1523

УДК 624.131.137

Б.С. Юшков, А.С. Сергеев, Н.М. Бажуков

ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ КОЛЕИ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ

Серьезная проблема современных дорог – образование колей. Несмотря на широкое применение современных сдвигоустойчивых материалов для устройства дорожного полотна, колея образуется, и с ней необходимо бороться. Эффективного решения данной проблемы пока не найдено. Для этого нужно понять и проанализировать основные причины возникновения явления колейности на дорогах, составить точный план решения этой проблемы.

Ключевые слова: колея, асфальтобетонная смесь, кубовидный щебень, улучшение характеристик, минеральная часть.

B.S. Yushkov, A.S. Sergeev, N.M. Bazhukov

THE CAUSES OF THE TRACK ON THE ROADS

A serious problem of modern roads – rutting. Despite the widespread use of modern materials for the device sdvigoustoychivyh roadway, track, and formed it must be fought, and the exact solution of the problem yet. To solve this problem you need to understand the underlying causes of the phenomenon of rutting on the roads. Then understand the reasons for any decision at this moment we can influence. And write a detailed plan to address these causes.

Keywords: track, asphalt mixture, cube-shaped rubble, improved performance, the mineral part.

Проблема колейности обострилась в последние годы из-за стремительного повышения интенсивности движения. Многие напряженные участки дороги, особенно в условиях города, стали очень подвержены появлению пластических деформаций глубиной более 5 см (рис. 1).

Основными причинами возникновения колеи на асфальтобетонном покрытии автомобильных дорог являются:

1) нарушение технологии укладки асфальтобетонной смеси во время дорожно-строительных работ, заключающееся в недобросовестном отношении подрядчиков к уплотнению асфальтобетонной смеси и контролирующих органов к проверке коэффициента ее уплотнения;

401

Асфальтобетон верхнего слоя основания и нижнего слоя покрытия дорог и улиц, эксплуатируемых длительное время, имеет минимальную толщину: 18 см для капитальных и 12 см для облегченных [8]. На магистральных дорогах, а также в крупных населенных пунктах, общая величина дорожной одежды достигает полуметра. Замена этих слоев современными материалами требует внушительных затрат. Поэтому нужно бороться с причинами образования колейности, тем самым увеличивая срок эксплуатации и уменьшая затраты на ремонт.

Самый простой путь повышения прочности любого плотного тела почти до максимального (потолка прочности) заключается в измельчении его до частиц, по порядку величины соответствующих расстояниям между опасными слабыми местами. Если такие частицы плотно упаковать или склеить тончайшими, а потому тоже высокопрочными после затвердевания, прослойками, полученная структура будет плотной, не проницаемой для жидкостей и газов, макрооднородной, высокопрочной и долговечной [5], как показано на рис. 3.

аб

Рис. 3. Асфальтобетон, приготовленный: а – по стандартной технологии (имеет пористую структуру); б – с применением узких фракций щебня (имеет более плотную структуру)

Получить качественный продукт из некачественных исходных материалов невозможно. Мелочей здесь нет, все имеет значение: прочностные характеристики камня, из которого получают щебень, его химический состав и физико-механические свойства, способы и методы дробления, форма самого щебня, получаемого из того или иного камня. Подобные требования предъявляются и к другим составляющим минеральной части – песку и минеральному порошку.

403

Процесс проектирования асфальтобетона по асфальтовому вяжущему, предложенный П.В. Сахаровым, предусматривает четыре стадии:

1)проектирование состава асфальтового вяжущего;

2)проектирование состава асфальтового раствора (асфальтовое вяжущее + песок);

3)проектирование состава каркасной части асфальтобетона (асфальтовый раствор + щебень);

4)определение физико-механических характеристик асфальтобетона и корректировка состава в соответствии с предъявляемыми требованиями [4].

Конечная цель проектирования состава заключается в подборе оптимального состава, при котором он будет отвечать требуемым показателям асфальтобетона.

Исходя из этого, асфальтобетонная смесь включает две основные части:

–минеральную часть (щебень, песок, МП);

–органическое вяжущее (битум или полимерно-битумное вяжущее – ПБВ).

От качественных характеристик щебня в значительной мере зависят потребительские свойства (ровность, коэффициент сцепления и т.д.) и долговечность автомобильных дорог [3].

Минеральный порошок является составляющей минеральной частью наряду с песком и щебнем, но, в отличие от песка, который не готовят из других более крупных материалов, минеральный порошок готовят и измельчают до микроструктур, так как он первым вступает во взаимодействие с битумом. На его долю приходится до 90–95 % от общей поверхности минеральных частиц в составе асфальтобетона. Влияние минерального порошка на свойства асфальтобетона может проявляться в нескольких направлениях: упрочнение структурированной дисперсной системы, повышение плотности и снижение водопроницаемости асфальтобетона, уменьшение его старения, повышение водо- и морозоустойчивости. Таким образом, минеральный порошок является важнейшим структурообразующим компонентом асфальтобетона. Основная функция минерального порошка состоит в переводе объемного битума в пленочное состояние, что, как было сказано ранее, упрочняет связи в асфальтобетоне. Вместе с битумом он образует структурированную дисперсную систему, выполняющую роль вяжущего материала в нем. При определенном соотношении «битум – ми-

404

неральный порошок» достигается наивысшая прочность структурированной дисперсной системы [5].

Первая стадия приготовления асфальтобетонной смеси подразумевает процесс приготовления асфальтового вяжущего, а это не что иное, как битум, смешанный с минеральным порошком. По той причине, что минеральный порошок входит в состав минеральной части, целесообразно будет его испытывать по тем же показателям, что и щебень: пределу прочности, пределу истирания, а также проверить влияние формы зерна. Возможно, смена технологии приготовления минерального порошка может привести к существенным изменениям, как в случае со щебнем, также как и замена исходного материала минерального порошка на более качественный с более высокими показателями: предел по прочности, предел по истиранию.

Для приготовления минеральных порошков обычно берут известняки средней прочности. Применение слишком прочных известняков ограничивается трудностью их размола. Порошки из малопрочных известняков характеризуются повышенной пористостью [6].

Влияние формы зерна было доказано на примере МКАД. Представленные статистические данные показали, что асфальтобетонное покрытие на МКАД, устраиваемое с применением щебня узких фракций кубовидной формы, стало более сдвигоустойчивым. Среднее значение угла внутреннего трения асфальтобетона повысилось примерно на 1,5 градуса, а разброс этого показателя снизился почти в два раза. Среднее сопротивление сдвигу при расчетных условиях возросло с 0,789 до 0,840 МПа. При этом стандартный показатель прочности при сжатии при 50 °С асфальтобетона повысился в среднем на 0,3 МПа и достиг величины 1,6 МПа [3].

Применение более качественного щебня на МКАД позволило предотвратить образование колеи в покрытии даже в форс-мажорных случаях колонного движения и заторов автомобилей при высоких температурах и способствовало увеличению сроку его службы [3].

Итак, для решения проблемы возникновения колейности нужно:

1)пересмотреть ГОСТы на асфальтобетонную смесь, а именно: подбор зернового состава, перейти на асфальтобетоны с использованием узких фракций щебня;

2)дополнить ГОСТы на проверку материалов, используемых

васфальтобетонной смеси, добавить в них пункты о влиянии формы зерна, необходимости определения сдвигоустойчивости и истирания

виспытания минерального порошка;

405

3)усилить контроль за дорожными организациями и непосредственно за коэффициентом уплотнения асфальтобетона как нижнего, так и верхнего слоев;

4)начать отходить от пористых асфальтобетонов в нижнем слое асфальтобетонного покрытия, уменьшив тем самым возможность остаточных деформаций.

Список литературы

1.ГОСТ 9128–2009. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. – М., 2009.

2.ГОСТ Р 52129–2003. Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. – М., 2003.

3.Роль кубовидного щебня в строительстве автомобильных дорог России [Электронный ресурс] // Новые технологии – инжиниринг. – URL: www.ntds.ru (дата обращения: 5.10.2015).

4.Руденский А.В. Современный метод проектирования состава асфальтобетона по асфальтовому вяжущему [Электронный ресурс]. – URL: http://rosdornii.ru/UserFiles/File/dim/21-1/17.pdf (дата обращения: 1.10.2015).

5.Принципы формирования оптимальной структуры асфальтобетона // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 11.

6.Дедюхин А.Ю. Минеральный порошок как средство стабилизации и армирования асфальтобетонных смесей [Электронный ресурс]. – URL: http://pandia.ru/text/78/169/23209.php (дата обращения: 6.10.2015).

7.Жалко М.Е., Федосеев Н.Л. О транспортной нагрузке магистральных улиц малых городов Пермского края // Науковедение. – 2015. –

Т. 7, № 2.

8.ОДН 218.046–01. Проектирование нежестких дорожных одежд. Дата введения 2001.01-01. – М., 2001.

Об авторах

Юшков Борис Семенович – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автомобильных дорог и мостов, Пермский государственный национальный исследовательский университет, e-mail: admpnipu@mail.ru.

406

Сергеев Андрей Сергеевич – ассистент кафедры автомобильных дорог и мостов, Пермский национальный исследовательский по-

литехнический университет, e-mail: Zzverdvd@mail.ru.

Бажуков Никита Михайлович – магистрант кафедры автомо-

бильных дорог и мостов, Пермский государственный национальный исследовательский университет.

407

УДК 624.131.137

Б.С. Юшков, А.С. Сергеев, Р.И. Габдулхаев

ДИНАМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА НА ПОКРЫТИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Описаны этапы постепенного разрушения дорожной одежды и последствия динамических воздействий подвижного состава на автомобильных дорогах. Представлены примеры последствий динамических нагрузок разного вида.

Ключевые слова: динамические воздействия, колебания, вибрация, необратимая деформация, трещины, автомобильная дорога.

B.S. Yushkov, A.S. Sergeev, R.I. Gabdulkhaev

DYNAMIC EFFECTS OF ROLLING STOCK

FOR COVERAGE OF HIGHWAY

This article describes the steps of the gradual destruction of the pavement and the effects of dynamic effects of the rolling stock on the roads. Examples of the effects of different types of dynamic loads.

Keywords: dynamic effects, vibrations, vibration, permanent deformation, cracks, highway.

Мосты, покрытия дорог и аэродромов, испытывающие динамическое воздействие от различных подвижных нагрузок, должны выдерживать пульсирующие или вибрационные нагрузки.

В настоящее время при расчете дорожных одежд величина динамического коэффициента 1,2–1,3, что недостаточно для устойчивости автомобильной дороги. Не установлена также зависимость коэффициента динамичности от типа подвижного состава, скорости его движения. Это обстоятельство отрицательно сказывается на выборе рациональных конструкции дорожной одежды [1].

Под динамическим воздействием следует понимать нагрузку произвольного вида, создаваемого силой переменной величины и направления. При достаточно большом интервале времени любая нагрузка может считаться переменной. Однако под динамической следу-

408

ет понимать нагрузку, изменяющуюся во времени быстрее, чем рассеиваются вызванные ею напряжения. Поскольку реально не существует достаточно длительно и монотонно убывающих или возрастающих усилий, то практически все динамические нагрузки представляют собой колебания – чередование во времени возрастания и убывания напряжений. Наиболее распространенным случаем динамической нагрузки является вибрация грунтов и сооружений (мосты, подходы к мостам, насыпи над трубами) от транспортных нагрузок. Под вибрацией понимается сравнительно низкочастотные механические колебания, обычно регистрируемые органами чувств человека [2].

Существуют следующие виды динамических нагрузок:

1.Периодическая нагрузка. Характеризуется закономерным чередованием возрастания и убывания напряжений от колес транспортных средств. Для нее можно строго указать постоянный период колебании, через который любое значение напряжения повторяется [2].

Вгороде Перми на дороге Дружбы на участке между остановками Сосновый бор и Блочная имеется неровная поверхность дорожного покрытия, хотя она была отремонтирована летом 2015 года. При движении на этом участке на транспортном средстве создается вибрация, которая как раз и регистрируются органами чувств человека.

2.Непериодическая, которая включает в себя три разновидности:

ударную (импульсную) нагрузку: чаще всего является все же периодической, однако импульсы разделены значительными, по сравнению длительностью последних, «немыми» интервалами [2]; последствием ударной нагрузки является образование выбоины в покрытии Красавинского моста через реку Кама у деформационного шва в городе Перми (рис. 1);

почти периодическую нагрузку: любой отрезок такого колебания повторяется с высокой точностью через достаточно большой промежуток времени [2]; характерным примером является участок дороги города Перми перед перекрестком улиц Борцов Революции и Спешилова, где образовались неровности дорожного покрытия, возникшие при разгоне и торможении транспортных средств разного типа из-за нескольких близко расположенных источников колебания, у которых разные частоты (рис. 2);

нерегулярную нагрузку: характеризуется незакономерным характером изменения напряжений во времени; свойственна для всех природных воздействий: сейсмических, ветровых, а также многих техногенных [2].

409