Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анажгический обзор развития традиционных методов выбора ремонтной стратегии автомобильных дорог и изучения факторов, влияющих на изменение условий работы дорожных одежд с асфальтобетонными и другими битумоминеральными покрытиями в процессе эксплуатации 18
1.1. Анализ развития методов выбора видов и очередности работ при ремонте дорог с целью повышения их надежной работы в процессе эксплуатации 18
1.2. Общие тенденции изменения технической структуры сети автомобильных дорог, нагрузок и скоростей автомобильного транспорта и их учет при выборе направлений планирования дорожных работ 38
1.3. Изменение деформационной устойчивости асфальтобетонных и битумоминеральных покрытий в различные периоды года 55
1.4. Влияние процесса старения битума4 и усталостных явлений на долговечность асфальтобетонных и битумоминеральных покрытий в процессе эксплуатации автомобильных дорог 71
1.5. Влияние водно-теплового режима земляного полотна в процессе эксплуатации дороги на условия работы, прочность и долговечность дорожных одежд 83
Выводы по главе I 103
Глава 2. Исследование изменения основных технико-эксплуатащюнных показателей дорожня одежд и покрытий в процессе изменяющихся условий эксплуатации и их влияние на себестоимость автомобильных перевозок 105
2.1. Общий характер изменения прочности дорожных одежд и ровности покрытий на различных временных стадиях эксплуатации автомобильных дорог 105
2.2. Исследование зависимости ровности покрытий от суммарной грузонапряженности 119
2.3. Влияние изгоняющегося технико-эксплуатационного состояния дороги на себестоимость автомобильных перевозок 131
Выводы по главе 2 142
Глава 3. Применение методов теории надежности при установлении предельных состояний работы дорожных одежд и покрытий в процессе эксплуатации дороги 144
3.1. Исследование применимости показателей надежности для характеристики работы дорожных одежди покрытий в процессе эксплуатации дороги 144
3.2. Классификация отказов конструктивных элементов дорожных одежд и земляного полотна 165
3.3. Экономическая оценка надежности дорожной одежды в процессе эксплуатации автомобильной дороги 175
3.4. Обоснование требуемого уровня обобщенного показателя надежности дорожной одежды в процессе эксплуатации дороги 182
3.5. Приближенные методы обоснования требований к надежности вновь проектируемых конструкций дорожных одежд 195
3.6. Обоснование стоимостного износа дорожных одежд и покрытий в процессе эксплуатации автомобильной дороги 199
Выводы по главе 3 209
Глава 4. Теоретические и экспериментальные исследования обоснования оценочных показателей ремонтной стратегии автомобильных дорог в процессе эксплуатации 212
4.1. Пути повышения длительности сроков службы дорожных одежд и покрытий исходя из учета условий их работы в процессе эксплуатации 214
4.2. Экономико-математическая модель обоснования сроков между смежными реконструкциями автомобильной дороги 223
4.3. Обоснование схемы сроков и очередности проведения ремонтных работ на дорогах во П дорожно-климатической зоне 231
4.4. Учет региональных особенностей, интенсивности, состава движения и технологии работ при обосновании межремонтных сроков службы дорожных одежд и покрытий в процессе эксплуатации дороги 240
4.5. Обоснование корректирования периодичности сроков ремонта дорожных покрытий в процессе эксплуатации автомобильных дорог 255
4.6. Обоснование методов оценки эффективности использования ранее вложенных средств в реконструкцию и ремонт дороги и стоимости ремонтных работ в изменяющихся условиях эксплуатации 262
4.7. Обоснование экономико-математических моделей определения чистой прибыли, полного экономического эффекта и компенсации в виде взимаемой платы за пользование дорогой от изменяющихся условий эксплуатации 273
4.8. Сопоставительный анализ некоторых расчетных значений оценочных показателей с полученными
при наблюдениях за работой дорог 285
4.9. Общая схема выбора стратегии ремонта автомобильных дорог в практической работе 295
Выводы по главе 4 301
Литература 311
Приложения 326
- Общие тенденции изменения технической структуры сети автомобильных дорог, нагрузок и скоростей автомобильного транспорта и их учет при выборе направлений планирования дорожных работ
- Исследование зависимости ровности покрытий от суммарной грузонапряженности
- Классификация отказов конструктивных элементов дорожных одежд и земляного полотна
- Экономико-математическая модель обоснования сроков между смежными реконструкциями автомобильной дороги
Введение к работе
Основная цель, стоящая перед дорожными организациями,-это развитие и совершенствование сети автомобильных дорог, способной создать условия для надежной и экономичной работы автомобильного транспорта во всех сообщениях, относящихся к сфере его целесообразного применения.
Особое место"в развитии экономики занимают дороги с усовершенствованными покрытиями из асфальтобетона, обеспечиваю-щие высокую производительность автомобилей независимо от погодных условий.
Как наиболее дорогостоящие, такие дороги должны сохранять высокие транспортно-эксплуатационные качества в течение длительного времени.
Долголетняя и надежная работа дороги определяется условиями работы того или иного конструктивного элемента, а также своевременностью необходимых и соответствующих ремонтных воздействий, восстанавливающих износ и работоспособность дороги в требуемых пределах.
С быстрым развитием науки и техники понятие об износе становится более емким. Поэтому применительно к автомобильным дорогам нельзя отождествлять понятие износа только с истиранием верхнего слоя покрытия под действием на него колес движущихся транспортных средств.
Под износом, учитывая более широкие требования, следует понимать снижение в процессе эксплуатации прочности, долговечности и надежности работы дороги или отдельных ее конструктивных элементов в результате влияния внешних факторов.
Действительно, при эксплуатации дороги в одних ее эле - 6 ментах (например в покрытии,верхних защитных слоях в виде поверхностной обработки из щебня или шламов) преобладает явное истирание слоев,в других элементах (например,в слоях основания) протекают деструктивные процессы,приводящие к нарушению нормальной структуры.
Процессы износа сопровождаются снижением технических и транспортно-эксплуатационных характеристик автомобильных дорог: уменьшается скорость и ухудшаются условия для безопасного движения автомобилей.В результате этого снижается экономическая эффективность работы дороги.Поэтому для автомобильных дорог экономическая оценка износа имеет; решающее значение.
Процессом износа необходимо управлять, чтобы обеспечить максимальную и эффективную реализацию заданной долговечности дороги в пределах ее наиболее экономически выгодных значений.
Одной из главных задач повышения долговечности сети автомобильных дорог и их работоспособности является выбор стратегии ремонта,как наиболее эффективного способа учитывающего изменения условий работы дороги во времени,адекватного реагирования на изменяющиеся условия работы путем своевременного проведения необходимых ремонтно-профилактических мероприятий.
Используя существующие подходы в различных отраслях техники, под ремонтной стратегией автомобильных дорог,по нашему мнению, следует понимать "целеноправ ленное правило (функцию) .устанавливающее виды,объемы и периодичность управляющих воздействий, основным назначением и содержанием которых является их эффективность,контроль и поддержание находящейся в эксплуатации автомобильной дороги в работоспособном состоянии в межремонтные периоды с периодическим восстановлением значений показателей надежности до регламентированных значений".
Проблема выбора очередности и периодичности видов ремонтных работ для длительного сохранения работоспособности заключается в настоящее время в необходимости выявления и изменения износа дорожных одежд и покрытий на разных временных этапах работы дороги и разработке показателей и методов,позволяющих учитывать эффективность использования направляемых средств во времени при планировании ремонтных работ и управлении дорожно-ремонтным комплексом.
В настоящее время,накопленный практический опыт и знания дают возможность полагать,что отсутствие научно-обоснованных методов,позволяющих вырабатывать оптимальную стратегию планирования ремонта дорожной сети и прогнозирование экономических результатов работы автомобильных дорог для любого избранного момента времени с помощью машинной имитации является серьезной сдерживающей причиной принятия эффективных практических решений, связанных с приведением существующей сети дорог в соответствие с требованием движения, повышение их эксплуатационной надежности и эффективности использования средств,направленных на ремонт и содержание дорог.
В связи с возростающими требованиями к транспортно-эксплуатационному состоянию автомобильных дорог и недостатком денежных средств на ремонт содержание автомобильных дорог значительную актуальность приобретают вопросы эффективного планирования дорожных работ,как на стадии отработки проектных решений, так и в процессе эксплуатации автомобильных дорог.
Основные принципы стратегии дорожно-ремонтных работ предложены М.Б.Корсунским,М.Я.Телегиным еще в 50 - 60 годах настоящего столетия.Примерно с 1980 года ( В. К. Апестиным,А.П.Васильевым, О.А.Красиковым ) интенсивно начало развиваться направление по планированию дорожно-ремонтных работ на основе детального прогноза состояния автомобильных дорог по основным транспортно-эксплуатационным показателям. Не отрицая важности и переспективности такого подхода,практическая его реализация в ряде случаев затруднена из-за отсутствия необходимых для прогноза данных регионального характера.
В этих условиях определенные преимущества имеет предложенный автором в 1970 году метод оптимального планирования ремонта в условиях Северного Казахстана,опирающийся на реальные распределения фактических сроков службы дорожных одежд с биту-моминеральными покрытиями в рассматриваемом регионе.
Дальнейшее развитие этого направления для обоснования оценочных показателей выбора ремонтной стратегии автомобильных дорог с нежесткими дорожными одеждами в изменяющихся условиях эксплуатации в настоящее время представляется актуальным и полезным в практическом отношении.
Целью исследования является разработка комплексного метода определения стратегии ремонта автомобильных дорог с нежесткими дорожными одеждами в изменяющихся условиях эксплуатации по оценочным показателям,отражающим ее технико-экономический аспект.
В свете решения проблемы автор проводил исследования по следующим вопросам.
1.Особенности изменения величины себестоимости перевозок в процессе эксплуатации автомобильных дорог.
2.Характерные особенности изменения интенсивности накопления износа нежестких дорожных одежд с асфальтобетонными и другими битумоминеральными покрытиями в процессе эксплуатации автомобильной дороги.
3.Обоснование метода прогнозирования сроков службы между смежными реконструкциями для автомобильных дорог с нежесткими дорожными одеждами.
4.Принципы обоснования оптимальной схемы очередности и сроков проведения ремонта нежестких дорожных одежд с асфальтобетонными и другими битумоминеральными покрытиями.
5.Принципы обоснования оценки эффективности работы ранее вложенных средств на различных временных этапах работы дороги.
б. Принципы обоснования ремонтных затрат,обеспечивающих экономически эффективную работу дороги в изменяющихся условиях эксплуатации на разных временных этапах.
7.Обоснование метода прогнозирования прибыли и полного экономического эффекта от работы дороги в процессе эксплуатации.
8.Обоснование метода определения возможной взимаемой платы за пользование дорогой в результате улучшения ее технике- эксплуатационного состояния.
9.Обоснование метода прогнозирования стоимости износа дорожных одежд при работе дорог в неблагоприятных дорожно-климатических условиях в весенний период .
Перечисленные вопросы выносятся на защиту.
В работе были использованы некоторые материалы исследований, связанных с выбором состава ремонтных работ по результатам диагностики и оптимизации межремонтных сроков,выполненные на кафедре строительства дорог МДЦИ- под руководством д. т. н. проф. А. П. Васильева.
Автор выражает большую благодарность заслуженному деятелю науки и техники Р.Ф.,академику,докт.техн.наук,профессору В.Ф.Бабкову за консультирование по отдельным разделам диссертации и ценные советы и замечания,учтенные автором в ходе проводимых исследований.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Даны научные обоснования и разработан комплексный метод выбора ремонтной стратегии автомобильных дорог по оценочным показателям,имея ввиду ее технико-экономический аспект с широким применением ЭВМ,направленный на решение важной народно-хозяйственной задачи-повышение технико-эксплуатационного состояния и надежности работы дорожной сети.
Научная новизна по отдельным вопросам:
-установлены на основе анализа технико-эксплуатационного состояния дорог особенности изменения величины себестоимости перевозок,зависимость изменения полученной после проведенных работ величины снижения себестоимости перевозок в процессе эксплуатации автомобильной дороги,диапазоны изменения этих величин на разных временных стадиях работы дороги;
-установлены характерные особенности изменения интенсивности накопления износа нежестких дорожных одежд с асфальтобетонными и другими битумоминеральными покрытиями,зависимость изменения остаточной стоимости дорожной одежды в процессе эксплуатации, ориентировочная доля остаточной стоимости дорожной одежды,соответствующая ее предельному технико-эксплуатационному состоянию;
-разработан метод и установлены экономико-математические зависимости,позволяющие прогнозировать сроки службы между смежными реконструкциями для автомобильных дорог с нежесткими дорожными одеждами с позиций максимизации экономического эффекта от работы дороги;
-обоснованы схемы усредненных показателей очередности и сроков проведения ремонта нежестких дорожных одежд с усовершенствованными покрытиями с применением битума для дорог,находящихся в Центрально-Европейской части Р.Ф, предложен метод обоснования оптимальных схем;
-предложены принципы обоснования оценки эффективности работы ранее вложенных средств,установлены экономико-метемати-ческие зависимости,позволяющие оценивать степень окупаемости происходящего износа дорожной одежды в разные периоды эксплуа - 12 тации автомобильной дороги,что дало возможность развить новый подход к обоснованию метода оценки эффективности работы ранее вложенных средств в реконструкцию и ремонт дороги и возможность контроля обеспечивающего эффективную работу дороги на разных временных этапах;
-предложены принципы обоснования ремонтных затрат,обеспечивающих экономически эффективную работу дороги в изменяющихся условиях эксплуатации,обоснована экономико-математическая зависимость, позволяющая прогнозировать затраты на восполнение износа дорожной одежды и покрытия на разных этапах эксплуатации автомобильной дороги,что дало возможность предложить новый подход к обоснованию норм денежных затрат на ремонтные работы, исходя не из среднестатистических норм,а из обеспечения работоспособности дороги;
-разработаны методы и экономико-математические модели, позволяющие при выбранных схемах сроков и очередности проведения ремонтных работ прогнозировать величину чистой прибыли и полного экономического эффекта от изменяющегося состояния дороги;
-разработан метод и экономико-математическая модель обоснования возможной взимаемой платы за пользование дорогой в результате улучшения ее технико-эксплуатационного состояния;
-обоснован метод прогнозирования стоимости износа дорожных одежд при работе дорог в неблагоприятных дорожно-климатических условиях в весенний период.
На основании исследований автором сформулированы и обоснованы научные положения по выбору и обоснованию оценочных показателей ремонтной стратегии автомобильных дорог с нежесткими дорожными одеждами в изменяющихся условиях эксплуатации
Совокупность этих положений может быть квалифицирована как новое направление, способствующее решению проблемы выбора ремонтной стратегии в процессе эксплуатации автомобильных дорог
Практическая ценность работы состоит в разработке методов и научном обосновании оценочных показателей, составляющих основу комплексного подхода к выбору ремонтной стратегии, позволяющих прогнозировать потенциально возможные изменения технико-экономических показателей работы дороги на разных этапах службы в конкретных для рассматриваемой дороги изменяющихся условиях эксплуатации, а следовательно и принимать адекватные управленческие решения.
Выполненные исследования расширяют возможности совершенствование управления дорожно-ремонтным комплексом на стадии планирования дорожных работ, при обосновании потребности необходимых средств и распределении их во времени, для оценки выбранных технических решений по назначению и проведению дорожных работ с позиций экономических результатов работы дороги.
Для практического применения предложен пакет программ для ЭВМ,позволяющий решать практические задачи и проводить эспе-риментальные исследования с использованием методов машинной имитации по вопросам:
- прогнозирование сроков службы между смежными реконструкциями и схем очередности ремонтов нежестких дорожных одежд и покрытий в реальных условиях эксплуатации;
-обоснование затрат на ремонт нежестких дорожных одежд и покрытий в изменяющихся условиях эксплуатации автомобильных дорог;
-оценка во времени эффективности затрат на реконструкцию и ремонты автомобильных дорог в изменяющихся условиях эксплуатации;
-прогнозирование возможной взимаемой платы за проезд с одной транспортной единицы на разных этапах службы;
-прогнозирование чистой прибыли от работы автомобильной дороги на разных этапах службы в изменяющихся условиях эксплуатации;
-прогнозирование во времени величины экономического эффекта от работы дороги на разных этапах службы в изменяющихся условиях эксплуатации;
-прогнозирование обьемов и стоимости разрушений и компенсации за повышенный износ автомобильных дорог с нежесткими дорожными одеждами в весенний период;
-обоснование величины себестоимости перевозок от изменяющегося технико-эксплуатационного состояния автомобильной дороги;
- оценка проектирования состава дорожных работ при ремонте с анализом изменения дорожных условий после ремонта и эффективности работы дороги;
-установление очередности .мест .состава, оптимальных объемов и стоимости работ при ремонте дороги с базы данных ее технико-эксплуатационного состояния и характеристик движения
Практическая реализация основных результатов выполненных исследований исследований использована в пакете из 15 разработанных методик- программ для ЭВМ,которые приобретены в I99I-I992 годах дорожными организациями Российской Федерации и используются ими в практической работе. Результаты исследований включены в нормативно-технический документ "Руководство по оценке эффективности инвестиций в дорожно-ремонтные проекты". Предусматривается включение в другие нормативно-технические документы,относящиеся к ремонту и содержанию автомобильных дорог согласно прилагаемого к диссертации акта ,а также используются в учебном процессе при курсовом и дипломном проектировании, включены в программу курса" Изыскания и проектирование автомобильных дорог" и учебную исследовательскую работу со студентами по специальности 1210 "Автомобильные дороги"
Апробация работы Основные научные положения и практические рекомендации,полученные в процессе работы по теме диссертации обсуждались на 50,51,52,53 научно-исследовательских конференциях МАДЙ (1992-1995гг),на Всероссийсих совещаниях по совершенствованию ремонта и содержания автомобильных дорог в г Москве 1987,1988 годах,на совещаниях специалистов дорожно-эксплуатационных организаций в Федеральном дорожном департаменте в 1991,1992,1993,1994 годах
Публикация по теме Основное содержание диссертации опубликовано в 2 монографиях,написанных лично автором, 15 статьях в научно-технических журналов и сборников трудов
Объем диссертации.Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав,выводов,приложения и содержит 333 страниц машинописного текста,46 рисунков,26 таблиц.Список использованной литературы включает 145 наименований.
Первая глава посвящена аналитическому обзору развития
-16 традиционных методов выбора ремонтной стратегии и изучению факторов,влияющих на изменение условий работы дорожных одежд и покрытий на основе ранее выполненных исследований и наблюдений за изменением технико-эксплуатационного состояния автомобильных дорог в процессе эксплуатации в различных регионах страны
Вторая глава посвящена исследованию изменения основных технико-эксплуатационных показателей дорожных одежд и покрытий в процессе изменяющихся условий эксплуатации. В ней анализируется общий характер изменения прочности дорожных одежд и ровности покрытий на разных временных стадиях эксплуатации автомобильных дорог,обосновывается зависимость ровности от суммарной грузонапряженности. Большая часть теоретических и экспериментальных исследований посвящена обоснованию зависимости изменения во времени полученной после проведения дорожных работ величины снижения себестоимости перевозок. Определены усредненные величины снижения себестоимости перевозок в зависимости от времени проведения ремонтных работ от начала ввода дороги в эксплуатацию.
При этом себестоимость, как экономическая категория, рассматривается с позиций обобщающего качественного состояния автомобильной дороги
В третьей главе приводятся результаты исследований применения методов теории надежности при установлении предельных состояний работы дорожных одежд и покрытий в процессе эксплуатации дороги. В ней рассмотрены теоретические основы и практические методы этого направления исследований.На основании которых предложены:
-математическая модель критерия оптимальности, определяющая условия рентабельности эксплуатируемой дороги;
-схема оптимизации надежности по критерию максимального чистого эффекта;
-зависимость, устанавливающая изменения остаточной стоимости дорожной одежды в процессе эксплуатации автомобильной дороги;
-установлены для дорог Европейской части Р.Ф. расчетные величины ориентировочной остаточной стоимости дорожной одежды, соответствующие ее предельному технико-эксплуатационному состоянию.
В четвертой главе приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию оценочных показателей ремонтной стратегии автомобильных дорог в процессе эксплуатации. На основании которых предложены методы обоснования оценочных показателей ремонтной стратегии автомобильных дорог, представляющие ее технико-экономической аспект. Установлены экономико-математические зависимости изменения оценочных показателей, разработано програмно-математическое обеспечение и составлен в диалоговом режиме пакет программ для ЭВМ. Все вместе это рассматривается как начальный этап применения методов системного анализа в обосновании выбора ремонтной стратегии, позволяющих подойти к построению комплексной модели технико-экономической оценки работы автомобильной дороги в процессе эксплуатации, отображающей многообразие факторов,изменяющих условия работы дороги
Общие тенденции изменения технической структуры сети автомобильных дорог, нагрузок и скоростей автомобильного транспорта и их учет при выборе направлений планирования дорожных работ
Выбор ремонтной стратегии автомобильных дорог во многом будет определяться проявляющимися тенденциями изменения технической структуры сети автомобильных дорог, изменения нагрузок и скоростей автомобильного транспорта. Чтобы отчетливей представить возможный характер изменения технической структуры, проследим динамику изменения состояния дорожной сети по материалам анализа, выполненного проф. А.П.Васильевым [19] . По состоянию на I декабря 1925 г. на территории СССР имелось около 3 млн. км дорог, в том числе, тыс. км: Государственных общесоюзного значения 42 Областных и губернских 333 Уездных, волостных и сельских 925 Полевых, проселочных и других 1700 Удельная протяженность дорог с твердым покрытием на Европейской части СССР составляла 4 км на I км2 территории и 0,2 км на I жителя. Таким образом, на Европейской части страны дорог с твердым покрытием было меньше, чем во Франции3 на каждого жителя в 75 раз, а на каждый квадратный километр территории - в 263 раза. При всех трудностях развития народного юзяиства все последующие годы протяженность сети возрастала (рис. I). Наибольший прирост сети дорог общего пользования с твердым покрытием был достигнут в восьмой и девятой пятилетках (1966-1970 гг. и I97I-I975 гг.), когда он составлял до 129 тыс. км, т.е. в среднем до 26 тыс. км в год. Начиная с 1976 г., эти темпы значительно снизились и составили: в 1976-1980 гг. - 105,5 тыс. км; в I98I-I985 гг. -88,8 тыс. км; в 1986-1989 гг. - 56 тыс. км. В то же время началось быстрое развитие сети внутрихозяйственных дорог: 1976-1980 гг. - 161 тыс. км; I98I-I985.IT. - 117 тыс. км; 1986-1989 гг. - 123,2 тыс. км, т.е. в настоящее время их развитие идет более быстрыми темпами, чем дорог общего пользования. Итоги развития дорожной сети на конец 1989 г. приведены В 1925 г. Франция имела наиболее развитую сеть автомобильных дорог в Европе. За период с 1925 по 1990 гг. протяженность всех дорог с твердым покрытием в стране увеличилась более, чем в 65 раз. Тем не менее в нашей стране, по сравнению с Францией, на каждого жителя дорог с твердым покрытием приходится в 3,2 раза меньше, а на каждый квадратный километр территории в 25 раз (в 1925 г. эти цифры были меньше соответственно в 75 и 263 раза).
Существующая дорожная сеть обладает рядом важных недостатков: протяженность дорог с твердым покрытием значительно меньше требуемой; только 20-25$ всей протяженности дорог имеют дорожные одежда, рассчитанные на пропуск тяжелых автомобилей с осевой нагрузкой 10 т. Остальные дороги имеют дорожную одежду, рассчитанную на пропуск автомобилей весной грузоподъемностью не более 6 т, или вообще не имеют дорожной одежды и не могут обеспечить движение автомобилей в период распутицы. Исходя из роли и значения автомобильных дорог в экономическом и социальном развитии общества и государства, конечная цель деятельности дорожной отрасли заключается на данном дол ствовать сеть автомобильных дорог, способную обеспечить своевременное, качественное и полное удовлетворение потребностей экономики народного хозяйства и населения в автомобильных перевозках с высокой экономической эффективностью, удобством и безопасностью движения. Поэтому важным концептуальным вопросом является определение плановой и технической политики в развитии и совершенствовании дородной сети, т.е. в прогнозировании на определенна) перспективу необходимой протяженности дорог, структуры дотю зой сети, последовательности и темпов ее развития и совершенствования . Определение требуемой протяженности дорожной сети представляет собой очень сложную технико-экономическую задачу, поскольку ее решение требует учета изменения множества факторов, вызванных размещением населенных пунктов и особенностями их жизнедеятельности, численности населения, площади территории и степени ее освоения, уровня развития экономики промышленности и сельского хозяйства. Исходя прежде всего из социальной необходимости, принципиальным вопросом при определении требуемой протяженности автомобильных дорог является установление расчетного количества связей между населенными пунктами.
Исследование зависимости ровности покрытий от суммарной грузонапряженности
Показывают многие исследования, ровность асфальтобетонных и других битумоминеральных покрытий в значительно большей степени, чем другие технико-эксплуатационные показатели, определяет скорость движения, а потому оказывает более существенное влияние на технико-экономические показатели работы автомобильных перевозок, прежде всего на их себестошлость. Начальная ровность покрытий во многом определяет интенсивность изменения состояния проезжей части, определяющей сроки службы покрытий, рассмотренных в последующих разделах.
Наиболее полно, по мнения автора диссертации, могут отразить характер изменения ровности покрытий на разных ремонтных этапах работа дороги, исходная ровность и суммарная грузонапряженность.
Предлагаемая зависимость (7) подсчета суммарной грузонапряженности дает возможность учитывать не только вес (брутто), пропущенный дорогой, но и число приложений нагрузок от всех марок автомобилей, движущихся на рассматриваемом участке дороги.
Это дает возможность более полно учитывать характер накопления деформаций дорожной одежды и покрытий. номинальная грузоподъемность каждой из моделей ав томобилей, т; А» %С соответственно коэффициент использования пробега и грузоподъемности для каждой из моделей автомобиля. По мнению автора диссертации, нельзя полностью согласиться с утверждением, что изменение ровности покрытия зависит только от количества автомобилей, соответствующего и превышающего расчетное, так как не следует недоучитывать и воздействие легких грузовых автомобилей и даже легковых, которые мало влияют на изменение общей прочности дорожной одежды, но оказывают существенное влияние на нарушение деформационной устойчивости покрытий, приводящей к различным видам деформаций, отмеченных в главе 2.
Зависимость между ровностью покрытий и суммарной грузонапряженностью, по мнению автора монографии, более универсальна, чем зависимость "ровнссть-приведенная интенсивность движения". Последний показатель не дает вполне надежных для целей нормирования данных, так как подвержен изменениям вследствие изменения состава движения и эксплуатационных показателей использования автомобильного парка (степени использования грузоподъемности и пробега), и занижает число приложений нагрузок.
При установлении зависимости между ровностью покрытия и суммарной грузонапряженностью необходимо учитывать следующие особенности.
Розность дородных покрытий в пределах каждого участка не остается постоянной в течение годового периода. Установлено [8] , что колебания ровности подчиняются закономерностям погодяо-климатических изменений, что соответствует неравнозначности условий работы дорог -по периодам года, отмеченным в главе 2. В связи с изменена ЄХМ эксплуатационного состояния дорожных одежд и покрытий по периодам года, розность покрытий не остается постоянной а течение года. Приведенные низе значения коэффициентов изменения ровности покрытий по периодам года, установленным для дорог Северного Казахстана, подтвер-здажт это.
Поэтому очень важно установить исходные положения для определения расчетного периода по ровности в течение года. 2. Для оценки ежегодного изменения показателей ровности с увеличением количества пропущенных автомобилей необходимы периодические измерения ровности дорожных покрытий. 3. Показатели изменения ровности покрытий в значительной степени будут определяться выбранной ремонтной стратегией, принятой схемой сроков и очередности проведения дородных работ. 4. Показатели изменения ровности покрытий меняются для дорог с однотипными покрытиями в различных районах страны. Вследствие недостаточной изученности многих факторов, определяющих изменение численных значений показателей ровности, целесообразно определять значения показателя ровности покрытия с применением положений теории вероятности. Поэтому целесообразно устанавливать региональные нормативы, характерные для определенной климатической зоны.
В настоящее время во многих регионах страны предпосылки к этому имеются. Ведется контроль изменения ровности дорожных покрытий по основным дорогам. Результаты этих многолетних наблюдений при известных изменениях интенсивности и состава движения можно ввести в банк данных ЭВМ и использовать, выполняя технико-экономические расчеты при обосновании ремонтных работ. При выявлении зависимости ровность - грузонапряженность следует использовать следующие предпосылки.
Классификация отказов конструктивных элементов дорожных одежд и земляного полотна
Для установления способов оценки и степени надежности автомобильной дороги необходимо проанализировать произошедшие отказы и,главным образом, причины их появления.
Анализ выполненных многочисленных исследований, в частности [89, 108, 114] , дает возможность выделить три группы причин их появления. I. Группа причин, вызванная несовершенством теории проектирования автомобильных дорог в 50-е годы, когда начиналось массовое проектирование и строительство дорог с усовершенствованным покрытием.
Дзйствующие в то время нормы не отвечали современным требованиям. В настоящее время при проектировании автомобильных дорог не всегда учитываются условия работы дорожных сооружений в зависимости от местных природных условий и их резких колебаний, особенно в части температурного режима работы покрытий, накопления и перераспределения влаги в осенне-зимний период. Поэто-щ даже вводимые в расчеты коэффициенты запаса не всегда гарантируют расчетные сроки службы дорожных сооружений.
Значительные погрешности в проектах являются причинами, вызывающими преждевременные разрушения сооружений. Главные из них: завышение качественных показателей без надлежащей предварительной всесторонней проверки и испытания материалов не только в виде отобранных (обычно лучших) проб в лабораториях, но и в опытных конструкциях; применение конструкций, трудно осуществимых на практике; погоня за снижением стоимости проектных решений, наиболее часто приводящая к грубым ошибкам в расчетах прочности и устойчивости; недоучет факторов, влияющих на водно-тепловой режим земляного полотна. Хотя здесь дело обстоит сложнее. Например, в проекте реконструкции дороги часто причины разрушений известны, а исправлять их из-за сложности работ не хотят и стараются все свести к неудовлетворительному поверхностному водоотводу. 2. Группа причин , вызванная нарушениями технических правил при проведении дорожных работ.
К их числу, главным образом, следует отнести недопустимые отступления от проекта, применение материалов низкого качества в погоне за снижением стоимости работ, недоуплотнение грунтов земляного полотна и слоев дорожной одежды. Все это можно объяснить и недостаточными профессиональными знаниями инженерно-технического персонала и рабочих, отсутствием проекта организации работ, нарушением правил производства работ.
Особенно тяжелые последствия отказов бывают при производстве работ в особо сложных природных условиях на оползневых и просадочных грунтах, в горных условиях и т.д. 3. Группа причин, вызванная нарушениями правил приемки дорожных работ и несоблюдением правил пользования дорогами.
Нередко сдача объектов в эксплуатацию производится без надлежащей оценки сооружений, как правило, с недоделками, с широким использованием допусков. Все это приводит к тому, что объекты вводятся не только с существенными дефектами, но и фактически с начальными признаками разрушений отдельных сооружений.
Положение усугубляется также нарушениями правил пользования дорогами в процессе эксплуатации вследствие недостаточного надзора за движением и пропуском негабаритных автомобилей с превышением нагрузок на ось, разрушающих дорожные покрытия. Часто не регламентируется пропуск нагрузок в весенний период при переувлажненном и ослабленном земляном полотне, что приводит к большим преждевременным разрушениям дорожных одежд, а дорожные организации до сего времени не располагали методикой расчета установления объема разрушений в весенний период.
Возникакщие на дорожных одеждах деформации и разрушения следует классифицировать по видам в зависимости от их размеров и значения. Для установления точных показателей надежности работы дорожных одежд необходимо для каждого вида разрушения установить модель - теоретическую, эмпирическую или комбинированную, чтобы изучить механизм разрушений и знать, как работает данный конструктивный элемент под нагрузкой.
Возникновение отказов дорожных одежд объясняется многими причинами. В процессе эксплуатации дороги наиболее часто проявляются постепенные отказы, вызванные накоплением необратимых деформаций и мелких разрушений, в результате повторных приложений нагрузок, механического износа покрытия и другими причинами.
Значительно реже возможны внезапные отказы, вызванные потерей прочности или износом конструктивного элемента, которые сопровождаются разрушением сооружения. В основном внезапные отказы характеризуются хрупким разрушением материала, возникновением недопустимых для данной конструкции упругих или остаточных деформаций. Отказы отдельных конструктивных элементов могут являться причинами отказа автомобильной дороги в целом. Однако постепенные отказы не должны являться причиной полного отказа автомобильной дороги, так как при надлежащем надзоре могут быть своевременно устранены причины возникновения отказа. Внезапные же отказы могут служить причиной полного отказа автомобильной дороги. Имеются многочисленные примеры таких отказов.
Природа отказов на автомобильных дорогах неоднозначна. Причинами внезапных отказов автомобильной дороги служат случайные неблагоприятные сочетания нескольких факторов, чаще всего погодно-климатическйх и механических, которые не всегда можно предусмотреть. Например, внезапное вскрытие пучин, сильно возрастающая,порой в несколько раз, грузонапряженность на дорогах в осенний период при перевозке урожая.В то же время отказы, приводящие к снижению расчетной скорости, являются повседневным явлением.
Экономико-математическая модель обоснования сроков между смежными реконструкциями автомобильной дороги
Для выработки ремонтной стратегии автомобильной дороги, находящейся в эксплуатации, необходимо прежде всего установить численные значения показателя долговечности. Как отмечено в разделе 3.1, под показателем долговечности (сроки между реконструкциями) можно понимать длительность сохранения ее работоспособности при оптимальных затратах на ремонт дорожной одежды, покрытия и земляного полотна. То есть показатель долговечности можно использовать для оценки предельного состояния дороги, под которым следует понимать не предельный максимальный срок службы, а обоснованный по избранным критериям - оптимальный. В качестве избранного критерия при обосновании сроков службы между реконструкциями, как более предпочтительный (раздел 3.3), по мнению автора диссертации, следует использовать критерий максимизации экономического эффекта от использования дороги как показателя, в значительной степени стимулирующего улучшение технико-эксплуатационного состояния дорожных одежд в процессе эксплуатации дороги. Следует отметить, что указанные критерии находят применение при обосновании долговечности машин [93, 131] и некоторые подходы, которые могут учитывать специфические условия работы дорог, были использованы в настоящей работе. При обосновании сроков реконструкции исходят из следующих положений. 1. Срок между последующими реконструкциями рассматривается как оптимальный промежуток времени, в течение которого ранее произведенные затраты на строительство дороги или предшествую щую реконструкцию и ремонты работают эффективно. Эффективность оценивается по результатам сопоставления суммарной экономии, полученной на перевозках с потерями от нарастающего стоимостного износа за этот период, подробно рассмотренного в разделе 4.6. 2. Работа дорожной одежды и покрытий являлась безотказной, если за период между смежными последовательными реконструкция ми при принятой схеме сроков и очередности ремонтов они не те ряли работоспособности. 3. К исходному по критерию экономичности сроку автомобиль ная дорога, и прежде всего дорожная одежда, приближается к пре дельному износу, в результате чего далее проводимые ремонты неэффективны - они не дают возможность сохранить требуемые тех нико-эксплуатационные показатели на длительный период.
Под предельным износом, как было отмечено ранее, понимают потерю общей прочности дорожной одеждой, прочности материалами конструктивных слоев, низкую надежность работы дороги. 4. В складывающейся ситуации работы дороги становится эко номически оправдано только коренное качественное улучшение тех нического состояния, достигнуть которого можно только за счет проведения реконструкции. Для. решения поставленной задачи предлагается рассматривать зависимость чистого экономического эффекта (раздел 3.3). Преобразуя зависимость (40) в выражение (52), которая, по мнению автора монографий, может наиболее полно отразить перечисленные положения и в комплексе учитывать изменения экономии на автотранспортных перевозках от первоначального качественного состояния реконструируемой дороги, накапливаемого износа и изменяющейся интенсивности движения в процессе эксплуатации где 6(7) - величина полного чистого экономического эффекта за Т лет работы дороги, которая складывается из величины полученной суммарной экономии на автотранспортных перевозках, эксплуатационных затрат и остаточной стоимости дороги за этот период; Сэ - среднегодовые затраты на ремонт и содержание дорожной одежды и покрытия; - оптимальный срок службы между смежными реконструк- где СПР„ - стоимость предшествующей реконструкции или нового строительства; К и - коэффициент, показывающий остаточную часть затрат на реконструкцию в Т0М году,определяется по формуле (51), приведенной в разделе 3.6, в которую вместо текущих значений і подставляют значения Т - наступления срока реконструкции (обоснование формул стоимостного износа дано также в разделе 3.6); С -.,. - величина экономии на автотранспортных перевозках определяется по следующей формуле где L - протяжение рассматриваемого участка дороги; /V0 - интенсивность движения автомобилей по дороге в первый год после реконструкции; а - ежегодный показатель роста интенсивности движения транспортных средств по дороге. Таким образом в большей степени зависит от себестоимости перевозок Sfi)после реконструкции в момент ввода дороги в эксплуатацию, а она в свою очередь зависит от ровности и прочности конструкции дорожной одежды, т.е. от качественного состояния в начальный и последующий периоды.
