магистрант Несіпбекулы Данияр

 

Казахская автомобильно-дорожная академия им.Л.Б.Гончарова

 

Обоснование применения геосинтетических материалов при усилении конструкции дорожных одежд

 

           

Прочность дорожных конструкций является одним из важнейших транспортно-эксплуатационных показателей, влияющих на технический уровень и эксплуатационное состояние дороги.

В процессе эксплуатации дорожной конструкции под воздействием автомобильного движения, погодно-климатических и грунтово-гидрологических факторов происходит постепенное снижение её прочности, связанное с внутренними, необратимыми изменениями в каждом из конструктивных элементов.

Возможны три основных способа повышения ее прочности: строительство нового покрытия на старой дорожной одежде; замена верхнего слоя или всех слоев покрытия с сохранением или с усилением основания; полная замена всей дорожной одежды с учетом перспективы роста интенсивности движения.

Широкое распространение находят различные способы усиления промежуточного слоя путем укладки металлической сетки или сетки полипропилена в виде решетки из высокопрочных полимеров, применение которого позволяет более равномерно распределять нагрузку на нижележащие слои, воспринимать растягивающие напряжения и локализовать развитие трещин.

 В мировой практике дорожного строительства уже более 40 лет используются геосинтетические материалы.

 В Европе и США, геосинтетические материалы применяются уже более полувека, неоднократно доказав не только  свою эффективность, но и экономическую выгоду при сохранении высокого качества и надежности сооружений.

 За последние десятилетия преимущество использования геотекстиля, геосеток, георешеток, геоматов, геомембран было по достоинству оценено и в нашей стране. Использование данных материалов неоднократно доказало комплексный эффект: не только снижение стоимости и сроков выполнения, но и такого фактора, как экономия природных ресурсов.

 Одной из главных задач местных автомобильных является сохранение существующих дорожных одежд в условиях увеличивающихся осевых нагрузок и роста интенсивности движения транспортного потока. Для решения данной задачи необходимо провести комплексный анализ соответствия дорожных одежд современному уровню осевых нагрузок и интенсивности движения, включающий: оценку потребности работ по реконструкции и капитальному ремонту для приведения дорог в соответствие с осевыми нагрузками и интенсивностью движения,  разработки рекомендаций.

Исследовательской группой  КазАДИ им Л.Б. Гончарова  в период с июля по август  2012 года был проведен учет интенсивности и состава   движения, проведена диагностика автомобильной дороги «Толеби-Шокпар» (км 0-61) Жамбылской области.

Результаты анализа интенсивности движения доказывают, что автомобильная дорога относится к 3 технической категории (табл. 1)

 

Таблица 1 Интенсивность движения

Легковые и микроавтобусы

Автобусы

Одиночные грузовики

Автопоезда с прицепом, количество осей

Седельные тягачи с полуприцепом, количество осей

Тракторы

Мотоциклы

ВСЕГО

средние

тяжелые

2-х осные, грузоподъемностью, т

3-х и 4-х осные груз.,т

11=11

11=12

12=11

12=12

111

112

113

122

123

лег/с приц

тяж/с приц

до 2

2=5

5=10

5=10

10=20

1663

26

0

17

1

48

5

15

0

0

0

0

8

0

2

0

0

24

2

26

1837

 

Результаты инструментального измерения прочности конструкций дорожных одежд автомобильных дорог, обследованных в 2011-2012 гг. приведены в  в таблице 2.

 

Таблица 2 Анализ инструментального измерения

 

Наименование автомобильной дороги

Модуль упругости, МПа

Коэффициент прочности

Толе би-Шокпар

136

0,75<0,94

 

Анализ существующих конструкций  дорожных одежд отражен в таблице 3

 

Таблица 2.3 Анализ конструкций дорожных одежд 

Титул автомобильной дороги

Конструкция дорожной одежды

Лабораторное заключение

Толе би-Шокпар

1.  асфальтобетон -6см                                                                      2.  Черный щебень -6см                                                                           3. ГПС -35 см    

Керн а/б покрытия. По зерновому составу наблюдается отсутствие фр.20мм, занижено содержание мелких фр. (0,315-0,16мм).

 

На автомобильной дороги «Толе би-Шокпар» (км 0-61) выявлены следующие виды деформаций и разрушений дорожного покрытия: поперечные трещины, выбоины, колейность, гребенка, сетка трещин.

Введение в конструкцию дорожной одежды георешетки (геосетки) позволяет усилить дорожную одежду и предупредить взаимопроникновение материалов контактирующих слоев. Усиление достигается благодаря совместной работе георешетки (геосетки) с зернистым материалом основания (покрытия переходного типа), приводящей к блокировке (ограничению перемещений) отдельных зерен этого материала в ячейках геосетки (георешетки). Образованный композитный слой «зернистый материал + георешетка» обладает лучшими механическими свойствами, прежде всего, повышенной устойчивостью к воздействию динамических нагрузок

К объемным ячеистым георешеткам, выпускаемым ТОО «КазГеоСинтетика», относятся геокаркасы, имеющие торговую марку «Геокаркас KGS». Они представляют собой объемную ячеистую конструкцию, складывающийся модуль различных типоразмеров /2/.

          Защитно-армирующие прослойки из ГТ KGS, отвечающие требованиям, назначают на основе расчетного уточнения параметров дорожной одежды. Результаты расчетного уточнения выражаются в изменении (снижении) толщин отдельных слоев дорожной одежды или увеличении срока службы дорожной одежды.

 

Определение требуемого модуля упругости для автомобильной дороги  Толе би-Шокпар

 

Np= 0,55*(26*0,3+17*0,007+1*0,08+48*0,95+5*0,35+15*5,5+8*1,23+2*9,57

+24*0,006+2*0,026)=92 авт/сут

Предлагаемая конструкция дорожной одежды

 

Мелкозернистый асфальтобетон БНД 60/90

Е=3200 МПа, h=5см

 

Крупнозернистый асфальтобетон БНД 60/90

Е=2000 МПа, h=7см

 

ЩГПС не обработанная вяжущими Е=280 МПа, h=15см

 

Песчано-гравийная смесь

Е=180 МПа, h=21см

 

Расчет конструкции дорожной одежды без армирования

 

а)Расчет конструкции дорожной одежды по допускаемому упругому прогибу

Егр =56МПа  ϕ=360   с=0,014 МПа

 

Общий модуль упругости на поверхности второго слоя:

,   ,

По номограмме рис. 6.1  /2/ находим , .

 

Общий модуль упругости на поверхности третьего слоя:

,  ,

По номограмме рис. 6.1  /2 / находим , .

 Общий модуль упругости на поверхности четвертого слоя:

, ,

отсюда ,  .

Значение толщины песчано-гравийной смеси, т.е. 4 слоя конструкции дорожной одежды:

,  ,

отсюда ,  см.

         Толщина всей конструкции:  см.

.

Условие прочности выполняется.

 

б) Расчет дорожной одежды по сдвигу в грунте земляного полотна

отсюда МПа,

Вычисляют отношение  и ,

 где:  –расчетный модуль упругости подстилающего грунта,78   МПа;

 –  суммарная толщина конструктивных слоев одежды, см;

 – диаметр следа колеса расчетного автомобиля, см.

 

,  ,  φгр = 360.

После этого с помощью номограммы  в зависимости от характера рассчитываемого грунта находят максимальное активное напряжение сдвига от временной нагрузки в относительных единицах -,  где  – среднее удельное давление от расчетного автомобиля, р = 0,6 МПа. Умножив найденную величину на р, получим абсолютное значение

                                ; . 

Активное напряжение сдвига от собственного веса дорожной одежды находят по номограмме.

,  Т = 0,0108– 0,004 = 0,0068 МПа,

Тдоп = 0,018· 0,6 · 0,74 · 5 = 0,039 МПа.

Таким образом,   Т<Тдоп       .

 

в) Расчет промежуточных слоев из слабосвязных материалов на устойчивость против сдвига определяют не достигается ли предельное напряжение сдвига в песчано-гравийной смеси. Для этого вычисляют средний модуль упругости слоев, лежащих выше него:

 

 МПа,

 , ,  φгр = 380,

,  МПа,

Тдоп = 0,005 · 0,6 · 0,74 · 5= 0,027

. Условие прочности выполняется.

 

г) Рассчитываем асфальтобетонные слои на сопротивление растяжению при изгибе:

 

 МПа,

По отношениям ,

 с помощью номограммы находим =2,6 МПа.

Следовательно, σr = 2,5 · 0,6 · 0,85 = 1,27 МПа,

Rдоп = 1,6 · (1 – 1,71 · 0,1) · 0.98 ·0,9 = 1,28 МПа,

.

Условие прочности выполняется

 

 

Расчет армированной дорожной одежды

 

   Расчет армированных дорожных одежд капитального типа по допускаемому упругому прогибу

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочно­сти и надежности по величине упругого прогиба при условии:




Рассчитываем коэффициент усиления, определяемый по уравнению 3,7

 

α1=0,4681+0,297014*0,32+0,317073*0,97+0,0000587499*2,70+0,578882*0,26+0,241811*0,2-0,04190,37*0,322-0,128847*0,32*0,97+0,00714644*0,32*2,7-0,192632*0,32*0,26+0,0005874*0,32*0,20-0,0504734*0,972-0,00411185*2,70*2,70-0,193294*0,97*0,26+0,180797*0,97*0,20+0,000800262*2,70-0,0049009*2,70*0,26-0,0115489*2,70*0,20-0,011354*0,262-0,239919*0,26*0,20-1,28997*0,202)-1=1,31

 

 Согласно проведенного расчета без армирования Еобщ=224МПа, Етр=224 МПа, Кпр=0,94.

С учетом армирования дорожной одежды увеличивается общий модуль упругости, за счет коэффициента усиления

1,31*224≥224*0,94

293,44≥210,56

Общий модуль упругости увеличился 1,39 раза (293,44/210,56=1,39)

    

   Список использованной литературы:

1.                 СН РК 3.03-19-2006  Проектирование дорожных одежд нежесткого типа

2.                 Р РК 218-78-2009 Рекомендации по применению геоситетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог в условиях Республики Казахстан

3.                 Отчет о выполненной работе по диагностике  дороги «Толеби-Шокпар» областного значения Жамбылской области. КазАДИ им.Л.Б.Гончарова,2012г.