Концепция технико-экономического обоснования типа и конструкции дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог

тожением отдельных компонентов леса -деревья, оставляемые на доращивание, подрост и живой напочвенный покров, - в непосредственной близости от волока, ведет, по сути, к уширению волока.

Дополнительное снижение рисков при всех вариантах захвата и перемещения лесоматериала может быть достигнуто за счет перемещения точки захвата трелюемого лесоматериала в поперечном направлении до противоположной кромки волока.

КОНЦЕПЦИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ ТИПА И КОНСТРУКЦИИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД ЛЕСОВОЗНЫХ

АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

В.В. САВЕЛЬЕВ, докторант МарГТУ, канд. техн. наук, Ю.А. ШИРНИН, проф. каф. ТОЛП МарГТУ, д-р техн. наук

Эффективность работы лесовозного автомобильного транспорта определяется наличием и качественным состоянием лесовозных и лесохозяйственных дорог, ритмичностью работы и высокими скоростями движения автопоездов. Решение этих вопросов в значительной степени зависит от типа и состояния проезжей части дороги и типа лесовозного автопоезда.

На выбор типа покрытия и всей конструкции дорожной одежды влияют различные факторы: район строительства и категория дороги, местные условия строительства и эксплуатации дороги, грунтовые и гидрогеологические условия, наличие местных дорожно-строительных материалов, состав лесовозных автопоездов, расчетная нагрузка, интенсивность движения и осевые нагрузки автотранспортных средств (АТС) и др.

Окончательный выбор типа покрытия и конструкции дорожной одежды производится на основании технико-экономического обоснования дорожной конструкции, алгоритм которого представлен ниже.

До начала проектирования дорожной одежды следует выполнить анализ плана и продольного профиля автомобильной дороги с целью установления значений продольных уклонов в грузовом направлении, рабочих отметок земляного полотна и других данных. Наряду с этим производится уточнение грунтовых, гидрологических и гидрогеологических условий.

Эти характеристики и условия являются определяющими при выборе типов и параметров земляного полотна, водоотводных сооружений и дорожной одежды. В свою очередь величины продольных уклонов, тип дорожной одежды и ее состояние влияют на состав автомобильных поездов, скорости их движения и производительность на вывозке лесоматериалов.

Отраслевые дорожные нормы [1] в качестве расчетной нагрузки рекомендуют использовать наиболее тяжелый автомобиль из систематически обращающихся АТС по дороге, доля которого составляет не менее 10 %, или принимать расчетный автомобиль группы А.

Тип и марка автомобиля-тягача выбирается в зависимости от дорожных условий -величины продольных уклонов, типа и состояния покрытия и др. Вид перевозимых лесоматериалов - хлысты, полухлысты, сортименты - влияет на выбор типа прицепного состава: прицепов-роспусков, прицепов или полуприцепов. Рациональное размещение пачки лесоматериалов на автопоезде необходимо для определения максимальной рейсовой нагрузки, нормального распределения массы перевозимого груза по коникам и осевых нагрузок. При формировании самозагружающихся автопоездов решаются вопросы размещения гидравлического манипулятора, аутригеров и упора на автомобиле-тягаче или прицепном составе и определения величины снижения их грузоподъемности.

Алгоритм технико-экономического обоснования дорожной конструкции

1 Анализ

плана и

продольного

профиля

дороги

Формирование лесовозных автопоездов и определение значений осевых нагрузок

Определение характеристик интенсивности воздействия подвижной нагрузки

4 Деление 5 Проектирование

дороги на дорожной

участки однородные — конструкции

по грунтовым и по участкам

другим условиям дороги

Дорожная

одежда нежесткого типа?

7 Конструирование

дорожной

одежды

нежесткого

типа

Одежда капитального или облегченного типа?

i

Расчет дорожной одежды по допускаемому упругому прогибу

9 Расчет

по условию

сдвигоустойчивости в

грунте и в

песчаном слое

11 Расчет

на сопротивление

монолитных слоев

усталостному

разрушению

Конструкция дорожной одежды прочна?

13

Проверка

дорожной

конструкции на

морозоустойчивость

14

Дорожная одежда морозоустойчива?

15 Разработка

мероприятии

по обеспечению

морозоустойчивости

конструкции

©

16

Определение

_ стоимости

дорожной одежды

нежесткого типа

V

Конструкция железобетонной плиты типовая?

Конструирование железобетонной плиты

19

©

19

Обоснование величин расчетных нагрузок и расчетных усилий

20

Расчет плиты по условиям прочности,

выносливости и тоешиностойкости

Все условия выполнены?

22 Засчет толщины 24 Определение

основания под _ь стоимости одежды

железобетонными с покрытием из

плитами железобетонных плит

Количество полос движения (1 или 2)?

25 Определение 26 Определение

стоимости стоимости

строительства — строительства

земляного дорожной

полотна одежды

27

Определение эксплуатационных затрат на вывозку лесоматериалов

Определение удельных приведенных затрат

Все участки

дороги рассмотрены?

Анализ результатов расчета по вариантам и участкам дороги

При обосновании типа и конструкции дорожных одежд следует учитывать транс-портно-эксплуатационные требования, предъявляемые к дороге или к ее участку, ожидаемый состав и перспективную общую среднесуточную интенсивность движения АТС ТУ, приведенную интенсивность воздействия нагрузки Л/р и суммарное число приложений приведенной расчетной нагрузки [2].

Следовательно, установление расчетного транспортного средства и предельных нагрузок на его оси является одной из задач, которую необходимо решить при формировании лесовозных автопоездов и обосновании расчетных параметров подвижной нагрузки.

Транспортное освоение лесных массивов РФ связано со строительством дорог на местности с сезонным промерзанием грунтов, высоким стоянием грунтовых вод и наличием

пучинистых грунтов. Поэтому дорогу необходимо разделить на участки с одинаковыми условиями проектирования по расчетной нагрузке, составу и перспективной интенсивности движения, однородным грунтовым условиям, типу местности по характеру и степени увлажнения, обеспеченности дорожно-строительными материалами. В этом случае дорожная одежда на всем протяжении каждого участка будет удовлетворять в равной степени предъявляемым требованиям и не иметь чрезмерных запасов прочности.

Проектирование земляного полотна, водоотвода и дорожной одежды взаимосвязаны между собой и объединяет комплекс вопросов по разработке дорожной конструкции в целом и ее расчету на прочность, морозоустойчивость и технико-экономическое обоснование вариантов. Сначала необходимо

установить вид и размеры земляного полотна. Водно-тепловой режим земляного полотна в насыпях значительно отличается от режимов выемок и нулевых мест. Высота насыпи также влияет на расчетную влажность грунта земляного полотна. Оптимальную высоту насыпи следует назначать путем сравнения нескольких вариантов дорожной конструкции.

Конструкцию дорожной одежды следует принимать типовую или вновь разрабатывать применительно к местным условиям. При конструировании дорожной одежды по вариантам или участкам дороги решаются следующие задачи:

1) выбор типа дорожных одежд и вида покрытия;

2) установление числа слоев и их минимальной толщины;

3) выбор местных или привозных дорожно-строительных материалов для устройства слоев одежды, их размещения в конструкции с решением вопросов улучшения фи-зико-механических свойств;

4) определение расчетных характеристик конструктивных слоев из различных дорожно-строительных материалов и грунта земляного полотна;

5) назначение мероприятий по обеспечению морозоустойчивости дорожной конструкции с учетом типа грунта и схемы увлажнения рабочего слоя земляного полотна;

6) предварительный отбор конкурентно-способных вариантов дорожной конструкции.

Расчет нежестких дорожных одежд на прочность ведется в следующей последовательности:

1) оценка прочности и надежности дорожной конструкции в целом по допускаемому упругому прогибу;

2) расчет по условию сдвигоустойчи-вости грунта земляного полотна и конструктивных слоев из малосвязных (песчаных) материалов;

3) расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе;

4) проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость [2].

Автоматизированный расчет дорожной одежды по вышеприведенным критериям производится с применением формул и зависимостей, идентифицирующих данные таблиц, номограмм и графиков [2].

Конструкцию нежесткой дорожной одежды следует считать прочной, если коэффициенты прочности по каждому из вышеназванных критериев будут не ниже требуемого значения определенного при заданной

надежности Кн [2]. В противном случае необходимо изменить толщину слоев дорожной одежды или заменить материал какого-либо слоя, а затем вновь рассчитать откорректированную конструкцию по критериям прочности с проверкой ее морозоустойчивости.

Если дорожная конструкция недостаточно морозоустойчива, то необходимо определить требуемую толщину морозоустойчивой дорожной одежды и (или) рассмотреть вариант устройства морозозащитного слоя. Для уменьшения толщины дорожной одежды, требуемой по условию обеспечения морозоустойчивости, можно предусмотреть мероприятия по регулированию водно-теплового режима земляного полотна:

а) обеспечение достаточного возвышения покрытия над уровнем грунтовых и длительно стоящих поверхностных вод или над уровнем поверхности земли при необеспеченном стоке;

б) понижение уровня грунтовых вод за счет устройства дренажных систем;

в) возведение верхней части земляного полотна из непучинистых или слабопучини-стых грунтов;

г) устройство морозозащитных слоев из непучинистых минеральных материалов;

д) устройство гидроизоляционных и капилляропрерывающих слоев из различных материалов и др.

Регулирование водно-теплового режима дорожной конструкции позволит повысить прочностные и деформационные характеристики грунтов земляного полотна за счет снижения влажности, снизить общую толщину дорожной конструкции при расчете на прочность и морозоустойчивость. В этом случае затраты на устройство дорожной оде-

жды уменьшатся, но возрастут расходы на выполнение мероприятий по регулированию водно-теплового режима земляного полотна.

Стоимость строительства дорожной конструкции по вариантам и участкам определяется затратами на устройство дорожной одежды Сдор и земляного полотна Сзп с учетом расходов на выполнение мероприятий по регулированию водно-теплов(4£фшшма> Свт^стройства дорожной одежды нежесткого типа предлагается определять по формуле

с^ =У с .+с .+ Vс

оор / л j см.I mp.i / j ycmp.ij >

W V ji )

где Ссм.,- - стоимость дорожно-строительных материалов /-го слоя; Стр., - стоимость транспортирования материалов г'-го слоя; Сустр.у - стоимость выполнения /-ой технологической операции при устройстве /-го слоя; п - количество слоев дорожной одежды; к - количество технологических операций при устройстве каждого слоя дорожной одежды.

Сустр ~ NMC Смс, где NMC - количество машино-смен (человеко-дней) при выполнении рассматриваемой технологической операции; Смс - стоимость машино-смены дорожно-строительной машины или заработная плата рабочих.

При отсутствии в районе строительства или наличии незначительных запасов качественных каменных материалов проблему дорожного строительства можно решить за счет применения сборных или сбор-но-разборных покрытий из железобетонных плит. Разработанная нами и реализованная в системе автоматизированного проектирования методика расчета ненапряженных плит из различных видов бетона для колейных покрытий автомобильных дорог позволяет:

1) определить геометрические характеристики сечения и армирование плит;

2) вычислить максимальные значения расчетных усилий по методу И.А. Симвули-

ди в зависимости от вида стыкового соединения плит;

3) проверить условия прочности, выносливости и трещиностойкости сечений, нормальных и наклонных к продольной и поперечной оси плиты [2].

Конструкцию основания под железобетонными плитами и расчет ее толщины следует назначать по ВСН 197-91 [4].

Тип покрытия и рациональная конструкция дорожной одежды на рассматриваемом участке, проектируемой в комплексе с земляным полотном, выбираются на основании сравнения вариантов по минимуму удельных приведенных затрат с учетом стоимости строительства дорожной конструкции, расходов на приобретение машин и механизмов и эксплуатационных расходов на вывозку лесоматериалов.

Комплексное проектирование дорожной конструкции позволяет выбрать наиболее рациональные способы обеспечения прочности, надежности, долговечности и экономичности дорожной одежды. Окончательно выбранная дорожная конструкция должна быть менее материалоемкой и удовлетворять транспортно-эксплуатационным требованиям.

Для реализации предлагаемой концепции технико-экономического обоснования типа и конструкции дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог нами разрабатываются математические модели, алгоритмы и программы автоматизированного проектирования.

Список литературы

1. Правила дорожного движения Российской Федерации. - М.: ТОО "Транспорт", 1995. - 69 с.

2. Проектирование нежестких дорожных одежд. ОДН 218.046-01,- М.: Государственная служба дорожного хозяйства Министерства транспорта РФ, 2001.- 145 с.

3. Савельев В.В. Совершенствование конструкций железобетонных плит из мелкозернистых бетонов для колейных покрытий лесовозных автомобильных дорог: Дис... канд. техн. наук. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 1997.-271 с.

4. Инструкция по проектированию жестких дорожных одежд. ВСН 197-91. - М.: СоюздорНИИ, 1992. - 83 с.

5. Смирнов М.Ю., Андрианов Ю.С. Весовой контроль на автомобильных дорогах: Учеб. пособие, - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. - 118 с.

6. СНиП 2.05.07-91*. Промышленный транспорт / Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1996. - 112 с.