Методика динамического расчёта насыпи лесовозных автомобильных дорог

Библиографический список

1. Норенков И.П., Арутюнян Н.М. Эволюционные методы в задачах выбора проектных решений // Наука и образование. 2007. № 9. [Электронный ресурс]. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/68376. html (дата обращения 22.10.2013).

2. Яковлев К.А., Муратов А.В. Разработка модифицированного эволюционного алгоритма решения задач многокритериальной оптимизации на всех этапах жизненного цикла парка транспортно-техно-логических машин // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т. 6. № 7. С. 33-38.

3. Сушков С.И., Яковлев К.А., Суш-ков А.С. Разработка автоматизированной

системы поддержки жизненного цикла парка транспортно-технологических машин // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т. 6. № 10. С. 179-182.

4. Genetic Algorithms (Evolutionary Algorithms): Repository of Test Functions. [Электронный ресурс]. URL: http://www.cs. uwyo.edu/~wspears/functs.html (дата обращения 21.10.2013).

5. Гладков Л.А., Курейчик В.В., Ку-рейчик В.М. Генетические алгоритмы. -М.: Физматлит, 2006. 243 с.

6. Osyczka A., Kundu S. A new method to solve generalized multicriteria optimization problems using the simple genetic algorithm // Structural Optimization. 1995. Vol. 10. P. 94-99.

DOI: 10.12737/2185 УДК 625.8

МЕТОДИКА ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЁТА НАСЫПИ ЛЕСОВОЗНЫХ

АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

заведующий кафедрой промышленного транспорта, строительства и геодезии, доктор технических наук, профессор С. И. Сушков1 заведующий кафедрой технологии и машин лесозаготовок, доктор технических наук,

профессор О. Н. Бурмистрова2 заместитель директора ИнМиТП по учебной работе М. А. Михеевская2 1 - ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» 2 - ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет» S.ISushkov@mail.ru, olga.burm@mail.ru, voronin.mary@yandex.ru

Значительную часть территории России с сезонным промерзанием грунтов составляют участки, имеющие неблагоприятные грунтово-гидрологические условия и характеризующиеся наличием трещин на поверхности автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием.

По данным Федерального дорожного агентства Министерства транспорта Российской Федерации, на существующей сети автомобильных дорог общего пользования деформации составляют около 47 %, а на лесовозных дорогах - более 70 %.

Ежегодные затраты на ремонтные

работы, связанные с ликвидацией последствий влияния криогенных процессов на дорожные конструкции и сооружения, составляют значительные суммы.

Проблема увеличения сроков службы дорожных конструкций лесовозных автомобильных дорог (ЛАД) на всей территории России, в условиях рыночной экономики, заставляет многих учёных вновь и вновь возвращаться к решению задач по борьбе с криогенными процессами в грунтах. В этом отношении весьма привлекательны идеи применения дорожных одежд с парогидро-изоляционными слоями, усиления прочности дорожной конструкции, увеличения коэффициента уплотнения грунтов земляного полотна, армирование георешётками, устройство противопучинных мероприятий и гидроизоляционных слоёв, применение различных методов закрепления водонасыщен-ных глинистых грунтов.

В статье приведена методика динамического расчета насыпи одежды лесовозной автомобильной дороги Ухта - Тро-ицко-Печорск, даётся прогноз полной осадки и времени консолидации подстилающего грунта.

Армирование щебня георешетками позволяет увеличить общий (эквивалентный) модуль упругости конструкции на 6.. .15 %, снизить величину касательных напряжений в слое, подстилающем георешетку, на 25.80 %, увеличить модуль деформации при значительных осадках более чем в 2 раза.

Р = а + а =

расч zg 2

где а - напряжения от собственной массы насыпи;

Помимо вышеперечисленных преимуществ от применения георешеток можно дополнительно отметить, что увеличивается срок службы покрытий до капитального ремонта, несущая способность конструкций, армированных георешетками, увеличивается в 2.2,5 раза. Расчетом предусмотрено применение георешеток Геоком Б-450 ОАО «Комитекс». Георешетка Геоком Б-450 является химически и биологически стойким материалом в условиях кислотно-щелочной среды, которой является средне-разложившийся торф.

В связи с тем, что отсутствуют данные об инженерно-геологических изысканиях о компрессионных и консолидацион-ных испытаниях торфа средне-разложившегося, исходные данные для расчета были выбраны из технической литературы. В основу расчета легла методика, изложенная в технической литературе [1, 3, 4]. Расчетная схема представлена на рис. 1.

Исходные данные: (рис. 2) торф среднеразложившийся (ИГЭ - 6в). Модуль деформации - Ед = 0,15 МПа; коэффициент относительной сжимаемости т¥ =6,67 м2/МН; коэффициент фильтрации Кф = 0,18х10-4 см/с [3].

1. В качестве нижней границы сжимаемой толщи

а2 - напряжения от колеса автомобиля.

Рис. 1. Расчетная схема Значения напряжений, кгс/см2

£

и

0

1

л-

(и и

'=1

е

н о

о

I-

о о ст>

си

сн 1 1

__ -1

ш у

' / Насыпь \п-2,2м

1 1 ли /

юи

1 ]Д еорешетка! еоком

¿ии' , ^ | 1 1 __

— ,, ' 1 1

11  1 1 Б)

Рис

Эпюра напряжений от собственной массы насыпи Эпюра напряжений от воздействия колеса автомобиля Эпюра 0,2 напряжений от собственной массы насыпи

—*-

Эпюра 0,1 напряжений от собственной массы 2. Эпюры напряжений, приходящих на кровлю слабого грунта от воздействия собственной массы насыпи и колеса автомобиля

Осадка слабой толщи в пределах активной зоны рассчитывалась по формуле (2). Р.™ • Н„

S„,.. =

расч акт

Е

ср

где Накт - мощность сжимаемой толщи, см;

Ррасч - нагрузка на поверхности тол-

щи, кгс/см ;

Еср - средневзвешенный модуль деформации сжимаемой толщи, кгс/см2. 0,45 430

Sкон =-—- = 39см.

2. Ожидаемое время консолидации торфа среднеразложившегося (ИГЭ - 6в), со-

ответствующее 0,8 от полной осадки [1, 3]: а) Определим коэффициент консоли-

дации Су, учитывая, что 1 см/с«3 х 10 см/год;

а =

Ео = 3 • 107 • 0,18 • 10~4 тук ~ 6,67 • 10 2 • 9,81 • 10 3

= 0,83 • 10 см2/год.

б) Определим время консолидации ^

4h2 лг

I = —„--N =

44302

где N - постоянный множитель, определяемый по табличным данным, в зависимости от степени консолидации и вида эпюры уплотняющих давлений [1, 3]; h - толщина слоя, см.

•1,64 «1 месяц,

9,87 • 0,83 •Ю6

Устойчивость основания оцениваем по величине коэффициента безопасности

кбез = Рбез / Ррасч

Расчетная схема представлена на рис. 3.

Рис. 3. Расчетная схема

Расчет на быструю отсыпку прово- грузка составит:

дим следующим образом. Расчетная на-

Ррасч = Ун (Кассч + Sкoн) = 0,002•(220 + 39) = 0,518 кгс/см2,

где снач и фнач - сцепление, и угол внутреннего трения грунта при природной влажности;

у - средневзвешенный удельный вес

где ун - удельный вес грунта насыпи; hрасч - расчетная высота насыпи; Sкoн - конечная осадка основания на-

сыпи.

Безопасная нагрузка (4) для условий быстрой отсыпки, исходя из прочностных свойств грунта, равна:

рнач _

без

Р

толщи;

ъ - глубина расположения рассматриваемого горизонта от поверхности земли;

Р - функция фнач, формы эпюры нагрузки 2а/В и относительной глубины ъ/Ь.

Так как плотность торфа во взвешенном состоянии близка к нулю, то в данном случае формула упрощается (5):

рнач = "нач

без

Р

Для определения Р необходимо рассчитать 2а/В и ъ/Ь (рис. 3). В данном случае их величины составят:

2а/В=2х6,6/10=1,32; ъ/Ь=1,3/11,6=0,112.

В природном состоянии влажность торфа составляет w=1178 % [4]. По номограммам были определены значения сцепления и угла внутреннего трения, соответствующие указанной влажности, которые составляют:

Снач=0,05 кгс/см2, фнач =5 ° .

Далее определяем для 2а/В=1,32 и ъ/Ь=0,112 коэффициент Р=0,09. За расчетный коэффициент Р может быть принят Р=0,09 для ъ=1,3 м, так как эта величина максимальная для всего слоя.

Тогда безопасная нагрузка для слоя торфа составит:

Рбез = 005 = 0,55 кгс/см2.

0,09

Коэффициент безопасности в данном случае равен: / 0,55

кбез =-= 1,06 > 1 - устойчивость

без 0,518

насыпи при быстрой отсыпке обеспечена.

В соответствие с приложением 4 ВСН 26-90 [2], для толщины торфяного слоя Ьтор=1,3 м динамическая устойчивость насыпи будет обеспечена при ее высоте более 1,65 м. Таким образом, в нашем слу-

чае динамическая устойчивость насыпи обеспечена, так как ^ас=2,2 м.

Выводы и рекомендации:

1. Конечная величина осадки слабого основания составит 39 см. Время достижения 80 %-й консолидации слабого грунта составит около 1 месяца, однако армирование дорожной одежды георешетками Геоком Б-450 позволит обеспечить равномерное протекание осадки во времени и требуемую прочность при эксплуатации.

2. Результатом выполненного расчёта дают основание сделать заключение, что устойчивость слабого основания для насыпи высотой 2,2 м обеспечена.

Библиографический список

1. Бурмистрова О.Н., Воронина М.А. Обоснование расчетных схем и математических моделей нежестких дорожных одежд, армированных геосинтетическими материалами // Вестника ПГТУ. Серия «Лес. Экология. Природопользование». 2012. № 1. С. 45-51.

2. Бартоломей А.А. Механика грунтов: учеб. издание. М.: АСВ, 2003. 304 с.

3. ВСН 26-90 «Инструкция по проектированию и строительству автомобильных дорог нефтяных и газовых промыслов Западной Сибири».

4. Руководство по проектированию свайных фундаментов / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. М.: Стройиз-дат, 1980.

5. СНиП 3.06.03-85 «Автомобильные дороги».