книги / Электрохимическое закрепление глинистых грунтов, эффективность применения пенополистирола в дорожной конструкции лесовозных автомобильных дорог методические рекомендации
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ,
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА В ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ
ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Методические рекомендации
Пермь 2012
Авторы: канд. техн. наук, профессор Б.С. Юшков, и доцент А.М. Бургонутдинов
Электрохимическое закрепление глинистых грунтов, эффективность применения пенополистирола в дорожной конструкции лесовозных автомобильных дорог: методические рекомендации – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 27 с.
Содержат способы устранения морозобойных трещин на лесовозных автомобильных дорогах с асфальтобетонными покрытиями на участках сопряжения насыпей с выемками, методы организации работ, направленные на увеличение сроков службы дорожных конструкций, правила производства работ.
В подготовке текста участвовали сотрудники кафедры «Автомобильные дороги и мосты», а также ст. преподаватель кафедры «Автомобили и транспортные машины» В.С. Юшков. Созданы с использованием материалов, полученных от организации «Ассоциация лесопромышленников Прикамья» и Дорожного агентства Пермского края; учитывались также опубликованные материалы исследований, выполненных в период 2009–2011 гг. под руководством канд. техн. наук Б.С. Юшкова.
Предназначены для использования в деятельности дорожных организаций при планировании дорожных работ с учётом повышения транспортноэксплуатационных показателей лесовозных автомобильных дорог и разработке проектной документаций.
Утверждены Распоряжением Министерства транспорта Пермского края от
7.05.2012 г. № 111-НИОКР.
© ПНИПУ, 2012
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Общие положения....................................................................................................... |
4 |
I. Классификация дорожных покрытий лесовозных дорог..................................... |
5 |
II. Расчет конструкции дорожной одежды с использованием асфальтобетона |
|
типа А и пенополистирола в дорожной одежде лесовозных автомобильных |
|
дорог............................................................................................................................. |
6 |
2.1. Конструирование дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием |
|
для лесовозной автомобильной дороги.......................................................... |
6 |
2.2. Конструирование дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием |
|
с использованием пенополистирола............................................................. |
11 |
III. Результаты расчётов слоёв дорожной одежды с помощью |
|
программных продуктов РАДОН, PLAXIS, GeoStudio 2007 ................................ |
14 |
3.1. Расчетный комплекс PLAXIS ........................................................................ |
14 |
3.2. Расчетный комплекс РАДОН ........................................................................ |
15 |
3.3. Расчетный комплекс GeoStudio 2007 ............................................................ |
16 |
IV. Электрохимическое закрепление водонасыщенных глинистых грунтов...... |
16 |
V. Технология электрохимического закрепления грунтов.................................. |
18 |
VI. Техника безопасности при ЭХЗ закреплении.................................................. |
22 |
VII. Использование теплоизоляционных материалов в дорожной |
|
конструкции............................................................................................................... |
23 |
3
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Обеспечение необходимого транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог осуществляется дорожной службой. Виды и состав выполняемых дорожной службой работ по ремонту и содержанию определяются действующей «Классификацией работ по ремонту и содержанию автомобильных дорог».
Для обеспечения безопасности движения и уровней удобства для движения транспортных средств автомобильные лесовозные дороги должны иметь геометрические параметры, инженерное оборудование, а также транспортноэксплуатационное состояние и уровень загрузки, позволяющие автомобилям двигаться без изменения скорости, траектории движения и необходимости резкого торможения.
Настоящие Рекомендации содержат основные положения по организации и выполнению работ при строительстве и по ремонту автомобильных лесовозных дорог на участках сопряжений насыпей и выемками, в которых образуются морозобойные трещины.
При выполнении работ при строительстве, по ремонту и содержанию автомобильных лесовозных дорог необходимо учитывать требования законов Российской Федерации и соответствующих нормативных документов по охране природной среды.
Положения настоящего документа распространяются на автомобильные лесовозные дороги и рекомендуются к выполнению при разработке рабочей документации на строительство, реконструкцию, ремонта и содержания автомобильных лесовозных дорог.
Все работы по ремонту, реконструкции и содержанию автомобильных лесовозных дорог рекомендуется выполнять на основе данных диагностики (осмотра и исследования состояния) лесовозных дорог и сооружений на них.
По данным Дорожного Агентства Пермского края все лесовозные дороги имеют выходы к сети региональных автодорог общего пользования с разными типами покрытий (табл. 1).
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
Общая протяжённость дорог |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Технические категории |
|
|
|
Тип покрытия |
|||
|
автомобильных дорог, км |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||
I |
II |
III |
IV |
V |
|
ц/бетон |
а/бетон |
переходный |
52 |
65 |
1985 |
1100 |
3,9 |
|
22 |
2600 |
560 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
Транспортная обеспеченность лесничеств Пермского края желает лучшего. В большинстве лесничеств не хватает улучшенных дорог с твёрдым покрытием круглогодового действия и финансовых средств для своевременного проведения ремонтных работ по улучшению транспортно-эксплуатационных показателей лесовозных дорог. Общая протяженность лесовозных дорог составляет: железнодорожных – 1815 км; автомобильных – 44402 км, в том числе с твердым покрытием 6369 км, грунтовых – 37533 км, зимников – 32482 км. Для круглогодового действия в Пермском крае задействовано 11920 км дорог.
Задачи, поставленные перед лесным хозяйством Пермского края в деле повышения продуктивности лесов, улучшения их породного состава и эффективности использования земель лесного фонда требуют увеличения сроков службы дорожных конструкций эксплуатируемых дорожной сети.
I. КЛАССИФИКАЦИЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ ЛЕСОВОЗНЫХ ДОРОГ
Дорожные покрытия подразделяются:
1)по степени совершенства – на усовершенствованные (капитальные и облегченные), переходные, низшие и зимние;
2)по форме – на сплошные, защищающие все дорожное полотно (или всю проезжую часть), и колейные, обеспечивающие проезд автомобилей только по определенной колее;
3)по условиям работы – на покрытия нежесткого и жесткого типа; к последним относятся покрытия из железобетона, керамзитобетона и аналогичных материалов, к нежестким – все остальные покрытия, кроме деревянных (деревогрунтового, лежневого) и зимних.
Категории дорог принимаются по «Техническим указаниям по проектированию лесозаготовительных предприятий», где они увязаны с классификацией промышленных дорог. По этим «Техническим указаниям» к I категории относятся дороги с грузооборотом более 500 тыс. м3 в год, ко II категории – с грузооборотом 151…500 тыс. м3 в год, к III категории – с грузооборотом до 150 тыс м3 в год.
5
II.РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ
СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АСФАЛЬТОБЕТОНА ТИПА А
ИПЕНОПОЛИСТИРОЛА В ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЕ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
2.1.Конструирование дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием для лесовозной автомобильной дороги
Дорожная одежда лесовозной автомобильной дороги является сложной многослойной инженерной конструкцией, на которую воздействуют нагрузки от лесовозных автопоездов и других транспортных средств. Для лесовозных автомобильных дорог Пермского края за расчетный лесовозный автопоезд принят КАМАЗ 65225 + СЗАП-83551, у которого на заднюю ось тягача приходится наибольшая нагрузка. Величина расчётной нагрузки (Ррасч) определяется по формуле
Pp = k дин k пер Рст, |
(2.1) |
где kдин – динамический коэффициент; kпер – коэффициент, учитывающий возможную перегрузку расчетного колеса; Pст – статическая нормативная нагрузка на колесо, кН.
По результатам исследований в качестве расчетной нагрузки при проектировании дорожной одежды принята: статическая нагрузка от автопоезда КАМАЗ 65225+СЗАП-83551 (рис. 2.1), на заднюю ось тягача нагрузка составляет 178 кН; нагрузка на покрытие от колеса движущегося автопоезда с учетом коэффициента динамичности, равного kдин = 1,3, но без перегруза составляет 63,7 кН; среднее расчетное удельное давление колеса на покрытие – 0,6 МПа; расчетный диаметр следа колеса движущегося автомобиля принят равным 43 см (расчёт приведён ниже).
Нагрузка на покрытие от колеса движущегося автопоезда с учетом коэффициента динамичности и коэффициента перегрузки на заднюю ось тягача составляет – 89,18 кН.
Расчетный диаметр следа (см) колеса движущегося автомобиля определяется по формуле
D = |
40 Q |
= |
40 89,18 |
= 43 |
|
|
3,14 0,6 |
(2.2) |
|||
|
π P |
|
Схемы комплектования лесовозных автопоездов приведены на рис. 2.1.
6
Рис. 2.1. Схема действия нагрузок на покрытие дорожной одежды от колеса автопоезда КамАЗ-65225+ СЗАП-83551
Конструкции дорожных одежд для лесовозных автомобильных дорог рассчитаны с использованием программы РАДОН в зависимости от расчетной влажности грунта и типа покрытия.
Пример расчёта № 1. Для расчётов выбрана лесовозная автомобильная дорога в Горнозаводском районе Пермского края, III технической категории. Тип конструкции дорожной одежды принят облегченный с усовершенствованным покрытием. Вид, марку и тип асфальтобетона для покрытия назначают в соответствии с основными положениями СНиП 2.05.02-85х «Автомобильные дороги» и требованием ГОСТ 9128-2009 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон». В соответствии с требованиями ОДН 218.046-01 «Проектирование нежёстких дорожных одежд» модуль упругости асфальтобетона принимаем при + 20 оС равным Е+20 = 1200 МПа.
На дорогах, предназначенных для движения автомобилей грузоподъемностью 8 и более тонн, при устройстве покрытий толщиной более 5 см верхняя часть несущего основания должна быть предусмотрена из асфальтобетона. Для устройства нижней части несущего основания в зависимости от расчетных условий движения могут применяться монолитные (укрепленные грунты и каменные материалы), а также зернистые материалы, отвечающие требованиям действующих нормативов.
Расчет конструкций дорожных одежд производится по четырем критериям прочности: упругому прогибу, сдвигу в слое грунта земляного полотна, песчаном подстилающем слое и прочности монолитного слоя на растяжение при изгибе.
Из условий расположения трассы и расчётной нагрузки назначаем следующую конструкцию дорожной одежды:
7
1)верхний слой покрытия – асфальтобетон типа А марки 1 толщиной 6 см на битуме БНД 90/130;
2)нижний слой асфальтобетонного покрытия толщиной 8 см – горячая крупнозернистая смесь для пористого асфальтобетона марки I на битуме
БНД 90/130;
3)верхний слой основания толщиной 40 см – щебень М 400 фракции
40…70 мм;
4)песчаный подстилающий слой толщиной 50 см – песок мелкий с содержанием пылевато-глинистой фракции не более 5 %, с коэффициентом фильтрации Кф = 3 м/сут и пористостью n = 0,36;
5)грунт земляного полотна – суглинок тяжёлый.
Расчет конструкции дорожной одежды осуществляем с методикой, изложенной в ОДН 218.046-01 (табл. 2.1) с использованием программного продукта РАДОН (рис. 2.2), с назначением расчетных параметров:
–для расчета по допускаемому упругому прогибу при температуре покрытия t = +10 °С, модуль упругости (Е+10 ) равен 2400 МПа;
–для расчета по условию сдвигоустойчивости при температуре покрытия
t = +20° С модуль упругости (Е+20) принят равным 1200 МПа;
– диаметр отпечатка колеса лесовозного автопоезда составляет Д = 43 см (формула 2.2).
Рис. 2.2. Расчёт слоёв дорожной одежды
8
|
|
|
|
|
Таблица 2.1 |
|
Порядок расчёта конструкции дорожной одежды |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РАДОН. Расчет дорожной одежды |
|
|
|
|
Методика: ОДН 218.046-01 (МОДН 2-2001) |
|
||
|
Объект: Горнозаводск |
|
|
|
|
|
Расчетная схема: Новое строительство |
|
|
Имя варианта расчета |
Расчет2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Исходные данные |
|
|
|
Категория дороги |
|
III |
Дорожно-климатическая зона |
2 |
|
Количество полос движения |
|
2 |
Подзона (температ. район) |
2 |
|
Номер расчетной полосы |
|
1 |
Схема увлажнения |
3 |
|
Ширина полосы движения, м |
|
3,50 |
Пункт наблюдения (адм. район) |
Александровск |
|
Ширина обочины, м |
|
2,50 |
Коэффициент уплотнения грунта |
0,98 |
9 |
Ширина разделительной полосы, м |
|
0,00 |
Глубина грунтовых (поверхностных) вод, м |
0,0 |
|
Уклон дренирующего слоя, ‰ |
|
20 |
Глубина промерзания грунтов, м |
0,0 |
|
Уклоны в местах перелома профиля, ‰ |
|
0/0 |
Высота насыпи, м |
2,0 |
|
Тип дорожной одежды |
|
Капитальный |
Расчетное количество дней в году |
190 |
|
Нагр., КН / Давл., МПа / Д. штампа, см |
|
130,0 / 0,6 / 42,4 |
Срок службы, лет |
3 |
|
Расчетная влажность грунта, WWT |
|
0,76 |
Уровень надежности |
0,80 |
|
|
3. Результаты приведения к расчетной нагрузке |
|
||
|
Миним. треб. Модуль упругости, МПа |
|
200,0 |
Сумма за срок службы, прилож./полосу |
302069 |
|
|
Расчет упругого прогиба не требуется |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 2.1
|
4. Расчетные характеристики конструктивных слоев и результаты расчета |
|
|
||||||
|
Наименование слоя |
Нрасч |
Запас±, % |
Evупр, |
Eсдв, |
Eраст, |
F град. |
С, МПа |
Кизн |
|
МПа |
МПа |
МПа |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Асфальтобетон плотный горячий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на битуме БНД марки 90/130 (тип А, |
6,0 |
|
2400 |
1200 |
3600 |
|
|
1,00 |
|
марка I) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Асфальтобетон пористый горячий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на битуме БНД марки |
8,0 |
33 |
1400 |
800 |
2200 |
|
|
1,0 |
|
90/130 (крупнозернистый, марка I) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Щебень фракционированный легкоуплот- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
няемый 40-80/80-120) мм с заклинкой |
40,0 |
|
450 |
|
|
|
|
1,0 |
|
фракционированным мелким щебнем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
Песок мелкий с 5% содержанием |
50,0 |
29 |
100 |
|
|
24,8 |
0,004 |
1,0 |
пылеглинистой фракции |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Грунт рабочего слоя – суглинок тяжелый |
|
14 |
33 |
|
|
4,4 |
0,004 |
1,00 |
|
Суммарная толщина |
104,00 |
|
|
|
|
|
|
|