытия проектируют, исходя из транспортно-эксплуатационных требований и категории проектируемой дороги с учетом интенсивности движения, состава автотранспортных средств, климатических и грунтово-гидрологических условий, санитарно-гигиенических требований, а также обеспеченности района строительства дороги местными строительными материалами.
Как было упомянуто, дорожные одежды могут состоять из одного или несколько слоев. При наличии нескольких слоев они состоят из покрытия, основания и дополнительных слоев основания. Послойная отсыпка основания дорог включает слои песка, щебеночных смесей различных фракций и состава. Нами обоснована [11] необходимость учета трансформаций слоев асфальтобетонного покрытия и их преобразований под влиянием временных и климатических факторов. Предложены способы повышения устойчивости надежности асфальтобетонного покрытия при воздействии эксплуатационных нагрузок в целях достижения бездефектной работы автомобильной дороги. Для достижения бездефектной работы асфальтобетонных слоев дорожного покрытия необходимо учитывать вероятность трансформаций их состояния, начиная от системы, описываемой упруго вязкопластической моделью, до состояния, описываемого упругой моделью. Качество слоев дорожной одежды будет оптимальным в условиях отслеживания свойств каждой из видов модели в заданных условиях воздействия транспортных нагрузок и климатических факторов.
Представляется нецелесообразным рекомендуемый в нормативных документах способ вдавливания цементно-песчаной смеси с последующим увлажнением и прокаткой их катками, а также использование щебеночно-мастичных смесей для подстилающего слоя, которые склонны к размягчению при воздействии высоких температур в летний период (п.8.33, п.8.44 СП 34.13330.2012). При устройстве конструктивных слоев дорожных одежд из плотных смесей, применяемые материалы по зерновому составу учитываются такие показатели качества как дробимость щебня, истираемость, морозостойкость, содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы, водостойкость, пластичность, устойчивость структуры. При этом устойчивость структуры определяется только для щебня из попутно добываемых вскрышных и вмещающих пород и некондиционных отходов горных предприятий по переработке руд, щебня из шлаков черной и цветной металлургии. В то же время требования по прочности, истирае-
мости и морозостойкости к щебню из активных и высокоактивных шлаков, как отходов металлургических предприятий, входящих в состав готовых смесей, не предъявляются.
Недоработки нормативной документации проявляются и в рекомендациях по использованию мероприятий по обеспечению прочности и устойчивости рабочего слоя или по усилению дорожной одежды в условиях невозможности или нецелесообразности выполнения установленных требований (п.7 и п.8 СП 34.13330.2012): приводится перечень возможных мероприятий без обоснования их выполнения в конкретных условиях.
В целом, строительство автомобильных дорог на всех этапах производства работ должно сопровождаться строгим выполнением процедур контроля качества работ, начиная с мероприятий по строительно-технической экспертизе проектной документации, разработки технологический решений и технологических карт и заканчивая разработкой документов по приему автомобильной дороги в эксплуатацию. Особого внимания и контроля заслуживают процессы производства работ и использования дорожно-строительных материалов и технологий с учетом конкретных ситуаций.
Список литературы
1. Ушаков В. В. Строительство автомобильных дорог / В. В. Ушаков, В. М. Ольхо-виков. - М. : Кнорус, 2013. - 576 с.
2. Автомобильные дороги общего пользования Российской Федерации : справочник. - М. : Росавтодор, 2003. - 435 с
3. Шумейко А.Н. Автомобильные дороги России. Состояние и перспективы / А Н Шумейко, И М. Юрковский, М В Немчинов. - М. : МАДИ (ГТУ), 2007. - 243 с.
4. Федотов Г. А. Проектирование автомобильных дорог : справочник-энцикл. дорожника. Т. 5 / Г. А. Федотов, П. И. Поспелов, Э. К. Кузахметова. - М. : Информавто-дор, 2007. - 521 с
5. Силкин В.В. Технология и организация работ на производственных предприятиях дорожного строительства / В В. Силкин. - М. : Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2005. -201 с.
6. Крицкий М.Я. Земляное полотно автомобильных дорог: дефекты, повреждения и разрушения, их причины, методы профилактики и восстановления / М. Я. Крицкий, В. Н. Шестаков. - Омск : Изд-во СибАДИ, 2008. - 56 с.
7. Ольховиков В.М. Строительство дорожных оснований / В. М. Ольховиков. - М. : Техполиграфцентр, 2008. - 127 с.
8. Пименов А. Т. Влияние состава оснований и технологий производства работ на качество дорожной одежды / А. Т. Пименов, О. Н. Соловьева // Транспортное строительство. - 2018. - № 2. - С. 8- 12.
9. Пименов А.Т. Метод определения подвижек вмещающих грунтов при устройстве дорожной одежды / А. Т. Пименов, О. Н. Соловьева Транспортное строительство. -2017. - № 11. - С. 24-25.
10. Вопросы утилизации рафинировочных шлаков сталеплавильного производства: монография / О. Ю. Шешуков [и др.], Урал. федер. ун-т им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, Нижнетагил. технол. ин-т (фил.). - Нижний Тагил : НТИ (филиал) УрФУ, 2017. - 208 с.
11. Пименов А.Т. Трансформации асфальтобетонного дорожного покрытия в условиях воздействия экстремальных климатических факторов / А. Т. Пименов, О. Н. Со-
ловьева // Современные материалы, техника и технологии. - 2018. - № 17 (16). - С. 5258.
12. Об утверждении Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года: распоряжение Правительства Рос. Федерации от 22 нояб. 2008 г., № 734-р [Электронный ресурс] // Сайт Правительства Российской Федерации. - URL: http://government.ru/docs/22047/ (последняя дата доступа: 26.06.18).
13. Автомобильные дороги. Устройство оснований дорожных одежд. Часть 3. Строительство оснований из минеральных материалов, не обработанных вяжущими [Электронный ресурс]: СТО НОСТРОЙ 2.25.31-2011. - Введ. 2011-12-05. - Режим доступа: Система Техэксперт.
14. Проектирование нежестких дорожных одежд [Электронный ресурс]: ОДН 218.046-01. - Введ. 2001-01-01. - Режим доступа: Система Техэксперт.
15. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия [Электронный ресурс]: ГОСТ 8267-93. - Введ. 1995-01-01. - Режим доступа: Система Техэксперт.
16. Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог, и аэродромов. Технические условия [Электронный ресурс]: ГОСТ 25607-2009. -Введ. 2011-01-01. - Режим доступа: Система Техэксперт.
17. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85* [Электронный ресурс]: СП 34.13330.2012. - Введ. 2013-07-01. - Режим доступа: Система Техэксперт.
18. Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и песок шлаковые. Технические требования [Электронный ресурс]: ГОСТ 32826-2014. - Введ. 2015-07-01. - Режим доступа: Система Техэксперт.
19. Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия [Электронный ресурс]: ГОСТ 3344-83. - Введ. 1985-01-01. - Режим доступа: Система Техэксперт.
20. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85 [Электронный ресурс]: СП 78.13330.2012. - Введ. 2013-07-01. - Режим доступа: Система Техэксперт.
Pimenov Alexander Trofimovich, DSc, Professor; (е-mail: pimenov.alecsandr@yandex.ru)
Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin), Novosibirsk, Russia
Il'ina Liliya Vladimirovna, DSc, Professor; (е-mail: nsklika@mail.ru )
Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin), Novosibirsk, Russia
Solovieva Olga Nikolaevna, PhD, Ass. Professor; (e-mail: fedina@sibstrin.ru)
Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin), Novosibirsk, Russia
THE IMPACT OF TECHNOLOGICAL SOLUTIONS ON THE QUALITY OF ROADS
Abstract. It is necessary to take into account the properties of road construction mixtures. The properties of road-building mixtures determine the deformation of roads under the influence of dynamic transport loads and climate impacts already at the stage of technological decision-making. Inaccuracies of recommendations on the device of separate constructive elements of highways are presented in normative documents. It is important to take into account
the mechanisms of interaction of the base of roads with the host soils. Attention is drawn to the feasibility of using metallurgical slag for road construction.
Keywords: technological solutions of road design, regulatory documentation, defects of structural elements, metallurgical slags.
УДК 621.4
ИССЛЕДОВАНИЕ СРАБАТЫВАНИЯ И НЕПРЕРЫВНОГО ВВОДА ПРИСАДОК К МАСЛАМ ГАЗОДВИГАТЕЛЕЙ Утаев Собир Ачилович,
utaev.s@list.ru
Ташкентский институт инженеров ирригации и механизации
сельского хозяйства Йигиталиев Икром, студент Каршинский государственный университет, Узбекистан
В данной статье рассматривается процесс срабатывания присадок моторных масел, уравнение срабатываемости и непрерывного дозированного ввода присадок к маслам газодвигателей
Ключевые слова: двигатель, добавка, концентрация, масла, присадка, роботоспособность, старение, срабатываемость,
В целях улучшения эксплуатационных свойств к маслам добавляется присадки. Только совместное влияние физических свойств базового масла и присадок, составляющих композицию, определяет эксплуатационные свойства масла. Оно составляло 20 % по отношению к базовому маслу. Намечается тенденция к дальнейшему увеличению концентрации присадок в маслах.
Одной из важнейших составных частей процесса старения моторных масел, во многом определяющей работоспособность последних, является срабатываемость присадок содержащихся в масле.
Рассмотрим некоторые закономерности уменьшения концентрации присадок в моторных маслах.
Концентрация присадок в масле уменьшается неравномерно по времени: в первые часы работы двигателя этот процесс протекает особенно интенсивно, а в последующем постепенно затухает. Это объясняется тем, что в начальный период работы двигателя имеет место активное взаимодействие присадки с поверхностью его деталей, смазываемых маслом. Например, при работе двигателя в обогащенной кислородом атмосфере уменьшения концентрации моющих присадки в первые часы работы двигателя особенно значительно.
В настоящий время ест работы посвященные к срабатыванию присадок, в которых теоретически и экспериментально обосновывается дозированный ввод присадок в масла с целью повышения ресурса масел и машин. В этих работах указывается на необходимость поддержания концентрации
