Развитие системы проектирования, строительства и ремонта автомобильных дорог в Свердловской области Дмитриев Владимир Николаевич

Введение к работе

Актуальность темы Фундаментальные системные и структурные преобразования отраслей народного хозяйства на основе новых технологий - приоритетная задача государственной промышленной политики на современном этапе В настоящее время дорожное хозяйство функционирует в жестких рамках нехватки инвестиционных ресурсов Государственная поддержка строительства автомобильных дорог не обеспечивает должного уровня развития транспортных коммуникаций Поэтому большое значение в последнее время придается частно-государственному партнерству и внедрению новых технологий в строительстве и ремонте автомобильных дорог

Развитие системы проектирования, строительства и ремонта автодорожных транспортных коммуникаций с учетом применения новых дорожных материалов и технологий является актуальным и системообразующим фактором регионального развития, необходимой частью технической политики, от которой зависит промышленный и торговый потенциал страны, перспективы равноправного и взаимовыгодного сотрудничества в рамках ВТО Об этом говорят ученые-дорожники Быстрое Н В, Илиополов С К , Казарновский В Д, Надежно А А , Юмашев В М, Кретов В А

Работа выполнена в соответствии с государственными отраслевыми программами модернизации транспортной системы УрФО, программами развития дорожного хозяйства Свердловской области На проблемы повышения эффективности транспортной инфраструктуры, частно-государственного партнерства и развития новых технологий в строительстве обратил внимание президент Российской Федерации В В Путин в своем ежегодном послании Законодательному Собранию и губернатор Свердловской области на Всероссийском совещании по промышленной политике в г Н Тагиле (2006г)

Объект исследования - система проектирования, строительства и ремонта автомобильных дорог как единый дорожно-строительный комплекс

Предмет исследования - развитие системы проектирования строительства и ремонта и новые дорожные материалы и технологии для строительства и ремонта автомобильных дорог Свердловской области

Цель работы - развитие системы проектирования, строительства и ремонта автомобильных дорог на основе новых технологий, теоретическая разработка и практическое внедрение на автомобильных дорогах Свердловской области новых дорожно-строитедьных материалов

Основные задачи

1. На основе анализа проблематики и пакета прототипов развить систему проектирования, строительства и ремонта автомобильных дорог в Свердловской области с использованием новых дорожных материалов и технологий,

2. Разработать систему программ и проектов и логическую структуру диссертационного исследования,

3. Создать производство, получить и внедрить новые дорожные материалы и на их основе новые технологии дорожного строительства, обеспечивающие высокое качество и долговечность автомобильных дорог,

4. Развить нормативную базу системы проектирования, строительства и ремонта автомобильных дорог в Свердловской области в условиях технического регулирования,

5 Оценить технико-экономическую эффективность предложенных проектных решений
и разработок

Основные положения, выносимые на защиту

1. Оценка состояния проблематики проектирования, строительства и ремонта автомобильных дорог в Свердловской области

2. Проекты модернизации дорожного хозяйства Свердловской области, внедренные в ус-

ловиях опытно-промышленной эксплуатации объекты производственной инфраструктуры

Монетный щебеночный завод по производству кубовидного щебня,

Сухоложская битумно-эмульсионная база по производству битумной эмульсии «Эмульдор» и полимерно-битумного вяжущего,

асфальтобетонный завод в п Байкалово для производства щебеночно-мастичного асфальтобетона,

контейнерный способ приема, транспортировки, хранения и слива битума, новые битумные хозяйства наземного типа с системой циркуляции теплоносителя в трубчатых регистрах в дорожных организациях Свердловской области

3. Новые дорожные материалы и холодные технологии дорожного строительства, объединенные общим названием «ЭМУЛЬДОР»⁸, внедренные на опытно-экспериментальных участках автомобильных дорог в 2002-2006 тт

4. Территориальная система проектирования, строительства и ремонта автомобильных дорог Свердловской области на основе внедрения новых дорожных материалов и технологий в условиях технического регулирования

5. Методика оценки технико-экономической эффективности новых производственных мощностей с учетом долговечности покрытий автомобильных дорог, устроенных с помощью новых дорожных материалов и технологий

Научная новизна

1. Развита система проектирования строительства и ремонта автомобильных дорог в Свердловской области путем применения новых дорожных материалов и технологий

2. Впервые получены новые материалы для дорожного хозяйства Свердловской области - катионные битумные эмульсии и эмульсионно-минеральные смеси (патенты на изобретения РФ № 2243245, Л» 2240333), полимерно-битумное вяжущее и асфальтобетонная смесь на его основе (полож решение по заявке на изобретение № 2006103189), кубовидный и тетраэдральный щебень (патент РФ иа полезную модель № 51033), эмульсионно-минеральные слои износа и регенерированный асфальтогранулят, объединенные товарным знаком «Эмульдор» ^я (свидетельство РФ на товарный знак, знак обслуживания № 262658)

3. Предложены новые технологии для строительства и ремонта автомобильных дорог в условиях Свердловской области на основе созданных материалов - устройство шероховатой поверхностной обработки с синхронным распределением битумной эмульсии и кубовидного (тетраэдрального) щебня, устройство слоев износа из литой эмульсионно-минеральнои смеси, устройство верхнего слоя покрытия из щебеночно-мастичного асфальтобетона, по-лимерасфальтобетона, устройство слоя основания дорожной одежды из регенерированного асфальтогранулята (с использованием новых машин типа «Чипсиллер-26», SOM - 1000, RACO-550)

4. Выявлены закономерности изменения эксплуатационных свойств автомобильных дорог при поверхностной обработке (долговечность), выраженные коэффициентом приживаемости щебня в зависимости от расхода и качества вяжущего (катионной битумно-поли-мерной эмульсии «Эмульдор») и расхода и гранулометрии (формы зерна и фракционного состава) применяемого щебня

5. Предложена физическая модель дорожной одежды нежесткого типа, основанная на теории упругости, с математическим аппаратом для расчета устойчивости при проектировании В физической модели впервые предложена формула для определения необходимой плотности слоя основания дорожной одежды, учитывающая модуль упругости материала слоя, упругий прогиб слоя, удельное давление на площади контакта с колесом автомобиля, коэффициент Пуассона, толщину слоя и его массу

6. Установлены эмпирические зависимости свойств полученных в битумных эмульсий от содержания составляющих компонентов — битума, эмульгатора, латекса и от кислотности водной фазы, и свойств слоя износа из эмульсионно-минеральнои смеси от содержания битумной эмульсии, сульфата алюминия и цемента

7 Предложена новая методика оценки эффективности и расчета интегрального экономического эффекта от создания мощностей по производству дорожно-строительных материалов (кубовидного щебня и битумных эмульсий «Эмульдор») с учетом долговечности покрытий автомобильных дорог, устроенных из производимых в промышленном объеме новых дорожно-строительных материалов

Эмпирической базой и информационной основой диссертации служили результаты исследований, проведенных автором на предприятиях промышленности (атомная промышленность), транспорта, дорожного хозяйства, в научно-исследовательских, проектных и образовательных учреждениях СвердНИИхиммаш, УГТУ-УПИ, УГЛТУ, УралгипродорНИИ, РОСДОРНИИ, СОГУ «Управление автомобильных дорог», опубликованные материалы министерств и ведомств Российской Федерации, отраслевых научных и проектных организаций и информационных центров промышленности и транспорта, нормативно-техническая база (Госстандарт, Госстрой, Росавтодор, Информавтодор, ЦНИИАТОМинформ, ЦНИИТЭ-Нефтехим), научно-технические публикации и периодические издания, отчеты о НИР и ОКР, методические разработки и проектная документация по строительству и ремонту автомобильных дорог

Комплекс выполненных исследований и разработок позволил сформировать новый научный подход к методологии управления проектированием, строительством и ремонтом автомобильных дорог, развития инфраструктуры транспортного строительства на региональном уровне

Цикл исследований и разработка выбранного научного направления заняли более 30 лет (с 1975 по 2007гг) в научных организациях СвердНИИхиммаш, УГТУ-УПИ, Свердловском научно-производственном центре (впоследствии - Уральском филиале) «РОСДОРНИИ», Уральском государственном лесотехническом университете (кафедра транспорта и дорожного строительства), в Уральском межакадемическом союзе и Свердловском областном управлении автомобильных дорог На первом этапе, под руководством д т н , профессора Барского М Д (УГТУ-УПИ) была подготовлена и защищена (Свердловск, СвердНИИхиммаш, 1988г) кандидатская диссертация на тему «Закономерности истечения токсичных поропжов из камерного питателя в материалопровод пневмотранспортнои системы», по специальности 05 17 08 - Процессы и аппараты химической технологии

Практическая значимость - определена применением в научно-технической, проектной и производственной работе

методологии и концепции управления техническими инновациями в химической технологии мелкодисперсных (порошкообразных) материалов в атомной промышленности,

методологии и научных основ применения в дорожном хозяйстве холодных энергосберегающих технологий,

научно обоснованного подхода в организации и планировании НИОКР на территориальном уровне управления дорожным хозяйством (по Свердловской области), учебного процесса (при подготовке квалификационных диссертационных и дипломных работ),

-новых материалов и технологий в конструкциях дорожных одежд, строящихся и ремонтируемых автомобильных дорог в Свердловской области,

-нового оборудования при создании опытно-производственной базы дорожного хозяйства Свердловской области Монетного щебеночного завода, Сухоложской битумно-эмульси-онной базы, битумных участках и АБЗ подрядных дорожно-строительных организаций

На основе выполненных исследований разработана и внедрена в дорожном хозяйстве Свердловской области новая нормативно-техническая продукция

- «Эмульсии битумные катионные для дорожного строительства «Эмульдор» Техничес
кие условия ТУ 0256-001-54134151-2002 и ТУ 0256-001-75752321-2006

- «Щебень кубовидный для дорожного строительства из плотных горных пород, гравия и отходов промышленности Свердловской области» Технические условия НД УАД 14-06-1-2007

Методические указания по устройству шероховатых слоев износа автомобильных дорог общего пользования и улиц населенных пунктов Свердловской области,

Технологический регламент на производство кубовидного щебня для дорожно-строительных работ из гранодиоритов Монетного месторождения,

Технологический регламент на приготовление щебеночно-матачного асфальтобетона и устройство покрытий,

Технологический регламент на восстановление асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог способом холодной регенерации ведущей машиной фре-за-грунтосмеситель (стабилизєр) RACO-550 с использованием битумной эмульсии при ремонте автомобильных дорог,

Индивидуальные сметные нормы и единичные расценки на ремонтно-строительные работы для автомобильных дорог, выполненные новой техникой

Научные положения и предложенные рекомендации использованы СОГУ «Управление автомобильных дорог», подрядными научными, проектными и строительными организациями при разработке инновационных дорожных проектов, выполнении научно-исследовательских, опытно-экспериментальных работ и строительно-монтажных работ Выявлен и применен в научно-исследовательской практике межотраслевой аспект при анализе закономерностей поведения сыпучих (дисперсных материалов) в камерном питателе системы пневмотранспорта и конструкциях дорожных одежд автомобильных дорог с установлением общей математической модели для описания устойчивости дисперсных систем

Методические и научно-технические разработки использованы в информационной базе данных «ЦНИИАТОМинформ» и «Информавтодор», в учебном процессе на кафедре «Транспорт и дорожное строительство» УГЛТУ, в фондах СОГУ «Управление автомобильных дороге, УраягипродорНИИ и Уральского филиала «РосдорНИИ»

Методы исследования Системный анализ, теория управления, теория упругости, теория размерности, экспериментальные лабораторные исследования с использованием теории планирования эксперимента, методология опытно-промышленных испытаний, методы механики дисперсных систем, графическое моделирование

Научные трупы и публикации. Результаты исследований диссертанта представлены в 77 научных трудах и изобретениях Среди них - монография, научные статьи в периодических изданиях, доклады на всероссийских и международных научно-технических конференциях и семинарах, авторские свидетельства и патенты на изобретения и полезные модели, отчеты о НИР и ОКР, депонированные научные работы, методические рекомендации, технологические регламенты и технические условия Личный творческий вклад - более 50 печ листов

Апробация работы Диссертант в период с 1977 по 2007гг принимал активное участие в работе научно-технических конференций и семинаров Среди них - международные, зарубежные, всесоюзные и всероссийские конференции и семинары, в том числе I всесоюзный научно-технический семинар по проблемам виброуплотненного топлива, гДимитровград, 1983г, всесоюзный семинар «Результаты научно-исследовательских работ в области технологии, материаловедения, испытаний и контроля качества микросфер и твэлов на их основе», г Подольск, 1985г, «Регенерация отработавшего смешанного топлива быстрых реакторов по газофторидной технологии», г Димитровград, 1986г, «Охрана окружающей среды в атомной промышленности», г Обнинск, 198бг, «Технический прогресс в атомной промышленности», г Москва, 1987г, межрегиональная конференция «Проблемы повышения качества строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог Свердловской области», г Екатеринбург, 1999г, областная научная конференция-совещание по регенерации асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог и повышению качества дорожного строительства, гНевьянск, 2002г, международная научно-практическая конференция по применению новых материалов в дорожном строительстве, г Балашиха, 2003г, «Экологические проблемы промышленных регионов», г Екатеринбург, 2003г, международные отраслевые выставки-форумы «Дороги России XXI века», гт Новгород - Москва (2002 - 2003гг), межрегиональная научно-практическая конференция «Управление интеллектуальной собственностью инновационных разработок», г Екатеринбург, 2003г, всероссийская научно-техническая конференция «Фундаментальные и прикладные исследования - транспорту», г Екатеринбург, 2004г, межрегиональная конференция по применению щебеночно-мастичного асфальтобетона в дорожном строительстве, г Екатеринбург, 2004г, «Актуальные проблемы технического оснащения дорожной отрасли в условиях реформирования», г Орел, 2005г, всероссийские научно-технические выставки-ярмарки «Магистраль», г Нижний Тагил, полигон «Старатель», 2003 - 2005гг, X всероссийский экономический форум и выставка научно-технических достижений, г Екатеринбург, 2005г, международная научно-техническая

конференция «Наука, инновации и образование актуальные проблемы развития транспортного комплекса России», г Екатеринбург, 2006г, VI международная научно-техническая конференция «Урал промышленный - Урал полярный», г Екатеринбург, 2007г

В качестве сопредседателя научно-технического Совета и заместителя начальника Свердловского управления автомобильных дорог автором апробированы концептуальные положения диссертации при рассмотрении важнейших дорожных проектов и принятии управленческих решений по строительству и ремонту автомобильных дорог в Свердловской области, разработке проектно-сметной документации на всех стадиях проектирования (от обоснования инвестиций до рабочих проектов), при планировании проектно-изыскательских работ и внедрении в производство новых технических решений

Реализация в промышленности.

1. Создана экспериментально-промышленная база дорожного хозяйства Свердловской области запроектированы, построены и запущены в эксплуатацию Монетный щебеночный завод, Сухоложская битумно-эмульсионная база, асфальтобетонный завод в п БайкалоЕо Свердловской области, контейнерный способ транспортировки, хранения и слива битума и битумное хозяйство с резервуарами наземного типа в п Михайловск

2. Организовано промышленное изготовление кубовидного щебня для нужд дорож-но-строительного комплекса в объеме 700 тыс м³/год, катионной битумной эмульсии «Эмульдор» в объеме 13 000 т/год, полимерно-битумного вяжущего мощностью 10 000 т/год, промышленное производство эмульсионно-минеральной смеси, щебеночно-мас-тичного асфальтобетона, промьшшенное восстановление асфальтобетонных покрытий и оснований из асфальтогранулята методом смешения на дороге в условиях ремонта автомобильных дорог в Свердловской области

3. Созданные технические условия и технологические регламенты, методические указания и рекомендации на основные виды дорожно-строительных и ремонтных работ, выполняемые с применением новых дорожных материалов и технологий в Свердловской области, использованы при разработке проектными организациями (по объектам строительства и ремонта автомобильных дорог) проектной документации - проектным институтом ФГУП «Свердловскавтодор», Уральским филиалом ОАО «ГипродорНИИ», ООО «Дорнефтегаз»

4. Ежегодный объем внедрения новых технологий и материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог в Свердловской области составляет

дорожные битумно-эмульсионные технологии создания слоев износа - до 300 км/ год (220 км/год устройство поверхностной обработки с синхронным распределением битумной эмульсии и щебня, 80 км/год устройство слоев износа из литой эмульсионно-минеральной смеси), подрядная организация ГУП СО «Монетный щебеночный завод»,

холодная регенерация дорожных одежд с использованием метода ресайклинга - 20 км/год (автомобильная дорога Екатеринбург - Н Тагил - Серов и др ), подрядная организация ФГУП «Свердловскавтодор»,

покрытия из щебеночно-мастичного асфальтобетона с использованием стабилизирующих добавок «Виатоп», «Хризатоп» и кубовидного щебня- 15-20 км/год (подрядные организации - ГУП СО «Монетный щебеночный завод», ЗАО «Жасмин», ЗАО «Мелиос-трой», Березовское ДРСУ ФГУП «Свердловскавтодор»)

Личное участие автора в получении результатов заключается в непосредственном участии в создании интеллектуальной собственности, руководстве НИОКР, а также в систематизации научных результатов, разработке нормативно-технических документов, методологическом развитии систем проектирования, строительства и ремонта автомобильных дорог, как единого научно-производственного цикла, с применением разработанных технологий, результатов НИОКР, новых дорожных конструкций и дорожно-строительных материалов, в проектном обеспечении вводимых объектов транспортной и производственной инфраструктуры, от творческого замысла до осуществления практической (материализованной) реализации в дорожном хозяйстве Свердловской области в виде новых мощностей, участков построенных и отремонтированных по новым технологиям автомобильных дорог

Структура диссертации Структура программ и проектов по теме диссертации, отражающая логику предложенной научной концепции развития систем проектирования, строительства и ремонта автомобильных дорог представлена на рис 1

cvpnu гельстъо її pjMflim

ГІДР ГРпІ W 3. Св-ЗДДЛИС ОПиТ-ІЬТ-Г^ЦЦ; iintLnriifl fJ3'l rJ ij;tf ,i ;*-! H»V .M)p*ij«HOM ЬиЭяАтГК CSCpintiУL К---ІІ JJH.- -!Jти

цім bfjt технологий n материаллй^-'" 11 ,.. $^ './^::^: iK j^: ї '

[Epophrt l.L

Подобі I J.

ТЕ|>^ПГІ'*11^Ц» J. И L сЛьшііаі! i'L!. [i!L tfififaiVKJ T i¹ ic|| її і ІИс 1 .1ftl-f\ , HljVj »ШМЛ ТїЧГ І ОДЯГНИ H«J^ jwftc^jl^ ЛКфЛМЙЛЧ " -,

ояйад ns осгсгіас'попи дпіюящглі".чатсрйітімі. ^: "*>» \<

1Ерй?к;Л,;_г

J

1ІІКЩШЧ.ЧІ і. Рлм>«'\*<.:; ifKuu "^ТЛі^ТІиці.міі|г:іт;ї>;

libffM* ^ICMCIITD6 ІН-ТМ) і"Ь«П СДСАД Л ЛірОИмtf-

Лрлскі 4J.

JJ;."i . і 4.-1. % Г-,. 4-і. і 4J.

(Mlтій пізг-T^MV Jti;*l,r^TCSI40aiifptt-ff«ffTC(!li*5(»^ . ' ',

Проект f.J

Мі-УСГ.Їч?'* ЬЛ}і\_СА' .irpoY,n.TTSTKW Плі і! цґ С"'Є.ЇСКЇі І ИМ 11". »І-.\Т^-Ч і'> lIOfbTSTriCliO.iaLTH к читсрнрои а

fii. ь.

; ї ^: :

Рис. І. Логическая структура диссертационного исследования.

Растифроска проектов (подпрограмм \, рис. 1:

но ntwspawne f: f.l. Пробламатика {литературно-аналитический обзор); 1.2, Анализ и прототипи* роеание существующих дорожных материалов и технологий: L3. Разработка алгоритма решения задач rta результатам анализа и прототипироваиия.

по программа2: 2.1. Изменение технологической схемь* " состава оборудовании битумных хозяйств: 2,2. Усовершенствование технологической схемы асфальтобетонного завода; 2.3. Проектирононие, раз-рабатка и выбор оборудования битумно-имульсионнай базы и щебеночного лавода.

но программе S: 3.1 Разработка Составов битумной эмульсин и осмульсионна минеральных смесей. 3.2. Оптимизация состава полимерно-битумкого вмжущеёо; 3.3. 1!ал\Чение и изучение фнзико'механи-wjsxux характеристик кубовидных щебней; 3.4, Подбор составов и исследования физико^механичвеких свойств тзлимерасфальтабетоиных. щебеночно-мастично асфальтобетонных и ясфаяьтаграпулобетон-ных смесей-

па программе 4; 4rl-Pa~t$amue теории уплотняемисти конструктивных слоев даражнай одежам; 4-2. Опряї#п.ї*нпр : ли я/і an расхода щебня и битумной эмульсии на приживаемость слоя шнцоа при устрийг.щвг-шерохоеатой поверхностной обработки методом синхронного распределения вяжущего и щебня; 4.3. Закономерности распада битумной эмульсии $ еяее износа из Литой змульсионно-минеральнай смеси; 4.4. Зависимость, фичика-ыехяническгог свойств асфалътограиуюбетаннон сиеси от расхода битумной эмуяь-сии є основании дорожной одежды; 4.5. Технологические особенности устройства верхнего слан дорожного покрытия из щебеночпа-маетичнпго асфальтобетона V полимераг.фальто&етона. по программе, 1 3.1. Система проектирования, строиглвлытпя к ремъытя автомобильных дорог территориального уровня yrtpiOftKnuA Іпо Свердловской области); 5.2. Система тіацированин. организации и выполнения НИОКР в дорожном хозяйстве Свврдлака&й области; 5.3. Система обеспечения качества Проелтирв90»ий, строительства ирелнзчта автомобильных дорог й Свердловской области

на программе б, 5.1, Развитие системы технического регулирования и дорожном хозяйстве; 6.2.

"-!.:. 11 і .і,.: ' і,і _t_:з

Создание научно-технической продукции и разработка нормативно-технических документов для проектирования, строительства и ремонта автомобильных дорог в Свердловской области б 3 Технико-экономическая оценка новых производств дорожно-строителъных материалов кубовидного щебня на Монетном щебеночном заводе и битумной эмульсии на Сухоложской битумно-эмульсионпой базе на основе построения графических моделей