Дискретные материалы в дорожном строительстве

Обновлено: 25.04.2024

Всё многообразие строительных материалов и изделий не являются обособленными продуктами заводского производства или природного происхождения, изолированные друг от друга,. Несмотря на большое различие в их составе, технологии изготовления, производственном назначении в исходном сырье, все строительные материалы еще в большей мере остаются сходными между собой, а при так называемой оптимальной структуре - подобными друг другу. Их качество в значительной степени обусловлено характером оптимальной структуры, оно закономерно изменяется с изменением этой структуры при одинаковом составе материалов. Знание общих научных положений позволяет более осмысленно воспринимать специфические особенности, которыми обладают различные конкретные строительные материалы. Комплекс этих знаний состава и структуры материалов позволяет на практике обеспечивать качество материалов на заданном уровне, прогнозировать надежность и долговечность материалов в конструкции, разрабатывать новые материалы оптимизировать технологию производства со снижением их стоимости и т. д.

Все большинство материалов можно рассматривать как дискретные и конгломераты.

Дискретность – разделенный, прерывистый, зернистость строения материала.

Большинство дискретных материалов (щебень, гравий, песок) используются для получения конгломератов. Кроме того, дискретные материалы применяются в качестве конструктивных слоев дорожных одежд. Основными отличительными свойствами конструктивных слоев дорожных одежд из дисперсных материалов являются отсутствие прочности на изгиб и низкая сдвигоустойчивость. Как правило, дискретные материалы относятся к гетерогенным системам.

Гетерогенная система – разнородная, состоящая из различных по физическим свойствам и химическому составу частей. Все искусственные конгломераты являются гетерогенными системами.

Искусственными строительными конгломератами называют материалы, применяемые в строительстве, в которых заполнитель (дискретный материал или система) сцементирован в общий монолит посредством вторичных дисперсных вяжущих веществ.

В земной коре имеются природные (естественные) конгломераты, которые формировались в течение длительного времени: песчаники, известняки, гипсы, битумосодержащие породы и др.

К искусственным строительным конгломератам (ИСК) относят цемент- и асфальтобетоны, растворы, полимербетоны и полимерасфальтобетоны, керамические материалы и др.

1. гранулометрического состава заполнителей;

2. минерального и химического состава вяжущего;

3. технологическими способами;

4. введением специальных добавок (ПАВ) можно изменять и активно регулировать структуру и свойства конгломератов, в значительной степени изменять свойства исходных дисперсных материалов и систем.

Ориентировочно 90% от общего количества строительных материалов приходится на долю ИСК и их компонентов (вяжущих и заполнителей). Оставшиеся 10% – металлические и деревянные материалы.

Основой классификации конгломератов является общая теория формирования их структуры, свойств и методов исследования.

Требуемый зерновой состав минеральных материалов определяется областью их применения:

– для асфальтобетонных и цементобетонных смесей

- для железобетонных изделий

- для устройства щебеночных оснований автомобильных дорог

- для строительства фундаментов зданий и сооружений

- для устройства подпорных стенок в горных районах и т.д.

- в качестве мелкого заполнителя при приготовлении асфальтобетонных и цементобетонных смесей

- для строительных растворов

Каменные материалы определяют макроструктуру конгломератов, которая в значительной степени зависит от максимального размера фракций.

Цементы, обуславливающие микроструктуру цементобетона характеризуются еще более высокой дисперсностью в сравнение с минеральным порошком. Так зерновой состав цемента должен быть таким, чтобы содержание фракций размером менее 0,08 мм составляло более 85% удельная поверхность обычных цементов 2000-3000, быстротвердеющих 3500-5000 см 2 /г.

Дисперсность цемента в значительной степени определяет активность ( марку ) вяжущего, а также начало и конец его схватывания. Технология приготовления, укладки и уплотнения цементобетонов тесно связана с дисперсностью в частности цемента, и составляющих в целом.

В общем случае рациональный предел тонкости помола устанавливают экспериментальным путем.

Предел дисперсности минеральных материалов устанавливают с помощью предварительных исследований и с учетом предполагаемой технологии ее основных параметров.

Структурообразование ИСК происходит преимущественно на стадиях

производства с последующим их применением для получения готовых к употреблению конгломератов, завершающееся в основном после полного затвердевания. В некотором объеме оно может продолжаться вэксплуатационный период, хотя для последнего более всего характерным являются процессы старения конгломератов.

В технологии производства конгломератов можно выделить ряд типичных операций

К наиболее важным в структурообразование относятся:

1. подготовительные операции;

2. перемешивание отдозированных материалов;

3. формирование и уплотнение изделий из готовой смеси;

4. обработка отформованных изделий.

К процессам структурообразования и сопутствующих им явлениям относят также конструкцию, усадку, релаксацию, ретардацию и некоторые другие явления и процессы, возникающие в системе на различных этапах технологии и затвердевания конгломерата. Они оказывают существенное влияние на скорость общего процесса структурообразования.

Контракция состоит в самопроизвольном сжатии (самоуплотнении) системы с уменьшением ее первоначального объема в основном за счет образования новых химических соединений (химическая усадка) с переводом некоторой доли объемной (свободной ) жидкой среды в химически связанное состояние.

Усадка - уменьшение в объеме, что происходит под влиянием сжимающих капиллярных сил. переходе твердых компонентов в жидкое состояние с последующим заполнением пор и пустот жидкой средой, испарения части жидкой среды, снижения температуры ( охлаждения ), в том числе вследствие эндотермического эффекта.

Релаксация – при снижении напряжения (нагрузки) деформация остается неизменной.

Ретардация – наоборот, деформация при неизменной нагрузке увеличивается (так называемая – усталостность материала).

Таким образом, анализ показывает, что комплекс процессов, протекающих на основных этапах технологии изготовления искусственных строительных конгломератов, характеризуется большим числом переменных и сложных взаимосвязей. Это практически исключает возможность выразить комплекс процессов в математической форме, например в виде системы дифференциальных уравнений.Более предпочтительным остается экспериментальный метод что не противоречит, и , наоборот, в полной мере согласуется с диалектическими представлениями об основных тенденциях развития современной науки.

Модифицированный динамический инженерный метод расчета главных напряжений вдискретных материалах дорожных конструкций

Грязнова Марина Константиновна, студент

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

В статье кратко описаны методики расчета главных напряжений в дорожных конструкциях. Объединены два метода «СибАДИ», что позволило рассчитывать минимальные главные напряжения в дискретных материалах через величину максимального главного напряжения от динамической нагрузки, изменяющейся во времени по синусоиде.

Ключевые слова: дорожная конструкция, главные напряжения динамическая нагрузка

В настоящее время разработан ряд методов, позволяющих рассчитывать характеристики напряженно-деформированного состояния (НДС) в дорожных конструкциях от динамических нагрузок, распределенных по круглой площадке. Эти методы условно разделим на точные [1–3], в основе которых использован смешанный метод теории упругости, и инженерные [4–6], позволяющие рассчитывать только одну вертикальную компоненту в тензорах напряжений и деформаций. Достоинство точных методов расчета, берущих свое начало в работах Д. Бурмистра [7, 8], К. Юшиты [9], Ю. Хуанга [10] и др. выдающихся ученых известных во всем мире состоит в том, что эти решения позволяют вычислять все компоненты тензора напряжений и деформаций. Такие решения удовлетворяют всем канонам механики сплошной среды, в частности линейной теории упругости, но конечные математические выражения громоздки и без вычислительного программного обеспечения сложно реализуются на практике. Инженерные методы [4–6] и подобные удовлетворяют только часть допущений и постулатов теории упругости и позволяют вычислять только вертикальное нормальное напряжение и вертикальную относительную деформацию, зато формулы для определения этих компонент тензоров просты и легко применяются специалистами при исчислении. В настоящей публикации автор предпримет попытку модификации инженерного метода расчета напряжений, предложенного в работе [6]

Согласно решению [4–6] вертикальное нормальное напряжение в слое можно определить по формуле, которую запишем в общем виде:

(1)

Где q₀ — нагрузка, распределенная по круглой площадке, на поверхности рассчитываемого слоя, Па; E₁ и Е₂ — модули упругости материалов верхнего (рассчитываемого) и нижнего слоев, в случае если подстилающий слой является слоистым полупространством, то Е₂ может быть найден, как общий модуль упругости на поверхности подстилающего полупространства, Па; z — глубина расположения точки в рассчитываемом слое, определяемая расстоянием от поверхности слоя до этой точки, м; D₀ — диаметр круглой площадки, по которой распределена нагрузка на поверхности рассчитываемого слоя, м.

В сечении расположенном по оси симметрии нагрузки, распределенной по круглой площадке, направления главных и координатных осей совпадают, вследствие чего в этом сечении имеют место равенства ₁=_z, ₁=_x, ₁=_y [11]. Поэтому в сечении по оси симметрии нагрузки формулу (1) можно применить для расчета как вертикального нормального, так и максимального главного напряжения, но в слоях из дискретных материалов и грунтах земляного полотна. Для расчета минимальных главных напряжений применим способ, опубликованный в работах [12]. Этот способ применим для определения напряжений в полупространстве [13], а так же слое конечной толщины [14], что позволило модифицировать ряд моделей механики зернистой среды и инженерных способов расчета [15–17].

Следуя этим работам минимальное главное напряжение в полупространстве определяют по формулам:

; (2)

где  — функция глубины;  — коэффициент Пуассона;  — коэффициент бокового давления; К — коэффициент уменьшения максимального главного напряжения по глубине в сечении по оси симметрии нагрузки.

Из анализа зависимости (1) следует, что коэффициент К определяется вторым множителем, заключенным в квадратные скобки, то есть

(3)

Зависимость (3) применима к полупространству. В соответствии с данными работы [14] для расчета К в слое конечной толщину нужно применить метод Н. Одемарка:

В методе Н. Одемарка [18] имеется возможность рассчитать приведённую по жесткости ординату точки в полупространстве z к ординате точки в слое конечной толщины z_сл. Сделать это можно по формуле:

(4)

где z_сл — ордината точки, расположенной на оси симметрии нагрузки слоя толщиной h, то есть 0z_слh, м; E_сл — модуль упругости материала слоя, МПа; E_осн — общий модуль упругости на поверхности однородного или слоистого полупространства, подстилающего рассчитываемый слой, МПа.

Тогда с учетом (4) зависимость (3) примет вид:

(5)

Подставляя выражение (5) во вторую формулу зависимостей (2), получим:

(6)

Подставив зависимости (1) и (6) в первое выражение формул (2), получим:

(7)

Предложенная автором модель, включающая в себя известную и новую формулы (1) и (7), является новой модификацией, полученной применением способа [12–14]. Этой модели в работах [15–17] нет, поэтому она дополняет перечень модифицированных моделей для расчета главных напряжений в дискретных средах в сечении по оси симметрии нагрузки. Область ее применения достаточно широка, можно использовать при вычислении допускаемых давлений на земляное полотно и слои дорожной одежды [19–23], или при расчете необратимых деформаций в материалах с дискретной структурой [24–26]. При допущении, что при достаточно высоких температурах асфальтобетона в сравнительно толстых слоя, возникает трехосное сжатие, то эта модель применима для: расчета деформаций [27, 28], эквивалентных напряжений в критериях прочности [29–31], мер теории накапливания повреждений [31–34].

1. Колмогоров Г. Л., Кычкин В. И., Есипенко И. А. Метод конечных разностей в исследовании дорожных одежд при воздействии реальной транспортной нагрузки // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2014. — № 1. — С. 69–77.

2. Колмогоров Г. Л., Кычкин В. И., Есипенко И. А. Динамическая реакция дорожной одежды на действие динамической нагрузки // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2015. — № 5. — С. 39–47.

3. Есипенко И. А., Колмогоров Г. Л., Кычкин В. И. Численное моделирование колебаний дорожной одежды с учетом изменения приведенных физико-механических свойств материала // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. — 2014. — № 3. — С. 57–73.

4. Смирнов А. В., Андреева Е. В. Динамическое напряженное состояние слоев дорожных одежд конструкций, изгибаемых колебательным волновым полем // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2012. — № 5 (27) — С. 68–70.

5. Смирнов А. В., Андреева Е. В., Герцог В. Н. Воздействие подвижных нагрузок на покрытия и основания автомагистралей // В сборнике: Актуальные проблемы архитектуры и строительства Материалы международной научно-практической конференции. 2014. С. 117–124.

6. Смирнов А. В., Андреева Е. В., Игнатов В. Ф. Динамические процессы в дорожных конструкциях // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2015. — № 5 — С. 81–86.

7. Burmister D. M. The Theory of Stresses and Displacements in Layered Systems and Applications to the Design of Airport Runways // Proceedings, Highway Research Board. — 1943. –Vol. 23. — P. 126–144.

8. Burmister, D. M. Stress and Displacement Characteristics of a Two-Layered Rigid Base Soil System: Influence Diagrams and Practical Applications. // Proceedings Highway Research Board. — 1956. — Vol. 35. — P. 773–814.

9. Ueshita K., Meyerhof, G. G. Surface Displacement of an Elastic Layer under Uniformly Distributed Loads // Highway Reasearch Board Record. — 1968. — №. 228. — P. 1–10.

10. Huang Y. H. Computation of Equivalent Single-wheel Loads Using Layered Theory // Proceedings, Highway Research Board. 1969.

11. Александров А. С. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок: монография. — Омск: СибАДИ, 2014. — 152 с.

12. Александров А. С., Долгих Г. В., Юрьев Д. В. Расчет главных напряжений в слоях дорожной одежды из дискретных материалов // Транспортное строительство. — 2011. — № 7. — С. 17–22.

13. Александров А. С., Долгих Г. В. Способ определения минимального главного напряжения. Часть 1. В грунтах земляного полотна. // В сборнике: Наука XXI века: опыт прошлого — взгляд в будущее: материала II международной научно-практической конференции — Омск, СибАДИ, 2016 — С. 64–68.

14. Александров А. С., Долгих Г. В. Способ определения минимального главного напряжения. Часть 2. В слоях дорожной одежды из дискретных материалов // В сборнике: Наука XXI века: опыт прошлого — взгляд в будущее: материала II международной научно-практической конференции — Омск, СибАДИ, 2016. — С. 69–73.

15. Александрова Н. П. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в грунте земляного полотна // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Омск, 2013. — С. 236–246.

16. Александрова Н. П., Семенова Т. В., Долгих Г. В. Совершенствование моделей расчета главных напряжений и девиатора в грунте земляного полотна // Вестник СИБАДИ. — 2014. — № 2 (36). С. 49–54.

17. Александров А. С., Александрова Н. П., Долгих Г. В. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в дорожных конструкциях из дискретных материалов // Строительные материалы. — 2012. — № 10. — С. 14–17.

18. Odemark N. Investigations as to the Elastic Properties of Soils and Design of Pavements according to the Theory of Elasticity. Ph.D. thesis. Statens Väginstitut, Mitteilung No. 77. Stockholm, Sweden, 1949.

19. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. О допускаемых давлениях на грунты земляного полотна и слои дорожной одежды // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2012. № 2. — С. 10–13.

20. Долгих Г. В. Применение безопасного давления в качестве критерия расчета земляного полотна по сдвигу в грунте // В сборнике: Наука XXI века: опыт прошлого — взгляд в будущее: материала II международной научно-практической конференции — Омск, СибАДИ, 2016. — С. 113–117.

21. Долгих Г. В. Применение критерия безопасных давлений для расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу в грунте земляного полотна // В сборнике: Политранспортные системы материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия — ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. — С. 176–182.

22. Долгих Г. В. Расчет нежестких дорожных одежд по критерию безопасных давлений на глинистые грунты земляного полотна // Автореф. Дис. канд. техн. наук. — Омск: СибАДИ. — 2014. — 20 с.

23. Долгих Г. В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 6 (34). — С. 43–49.

24. Александров А. С., Киселева Н. Ю. Пластическое деформирование гнейс- и диабаз материалов при воздействии повторяющихся нагрузок // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2012. — № 6. — С. 49–59.

25. Александров А. С. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки // Инженерно-строительный журнал. — 2013. — № 4 (39) — С. 22–34.

26. Александров А. С. Обобщающая модель пластического деформирования дискретных материалов дорожных конструкций при воздействии циклических нагрузок // Строительные материалы. 2016. № 5. С. 27–30.

27. Кузин Н. В. Расчет пластических смещений асфальтобетонных порожных покрытий // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 253–255.

28. Кузин Н. В. Исследование пластичности дорожных асфальтобетонов // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 255–257.

29. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Учет поврежденности структуры асфальтобетона в критериях прочности и условиях пластичности // В сборнике: Политранспортные системы материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия — ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. — С. 219–225.

30. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Модификация критериев прочности и условий пластичности при расчетах дорожных одежд // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2015. № 1 (41). — С. 47–54.

31. Чусов В. В. Модифицированные критерии Писаренко-Лебедева и Кулона-Мора, учитывающие меры теории накапливания повреждений // Молодой ученый. — 2016. — № 9 (113). — С. 338–341.

32. Aleksandrova N. P. Chysow V. V. The usage of integral equations hereditary theories for calculating changes measures in the theory of damage when exposed to repeated loads //// Magazine of Civil Engineering, 2016, No.2. Article in Press.

33. Чусов В. В. Применение теории накапливания повреждений в условиях пластичности асфальтобетона для расчета дорожных покрытий по сопротивлению сдвигу // Молодой ученый. — 2016. — № 6 (110). — С. 221–227.

Основные термины (генерируются автоматически): круглая площадка, ось симметрии нагрузки, максимальное главное напряжение, рассчитываемый слой, вертикальное нормальное напряжение, динамическая нагрузка, земляное полотно, конечная толщина, общий модуль упругости, слоистое полупространство.

Особенности проектирования истроительства дорожных одежд соснованиями из укрепленных грунтов

Звягинцева Алена Сергеевна, студент

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

В статье кратко описаны современные аналитические и феноменологические методы проектирования дорожных одежд, включающих основания из укрепленных грунтов и традиционных дискретных материалов. Приведены основы технологии стабилизации грунтов вяжущими при помощи ресайклеров стабилизаторов.

Ключевые слова: дорожная одежда, укрепленный грунт, ресайклер стабилизатор, деформация, главные напряжения

В любом регионе РФ имеются природные дисперсные грунты, которые широко применяют для строительства земляного полотна. Основным недостатком таких грунтов являются сравнительно малые значения параметров прочности и деформируемости. Причем у глинистых грунтов эти параметры зависят как от степени уплотнения, так и влажности. Судить о влиянии влажности и коэффициента уплотнения на величину модуля упругости, сцепления и угла внутреннего трения можно по результатам их расчета по формулам, опубликованным в научных статьях [1–6]. Поэтому применение грунтов в дорожной одежде требует их стабилизации, подразумевающей повышение параметров прочности и деформируемости.

Анализируя методы расчета дорожных одежд, созданные в последнее время, можно сказать, что по признаку применения к определенному конструктивному элементу их следует разделить на несколько групп:

− применяемые к земляному полотну и преследующие цель совершенствования расчета по сопротивлению сдвигу в грунте [7–10] и расчета величины безопасного давления, которое дорожная одежда передает на земляное полотно [11–14]. Совершенствование таких методов расчета выполняют модификацией условий пластичности [15–19] и моделей расчета главных напряжений [20–24];

− применяемые ко всей дорожной конструкции в целом, к которым прежде всего следует отнести расчеты на воздействие динамической нагрузки [25–27];

− применяемые к одному конструктивному элементу дорожной одежды, например асфальтобетонному покрытию [28–34] или основанию из дискретного материала [35–40].

К сожалению ни один из этих методов не учитывает особенности грунтов укрепленных цементом. Поэтому в дорожных конструкциях с основанием из цемента грунта возможно применение методов расчета грунтов земляного полотна и дорожной конструкции в целом.

Отсюда следует, что повышение срока службы дорожных одежд с укрепленными грунтами следует достигать технологически, обеспечивая качественное измельчение исходного грунта, точную дозировку вяжущего, однородное перемешивание грунта и вяжущего, качественное уплотнение технологического слоя и уход за изготовленным слоем на протяжении всего периода необходимого для набора требуемой начальной прочности (обычно 3–7 суток).

Для укрепления грунтов неорганическим вяжущим применяют ресайклеры-стабилизаторы, которые используют и для холодной регенерации асфальтобетонных покрытий и оснований [41–43]. Эти машины могут работать по одной из двух технологических схем. При первой схеме (см. рис. 1) сухое минеральное вяжущее распределяется на грунт перед машиной, которая при помощи фрезерно-смешивающего барабана перемешивает грунт с вяжущим.

Рис. 1. Порошкообразное минеральное вяжущее, распределенное перед ресайклером-стабилизатором

По второй технологической схеме неорганическое вяжущее впрыскивается под кожух фрезено-смешивающего барабана в виде цементной суспензии (см. рис. 2). При размельчении грунтов фрезерно-смешивающим барабаном в месте действия резцов образуется корыто с вертикальными боковыми стенками, а по взаимодействию агрегатов грунта с рабочим органом машины можно выделить четыре группы. Первая группа агрегатов отбрасывается резцами под малым углом к горизонту, а вторая группа агрегатов отбрасывается на кожух барабана, что способствует дополнительному размельчению.

Рис. 2. Введение минерального вяжущего в виде цементной суспензии

Чем больше размер этих агрегатов, тем больше сила удара о поверхность кожуха. После удара о кожух агрегаты падают на дно корыта. Третья группа агрегатов ударяется о кожух и вновь падает на фрезерно-смешивающий барабан и вновь падает на кожух. Четвертая группа трижды отбрасывается на кожух. Многократные удары грунта о кожух способствуют лучшему его размельчению. Внутри кожуха агрегаты соударяются друг с другом, что способствует дополнительному измельчению.

Основной задачей перемешивания является распределение одного материала в другом. Качество перемешивания в значительной степени влияет на прочность будущего материала. Расчетное значение прочности определяется средним значением прочности, величиной коэффициента вариации прочности и значением коэффициента Стьюдента [41, 42], численное значение которого зависит от заданного уровня надежности и числа степеней свободы. Чем больше значение коэффициента вариации, тем меньше расчетное значение прочности и больше его отклонение от среднего значения. Значение коэффициента вариации тем больше, чем меньше однородность материала. Качественное перемешивание позволяет получить более однородную смесь. Чем однороднее смесь, тем меньше коэффициент вариации прочности и тем меньше отклонение расчетного значения прочности от среднего (нормативного) значения.

Современные ресайклеры стабилизаторы имеют систему электронного дозирования всех видов вяжущего и воды. Эти машины обеспечивают высокое качество всех операций и после всего одного прохода по следу оставляют за собой технологический слой требуемой толщины. Поверхность этого необходимо спланировать автогрейдером, а сам слой уплотнить укаткой катком. При применении минеральных вяжущих готовый слой нуждается в уходе, после выполнения которого, по цементогрунтовому основанию устраивают слои покрытия. Дорожная одежда с асфальтобетонным покрытием и основанием из укрепленных грунтов включает в себя слои из монолитных материалов, которые в меньшей степени подвержены накапливанию пластических деформаций. Поэтому такие дорожные конструкции обладают более высокими показателями ровности.

1. Witczak M. W., Qi X., Mirza M. W. Use of Nonlinear Subgrade Modulus in AASHTO Design Procedure // Journal of Transportation Engineering, Vol. 121, No. 3 1995. Pp. 273–282.

2. Puppala A. J. Estimating Stiffness of Subgrade and Unbound Materials for Pavement Design // NCHRP Synthesis 382, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, DC 2008. 139 p.

3. Heukelom W., Klomp A. J. G. Dynamic Testing as a Means of Controlling Pavements During and After Construction. Proc., of 1st International Conference on Structural Design of Asphalt Pavements. 1962.

4. Александрова Н. П., Семенова Т. В., Стригун К. Ю. Совершенствование методов экспресс оценки качества уплотнения грунтов земляного полотна строительства автомобильных дорог / Н. П. Александрова // Вестник СибАДИ. — 2015. — № 4. — С. 46–57.

5. Семенова Т. В., Долгих Г. В., Полугородник Б. Н. Применение Калифорнийского числа несущей способности и динамического конусного пенетрометра для оценки качества уплотнения грунта // Вестник СибАДИ, 2014, № 1 — С. 59–66.

6. Александрова Н. П., Троценко Н. А. Применение измерителя жесткости грунта Geogauge для оценки качества уплотнения при операционном контроле // Вестник СибАДИ, 2014, № 3 — С. 40–47.

7. Александров А. С., Долгих Г. В. Калинин А. Л. Один из путей совершенствования расчета дорожных одежд по условию сопротивления сдвигу в грунте земляного полотна // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. — Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2013. — С. 9–22.

8. Александров А. С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Том Часть 1. Состояние вопроса. — Омск: СибАДИ, 2015. — 292 с.

9. Александров А. С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Том Часть 2. Предложения. — Омск: СибАДИ, 2015. — 262 с.

10. Петрушин Е. А. Сдвигоустойчивость глинистых грунтов в условиях кратковременных многократных нагрузок // Совершенствование методов расчета и конструирования дорожных одежд. — М.: СоюздорНИИ. — 1986. — С. 88–96.

11. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. О допускаемых давлениях на грунты земляного полотна и слои дорожной одежды // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2012. № 2. — С. 10–13.

12. Долгих Г. В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 6 (34). — С. 43–49.

13. Долгих Г. В. Расчет нежестких дорожных одежд по критерию безопасных давлений на глинистые грунты земляного полотна // Автореф. Дис. канд. техн. наук. — Омск: СибАДИ. — 2014. — 20 с.

14. Долгих Г. В. Применение критерия безопасных давлений для расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу в грунте земляного полотна // // В сборнике: Политранспортные системы материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия — ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. — С. 176–182.

15. Александров А. С., Долгих Г. В. Калинин А. Л. Модификация критериев прочности сплошной среды для расчета грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск: СибАДИ, 2013. — С. 228–235.

16. Александров А. С., Калинин А. Л. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Учет деформаций в условии пластичности Кулона-Мора // Инженерно-строительный журнал. — 2015. № 7 (59). — С. 4–17.

17. Александров А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л. Применение критерия Друкера — Прагера для модификации условий пластичности // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2013. № 2. — С. 26–29.

18. Чусов В. В. Перспективы применения эмпирических условий пластичности грунтов и определение их параметров при трехосных испытаниях грунтов Вестник ВолГАСУ. — 2015. № 42 (61). — С. 49–57.

19. Калинин А. Л. Совершенствование расчета касательных напряжений в дорожных конструкциях. Часть 1. Модификация критерия Писаренко-Лебедева и его применение при расчете касательных напряжений // Молодой ученый. — 2016. — № 6 (110). — С. 108–114.

20. Александрова Н. П. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в грунте земляного полотна // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Омск, 2013. — С. 236–246.

21. Александрова Н. П., Семенова Т. В., Долгих Г. В. Совершенствование моделей расчета главных напряжений и девиатора в грунте земляного полотна // Вестник СИБАДИ. — 2014. — № 2 (36). С. 49–54.

22. Александров А. С., Долгих Г. В., Юрьев Д. В. Расчет главных напряжений в слоях дорожной одежды из дискретных материалов // Транспортное строительство. — 2011. — № 7. — С. 17–22.

23. Александров А. С. Один из путей расчета минимальных главных напряжений в грунтах земляного полотна / А. С. Александров // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». — Омск, СибАДИ, 2013. — С. 217–228.

24. Александров А. С., Александрова Н. П., Долгих Г. В. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в дорожных конструкциях из дискретных материалов // Строительные материалы. — 2012. — № 10. — С. 14–17.

25. Колмогоров Г. Л., Кычкин В. И., Есипенко И. А. Метод конечных разностей в исследовании дорожных одежд при воздействии реальной транспортной нагрузки // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2014. — № 1. — С. 69–77.

26. Колмогоров Г. Л., Кычкин В. И., Есипенко И. А. Динамическая реакция дорожной одежды на действие динамической нагрузки // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2015. — № 5. — С. 39–47.

27. Есипенко И. А., Колмогоров Г. Л., Кычкин В. И. Численное моделирование колебаний дорожной одежды с учетом изменения приведенных физико-механических свойств материала // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. — 2014. — № 3. — С. 57–73.

28. Aleksandrova N. P. Chysow V. V. The usage of integral equations hereditary theories for calculating changes measures in the theory of damage when exposed to repeated loads //// Magazine of Civil Engineering, 2016, No.2. Article in Press.

29. Чусов В. В. Модифицированные критерии Писаренко-Лебедева и Кулона-Мора, учитывающие меры теории накапливания повреждений // Молодой ученый. — 2016. — № 9 (113). — С. 338–341.

30. Чусов В. В. Применение теории накапливания повреждений в условиях пластичности асфальтобетона для расчета дорожных покрытий по сопротивлению сдвигу // Молодой ученый. — 2016. — № 6 (110). — С. 221–227.

31. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Учет поврежденности структуры асфальтобетона в критериях прочности и условиях пластичности // В сборнике: Политранспортные системы материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия — ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. — С. 219–225.

32. Александрова Н. П., Александров А. С., Чусов В. В. Модификация критериев прочности и условий пластичности при расчетах дорожных одежд // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2015. № 1 (41). — С. 47–54.

33. Кузин Н. В. Расчет пластических смещений асфальтобетонных порожных покрытий // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 253–255.

34. Кузин Н. В. Исследование пластичности дорожных асфальтобетонов // Молодой ученый. — 2016. — № 10 (114). — С. 255–257.

35. Александров А. С., Киселева Н. Ю. Пластическое деформирование гнейс- и диабаз материалов при воздействии повторяющихся нагрузок // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2012. — № 6. — С. 49–59.

36. Александров А. С. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки // Инженерно-строительный журнал. — 2013. — № 4 (39) — С. 22–34.

37. Семенова Т. В., Гордеева С. А., Герцог В. Н. Определение пластических деформаций материалов, используемых в дорожных конструкциях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2012. — № 4 (37). — С. 247–254.

38. Семенова Т. В., Герцог В. Н. Пластическое деформирование материалов с дискретной структурой в условиях трехосного сжатия при воздействии циклических нагрузок // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2013. — № 1 (29). — С. 68–73.

39. Александров А. С. Обобщающая модель пластического деформирования дискретных материалов дорожных конструкций при воздействии циклических нагрузок // Строительные материалы. 2016. № 5. С. 27–30.

40. Александров А. С. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок: монография. — Омск: СибАДИ, 2014. — 152 с.

41. Wirtgen холодный ресайклинг. Руководство по применению. Germany: Wirtgen International GmbH, 2006. — 270 с.

42. ARRA. Full depth reclamation, a century of advancement for the millennium. //Asphalt Recycling and Reclaiming Association. Annapolis, US, 1993, 136 p.

43. Muncy S. G. Cold in-place recycling practices in North America. //5-th Eurobitume congress. 1993, Vol 1B, paper 4.39, pp. 886–889.

Основные термины (генерируются автоматически): дорожная одежда, грунт, земляное полотно, группа агрегатов, расчетное значение прочности, фрезерно-смешивающий барабан, асфальтобетонное покрытие, дорожная конструкция, конструктивный элемент, цементная суспензия.

Геосинтетические материалы получают всё более широкое применение в самых различных областях промышленного, гражданского и транспортного строительства. Существенно увеличиваются масштабы их применения в дорожной отрасли. Причём за последние годы объём и номенклатура геосинтетики, выпускаемой отечественными производителями, непрерывно возрастает. Определить уровень эффективности её использования помогает наука.

По существующей практике конструирования и расчёта дорожных одежд (ОДМ 218.5.002–2008) принято, что введение в конструкцию дорожной одежды георешетки позволяет усилить дорожную одежду и предупредить взаимопроникновение материалов контактирующих слоёв. Усиление достигается благодаря совместной работе георешётки с дискретным материалом основания либо покрытия переходного типа, приводящей к блокировке, то есть ограничению перемещений отдельных зёрен этого материала в ячейках георешётки. Считается, что образованный композитный слой «дискретный (зернистый) материал + георешётка» должен обладать лучшими механическими свойствами, и прежде всего, — большим значением модуля деформации, чем неармированный слой из дискретного материала.

Как известно модуль деформации слоя (конструкции) определяется по результатам компрессионных испытаний или по результатам испытания грунта штампом при воздействии статической нагрузки в шурфе или скважине. Для осуществления воспроизводимости и сохранения неизменности таких факторов, как влажность грунта, технология уплотнения и т. п., выполнение испытаний было проведено в лабораторных условиях, с учётом требований ГОСТ 20276–99.

При выполнении экспериментальных исследований модуль общей деформации основания определялся в грунтовом лотке, помещённом в бетонную обойму, имеющую внутренние размеры в плане 3,40 м х 2,00 м и высоту (глубину) 1,40 м (рис. 1).

Грунтовый лоток заполнялся мелким песком с влажностью равной оптимальной (14%), углом внутреннего трения φ1 = 28°, удельным сцеплением с1 = 0,4×10–2 МПа. Песок укладывался в лоток слоями по 0,15 м. Каждый слой уплотнялся виброплитой и специальной ручной трамбовкой-штампом, сбрасываемой с высоты 0,40 м. В процессе укладки песка его плотность по толщине и в плане контролировалась путём отбора проб стандартными кольцами. Применяемая методика уплотнения позволила обеспечить однородную плотность основания, равную ρ= 1,7 т/м 3.

Поверх песчаного подстилающего слоя производилось устройство щебёночного основания (покрытия) методом заклинки по СНИП 3.06.03–85. Устройство щебёночного основания (покрытия) производилось в следующей последовательности:

распределение основной фракции щебня (фракционированного щебеня 40–80 мм, марки 1000, 1 группы по ГОСТ 8267–93) и его предварительное уплотнение;
распределение расклинивающего щебня (двухразовая расклинцовка: фракционированным щебнем 10–20 мм и 5–10 мм, марки 1000, 1 группы по ГОСТ 8267–93) с уплотнением каждой фракции. Толщина щебёночного слоя в уплотнённом состоянии составляла 20 см.

После определения общего модуля деформации на поверхности щебёночного основания, слой разбирался и на место контакта между щебёночным и песчаным слоями основания укладывалась исследуемая георешётка (рис 2). Процедура устройства дискретного слоя, армированного георешёткой, выполнялась аналогично описанной выше последовательности.

В качестве армирующего материала использовался недавно появившийся на рынке и незнакомый отечественной дорожной отрасли геосинтетический материал — георешётка дорожная армированная РД (в дальнейшем именуемая РД). Физико-механические свойства исследуемых геосинтетических материалов представлены в таблице 1.

Рёбра георешётки образованы шестью нитями из пружинной проволоки, покрытыми оболочкой из полиэтилена низкого давления (рис. 3). Для оценки влияния конструктивно-геометрических параметров испытываемой георешётки были изготовлены образцы материала с различными размерами ячеек (от 50×50 мм до 100×100 мм), что оказало влияние на величину прочности на растяжение используемых образцов материалов. Результаты выполненных экспериментальных исследований представлены на рис. 4.

Исследования показали, что применение георешётки дорожной армированной РД при армировании дискретного слоя способствует увеличению модуля общей деформации от 7% до 59% в зависимости от конструктивных особенностей применяемого материала. Основываясь на результатах сравнительных испытаний можно сделать вывод: применение георешётки РД-45 75×75, приводит к уменьшению полной осадки штампа (при равных внешних воздействиях) на 36%, а получаемый композитный слой «дискретный материал + георешётка РД-45 75×75» обладает большим на 59% модулем общей деформации, относительно «традиционного» (не армированного) слоя дискретного материала.

Следует отметить, что эффект, получаемый при армировании дискретного слоя, зависит не только от прочностных характеристик, но и от конструктивно-геометрических параметров используемых материалов (размера ячеек).

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕМОНТЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

1 РАЗРАБОТАН: ООО "Инновационный технический центр".

2 ВНЕСЕН: Управлением научно-технических исследований, информационного обеспечения и ценообразования Федерального дорожного агентства.

5 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

Раздел 1. Общие положения

Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее - Рекомендации) разработан в соответствии с п.3 статьи 4 Федерального закона от 27.12.2002 N 184-ФЗ "О техническом регулировании" и является актом рекомендательного характера в дорожном хозяйстве.

Настоящие Рекомендации предназначены для работников системы дорожного хозяйства.

Рекомендации содержат положения по применению геосинтетических материалов, в том числе геотекстильных нетканых и тканых материалов, георешеток, геокомпозитов, геооболочек для основных областей применения в дорожном строительстве: при выполнении земляных работ, устройстве и ремонте дорожных одежд, дренажей, сооружений, поверхностного водоотвода, для обеспечения устойчивости откосов.

В Рекомендациях приводятся методики контроля свойств геосинтетических материалов, общие конструктивные решения, особенности назначения и расчетного обоснования конструктивных решений, а также технологии производства работ, необходимый справочный материал.

Рекомендации применяются при проектировании вновь строящихся, реконструируемых и ремонтируемых автомобильных дорог, назначении технологии производства работ, разработке альбомов типовых конструкций, технологических карт.

Рекомендации также могут использоваться производителями геосинтетических материалов при разработке, производстве, контроле качества материалов и разработке документов по оценке соответствия.

Раздел 2. Нормативные ссылки

В настоящих Рекомендациях использованы ссылки на следующие документы:

а) ГОСТ Р 50275-92 Материалы геотекстильные. Метод отбора проб.

б) ГОСТ Р 50276-92 Материалы геотекстильные. Метод определения толщины при определенных давлениях.

в) ГОСТ Р 50277-92 Материалы геотекстильные. Метод определения поверхностной плотности.

г) ГОСТ 3811-72 Материалы текстильные. Ткани, нетканые полотна и штучные изделия. Методы определения линейных размеров, линейной и поверхностной плотностей.

д) ГОСТ 6943.0-93 Стекловолокно. Правила приемки.

е) ГОСТ 6943.10-79 Материалы текстильные стеклянные. Метод определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве.

ж) ГОСТ 6943.16-94 Стекловолокно. Ткани. Нетканые материалы. Методы определения массы на единицу площади.

з) ГОСТ 6943.17-94 Стекловолокно. Ткани. Нетканые материалы. Метод определения ширины и длины.

и) ГОСТ 9.060-75 Единая система защиты от коррозии и старения. Ткани. Метод лабораторных испытаний на устойчивость к микробиологическому разрушению.

л) ГОСТ 15902.3-79 Полотна нетканые. Методы определения прочности.

м) ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация.

Раздел 3. Термины, определения и обозначения

В настоящих Рекомендациях применены следующие термины с соответствующими определениями:

Геосинтетические материалы - класс строительных материалов, как правило, синтетических, а также из другого сырья (минерального, стекло- или базальтовые волокна и др.), поставляемых в сложенном компактном виде (рулоны, блоки, плиты и др.), предназначенных для создания дополнительных слоев (прослоек) различного назначения (армирующих, дренирующих, защитных, фильтрующих, гидроизолирующих, теплоизолирующих) в строительстве (транспортном, гражданском, гидротехническом) и включающий следующие группы материалов: геотекстильные материалы, георешетки, геокомпозиты, геооболочки, геомембраны, геоплиты и геоэлементы.

Геотекстильный материал - поставляемое в рулонах сплошное водопроницаемое тонкое гибкое нетканое, тканое, трикотажное полотно, получаемое путем скрепления волокон или нитей механическим (плетение, иглопробивание), химическим (склеивание), термическим (сплавление) способами или их комбинацией.

Георешетка (геосетка) - плоский рулонный материал с ячейками линейных размеров от 1 см, выполняющий преимущественно армирующие функции, или объемный материал с ячейками высотой от 3 см, поставляемый в виде блоков слоев со сложенными ячейками (пространственная георешетка), выполняющий преимущественно защитные функции по отношению к заполнителю ячеек (грунту, крупнопористым минеральным материалам - щебню, гравию, шлаку, материалам, обработанным вяжущим и др.).

Геокомпозит - поставляемый в рулонах или блоках материал из двух или более слоев, создаваемый из различных геотекстильных материалов, геотекстильных материалов и геосеток для более эффективного выполнения отдельных функций, например, геосетки, объединенные с полотном из нетканого геотекстильного материала для усиления покрытий (армогеокомпозит) или фильтр из тонкого нетканого геотекстильного материала, объединенный с создающим объем нетканым высокопористым геотекстильным материалом для дренирования дорожных конструкций (геодрена).

Геооболочка - геотекстильный материал или геосетка, образующие объемные оболочки для заполнения их другими строительными материалами, как правило, на месте производства работ, например, мешки-контейнеры из геотекстильного материала, заполненные песком (геоматы для укрепления откосов), сборные контейнеры из геосеток с заполнением крупнофракционным материалом (габионы).

Геомембрана - сплошное водонепроницаемое рулонное полотно из геотекстильного, обработанного вяжущим, в том числе на месте производства работ, материала или рулонный пленочный материал для создания гидроизолирующих прослоек. В некоторых случаях геомембраны поставляют с заполнителем, например, геооболочка из нетканого геотекстильного материала с заполнителем - порошком из бентонитовой глины.

Геоплита - сплошной теплоизоляционный материал в виде плиты, например, пенопласт.

Геоэлемент - отдельные элементы, не образующие сплошного полотна в виде волокон, тросов, узких лент, выполняющие, как правило, функции армирования, в том числе дискретного.

Раздел 4. Обозначения и сокращения

В настоящих Рекомендациях применены следующие обозначения и сокращения:

- поверхностная плотность или масса 1 м полотна, г/м (ГОСТ Р 50277, ГОСТ 6943.16)*.

- ширина полотна, секции модуля, элемента, м (ГОСТ 3811, ГОСТ 6943.17)*.

-длина полотна, секции модуля, элемента, м (ГОСТ 3811, ГОСТ 6943.17)*.

* Для отдельных разновидностей материалов определение параметров возможно по иным стандартам.

- максимальная температура, при которой допустимо применение ГМ.

- фильтрующая способность - показатель способности ГМ выполнять функции фильтра, связанный с размером пор, микроны (приложение А.5).

- коэффициент фильтрации в направлении, нормальном плоскости полотна, м/сут. Индекс (2) (или иной) показывает величину обжатия в кПа, при которой определены значения .

- коэффициент фильтрации в направлении плоскости полотна, м/сут. Индекс (2) (или иной) показывает величину обжатия в кПа, при которой определены значения .

- прочность при растяжении (кратковременном, одноосном) в продольном направлении, Н/см или кН/м.

- прочность при растяжении (кратковременном, одноосном) в поперечном направлении, Н/см или кН/м.

- относительная деформация при растяжении (кратковременном, одноосном) в продольном направлении, %. Индекс "" соответствует нагрузке, при которой фиксируется деформация, выраженной в Н/см или в долях от (значения 0 и соответствуют относительной деформации при разрыве - , и при максимальной нагрузке , ). Индекс "" в верхней части соответствует ширине образца, см (0 соответствует испытанию одного элемента, например, ровинга геосетки).

- относительная деформация при растяжении (кратковременном, одноосном) в поперечном направлении, %. Индекс "" соответствует нагрузке, при которой фиксируется деформация, выраженной в Н/см или в долях от (значения 0 и соответствуют относительной деформации при разрыве - - и при максимальной нагрузке , ). Индекс "" в верхней части соответствует ширине образца, см (0 соответствует испытанию одного элемента, например, ровинга геосетки).

- условный модуль деформации при растяжении (кратковременном, одноосном) в продольном направлении, кН/м. Значение индексов "", "" (верхняя часть) - как для и ; при отсутствии расшифровки индекса "" значения и определены при нагрузке , но не менее 25 Н/см.

- условный модуль деформации при сферическом растяжении в условиях сложного напряженного состояния, кН/м (приложение А.1).

- усилие продавливания, Н (приложение А.2).

- условный показатель сопротивляемости ГМ местным повреждениям - диаметр отверстия в образце ГМ после падения конуса, мм.

- показатель сопротивляемости ГМ местным повреждениям - снижение прочности при укладке ГМ на контакте с крупнофракционным материалом, % к значениям (приложение А.4).

Читайте также: