АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

2. СП 34.1330.2012. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*. (СНиП 2.05.02-85*. Автомобильные дороги. Госстрой СССР.– М.: ЦИТП Госстрой СССР, 1986. – 56 с.).

3. Бабков, В.Ф. Проектирование автомобильных дорог. Ч.1. и Ч.2./ В.Ф. Бабков, О.В. Андреев. – М.: Транспорт, 1989. – 368 с.

4.Гохман, В.А. Пересечения и примыкания автомобильных дорог/ В.А. Гохман, В.М. Визгалов, М.П. Поляков. – М.: Высшая шк., 1989. – 319 с.

5.ВСН 103-74. Технические указания по проектированию пересечений и примыканий автомобильных дорог /Минтрансстрой СССР. – М.: Транспорт, 1975.

6.Нормы для интегрированного планирования транспортных сетей (RIN 2008) [Forschungsgesellschaft

für Straßenund Verkehrswesen (FGSV), Richtlinien fur integrierte Netzplanung (RIN), Ausgabe 2008].

7. Руководство для оценки дорожных инженерных сооружений (HBS 2001) [Forschungsgesellschaft für Straßenund Verkehrswesen (FGSV), Handbuch fur die Bemmesung von Strassenverkehrsanlagen, Ausgabe 2001, Fassung 2009].

8.Аппельт, Ф. Выбор схемы пересечения / Ф. Аппельт, С.А. Давыдов // Автомобильные дороги. – 2010.

–№ 8. – С. 35–39.

9.ОДМ 218.4.005-2010. Отраслевой методический документ. Рекомендации по обеспечению безопасности движения на автомобильных дорогах. – М.: Росавтодор, 2011. – 69 с.

ANALYSIS OF METHODS AND DESIGN OF TRAFFIC INTERSECTIONS

OF GERMANY AND RUSSIA

Larina C.O., Znamenskaya T.V., students

Abstract. When designing traffic intersections it is necessary to comply with the following requirements and conditions - bystry, effective and safe movement of large volumes of vehicles. Traffic safety is the most important characteristic of the highway. The main types of the traffic intersections applied in Russia and Germany. Conflictual points when designing traffic intersections: merges, separations, interlacings of flows. Values of rated speeds, radiuses of horizontal and vertical

safety.

Знаменская Татьяна Владиславовна (Россия, Омск) – студент, ФГБОУ ВО «СибАДИ», гр. АДб13- Д1

(644080, пр. Мира ,д. 5, e-mail: znamenskayatanya@mail.ru).

Ларина Кристина Олеговна (Россия, Омск) – студент, ФГБОУ ВО «СибАДИ», гр. АДб13- Д1 (644080,

пр. Мира ,д. 5, e-mail: larina.kristina@mail.ru).

Larina Christina Olegovna (Russian Federation, Omsk) – student of The Siberian State Automobile and Highway University (SibADI) (644080, Omsk, Mira Ave., 5 e-mails: larina.kristina@mail.ru).

Znamenskaya Tatiana Vladislavovna (Russian Federation, Omsk) – student of The Siberian State Automobile and Highway University (SibADI) (644080, Omsk, Mira Ave., 5 e-mails: znamenskay tanya@mail.ru).

УДК 625.7: 551.343.72 (571.13)

ПРИЧИНЫ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

THE CAUSES OF FROST HEAVE ON THE ROADS OF OMSK REGION

Т.В. Знаменская, К.О. Ларина, студентки АДб13-Д1 В.А. Шнайдер, старший преподаватель

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), Россия, г. Омск

Аннотация. Изложена проблема пучинообразования на автомобильных дорогах Омской области. Описаны причины и факторы образования морозного пучения, мероприятий по их

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

устранению. Представлены значения допустимой величины морозного пучения в зависимости от типа дорожной одежды и классификация грунтов по степени пучинистости Рассмотрены основные задачи содержания земляного полотна по периодам года. Проведен анализ проектной документации дорог Омской области за период с 1989-1993 г. Проанализирован температурный

режим переувлажненияс ноября 2015 по март (включительно) 2016 г.Описаны два типа мероприятий по устранению морозного пучения на участках дороги в зависимости от их состояния.

Ключевые слова: морозное пучение грунта; пучинообразование; классификация грунтов; температурный режим; состояние покрытия.

Введение

На территории Омской области большая часть автомобильных дорог в весенний период 2016 г. были подвержены активному морозному пучению. По информации министра строительства и жилищно-коммунального комплекса Омской области Станислава

Гребенщикова (март 2015 г), общая протяженность дорог регионального и межмуниципального значения Омской области составило 10144 километра, в том числе с твердым покрытием - 7159 километров. Из них 67% имеют недостаточную прочность дорожной одежды, а 64% -

неудовлетворительную ровность покрытия. Практически на всех обслуживаемых дорогах имеются ямы, сетка трещин, разрушение кромки проезжей части [1]. Названа основная причина общих проблем - недофинансирование за последние 15 лет. Как мера для сохранения дорог

Омской области в период весенней распутицы с 9 апреля по 8 мая 2016 г. движение грузовых автомобилей на омских дорогах регионального и муниципального значения было прекращено или ограничено [2]. Что послужило активному развитию морозного пучения? Только ли

проблема низкого финансирования?

Факторы и причины морозного пучения, мероприятия по их устранению

Разрушения дорожных конструкций (снижение ровности дорожного покрытия и

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

Величина возможного морозного пучения определяется по ОДН 218.046-01 [4] и зависит от

следующих факторов:

где lпуч – величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая в зависимости

от толщины дорожной одежды, группы грунта по степени пучинистости и глубины промерзания

(Zпр);

КУГВ – коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод;

Кпл – коэффициент,зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя; Кгр – коэффициент,учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания

насыпи и выемки; Кнагр – коэффициент , учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей

конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящем от глубины промерзания; Квл – коэффициент зависящий от расчетной влажности грунта.

Таблица 2 – Классификация грунтов по степени пучинистости

Внешними признаками пучинистых мест в зимний период являются неравномерное поднятие участков покрытия, взбугривания отдельных мест покрытия или образование группы взбугриваний, развитых по площади проезжей части с различной степенью интенсивности. Значительная часть из них, как правило, имеет сетку трещин, концентрирующуюся у вершины бугров пучения, которые разрубают покрытие на отдельные куски различной величины и формы. Образование пучин может развиваться как по ширине проезжей части, так и вдоль нее. Иногда пучины в большей степени развиваются на обочинах, и их поднятие может оказаться большим, чем в зоне проезжей части (рис. 1). В весенний период после схода снега на

пучинистых участках могут появляться влажные пятна, наблюдается иногда выход вместе с водой мелких частиц дренирующего слоя или грунта земляного полотна, а также волнообразные колебания дорожной конструкции при наезде транспортных средств. Эти участки имеют, как правило, значительно пониженную прочность и интенсивно разрушаются (образование выбоин, просадок и т.д.). Классификация пучин и мероприятий по их устранению или снижению активности представлена в таблице 3 [9].

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

Рисунок 1 – Бугры морозного пучения и сетка трещин на участках пучинообразования

При расчете конструкций на морозоустойчивость и осушение дорога делится на ряд типичных участков, устанавливаемых с учетом погодно-климатических особенностей (для дорог большого протяжения), грунтово-гидрогеологических и гидрологических условий, типа

покрытия, вида земляного полотна (насыпь, выемка), характера продольного профиля дороги, обеспеченности строительства местными материалами. На каждом таком участке выбирают расчетное сечение, где природные и конструктивные факторы складываются наиболее неблагоприятно с точки зрения морозоустойчивости и увлажнения конструкции. Расчеты, сделанные для этого сечения, распространяют затем на весь участок (или ряд типичных участков) [7].

Для прогнозирования характеристик пучения грунтов необходимо установление ряда нормативных значений исходных показателей: зерновой (гранулометрический состав); плотность скелета грунта; плотность твердых частиц; пластичность грунта; влажность грунта; средняя температура периода промерзания грунта; мощность слоя промерзшего грунта [8].

Морозное пучение образуется при одновременном сочетании трех факторов [9]: 1)

наличие пучинистых грунтов; 2) интенсивное влагонакопление до относительной влажности более 0,75 от влажности на границе текучести грунта в период морозного влагонакопления; 3)

медленное и глубокое промерзание грунтов под дорожной одеждой на глубину > 0,5 м. 38 К пучиноопасным относятся следующие участки со сложными геолого-гидрологическими

условиями [9]: 1) насыпи и выемки в пылеватых грунтах; 2) равнинные участки с поверхностным

застоем воды в придорожной полосе; 3) с торфорастительной прослойкой в основании насыпи; 4) с высоко расположенным горизонтом грунтовых вод; 5) выпуклые и вогнутые переломы продольного профиля; 6) затяжные уклоны автомобильных дорог; 7) места пересечения микрологов, узких складок местности; 8) места выхода грунтовых и наледных вод.

Наличие пучинистых участков на автомобильных дорогах приводит к снижению транспортно-эксплуатационных качеств покрытия, следовательно, к росту аварийности.

Классификация пучин и мероприятий по их устранению или снижению активности представлена в таблице 3 [9].

Мероприятия, направленные на устранение возможности образования пучин, разделяются на три группы:1) изменение или регулирование пучинистых свойств грунта путем замены

пучинистого грунта непучинистым, введения добавок, термообработки или укрепления грунта вяжущими; 2) регулирование водного режима земляного полотна путем обеспечения поверхностного водоотвода и исключения увлажнения грунтовыми водами; 3) регулирование

теплового режима земляного полотна устройством морозозащитных и теплоизолирующих слоев и др [9].

Причины повреждения дорожной одежды на пучинистом участке: капиллярная вода; изменение температуры воздуха; увеличение влажности грунта и насыщение грунта водой;

максимальное расстояние от источника увлажнения (из боковых канав, кюветов, при затрудненном водоотводе) в течение 20 сут.; колебание уровня грунтовых вод; в весенний период влажность грунта земляного полотна для автомобильных дорог, проходящих по лесным массивам, в 1,5…2 раза выше, чем для дорог в открытой местности; тип и влажность грунта, интенсивность и продолжительность действия отрицательной температуры, теплопроводность и влагопроводность грунта и т. д; время образования и толщина снежного покрова [7, 8, 9].

При проектировании проектной линии необходимо учитывать: 1) наличие подземных вод и

глубину их залегания от низа дорожной одежды; 2) участки с необеспеченным поверхностным

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

стоком с определением расстояния от уреза воды до бровки земляного полотна; 3) места с вогнутыми вертикальными кривыми и места уменьшения уклонов на участках с затяжными продольными уклонами, превышающими поперечные, где возможно движение воды в дренирующем слое вдоль дороги; 4) наличие пучинистых грунтов и глубины их залегания от низа дорожной одежды; 5) необходимо установить источник переувлажнения грунтов или выявить другие причины повреждения дорожной одежды на пучинистом участке дороги.

Основные задачи содержания земляного полотна по периодам года [6]: 1) в весенний период - исключить переувлажнение грунтов земляного полотна талыми и грунтовыми водами; 2) в летний период - выполнить работы по очистке и восстановлению дефектов водоотводных устройств, обочин и откосов; 3) в осенний период - предупредить переувлажнение земляного

полотна атмосферными осадками, обеспечить минимальную влажность слагающих его грунтов. Для того, чтобы понять в целом картину причин, повлекших к активному морозному пучению на дорогах Омской области, был произведен анализ проектной документации период с 1989-1993 гг. В основном это были проекты реконструкции участков дорог III технической

категории с используемым существующим земляным полотном в теле насыпи. Грунты представлены следующими типами: суглинок легкий, глина пылеватая, супесь легкая, песок

пылеватый. Уровень грунтовых вод 1,80 м. Проанализированы конструкции дорожной одежды по следующим направлениям автодорог: Муромцево-Карбыза на участке Мельничная-Кондратево- Малинкино; Нижняя Омка-Антоновка; Тара-Седельниково на участке Кукарка-Юрто Уйск.

Таблица 3 – Классификация пучин и мероприятий по их устранению или снижению активности

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

В проекте представлены следующие варианты конструкций дорожных одежд облегченного типов:

1)по автодороге Муромцево-Карбыза на участке Мельничная-Кондратьево-Малинкино на всем протяжении вариант конструкции дорожной одежды типа: основание из грунто-гравийной - песчаной смеси толщиной 19 см; покрытие из грунто – гравийной – песчаной смеси,

обработанной битумом с двойной поверхностной обработкой толщиной 12 см.

2)по автодороге Нижняя Омка–Антоновка:

-на 40% протяженности участка: основание из песка, обработанного вязким битумом в установке толщиной 20 см; покрытие из холодного асфальтобетона марки II тип Б толщиной 6 см;

-на остальном протяжении: подстилающий слой песка толщиной 5 см; двухслойное основание (верхний слой из песка, обработанного вязким битумом толщиной 10 см; нижний слой из щебня рядового толщиной 15 см); покрытие из холодного асфальтобетона тип Б марки II толщиной 6 см.

3)по автодороге Тара-Седельниково на участке Кукарка–Юрто Уйск на всем протяжении участка конструкция дорожной одежды: двухслойное основание из грунто–гравийно песчаной

смеси общей толщиной 30 см; покрытие из фракционного щебня по способу полупропитки толщиной 5 см.

Был проанализирован продольный профиль, проектная линия запроектирована по обертывающей с максимальным использованием существующего земляного полотна. Высота насыпи соответствует типу поперечного профиля до 3 м с заложением откосов 1:4 [5]. В случае

высоты насыпи менее 1,2 м запроектирован типовой поперечный профиль с устройством кювета. На основе поперечных профилей, представленных в проекте (рис. 2), выявлено не соответствие нормативным данным [5]. В проекте приняты заложения откосов 1:1,5.

40

Рисунок 2 – Поперечные профили земляного полотна

На многих участках автомобильных дорог Омской области уже истекли межремонтные сроки проведения капитального ремонта и ремонта искусственных сооружений на автомобильных дорогах общего пользования федерального значения. Капитального ремонта так и не производилась в связи с низким финансированием дорожной отрасли за последние 20 лет, а производился только ямочный ремонт. Проезжая по участкам дорог Омской области в начале июня 2016 г., мы наблюдали удручающую картину активного морозного пучения на достаточно протяженных участках (рис. 3).

Рисунок 3 – Дороги Омской области с участками морозного пучения

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

Рельеф местности на данных участках дорог равнинный. В кюветах наблюдался застой воды. Эти участки достаточно протяженные. Насыпь работает третьему типу местности по условию увлажнения как минимум 1,5 месяца. Даже при наличии трубы на участке дороги воде не куда уходить в виду малого уклона местности. Визуально анализируя очертания насыпи можно сказать, что насыпь высотой в основном до 1,2 м. Отсыпка насыпи (по очертаниям) производилась из боковых резервов: в тело земляного полотна могли попасть пучинистые грунты. И основная проблема - несоответствие заложения откосов (визуально 1:1 или 1:1,5), а

это не соответствует нормам проектирования: при высоте насыпи менее 1,2 м заложение откоса должно быть 1:4 [5]. Тем самым максимально подпускается вода в тело насыпи. И

основной фактор, который в совокупности с остальными причинами, привел к активному процессу развития деформаций морозного пучения, температура в зимний период.

Значения температур воздуха по месяцам с ноября по март (включительно) представлены на рисунке 7. В зимний период 2016 года наблюдались частые перепады температур с переходом через ноль, что и способствовало проникновению в тело земляного полотна воды. С учетом того, что на многих участках дорог Омской области производился лишь ямочный ремонт, покрытия и обочины находились далеко не в удовлетворительном состоянии, вода могла поступать с поверхности покрытия и обочин.

41

Рисунок 4 –Температура воздуха с ноября 2015 г. по март (включительно) 2016 года

Проектирование мероприятий по устранению пучинистых участков дороги следует начинать с установления требований по прочности и морозоустойчивости дорожной одежды. Для установления этих требований необходимо определить: количество пучинистых участков на 1 км дороги и их суммарную протяженность; коэффициенты прочности дорожной одежды и сроки ее усиления на здоровых (непучинистых) участках дороги. На основании данной информации, в соответствии с нормативами назначают тип требований к пучинистому участку дороги и методы их устранения [10].

К мероприятиям первого типа относят отдельные участки дороги, подверженные пучинообразованию и требующие ремонта, находящейся в удовлетворительном состоянии. В

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.