2535

плотности вероятности упругих прогибов; средние значения накопленной остаточной деформации по циклам нагружения; цикловые значения показателя вязкости разрушения слоя покрытия; зависимости между длиной трещины L и показателем вязкости разрушения J 2aJ L bJ ; зависимости между длиной трещины L и величиной суммарной (накопленной)остаточной деформации uos aos L bos.

Группа теоретических методов состоит из следующих блоков: оценки напряженно-деформированного состояния реальных конструкций и образцов конструкций; определения взаимосвязи между упругими деформациями конструкции и слоев покрытия; оценки влияния продолжительности действия нагрузки на напряженно-деформированное состояние асфальтобетонных слоев покрытия; расчета условной длины трещины в покрытии реальной конструкции с учетом силовых и деформативных факторов разрушения; расчета текущих и предельно допустимых значений характеристик пластических и упругих свойств материала слоя покрытия; оценки надежности упругих свойств по критериям остаточной деформативности и трещиностойкости; установления зависимости между реальным режимом воздействия транспортной нагрузкой на дорожную одежду и режимом ускоренных лабораторных испытаний; прогнозирования прочностного ресурса дорожных одежд (ДО) с требуемой надежностью упругих свойств.

Одним из основных недостатков экспериментальных методов является их трудоемкость или отсутствие отработанных способов измерений характеристик состояния отдельных слоев конструкций ДО. Под характеристиками состояния в первую очередь имеются в виду характеристики деформативных свойств и степени поврежденности. Устранить этот недостаток в отношении упругих свойств возможно, установив теоретическую зависимость между характеристиками свойств всей конструкции ДО и известными характеристиками материалов отдельных слоев. В частности, в нашем исследовании эти зависимости установлены на основе расчета по программе SDS [1]. Искомая зависимость характеризуется величинойК

и рассчитывается для каждой конструкции по следующей формуле:

где uy(SDS ) – величина упругого перемещения поверхности конструкции под действием расчетной нагрузки; uпу( SDS ) – упругая деформация слоя

покрытия под действием расчетной нагрузки.

Условия экспериментальных испытаний (температура материалов слоев и продолжительность действия нагрузки) приводятся к условиям, предусмотренным схемой расчета, заложенной в базовое решение программы SDS.

165

Важнейшим показателем степени поврежденности слоя конструкции является длина макротрещины. При испытании образцов конструкций эта характеристика определяется измерением. Методы испытаний реальных конструкций не позволяют выполнить непосредственное ее измерение до момента полного разрушения. Для задач прогнозирования такая методология неприемлема. Существующие методы механики разрушения и экспериментальной механики разрушения позволили разработать зависимости, по которым можно оценить предполагаемую длину макротрещины в слое конструкции. Зависимости разработаны на основе инвариантности показателя трещиностойкостиJ, а также исходя из условия равенства показателей трещиностойкости, определяемых на основе положений механики разрушения и результатов экспериментальных испытаний образцов конструкций ДО.

Исходными при этом являлись следующие уравнения:

где J – показатели вязкости разрушения (трещиностойкости) материала слоя, определенные по различным зависимостям.

где r – разрушающее напряжение растяжения в битумной связи, при которой происходит ее разрыв (разрушение); Е – модуль упругости материала, в котором развивается трещина (принимается для условий одноосного действия расчетной нагрузки).

где Р – сосредоточенная нагрузка от колеса расчетного автомобиля (Р=50

где aJ ,bJ – экспериментально устанавливаемые параметры [1].

После ряда преобразований и решения уравнений (2) и (3) получены следующие формулы для определения предполагаемой (условной) длины

166

Для дальнейших расчетов и анализа нами принята средняя характеристика Lср , определяемая по зависимости

Особенностью предлагаемого метода прогнозирования является использование конкретных характеристик свойств реальных материалов, устанавливаемых при ускоренных лабораторных испытаниях.

Прогнозирование прочностного ресурса выполняется по зависимости между показателями надежности. При этом рассматривались два вида показателей. Первый вид характеризовал состояние реальных конструкций ДО. Второй представлен показателями надежности, характеризующими состояние образцов конструкций дорожной одежды после ускоренных испытаний в лабораторных условиях. Для разработки указанной зависимости были установлены виды функций, аппроксимирующих зависимости между суммарным количеством нагрузок (NsП Р илиNs Ц ) и показателем Sos.

где [uky]oy – предельно допустимые значения упругих прогибов ДО под ко-

лесом расчетного автомобиля по условиям недопустимости превышения предельных пластических деформаций соответственно.

Для реальных условий (конструкции на участках автомобильных дорог) это зависимость(11).

При испытаниях образцов конструкций в лабораторных условиях это зависимость(12).

На основе зависимостей (11) и (12) получена зависимость (13), характеризующая взаимосвязь между суммарным количеством циклов нагружения в лабораторных условиях NsЦ и суммарным количеством проходов

По зависимости (13) выполняется прогнозирование после проведения лабораторных испытаний и установления значения NsЦ . Прогнозирование

выполняется в следующей последовательности:

1.Проводятся лабораторные испытания исследуемого материала покрытия.

2.По результатам испытаний устанавливаются параметры зависимости (12) .

167

3. Определяется количество циклов приложения нагрузки NsЦ (Sos*), со-

ответствующее прогнозируемому показателю Sos* (например, Sos*=0,5, соответствующее образованию трещин критической длины).

4. Подстановкой в зависимость (13) определяется прогнозируемое количество проходов расчетных автомобилей NsПР (Sos*), соответствующее выходу по-

крытия из работоспособного состояния покритерию размеров макротрещины. В качестве примера рассмотрим прогнозирование ПРДО при Sos= 0,5.

(13), получим искомое (прогнозируемое) значение прочностного ресурса, равное lg N sП Р = 4,7144. Установленный прочностной ресурс прогнози-

руется до момента разрушения слоя покрытия по критерию достижения макротрещиной в асфальтобетонном покрытии критического размера.

Библиографический список

1.Малышев А.А. Прогнозирование остаточного прочностного ресурса дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями/ Монография/СибАДИОмск, 2004,-187с.

УДК 625.72

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДОРОЖНЫХ ЦЕМЕНТОГРУНТОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ МОДИФИЦИРОВАННЫМИ ПОЛИМЕРНЫМИ ДОБАВКАМИ

В.С. Прокопец, д-р техн. наук, проф. Е.А. Голубева, канд. техн. наук, доц. Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

Известно, чтоврайонах, где нетсобственныхкаменныхматериалов, эффективно устраиватьоснования дорожныходежд изукрепленныхгрунтов. Однако основания изцементогрунтовимеютодинсущественныйнедостаток-низкая деформативность, сопровождающаяся интенсивным трещинообразованием, поэтомувотечественнойпрактикедорожногостроительствавпоследниедесятилетия строительствотакихоснованийдорожныходежд существенносократилось. Для решения этойпроблемывомногихстранахмира цементогрунтовыесмесимодифицируютполимернымидобавками. Авторамибыларазработанакомплексная добавка, получившая название«УЦГСРос»(Упрочнительцементогрунтовой смесиРоссийский)всоставкоторойвходил «ЛатексСКС-65ГП»ицеллюлоза, которая готовиласьдвумя способами.Способ первыйзаключался всмешениилатекса ввысокооборотистоймешалкесчастицамицеллюлозы. Второйспособсмешение латекса ввысокооборотистоймешалке смодифицированнымимеханическойактивациейчастицамицеллюлозы. Основнойзадачейявлялосьразработкаспособаирецептурымодифицирующейполимернойдобавкидля регули-

168

рования свойствдорожногоцементогрунта.Втабл.1приведеныфизикомеханические показателидорожногоцементогрунтамодифицированногораз- личнымиполимернымидобавками.Анализфизико-механическихсвойствиссле- дуемыхобразцовпоказал:ведениевцементогрунтполимернойдобавки, состоящейизлатексаичастиццеллюлозы(смеси№№3, 4, 5),способствуетповышениюпрочностиматериала,какприсжатии,такиприизгибе. Приэтом наблюдается интенсивноеснижение коэффициентажёсткости, чтохарактеризуетснижение интенсивности усадочноготрещинообразования. Повысиласьтакжеиводостойкостьматериала. Наблюдаемыеэффектыможнообъяснитьобразованием благодарядействиюполимернойдобавкинаосновелатексаицеллюлозыв структуре цементогрунтаразветвлённогоарматурногокаркасацеллюлозырис.1.

Таблица 1

Физико-механические свойства образцов из исследуемых смесей

На электронных микрофотографиях видно, что наблюдается образование полимерных армирующих нитей, пронизывающих структуру цементогрунтового камня. Этим и объясняется несколько более высокая прочность на растяжение при изгибе у цементогрунта модифицированного полимерной добавкой «УЦГСРос». На сегодняшний день для строительства оснований и покрытий автомобильных дорог полимерцементогрунтовые смеси используются более чем в 30 странах мира. В России планируется масштабное строительство автомобильных дорог в ближайшие годы. Преимущества монолитных оснований автомобильных дорог перед основаниями из дискретных материалов очевидно. Применение полимерцемент-

169

ных смесей и технологий для устройства оснований позволило бы существенно повысить качество и сроки эксплуатации автомобильных дорог.

Рис.1. Структура цементогрунта модифицированного полимером «УЦГСРос»

Библиографический список

1.Комохов П.Г. Золь – гель как концепция нанотехнологии цементного композита, структура системы и пути её реализации/Лекция в БГТИ им В.Г. Шухова 10.03.2006г.

2.Прокопец В.С., Лесовик В.С. Производство и применение дорожно-строительных материалов на основе сырья, модифицированного механической активацией.– Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2005. – 264 с.

3.Евтушенко Е И. Активационные процессы в технологии строительных материалов.

Белгород, 2003 -208 с.

УДК 625.72

НОВОМУ ПОКОЛЕНИЮ ПРОФЕССИОНАЛОВ – СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Т. П. Троян, доцент Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

В соответствии с положением пункта 5.1 Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ГОС ВПО) направления подготовки дипломированного специалиста «Транспортное строительство» (653600), в котором указан срок освоения основной образовательной программы подготовки инженера путей сообщения при очной

170

форме обучения, на учебную практику по гидрологии отводится 1 неделя, т.е. 36 учебных часов на 1 группу студентов.

В п. 6.5.1 – Учебная практика – указано, что целью учебной практики по гидрологии является изучение методов измерений гидравлических характеристик открытых водоёмов, а также получение навыков работы с приборами для измерения гидравлических характеристик открытых водоёмов при изысканиях и строительстве транспортных сооружений.

Согласно п. 7.1 – Требования к профессиональной подготовленности выпускника – инженер путей сообщения должен владеть методами проведения гидрометрических работ.

Руководствуясь вышеизложенными положениями, учебная практика по гидрологии проводится для студентов факультета АДМ очной формы обучения по специальностям 291000 «Автомобильные дороги и аэродромы» и 291100 «Мосты и транспортные тоннели». Время проведения практики устанавливается в соответствии с «Правилами по охране труда при изысканиях и проектировании автомобильных дорог» – конец июня, первая половина июля месяца, когда температура воды в реке не ниже +12 С.

К прохождению учебной практики по гидрологии допускаются студенты, прослушавшие инструктаж по технике безопасности при выполнении гидрометрических работ и зафиксировавшие дату инструктажа личной росписью в журнале по технике безопасности.

Полевые гидрометрические работы проводятся, как правило, в акватории реки Иртыш. Камеральная обработка результатов измерений производится в академической аудитории. Наиболее продвинутым студентам предлагается программное обеспечение, позволяющее выполнить необходимые графические построения.

По результатам полевых и камеральных работ студентами рабочего звена составляется отчёт о прохождении учебной практики.

Подробнее хочу остановиться на проведении гидрометрических работ по замеру глубин, которые составляют самую трудоёмкую часть этого вида изысканий.

Оборудование, которым на сегодняшний день обеспечена кафедра «Проектирование дорог», состоит из:

-1 двухместной резиновой надувной лодки с якорем;

-1 комплекта мензула-кипрегель;

-3 комплектов буссоль-штатив;

-3 намёток (мерная штанга);

-3 ручных лотов;

-1 эхолот Сonnect Fisherman 120;

-18 вешек.

Производство работ каждая бригада студентов начинает с разбивки базиса и 3-х гидростворов, расстояние между которыми не больше 20 мет-

171

ров. Т.о. для гидрометрических исследований захватывается участок реки длиной не более 50 метров.

Чем обусловлено это ограничение?

1)при больших расстояниях увеличивается погрешность в закреплении створов нормально базису, т.к. прибрежная поверхность не является горизонтальной;

2)при выполнении работ синхронизация действий студентов производится голосом или жестом;

3)при наличии в бригаде меньше 7 студентов одному наблюдателю приходится переходить от створа к створу.

Но главное – отсутствие моторной лодки не позволяет закрепить гидростворы на противоположном берегу реки.

По той же причине (отсутствие лодки с мотором) студенты не имеют возможности выполнить замеры глубин по всему поперечному сечению реки. Промерные работы достаточно трудоёмки и требуют дополнительных навыков управления лодкой. Для выполнения замеров необходимо установить лодку как минимум в 10 точках в заданном створе (а их 3). Двигаясь вдоль створа, студентам приходится бороться с течением реки. Поэтому максимальное расстояние, на которое лодка удаляется от берега не более 50 метров.

Таким образом, по результатам полевых и камеральных работ каждое рабочее звено (бригада) студентов может построить поперечный профиль только незначительного участка реки. А полученный план реки в изобатах не покажет полную картину формирования русла исследуемой реки.

Такие методы проведения практики дозволительны. Ведь она учебная. Но, выполняя задачи указанные в п. 6.5.1 ГОС ВПО (напомню: изучение методов измерений …, получение навыков работы с приборами …),

хочется добавить понятие СОВРЕМЕННЫЕ.

Летом 2009 г. на Иртыше в г. Омске при участии студентов трех сибирских вузов была проведена небольшая исследовательская работа. Впервые на учебной гидрометрической практике с помощью GPS без угломерных работ были получены:

- план плеса в изобатах; - расход воды в четырех створах;

- урезы воды правого и левого берегов; - определена точность кипрегельных засечек на створах-поперечниках

иточность измерений GPS-навигатора.

Мастер-класс для преподавателей и студентов СибАДИ провёл доктор географических наук профессор И.В. Карнацевич. Он показал, что с появлением GPS-навигаторов началась новая эра в гидрометрии.

За три часа на моторной лодке два человека - студент, работающий с якорем, эхолотом и спидометром, и преподаватель, работающий с мотором, GPS-навигатором, рацией и ведущий записи в ведомости промеров, -

172

выполнили комплекс гидрометрических измерений на четырех створах реки по 6-7 станций на створе. В каждом створе получены данные о глубинах, поверхностных скоростях и координатах станций, позволившие вычислить расход потока в реке Иртыш на 8 июля 2009 года.

Для переноса на векторную карту путевых точек и треков из памяти GPS-навигатора использовалось компьютерное приложение GPSMapEdit, выдавшее трехмерное изображение подводного рельефа плёса в изобатах размерами 400x500 м (рис. 1).

Рис. 1. Трёхмерное изображение подводного рельефа участка реки Иртыш (г. Омск) на 8 июля 2009 г

Несомненно, большой интерес представляла оценка точности координирования точек мензульным методом и астрономическим GPS-методом.

При правильной калибровке GPS-приёмник Garmin eTrex Vista обеспечивает погрешность до 3 метров.Ошибка позиционирования связана с тем, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника, или приходить со значительными искажениями или задержками. Факторами, влияющими на снижение точностиGarmin eTrex Vista являются:

-орбиты спутников;

-наличие объектов-помех, закрывающих необходимые области неба;

-влияние атмосферы;

-отражение радиоволн.

Оценка погрешности GPS-приёмника Garmin eTrex Vista была произведена студентами-практикантами путём многократного измерения координат пикетов и промежуточных точек на 400-метровом базисе. Амплитуда колебаний значений долготы и широты по GPS-измерениям составила от 1 до 11 м, средняя погрешность равна ±2,8 м, что является вполне приемлемым для инженерной съемки.

173

Для сравнения точности координирования точек акватории реки Иртыш традиционными угломерными методами и астрономическим GPSметодом студенты под руководством Карнацевича И. В. были произведены десятки параллельных измерений. Результаты сопоставления опубликованы в журнале «Геодезия и картография» (№ 9, 2009 г.) Корреляционный анализ показывает, что ошибки координирования кипрегелем носят случайный характер. Ошибки GPS-координирования в 4-6 раз меньше ошибок при засечках кипрегелем. Ошибки засечек были бы меньшими, если бы мензульную съемку вели профессиональные геодезисты, а не студентыпрактиканты, не имеющие опыта работы с кипрегелем.

В 2010 году кафедра «Проектирование дорог» приобрела GPSнавигатор. Молодым преподавателям было поручено освоить методику выполнения гидрометрических работ с практикантами 2 курса, используя опыт профессора Карнацевича И. В. Место изысканий выбрали прежнее: пляж Советского района. Расстояние между створами назначили 15 м. В качестве угломерного прибора использовали буссоль. Выполнив замеры, приступили к камеральной обработке измерений и построению плана участка реки в изобатах. Результат превзошёл наши ожидания.

При сопоставлении координат точек в створах амплитуда колебаний значений составила от 1 м до 8 м. Результат неплохой, но только не для выбранной в нашем случае схемы разбивки створов. Говорить о точности традиционного угломерного метода ещё рано, т.к. параллельных замеров всего 30. Но то что GPS-методика – это шаг вперёд в инженерногидрологических изысканиях, сомнений нет. Достаточно посмотреть на трёхмерное изображение подводного рельефа (рис. 1).

Исследуемый участок реки Иртыш находится непосредственно за метромостом в г. Омске. Нулевой пикет (пк0) закреплён на расстоянии 105 м от опоры моста. Анализируя распределение глубин по изобатам, студенты увидят реальную картину деформации речного русла, стеснённого сооружениями мостового перехода.

Основная задача инженерно-гидрологических обследований руслового процесса – выявить деформации русла в плане и в живых сечениях, происходящих как в естественных, так и неестественных условиях реки на участке мостового перехода. А чтобы студент получил навыки прогнозирования руслового процесса, очень важно иметь реальные материалы многолетних наблюдений. До сегодняшнего дня это были топографогеодезические планы. С появлением на кафедре GPS-навигатора, а в ближайшем будущем моторной лодки и рации, мы сможем создать собственную библиотеку (топографотеку) трёхмерных изображений подводного рельефа реки, что даст возможность студентам-исследователям поработать и в гидрологическом направлении проектирования дорог и мостовых переходов.

174