Магистрант КазАДИ им. Л.Б. Гончарова Бектурсунова Г.С.

Магистр транспорта  КазАДИ им. Л.Б. Гончарова Мухаметчанова Д.А.

 

О ПОВЫШЕНИИ ТРЕБУЕМЫХ МОДУЛЕЙ УПРУГОСТИ  НА ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ  КАЗАХСТАНА МЕСТНОГО ЗНАЧЕНИЯ

 

Одной из главных задач местных автомобильных дорог является сохранение существующих дорожных одежд в условиях увеличивающихся осевых нагрузок и роста интенсивности движения транспортного потока. Большинство дорог местной автомобильной сети Казахстана были построены еще cо времён Советского Союза и рассчитаны на осевую нагрузку до 6 т. Несмотря на рост интенсивности движения и изменения состава транспортного потока на существующих дорогах еще не были изменены конструкции дорожных одежд. В результате чего, дорожная одежда часто подвергается воздействию повторных кратковременных нагрузок от проходящих по дороге  транспортных средств и изменения водно-теплового режима. На  конструктивные слои нежесткой дорожной одежды действуют повторяющиеся вертикальные нагрузки. Причем, величина нагрузки зависит от интенсивности и скорости  движения, а также от вида движущихся по дороге транспортных средств. Основание дорожной одежды практически не выдерживает тяжеловесной нагрузки, гораздо превышающей  расчетную.

В связи с вышеизложенные нами были проведены комплексные анализы по соответствию дорожных одежд современному уровню осевых нагрузок с учетом роста интенсивности движения и изменения состава транспортного потока.  При этом были использованы результаты исследования КазАДИ, проведенные в 2011-2012 гг. на местных автомобильных дорогах  Жамбылской области.

Результаты анализа, проведенного на автомобильных дорогах Жамбылской области, показывают, что в составе транспортного потока  движение легковых автомобилей составляет от 71 до 89 %, грузовых автомобилей 8-12 %, автобусы 2-4 %, тракторы 0,6 % и мотоциклы 0,4 %  (рис. 1). Причем, в состав грузовых автомобилей  входят автопоезда и седельные тягачи, осевые нагрузки которых превышают 11-13 т.  По уровню фактической интенсивности движения на многих дорогах (около 30 %)  технические категории  превышают, т.е. их технические параметры не соответствуют фактическому. Это особенно ярко выражается в конструктивных слоях дорожной одежды. Например, на подходе к г. Тараз на автомобильной дороге «Тараз–Аса–Аккуль–Саудакент» существующая категория III-я, однако по подсчету интенсивности движения, на данном отрезке дороги расчетная интенсивность движения составляет 8890 ед/сут, что, согласно /4/, соответствует II-ой технической категории. 

 

Рисунок 1. Результаты анализа состава  движения

транспортного потока

 

Существующие дорожные одежды на местных дорогах, в основном, рассчитаны на транспортные средства, осевые нагрузки которых не превышают 6 т. Поэтому, их срок службы после среднего ремонта (капитальные ремонты практически отсутствуют) не превышает 3 года. Через 2-3 года (местами уже через год) на поверхности вновь уложенного слоя асфальтобетона повторяются те же дефекты, которые существовали на ранее уложенных покрытиях. Основание дорожной одежды практически не выдерживает тяжеловесной нагрузки (10-13 тонн), гораздо превышающей  расчетную (6 тонн).

Фактические значения модуля упругости на большинстве дорог  Жамбылской области ниже требуемого значения (180 МПа для дорог III технической категории) /5/. Это, в свою очередь,  прямопропорционально связано со снижением коэффициента прочности дорожной одежды. Например, на участках автомобильной дороги «Саудакент-Жанатас-Каратау» значение коэффициента прочности колеблется в пределах Кпр=0,85-0,94, а на автомобильных дорогах  «Саудакент-Жанатас-Каратау» до пос. Асса и «Тараз-Асса-Аккуль-Саудакент» коэффициент прочности не превышает Кпр=0,85-0,94 и Кпр=0,92-0,93, соответственно. На республиканских дорогах значения коэффициентов прочности дорожных одежд не ниже Кпр=0,96 (таблица 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1. Конструкция дорожных одежд на дорогах Казахстана (по данным исследования КазАДИ. 2011-2012 гг.)

 

Автомобильная дорога

Конструкция дорожной

одежды

Конструктивные

слои

 

Тараз-Аса-

Аккуль-Саудакент

 

км 8+500

 

 

 

   5 см
 

  14 см
 

  13 см
 
Овал: 1

  12 см
 
                     

Овал: 2

Овал: 3

Овал: 4           

 

 

                                         

   4 см
 
                                            

                 

 

1 – холодный а/б;

 

2 – черный гравий;

 

3 – гравийно-песчаная смесь, фр. 0-30 мм;

 

4 – мелкий гравий.

 

Толщина д.о. – 36 см

Кп=0,86, Етр=180 МПа

 

 

Тараз-Сарыкемер-Туймекент-Акшолак

 

Овал: 1                     

Овал: 2

Овал: 3

Овал: 4           

  11 см
 

  17 см
 

  7 см
 

 

 

 

 


  6 см
 

 

1-     холодный а/б;

 

2-     старый а/б

 

3-     гравийно-песчаная смесь 0-70 мм

 

4-природный гравий

 

Толщина д.о. – 41см

Кп=0,92, Етр=180 МПа

 

 

Берлик-Мойынкум-Уланбел-Шыганак

Овал: 1                     

Овал: 2

Овал: 3

Овал: 4           

  11 см
 

  15 см
 

  7 см
 

 

 

 

 


  7 см
 

 

1-холодный а/б

 

2-черный щебень;

 

3-гравийно-песчаный слой;

 

4-природный гравий

 

Толщина д.о. – 40 см

Кп=0,83, Етр=180

 

Модуль упругости минимальный требуемый — расчетный параметр дорожной одежды, вычисляемый в зависимости от суммарного расчетного числа приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды. Для определения расчетного суммарного количества приложений расчетной нагрузки  за межремонтный срок службы дорожной одежды необходимо располагать данными об интенсивности и составе движения транспорта и изменении их во времени.

Общую интенсивность движения на первый год службы (планируемый год сдачи дороги в эксплуатацию  приводят к расчетным автомобилям:

 

                                     Np = f полNm Sm сум,                                        (1)

где: fпол  – коэффициент, учитывающий число полос движения; n  – общее число различных марок транспортных средств в составе транспортного потока; Nm – число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных                    средств; Sm.сумм– суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства m-й марки к расчетной нагрузке.

Суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы находится по формуле:

                                                                      (2)

 

где: np – количество дней в году с расчетным движением транспорта, 365                дней; Т –  расчетный срок службы, 15 лет; q – коэффициент изменения интенсивности движения, приведенной к расчетной нагрузке q=1,02-1,05.

Исходя из условия прочности дорожную одежду конструируют таким образом, чтобы на её поверхности был обеспечен общий модуль упругости, равный расчетному:

                                     Еобщ=Ер=Етр∙Кпр  .                                                                 (3)

 

Требуемый модуль упругости определяется в зависимости от расчетного суммарного количества приложений расчетной нагрузки за срок службы конструкции дорожной одежды:

 

                                                                     (4)

 

где: А,В.и С – параметры уравнения А=120 МПа, В=74 МПа; С=4,5 МПа.

 

Примеры расчета по определению требуемых модулей упругости для автомобильных дорог:

1.       Бурыл – Кумжота

 

Np=0,55∙(75∙0,3+11∙0,73+24∙0,007+4∙0,08+5∙0,95+37∙5,5+25∙6,67+

+13∙12,3+9∙0,006)=311,29 авт/сут

 

2. Акколь-Койгельды

 

Np =0,55∙ (2∙0,3+2∙0,007+3∙0,008) = 1 авт/сут

 

3. Кемер-Берлик-Устем

 

Np =0,55∙ (80∙0,007+16∙0,08+48∙0,950+17∙0,35+24∙5,5+10∙1,81+7∙6,67+

+3∙7,12+10∙9,57+10∙0,006+10∙0,0260)=155 авт/сут

 

Согласно таблице 2, сравнение фактических и требуемых модулей показало, что по прочности конструкция дорожной одежды на 80 % автомобильных дорогах не соответствует требуемому модулю упругости (рис. 2).

 

Таблица 2.  Сравнение фактических и требуемых модулей упругости

 

№ п/п

Наименование автомобильной дороги

Фактический модуль упругости, МПа

Требуемый модуль упругости, МПа

1

Бурыл – Кумжота

171

264

2

Акколь-Койгельды

164

296

3

Кемер-Берлик-Устем

153

238

 

 

Рисунок 2. Соответствие фактического и

требуемого модулей упругости

 

На основании вышеприведенных расчетов можно определить требуемую модуль упругости в зависимости от расчетной интенсивности движения (рис. 3).

Nр,авт/сут

 

Рисунок 3. График требуемой модули упругости в зависимости

от расчетной интенсивности движения

 

Полученное уравнение у=0,178х+181,2 позволяет определить требуемый модуль упругости, в зависимости от расчетной интенсивности движения для автомобильных дорог с расчетной нагрузкой, относящихся к группе А2.

Резюме. Местные дороги по техническим параметрам и своей протяженности существенно отличаются от республиканских. Однако, осевая нагрузка, передаваемая на их конструкцию дорожной одежды на многих автомобильных дорогах Казахстана местного значения почти достигли республиканских дорог (13 т и выше). Ныне проводимые дорожно-ремонтные работы на местных дорогах не в силах восстановить их несущую способность, соответствующую фактической осевой нагрузке, а значит сроки их службы не превышают 3 лет.  В связи с этим, местные дороги Казахстана, как и республиканские, требуют реабилитации, т.е. повышения технической категории.

 

Литература

1.    Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. ч1 и 2. – М.; Транспорт, 1987.

2.    Красиков О.АП. Оценка прочности и расчет усиления нежестких дорожных одежд. – Алматы: КазгосИНТИ,  2006. – 307 с.

3.    ПР РК 218-04-97. Инструкция по учёту интенсивности движения транспортного потока на автомобильных дорогах. –  Алматы: Минтранском РК, 1997.

4.        СНиП 3.03.09-2006. Автомобильные дороги. – Астана: Минтранском РК, 2007.