книги2 / konf_15-24

Электронный архив УГЛТУ

марки и, как следствие, физико-механических показателей укрепленного грунта для достижения необходимой (заданной изначально) толщины слоя,

инаоборот – отталкиваться от доступной марки и варьировать толщину

иматериал остальных конструктивных слоев для достижения требуемых показателей дорожной одежды путем ее расчета на прочность.

Как можно было заметить, пределы прочности на сжатие и растяжение при изгибе измеряются при водонасыщении испытуемых образцов укрепленных грунтов. Приведение к водонасыщенному состоянию позволяет сымитировать наихудшие условия работы дорожной одежды во время эксплуатации и испытать образцы в таких условиях. В случае, если грунты планируется применить в районе со средней температурой наиболее холодного месяца – минус 10 °С и ниже, то образцы таких укрепленных грунтов подвергают полному водонасыщению на протяжении 48 ч. Если температура выше указанной, то процедуру полного водонасыщения выполняют на протяжении 72 ч.

Всостав работ, выполнение которых необходимо для устройства укрепленных грунтов, входят:

планировка и прикатка земляного полотна;

подвозка и распределение грунта;

прикатка грунта;

размельчение грунта;

внесение стабилизатора «СЦ»;

перемешивание укрепленного грунта до оптимальной влажности;

разравнивание и профилирование слоя;

уплотнение слоя катком.

До начала работ по устройству основания должны быть выполнены все предшествующие работы по устройству земляного полотна, устроены временные съезды и временные дороги. Начальный этап производства работ заключается в планировке поверхности рабочего слоя земляного полотна с достижением его проектных отметок. Планировку выполняют автогрейдером за три прохода по следу. Перекрытие смежных следов принимается 0,5 м. Ввиду того, что приповерхностная зона рабочего слоя (на глубине 0,05–0,10 м) обычно имеет меньшее значение коэффициента уплотнения (Купл), чем требуемое Купл = 0,98, за счет ее горизонтального сдвига вальцом катка во время уплотнения рабочего слоя, необходимо при подготовке к устройству слоя основания производить доуплотнение этой зоны пневмоколесным катком за четыре прохода по одному следу с рабочей скоростью

5–6 км/ч.

По зерновому составу грунты, используемые для устройства основания, должны соответствовать требованиям СТО 77150282–0012017 [1]. При определении необходимого количества привозного грунта [2] коэффициент

401

Электронный архив УГЛТУ

разрыхления грунта принимают ориентировочно 1,15, а коэффициент по-

терь – 1,03.

Привезенный грунт разравнивают за 2–3 прохода по одному следу автогрейдером, затем уплотняют катками на пневмошинах до 0,8–0,9 от максимальной плотности за 2–3 прохода по одному следу [3]. Уплотнение производят от бровки к оси. При необходимости производят размельчение грунта проходом ресайклера. В пробе грунта доля частиц более 5 мм не должна составлять более четверти от веса пробы, а доля частиц более 10 мм не должна превышать 10 %. В случае, если анализ пробы грунта неудовлетворителен, производят повторное размельчение [4].

Когда поверхность земляного полотна будет готова, производят распределение стабилизатора «СЦ» с помощью распределителя сухих смесей [5]. Перемешивание грунта после внесения стабилизатора необходимо выполнять ресайклером за два прохода при скорости 0,4–0,5 км/ч. После первого устанавливают влажность грунта прибором Ковалева и определяют количество воды, необходимое для увлажнения [6]. Полив воды производят при помощи поливомоечной машины. Затем поверхность вновь планируют (разравнивают) автогрейдером.

Уплотнение производят катками на колесах с пневматическими шинами в течение нескольких часов после разравнивания – во избежание потерь необходимой влажности смеси. Рекомендуемое количество проходов – 10–20 по одному следу; итоговое количество проходов определяется после определения относительной плотности представителем лаборатории с составлением соответствующего акта. Визуальным признаком окончания уплотнения является полное отсутствие на поверхности земляного полотна следа шин катка.

Примечательно, что движение транспорта по готовому слою может быть разрешено либо сразу (при марке М75 и более), либо через сутки. Устройство покрытия допускается спустя 12 ч [7].

Конструктивно грунты, укрепленные стабилизатором «СЦ», могут служить материалом нижнего (или дополнительного) слоя основания, верхнего слоя основания, а также покрытия – в случае с переходным типом дорожных одежд. Более того, такие грунты применимы в конструкциях жестких дорожных одежд благодаря их высокой трещиностойкости, водо- и морозоустойчивости [8]. При этом толщину во всех перечисленных случаях следует определять расчетом по установленным проектом методикам.

Расход стабилизирующей добавки следует принимать:

1)4–6 % (60–90 кг/м3) – при укреплении песка мелкого пылеватого, супеси легкой;

2)4–6 % (55–85 кг/м3) – при укреплении песка гравелистого, крупного, средней крупности;

3)6–8 % (100–130 кг/м3) – при укреплении супеси тяжелой пылеватой, суглинка легкого пылеватого;

402

Электронный архив УГЛТУ

4) 8–10 % (140–180 кг/м3) – при укреплении глины песчанистой и пылеватой.

Для оценки экономической эффективности применения грунтов, укрепленных стабилизатором «СЦ», необходимо на стадии проектных работ разработать несколько вариантов конструкций дорожной одежды – с применением стабилизатора и без него. Все варианты конструкций должны удовлетворять расчетам дорожных одежд на прочность по принятым в проекте методикам расчета. Затем на основании сметного расчета стоимости устройства дорожной одежды (по вариантам) произвести экономическую оценку эффективности применения, а итоговый вариант конструкции согласовать с заказчиком для окончательного принятия в проекте.

Модуль упругости, который можно получить при укреплении супеси легкой стабилизатором CЦ, выше, чем модуль упругости щебня фракций 40–80 мм либо 31,5–63 мм, уложенного по способу заклинки мелкими фракциями. Благодаря этому в конструкции дорожной одежды можно сократить толщину основания, необходимую для надежной работы дорожной одежды во время эксплуатации автомобильной дороги в течение всего заданного срока эксплуатации.

Применение грунтов, укрепленных рассматриваемым стабилизатором, позволяет достичь экономической эффективности в сравнении с применением в конструкции дорожной одежды привычного щебня, уложенного по способу заклинки, благодаря уменьшению затрат на инертные материалы. Величина эффективности напрямую зависит от вида укрепляемого грунта и его физико-механических свойств, требуемого расхода стабилизатора, а также удаленности поставщиков дорожно-строительных материалов (карьеров и т. п.) от объекта строительства. Поэтому экономическую эффективность применения грунтов, укрепленных стабилизатором СЦ, целесообразно рассчитывать для конкретных условий проектирования и строительства [9]. Тем не менее, в некоторых случаях она может достигать нескольких миллионов рублей за один километр автомобильной дороги, или 10–20 % от общей стоимости строительных работ.

Список источников

1. СТО 77150282–00–2017. Стабилизатор структурированный «СЦ». Технические условия // Консорциум Кодекс : [сайт]. URL: https://docs.cntd.ru/document/550968867 (дата обращения: 19.09.2023).

2. ГОСТ 25100–2011. Грунты. Классификация (с Поправками) // Консорциум Кодекс : [сайт]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200095052

(дата обращения: 22.09.2023).

3. Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд. Введ. 03.12.2003 распоряжением Минтранса России. № ОС-1066-р //

403

Электронный архив УГЛТУ

Консорциум Кодекс : [сайт]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200036162

(дата обращения: 23.09.2023).

4. ПНСТ 322–2019. Дороги автомобильные общего пользования. Грунты стабилизированные и укрепленные неорганическими вяжущими. Технические условия // Консорциум Кодекс : [сайт]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200164378 (дата обращения: 26.09.2023).

5. СП 48.13330.2019. Организация строительства // Консорциум Кодекс : [сайт]. URL: https://docs.cntd.ru/document/564542209 (дата обращения: 28.09.2023).

6. ГОСТ 5180–2015. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик // Консорциум Кодекс : [сайт]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200126371 (дата обращения: 13.09.2023).

7.Чудинов С. А. Совершенствование технологии укрепления грунтов в строительстве автомобильных дорог лесного комплекса : монография. Екатеринбург : УГЛТУ, 2022. 164 с.

8.Чудинов С. А. Укрепленные грунты в строительстве лесовозных автомобильных дорог : монография. Екатеринбург : УГЛТУ, 2020. 174 с.

9.Чудинов С. А. Повышение эффективности укрепления грунтов портландцементом со стабилизирующей добавкой // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 5. URL: http://www.science-education.ru/119-

14565 (дата обращения: 17.09.2023).

404

Электронный архив УГЛТУ

Научная статья УДК 624.138.24

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ

ВДОРОЖНЫХ ОДЕЖДАХ ЛЕСОВОЗНЫХ ДОРОГ ИЗ ГЛИНИСТЫХ ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫХ ГРУНТОВ

Анастасия Алексеевна Порицкая1, Сергей Александрович Чудинов2

1, 2 Уральский государственный лесотехнический университет, Екатеринбург, Россия

1anastasiyaporitskaya2000@gmail.com

2chudinovsa@m.usfeu.ru

Аннотация. В настоящее время существует множество методик и добавок, разработанных для эффективного укрепления, стабилизации и улучшения технологических свойств грунтов в условиях преобладания глинистых переувлажненных грунтов. Одной из таких технологий является стабилизация грунтов с применением добавок Consolid. В статье представлен принцип работы данной технологии, а также преимущества ее применения в сравнении с необработанными грунтами для условий строительства автомобильных дорог в лесной зоне.

Ключевые слова: стабилизация грунтов, добавки, Consolid, преимущества, лесовозные дороги

Original article

FEATURES OF THE SOIL STRENGTHENING TECHNOLOGY IN THE PAVEMENTS OF LOGGING ROADS MADE OF CLAY WATERLOGGED SOILS

Anastasia A. Poritskaya1, Sergey A. Chudinov2

1, 2 Ural State Forest Engineering University, Yekaterinburg, Russia

1anastasiyaporitskaya2000@gmail.com

2chudinovsa@m.usfeu.ru

Abstract. Nowadays, there are a lot of techniques and additives that have been developed in order to effectively strengthen, stabilize and improve the technological properties of soils in conditions of predominance of clay waterlogged soils. One of such technologies is soil stabilization with the usage of Consolid additives. The article presents the principle of operation of this technology, as

© Порицкая А. А., Чудинов С. А., 2024

405

Электронный архив УГЛТУ

well as the advantages of its usage in comparison with untreated soils in the conditions of construction of automobile roads in the forest zone.

Keywords: soil stabilization, additives, Consolid, advantages, logging roads

Укрепление и стабилизация грунта – это процесс, направленный на увеличение прочности и несущей способности земляного полотна и дорожной одежды, а также на снижение вероятности усадки и вспучивания.

В настоящее время материалы, применяемые в строительстве дорожных конструкций, можно разделить на три группы:

дробленые материалы;

материалы на основе гидравлических вяжущих веществ;

материалы на основе битумных вяжущих веществ.

Благодаря развитию современной строительной химии последние годы были отмечены возрождением идеи использования еще одной группы материалов – монолитных грунтов [1].

Монолитные грунты обладают естественной вязкостью (когезией) благодаря взаимодействию частиц, но при добавлении активизирующих веществ их свойства значительно улучшаются, включая прочность и капиллярную абсорбцию.

Научные исследования и полевые испытания подтверждают, что монолитные грунты с низкой влажностью обладают отличными механическими параметрами, превосходящими качество заполнителя и других решений, основанных на гидравлическом вяжущем [2].

Технология упрочняюще-консолидационной стабилизации как раз позволяет использовать монолитные грунты для строительства автодорожных конструкций.

Суть консолидационной стабилизации – качество, которое можно получить из местного грунта, основанное на естественном свойстве вязких грунтов к консолидации, что приводит к его дальнейшей стабильности в процессе эксплуатации дороги. Для этого необходимо обеспечить долгосрочное низкое насыщение грунта влагой во время его работы в составе дорожной конструкции.

Это достигается путем снижения пленочной влаги, окружающей частицы грунта, и ограничения процесса естественного возврата воды через систему капилляров, образованную мелкими частицами монолитного грунта [3].

Технология Consolid является универсальной и позволяет улучшить характеристики грунта на месте, делая его пригодным для различных земляных работ и дорожного строительства. Кроме того, она позволяет строить такие объекты, как искусственные пруды, озера и полигоны.

Она представляет собой полноценную технологию, а не только добавку для уплотнения почвы. Данная технология позволяет полностью изменить поведение почвы. Как известно, вода является самым сильным врагом

406

Электронный архив УГЛТУ

стабильности почвы, а технология Consolid приводит к необратимой агломерации мелких частиц и, таким образом, к уменьшению активности поверхности грунта [4].

Consolid включает в себя два компонента – Consolid 444 и Solidry, которые влияют на почвенный слой.

Consolid 444 является жидким компонентом, а Solidry – порошкообразным. Оба компонента смешиваются с грунтом с последующим уплотнением (см. табл. ниже).

Добавка Consolid 444 разрушает водную пленку и способствует агломерации мельчайших частиц грунта, что значительно уменьшает подъем воды по капиллярам. В условиях дорожного движения она обеспечивает более качественное уплотнение грунта и повышает его плотность до проектных значений. На один кубический метр грунта требуется 1–1,2 литра до-

бавки Consolid 444.

Добавка Solidry защищает грунт от проникновения воды, закрывая капилляры и значительно снижая его способность поглощать влагу. Это препятствует вспучиванию грунта и обеспечивает более эффективный процесс окаменения. На один кубический метр грунта требуется 30–40 кг добавки

Solidry [5].

Преимущества технологии с использованием добавок Consolid в сравнении с необработанным грунтом:

1)значительное снижение водопоглощения благодаря уменьшению капиллярной активности;

2)снижение влажности обработанного грунта и повышение его плотности;

407

Электронный архив УГЛТУ

3)существенное снижение восприимчивости грунта к влаге;

4)уменьшение способности грунта к разбуханию и сжатию;

5)абсолютно необратимое окаменение грунта благодаря системе укрепления;

6)достижение требуемой несущей способности местного грунта на уровне от 75 % до 100 %, что экономит материалы и снижает затраты на сбор и транспортировку отходов и карьерных материалов;

7)положительный экономический эффект за счет сокращения затрат на материалы, наличия необходимого оборудования и постоянного улучшения свойств грунта;

8)постоянное улучшение свойств и несущей способности грунта в процессе эксплуатации дорожного покрытия;

9)простота использования (одинаковое количество добавки требуется для любого типа грунта);

10)отсутствие негативного воздействия на экологию;

11)применимость к любым типам грунта с предварительным смешиванием или непосредственно на месте.

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод о высокой эффективности применения технологии стабилизации грунтов с использованием добавок Consolid 444 и Solidry для строительства лесовозных автомобильных дорог в условиях глинистых переувлажненных грунтов.

Список источников

1.Чудинов С. А. Совершенствование технологии укрепления грунтов

встроительстве автомобильных дорог лесного комплекса : монография. Екатеринбург : УГЛТУ, 2022. 164 с.

2.Чудинов С. А. Укрепленные грунты в строительстве лесовозных автомобильных дорог : монография. Екатеринбург : УГЛТУ, 2020. 174 с.

3.Безрук В. М. Укрепление грунтов в дорожном и аэродромном строительстве. М. : Транспорт, 1971. 235 с.

4.Consolid технология // Consolid Global : [сайт]. URL: https://www.con- solid.com.tr/ru/consolid-tehnologiya (дата обращения: 12.10.2023).

5.Стабилизация грунта на основе добавок Консолид и Солидрай // Ин-

фоурок : [сайт]. URL: https://infourok.ru/stabilizaciya-grunta-na-osnove- dobavok-konsolid-i-solidraj-4827176.html (дата обращения: 10.10.2023).

408

Электронный архив УГЛТУ

Научная статья УДК 630.0/681.5

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ УСТРОЙСТВ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ЛЕСА

И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ

Артем Сергеевич Рычков1, Диана Евгеньевна Веренцова2, Сергей Петрович Санников3

1, 2, 3 Уральский государственный лесотехнический университет, Екатеринбург, Россия

1asrychkov02@gmail.com

2verentsovad@mail.ru

3ssp-2@mail.ru

Аннотация. В статье исследована проблема по разработке автономного источника питания технических средств, отдельных устройств и датчиков для сбора данных о состоянии лесного фонда. Авторами рассмотрены существующие источники питания и генерации электроэнергии и предложен сравнительно менее распространенный метод генерации электроэнергии. Представлено описание и требования по разработке устройство, работающего с использованием данного метода.

Ключевые слова: автономность, генерация электроэнергии, эффект Зеебека, информационные технологии, управление лесами

Original article

APPLICATION OF THERMOELECTRIC ELEMENTS AS A POWER SOURCE REMOTE FOREST MONITORING AND FOREST FIRE PREVENTION DEVICE

Artem S. Rychkov1, Diana E. Verentsova2, Sergey P. Sannikov3

1, 2, 3 Ural State Forest Engineering University, Yekaterinburg, Russia

1asrychkov02@gmail.com

2verentsovad@mail.ru

3ssp-2@mail.ru

Abstract. The article examines the problem of developing an autonomous power supply of technical means, individual devices and sensors for collecting data on the state of the forest fund. The authors consider the existing power

© Рычков А. С., Веренцова Д. Е., Санников С. П., 2024

409

Электронный архив УГЛТУ

sources and electricity generation and propose a relatively less common method of generating electricity. The description and requirements for the development of a device working using this method are presented.

Keywords: аutonomy, electricity generation, Seebeck effect, information technology, forest management

При проектировке различных электронных устройств одним из важных вопросов становится выбор наиболее подходящего способа питания. Для поддержания работоспособности в сети устройств по мониторингу лесного массива при помощи радиометок в первую очередь рассматриваются литиевые аккумуляторы [1], которые при применении в данных не энергоемких устройствах прослужат достаточно продолжительный период времени. Однако при проектировке необходимо учитывать не только долговечность, но и автономный источник питания, способный обеспечивать устройство напряжением от 5 до 10 вольт.

Очевидным выходом в таком случае является использование фотоэлектрических элементов, превращающих энергию солнечного света в электроэнергию, но ключевыми недостатками таких элементов являются редкость и высокая стоимость компонентов, используемых для их изготовления, а также перебивающийся цикл, вызванный сменой времени суток и протяженности светового дня в летний и зимний периоды.

Альтернативой является использование энергии ветра. Но в густых лесах скорость ветра очень мала, в связи с чем использование данного источника питания больше подходит для редких лесов.

Однако в данной ситуации не многие знают о еще одном методе выработки электроэнергии, который носит название термоэлектрический. Данный метод основан на эффекте Зеебека.

Целью данной работы является предложить альтернативный способ автономного питания устройств мониторинга леса, основанный на методе теплогенерации.

Задачи:

1)определение термоэлектрического метода генерации электроэнергии;

2)разработка принципа работы устройства генерации электроэнергии. Метод термоэлектрической генерации электроэнергии возможен при

использовании термоэлектрических генераторных модулей, известных как элементы Зеебека, в основе которых лежит термоэлектрическая пара. При наличии разности температур в элементе возникает термо-ЭДС, обеспечивающая протекание постоянного тока при подключении внешней нагрузки.

Применение данного метода рассматривались в нескольких работах, примерами которых являются работы Михаила Седлера и Перта Шостаковского «Удаленная диспетчеризация теплосетей в “Умном городе”» [2], Перта Шостаковского «Термоэлектрические источники альтернативного электропитания» [3]. В своих работах они описывали применение элементов

410