Введение к работе
Актуальность работы. Действующие в Российской Федерации нормы и правила проектирования автомобильных дорог не в полной мере учитывают специфику природно-климатических условий отдельных регионов. Это связано с тем, что при дорожно-климатическом районировании, выполненном специалистами еще в середине прошлого века, применены методы, не позволяющие учесть в полной мере территориальную однородность признаков климата и природы. Именно поэтому действующими отраслевыми дорожными нормами, например, ОДН 218.046-01 (пп. 1.7, 2.37, 3.28) предложено учитывать при проектировании дорожных одежд сведения регионального научно-практического опыта.
Нормы проектирования автомобильных дорог недостаточно учитывают особенности формирования свойств глинистых грунтов в природно-климатических условиях, например, Западной Сибири (II, III, IV дорожно-климатические зоны), что не позволяет обеспечить качество проектирования при применении ранее установленных (в европейской части России) значений характеристик грунтов для проектирования дорожных одежд, в частности, по условию морозоустойчивости.
Актуальность решения проблем качества проектирования автомобильных дорог за счет более обоснованного учета комплекса природно-климатических условий особенно очевидна в интенсивно осваиваемых районах страны, например, в западно-сибирском регионе, который является важным поставщиком углеводородного сырья при слабо развитой дорожной инфраструктуре.
Разделы диссертационной работы выполнены по госбюджетной теме Программы Министерства образования и науки Российской Федерации: Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники, Подпрограмма 211. Архитектура и строительство. Регистрационный номер / НИР: 07.01.043, а также при выполнении темы «Разработка методики дорожно-климатического районирования территории регионов Российской Федерации» по плану научно-исследовательских работ Росавтодора Минтранса России, что подтверждает актуальность диссертационной работы.
Объект исследования - проектирование дорожных конструкций в природно-климатических условиях западно-сибирского региона.
Предмет исследования - современные методы и технологии, обеспечивающие полноту и достоверность исходной информации при обосновании проектных решений, точность расчетов, качество конструкций и сроков службы транспортных сооружений.
Методы исследования - теоретические и экспериментальные, включающие математическое моделирование.
Цель работы - обеспечение качества проектирования транспортных сооружений за счет более полного учета природных и климатических особенностей территорий и обоснованного назначения расчетных характеристик грунтов в пределах выделенных однородных районов.
Для достижения поставленной в работе цели были сформулированы следующие задачи:
Разработать алгоритм моделирования элементами геокомплексов (зональные, интразональные, региональные) при установлении границ распространения дорожных районов, однородных по комплексу природных и климатических условий.
Разработать математическую модель для назначения на региональном уровне обоснованного распространения географических границ зон, подзон и дорожных районов, объединяющих однородные по природно-климатическим признакам территории в пределах административных образований.
Уточнить дислокацию границ II-III и III—IV дорожно-климатических зон с детализацией районирования региона исследования.
Установить закономерности изменения коэффициента пучения глинистых грунтов земляного полотна автомобильных дорог Западной Сибири в зависимости от их влажности, плотности и скорости промерзания. Обосновать расчетные значения характеристик глинистых грунтов земляного полотна для проектирования морозоустойчивых дорожных одежд на территории исследования.
Научная новизна работы заключается в изучении связей и закономерностей, характеризующих однородность территорий по комплексу природных и климатических условий, что способствует обеспечению качества проектирования транспортных сооружений и, соответственно, экономичной эксплуатации сооружений. При этом:
Предложен алгоритм решения задачи по выделению однородных территорий с учетом характерных для них геокомплексов зонального, интра-зонального и регионального характера в системе «зона-подзона-дорожный район».
Разработана математическая модель для сопряжения пространственных организаций в системе «зона-подзона-дорожный район» на границах административных образований, позволяющая получить единую схему регионального дорожного районирования.
3. На эмпирическом уровне показана взаимосвязь коэффициента пучения наиболее распространенных в регионе исследования суглинков тяжелых пылеватых от их влажности, плотности и скорости промерзания.
Практическая значимость и реализация работы состоит в:
уточнении дислокации границ II-III и III—IV дорожно-климатических зон, детализации районирования территории исследования для целей проектирования автомобильных дорог на основе математического моделирования комплексом природных и климатических условий;
нормировании расчетных значений влажности и коэффициента пучения глинистых грунтов земляного полотна для выделенных на территории Алтайского края, Кемеровской, Новосибирской, Томской и Тюменской областей дорожных районов;
обосновании толщин морозоустойчивых конструкций дорожных одежд для территории исследования;
результаты исследований внедрены:
при проектировании городских улиц Алтайская, Балтийская, Беринга, Елизаровых, Клюева, Сибирская, Смирнова, проспекта Академический и автомобильных дорог «Березовка - Красная Горка», «Михайловка - Александровское - Итатка» на участке 27 км - Итатка, «Могильный Мыс - Пара-бель - Каргасок» на участке 80 - 103 км, «Первомайское - Белый Яр» на участке 102 - 112 км на территории Томска и Томской области;
при чтении лекций для студентов и аспирантов дорожно-строительного факультета по специальности 270205 «Автомобильные дороги» в Томском государственном архитектурно-строительном университете.
На защиту вынесены:
Алгоритм назначения границ дорожных зон, подзон и районов с учетом природных и климатических условий.
Математическая модель объединения на региональном уровне обоснованного распространения границ зон, подзон и дорожных районов, объединяющих однородные по природно-климатическим признакам территории в пределах административных образований.
Уточненная схема дорожного районирования территории Западной Сибири (II, III, IV дорожно-климатические зоны).
Территориально нормированные расчётные значения влажности и коэффициента пучения глинистых грунтов земляного полотна для проектирования морозоустойчивых дорожных одежд автомобильных дорог для дорожных районов, выделенных на территории Западной Сибири.
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций гарантирована необходимым объёмом статистики, применением современных
методов расчёта и инженерного оборудования, обеспечивающих достаточный уровень надёжности результатов математического моделирования и измерений физических величин.
Апробация работы: Материалы диссертации доложены и обсуждены на конференциях и семинарах: 13-я международная научно-практическая конференция «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-13-2007)» (г. Кемерово, 2007 г.); Международная научно-практическая Интернет-конференция «Современные методы строительства автомобильных дорог и обеспечение безопасности движения» (г. Белгород, 2007 г.); IV Международный симпозиум «Контроль и реабилитация окружающей среды» (г. Томск, 2008 г.); I Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений» (г. Омск, 2006 г.); II, III Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (г. Омск, 2007-2008 гг.); 54-я Всероссийская научно-практическая конференция «Россия молодая» среди студентов, аспирантов сотрудников НИС и профессорско-преподавательского состава (г. Кемерово, 2009 г.); юбилейная научная конференция, посвященная 120-летию со дня рождения профессора М.И. Кучина «Кучинские чтения» (г. Томск, 2007 г.); научная конференция по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии «Международный год планеты Земля: проблемы геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии» (Томск, 2008 г.); межрегиональная практическая конференция «Инновационные технологии изысканий, проектирования, строительства, содержания автомобильных дорог Томской области» (г. Томск, 2008 г.); научные межкафедральные семинары Томского государственного архитектурно-строительного университета (г. Томск, 2006 - 2009гг.).
Личный вклад автора состоит:
в разработке алгоритма назначения дислокации границ дорожного районирования;
в получении математической модели соединения границ зон, подзон и районов отдельных областей в значительные по площади регионы;
в уточнении схемы дорожного районирования Западной Сибири (II, III, IV дорожно-климатические зоны);
в установлении зависимости Кпуч = f (Woc, р, Vnp) для проектирования дорожных одежд по условию морозоустойчивости;
в нормировании расчетных значений характеристик глинистых грунтов земляного полотна для проектирования морозоустойчивых дорожных одежд;
в обосновании толщин морозоустойчивых конструкций дорожных одежд.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 16 публикациях, в том числе в 8 статьях, опубликованных в журналах и сборниках трудов (из них 3 в журналах, включенных в перечень ВАК РФ), 8 тезисах докладов на конференциях.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, списка литературы, включающего 153 наименований. Объём работы 200 стр., в том числе 14 таблиц, 30 рисунков и 9 приложений.
