Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1 Опыт применения геосинтетических материалов при строительстве асфальтобетонных покрытий 10
1.2 Геосинтетические материалы, используемые для армирования асфальтобетонных покрытий 23
1.3 Анализ методов проектирования дорожных одежд с армированным асфальтобетонным покрытием 33
1.4 Выводы, цель и задачи исследования 41
2 Физико-механические свойства геосинтетических материалов, применяемых для армирования асфальтобетонных покрытий 43
2.1 Методики и оборудование, используемые для испытаний 43
2.1.1 Определение прочности при растяжении : геосинтетических материалов 44
2.1.2 Определение прочности узловых соединений 47
2.1.3 Определение термостойкости 48
2.1.4 Определение характеристик ползучести при растяжении геосинтетических материалов 49
2.1.5 Оценка повреждаемости геосинтетических материалов 51
2.1.6 Оценка прочности после воздействия циклов замораживания-оттаивания 54
2.2 Геосинтетические материалы, использованные для исследования 55
2.3 Обработка результатов испытаний методами математической статистики 55
2.4 Результаты испытаний 58
2.4.1 Результаты определения предела прочности геосинтетических материалов 58
2.4.2 Результаты оценки прочности узловых соединений 60
2.4.3 Результаты оценки термостойкости 61
2.4.4 Результаты определения характеристик ползучести при растяжении 61
2.4.5 Результаты оценки повреждаемости 62
2.4.6 Результаты оценки прочности после воздействия циклов замораживания-оттаивания 63
Выводы по второй главе 63
3 Анализ напряженно-деформированного состояния армированного асфальтобетонного покрытия 65
3.1 Общие положения 65
3.2 Моделирование многослойных армированных дорожных одежд с использованием объёмных и стержневых конечных элементов 67
3.3 Численная реализация конечно-элементной модели при силовых и температурных воздействиях 72
3.4 Анализ результатов численного решения 75
3.4.1 Дорожная одежда жёсткого типа 75
3.4.2 Дорожная одежда нежёсткого типа 80
3.5 Оценка адекватности принятой модели 87
3.6 Методика и результаты расчета асфальтобетонных слоев дорожной одежды по раскрытию трещин 87
3.7 Особенности методики расчёта на прочность дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием, армированным геосетксй 90
3.7.1 Общие положения 90
3.7.2 Особенности расчёта нежёстких дорожных одежд 91
3.7.3 Особенности расчёта жестких дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием, армированным геосеткой 93
Выводы по третьей главе 94
4 Экспериментальная оценка физико-механических свойств армированного асфальтобетона 96
4.1 Анализ экспериментальных методов оценки трещиностойкости асфальтобетона 96
4.2 Методики и оборудование, используемые для испытаний асфальтобетонных образцов 111
4.2.1 Определение предела прочности на растяжение при изгибе 111
4.2.2 Определение предела прочности при сжатии 113
4.2.3 Определение предела прочности на сдвиг 114
4.2.4 Циклические нагружения на растяжение при изгибе 115
4.3 Свойства асфальтобетона, применяемого для испытаний 117
4.4 Результаты испытаний асфальтобетонных образцов 118
4.4.1 Результаты определения предела прочности на растяжение при изгибе 118
4.4.2 Результаты определения предела прочности при сжатии асфальтобетонных образцов 124
4.4.3 Результаты определения предела прочности на сдвиг асфальтобетонных образцов 132
4.4.4 Результаты испытаний асфальтобетонных образцов на циклическое нагружение 134
Выводы по четвёртой главе 137
5 Строительство и обследование опытных участков с армированным асфальтобетонным покрытием в суровых климатических условиях 139
5.1 Строительство опытного участка на автомобильной дороге «Коротчаево - Заполярное ГНКМ» 139
5.2 Строительство опытного участка на автомобильной дороге «Новый Уренгой - Надым» 151
5.3 Результаты обследований опытного участка на автомобильной дороге «Коротчаево - Заполярное ГНКМ» 159
5.4 Результаты обследования опытного участка автомобильной дороги «Новый Уренгой - Надым» 166
Выводы по пятой главе 168
6 Оценка экономической эффективности применения геосеток для армирования асфальтобетонных покрытий 172
6.1 Определение технико-экономических показателей вариантов устройства асфальтобетонного покрытия 172
6.2 Обоснование экономической эффективности применения армированных покрытий 175
6.2.1 Общие положения 175
6.2.2 Результаты расчётов 177
Выводы по шестой главе 182
Заключение и общие выводы 183
Список использованной литературы :v.. 187
Приложения
- Геосинтетические материалы, используемые для армирования асфальтобетонных покрытий
- Определение характеристик ползучести при растяжении геосинтетических материалов
- Моделирование многослойных армированных дорожных одежд с использованием объёмных и стержневых конечных элементов
- Строительство опытного участка на автомобильной дороге «Новый Уренгой - Надым»
Введение к работе
За последние годы грузоподъёмность и скорость движения транспортных средств значительно возросли. Увеличиваются нагрузки на дорожное покрытие, которое должно обеспечить безопасное движение транспорта и противостоять по-годно-климатическим факторам. Возрастают требования к транспортно-эксплуатационным показателям покрытий.
Асфальтобетон является наиболее распространённым материалом для покрытий автомобильных дорог и широко используется во всём мире с прошлого века. Однако асфальтобетонные покрытия постепенно исчерпывают свои физические возможности длительно сохранять высокую прочность и сплошность при столь высоких нагрузках. Особенно это характерно для суровых климатических условий Сибири и Крайнего Севера.
Анализ результатов отечественных и зарубежных исследований свидетельствует, что армирование асфальтобетонных покрытий геосинтетическими материалами позволяет повысить их сопротивление растягивающим напряжениям от силовых и температурных воздействий, уменьшить трещинообразование, колееоб-разование и увеличить срок службы в 2-4 раза. Об этом свидетельствуют как научные исследования, так и практика эксплуатации некоторых участков с армированными покрытиями. Однако практика свидетельствует и о том, что далеко не всегда удаётся достичь существенных положительных результатов при армировании покрытий геосинтетическими материалами. Нет единого мнения в вопросах конструирования и расчёта армированных покрытий. Нет определённости в выборе эффективных геосинтетических материалов, в требованиях к прочности, долговечности и деформативности этих материалов. Далеко не всё ясно в вопросах технологии строительства армированных покрытий и механизации работ.
Таким образом, актуальность диссертационной работы заключается в развитии научных положений и практических рекомендаций, на базе которых повышается эффективность строительства асфальтобетонных покрытий, армированных геосинтетическими материалами. Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Исследования выполнялись по прямым договорам с производственными подразделениями. Тема диссертационного исследования включена в программу важнейших НИР Росавтодора на 2007-2008 гг.
Основная идея работы состоит в повышении эффективности строительства армированных асфальтобетонных покрытий в суровых климатических условиях за счёт обоснованного выбора армирующих материалов, совершенствования методов конструирования, расчёта и технологии строительства этих покрытий.
Объектом исследования являются дорожные одежды автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием.
Предмет исследования - закономерности изменения прочностных и дефор-мативных параметров асфальтобетонных покрытий при, введении армирующих прослоек из геосинтетических материалов.
Цель диссертационного исследования - научное обоснование конструктивно-технологических решений для продления срока службы асфальтобетонных покрытий, армированных, геосинтетическими материалами;
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
- проанализировать отечественный и международный;опыт строительства асфальтобетонных покрытий, армированных геосинтетическими материалами;
- на основе математического моделирования прогнозировать изменения напряжённо-деформированного состояния асфальтобетонных покрытий от силовых воздействий и температурных деформаций при введении различных армирующих прослоек;.
- подобрать или разработать методики: и, оборудование для экспериментальных исследований, определить прочностные и деформативные свойства геосинтетических материалов и асфальтобетона, армированного этими материалами;
- проверить результаты экспериментально-теоретических исследований путём строительства и обследования опытных участков с армированным асфальтобе тонным покрытием;
- дать экономическую оценку предлагаемых конструктивно-технологических решений.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
- получены новые знания в определении уровня и характера напряжений в асфальтобетонных покрытиях, армированных геосинтетическими материалами;
- экспериментально установлены закономерности изменения механическихсвойств асфальтобетона, армированного геосетками из стекловолокна и полимеров, и показатели этих свойств для расчёта покрытий дорожных одежд;
- предложена новая регламентация показателей свойств геосеток (плоских гео решёток), позволяющая выбирать наиболее эффективные из них для строительства армированных асфальтобетонных покрытий;
Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что на базе проведённых исследований разработаны Рекомендации по применению. геосеток и плоских георешёток для армирования асфальтобетонных покрытий, включающие:
- требования к физико-механическим свойствам геосинтетических материалов, применяемых для армирования асфальтобетонных покрытий;
- рекомендации по конструированию и расчёту дорожных одежд с армированным асфальтобетонным покрытием;
- предложения по технологии строительства армированных асфальтобетонных покрытий;
- методику экономической оценки эффективности применения геосинтетических материалов для армирования асфальтобетонных покрытий.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается методологической базой исследований, основанной на фундаментальных теоретических положениях отечественной и зарубежной науки; соблюдением основных принципов физического и математического моделирования; достаточным объёмом экспериментальных данных, полученных с использованием приборов и оборудования, прошедших поверку и аттестацию; удовлетворительным совпадением экспериментальных и теоретических результатов; результатами опытно-производственной проверки результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Личный вклад автора заключается в определении цели и задач исследования; выполнении теоретических и экспериментальных исследований; участии в опытно-производственном строительстве и обследований опытных участков; анализе и обобщении полученных результатов.
На защиту выносятся:
- совокупность экспериментальных и расчётных данных, характеризующих напряжённо-деформированное состояние и физико-механические свойства асфальтобетонных покрытий, армированных геосинтетическими материалами;
- методики экспериментальных исследований прочностных и деформативных свойств геосинтетических материалов и асфальтобетона, армированного этими материалами;
- регламентация показателей свойств геосеток (плоских георешёток), для строительства армированных асфальтобетонных покрытий;
- результаты натурных испытаний армированных асфальтобетонных покрытий;
- значения коэффициентов армирования, позволяющих уточнить стандартную методику расчёта дорожных одежд при введении армирующей прослойки в асфальтобетонное покрытие;
- конструктивно-технологические решения для продления срока службы асфальтобетонных покрытий, армированных геосинтетическими материалами.
Реализация результатов исследования осуществлена путём строительства и обследования опытных участков с армированным асфальтобетонным покрытием. Разработаны и переданы заказчикам «Рекомендации по проектированию, строительству и ремонту асфальтобетонных покрытий с использованием геосеток» (производимых этими заказчиками). Материалы исследования нашли отражение в Рекомендациях по усилению усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог, разработанных по гос. заказу Росавтодора.
Материалы диссертационного исследования используются в учебном процессе: при подготовке учебных пособий, проведении лекций и практических занятий по дисциплине «Специальные вопросы проектирования дорог» со слушателями ФПК и студентами СибАДИ, при разработке дипломных проектов.
Апробация работы. Материалы исследования доложены, обсуждены и получили положительные отзывы на двенадцати конференциях различного уровня: «Второй Международный студенческий форум «Образование, наука, производство» (Белгород, 2004 г); «I Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных» (Омск, 2006 г); научно-технической конференции на базе ВладимирАвтоДора (Владимир, 2007 г.); научно-технической конференции на базе ОмскГазВодПроекта (Омск, 2007 г.); «И Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных» (Омск, 2007 г); научно-технической конференции на базе КубаиьАвтоДора (Краснодар, 2007 г.); научно-техническом семинаре на базе МАДИ (ГТУ) (Москва, 2008 г.); «III Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных» (Омск, 2008 г), научно-техническом семинаре на базе Министерства Транспорта Республике Татарстан (Казань, 2008 г.); научно-техническом семинаре на базе Министерства Транспорта Королевства Иордании (Амман, 2008 г.); научно-техническом семинаре на базе Министерства Транспорта Египта (Каир, 2008 г.); научно-техническом семинаре на базе Управдора (Киев, 2008 г.).
Публикации. Основные результаты исследования опубликованы в 9 статьях (одна в сборнике, рекомендованном ВАК) в трёх отчётах по НИР.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Результаты исследования изложены на 197 страницах основного текста, включающего 124 рисунка, 73 таблицы, библиографию из 193 наименований; объём приложений 16 страниц.
Геосинтетические материалы, используемые для армирования асфальтобетонных покрытий
Геосинтетическими материалами (ГМ) называют класс строительных материалов, как правило, синтетических, а также из другого сырья (минерального, стекло- или базальтового волокна и др.), поставляемых в сложенном компактном виде (рулоны, блоки, плиты и др.), предназначенных для создания дополнительных слоев (прослоек) различного назначения (армирующих, дренирующих, защитных, фильтрующих, гидроизолирующих, теплоизолирующих) в строительстве (транспортном, гражданском, гидротехническом) и включающий следующие группы материалов: геотекстильные материалы, георешетки, геокомпозиты, геооболочки, геомембраны, геоплиты и геоэлементы [145].
Как следует из предыдущего параграфа, использование ГМ в дорожном строительстве уже имеет свою историю, хотя и не очень продолжительную. За рубежом ГМ применяют с конца 60-х годов. Транспортное строительство, в частности дорожное, стало одной из самых перспективных областей с точки зрения использования ГМ, так как именно в этой области сочетаются интересы производителей материалов и строителей дорог, у которых в силу специфики дорог как линейных инженерных сооружений, имеющих большую протяженность, возникает потребность в больших объемах ГМ.
Производство геосинтетики в мире развивалось стремительно и в настоящее время на мировом рынке предлагается большое количество различных материалов (рис. 1.6) в виде геотекстилей, геосеток, плоских и объёмных георешёток (гео-сот - как их иногда называют), геонитей, а также геоплит, используемых в качестве термоизоляторов.
Предлагаемые материалы различаются по исходному сырью (рис. 1.7), технологии получения, расходу полимера, физико-механическим характеристикам, ширине полотен и т.п. [9]. В частности, геотекстиль изготавливают из полиэфира, полипропилена, полиамида; геосетки - на основе полиэфира, базальта, полипропилена, полиэстера, стекловолокна; геоплиты - на основе полистирола.
Проблемами геосинтетики занимается специальный технический комитет № 9 Международного общества по механике грунтов и геотехнике. Начиная с 1977 г. проводятся международные конференции по геотекстилю. По инициативе американских специалистов создано и функционирует Международное общество по геотекстилю.
Динамика роста объёма производства геосинтетики в мире следующая: 1980 г. - 113 млн. м2; 1983 г. - 220 млн. м2; 1984 г. - 390 млн. м2; 2000 г. - 1000 млн. м2; 2005 г. - 1500 млн. м2. В настоящее время выпускается примерно 380 различных видов геосинтетических материалов. Применение геосинтетики предусматривается в проектах более 100 тысяч различных сооружений ежегодно во всем мире [178].
Основная цель применения ГМ - обеспечение надежного функционирования автомобильной дороги или отдельных её элементов в сложных условиях строительства и эксплуатации. Устройство дополнительных слоев из ГМ позволяет повысить эксплуатационную надёжность и сроки службы дорожной конструкции или отдельных её элементов, качество работ, упростить технологию строительства, сократить сроки строительства, уменьшить расход традиционных дорожностроительных материалов, объёмы земляных работ, материалоёмкость дорожной конструкции. Геосинтетические материалы необходимы для выполнения избирательно или в комплексе следующих функций: 1) армирование - усиление дорожных конструкций насыпей (в том числе откосов), оснований в результате перераспределения напряжений, возникающих в грунтовом массиве, дорожной одежде при действии нагрузок от транспортных средств и собственного веса; 2) защита - предотвращение или замедление процесса эрозии грунтов, предотвращение взаимопроникания материалов контактирующих слоев; 3) фильтрование - предотвращение (замедление) процесса проникания грунтовых частиц в дренажи (фильтр) или их выноса (обратный фильтр); 4) дренирование - ускорение отвода воды; 5) гидроизоляция - уменьшение или исключение притока воды в грунты рабочего слоя земляного полотна. Далее рассмотрим только ведущие зарубежные и отечественные фирмы -производители геосинтетических материалов, используемых для армирования асфальтобетонных покрытий. Одним из старейших производителей геосинтетических материалов для дорожного строительства является компания TENSAR Group Limited, которая была основана в Блэкберне, Великобритания, в 1952 году и носила имя Netlon Group [155]. Изделия Tensar AR были специально разработаны для армирования асфальтобетонного покрытия. Материалы AR 1 (рис. 1.8) и AR-G представляют собой георешётки, изготовленные из полипропилена. Материал AR-G представляет собой комбинацию георешетки AR 1 и специально изготовленного нетканого геотекстиля. Оба материала термическим способом соединены друг с другом. Кроме того, для армирования асфальтобетонного покрытия предлагается использование материала Гласстекс, который представляет собой армированный композит, состоящий из стекловолокна, прикрепленного к иглопробивному не тканому геотекстилю (рис 1.9). Германская фирма HUESKER Synthetic GmbH & Со (г. Гешер, Германия) является разработчиком и производителем армирующий георешетки HaTelit, применяемой для армирования асфальтобетонных покрытий.
Определение характеристик ползучести при растяжении геосинтетических материалов
Сущность метода заключается в определение способности геосинтетического материала выдерживать длительное действие постоянных нагрузок. Порядок подготовки и проведения испытания. Для проведения испытаний вырезают образцы геосетки шириной в одно ребро (2) и длиной не менее 1,5 м (рис.2.4). Образцы фиксируют в зажимах (1), прикладывают к ним нагрузку обжатия, равную 2Н, и замеряют первоначальную длину образца 10 мм. Затем подвешивают к нижнему зажиму постоянную нагрузку (3), величина которой назначается равной 0,7 от разрушающей нагрузки Ртах на одно ребро (см. методики 2.1.1 и 2.1.2). Образцы фиксируют в зажимах (1), прикладывают к ним нагрузку обжатия, равную 2Н, и замеряют первоначальную длину образца 1о, мм. Затем подвешивают к нижнему зажиму постоянную нагрузку (3), величина которой назначается равной 0,7 от разрушающей нагрузки Ртах на одно ребро (см. методики 2.1.1 и 2.1.2). Испытания проводят при комнатной температуре (18-23 С), в тёмном помещении. Продолжительность проведения испытания составляет 15 суток. Замеры длины образцов выполняют ежедневно. Количество испытываемых образцов ГМ принимают не менее 5 шт. По результатам замеров длины образцов строят график (рис.2.5). Если все испытываемые образцы выдержали нагрузку, равную 70% от кратковременной прочности RLR (RTR) одного ребра, в течение не менее 15 суток, то дают положительное заключение по данному показателю свойств. В случае если хотя бы один из образцов разрушился (порвался), то устанавливают место разрыва. Если разрыв ребра произошел в месте его крепления у верхнего или нижнего зажимного устройства (1), то повторяют испытания всей серии, уменьшив смятие ребра в зажимном устройстве.
Если разрыв ребра произошел не из-за смятия материала в зажимном устройстве, то дают отрицательное заключение по данному показателю свойств геосетки. Оцениваемые параметры. Устанавливают соответствие регламентируемого показателя длительной прочности геосинтетического материала. Кроме вышеуказанного регламентированного показателя свойств по результатам этих испытаний может быть определена ця)Етах- % общая относительная деформация ползучести геосинтетического материала. Определение этого показателя производят по формуле Сущность метода испытаний состоит в моделировании? в лабораторных условиях воздействий уплотняющей техники; приводящих к повреждению рёбер геосеток. Порядок подготовки w проведения испытания. Для испытания необходимо использовать установку для уплотнения асфальтобетонной смеси, например, представленную, на рис. 2.6, моделирующую работу гладковальцовых катков статического действия (эта установка разработана и изготовлена в СибАДИ специально; для исследования свойств асфальтобетона, армированного геосинтетическими материалами). Асфальтобетонную смесь, разогретую до температуры 120- 130С, укладывают в форму Г, равномерно распределяют по длине и ширине с учётом коэффициента разрыхления для получения уплотнённого слоя толщиной 6 см и уплотняют с помощью вальца 2. Добавляя пригруз в каретку 3 по мере увеличения плотности смеси, увеличивают удельное давление до величины, характерной для лёгкого, среднего и тяжёлого катков.
Количество проходов назначают по достижению ко После уплотнения нижнего слоя асфальтобетона валец 2 приподнимают над формой 1 и остужают уплотнённую смесь до комнатной температуры. Поверх остывшего асфальтобетонного слоя раскладывают геосетку (подгрун-товка не выполняется, так как это значительно усложняет процесс последующего извлечения геосетки из конструкции). Далее раскладывают и уплотняют горячую смесь в верхнем слое асфальтобетонного покрытия до коэффициента уплотнения 0,99; при этом толщина асфальтобетонного слоя в уплотненном состоянии должна составлять не менее 5 см для мелкозернистого асфальтобетона и не менее 6 см -для крупнозернистого. После окончания процесса уплотнения верхнего слоя, не давая слою остыть, его убирают и извлекают геосинтетический материал (рис. 2.7). После извлечения геосетки её испытывают на растяжение в соответствии с методикой 2.1.1. Количество испытываемых образцов ГМ принимают не менее 5 шт. Потерю прочности (повреждаемость) геосинтетического материала в процессе уплотнения асфальтобетона, % от исходной прочности RLR (RTR), вычисляют по формуле
Моделирование многослойных армированных дорожных одежд с использованием объёмных и стержневых конечных элементов
Для моделирования основных неармированных слоев дорожной одежды рассмотрим восьмиузловой объёмный конечный элемент (КЭ) произвольного очертания, показанный на рис. 3.1.а. Для описания его геометрии и аппроксимации перемещений воспользуемся безразмерными координатами , rj, , которые изменяются от -1 до +1 в пределах куба (рис. 3.1.6). каждая, из которых принимает единичное значение в одной из вершин куба (I = 1,2, , 8), обращаясь в нуль во всех остальных вершинах и изменяясь линейно вдоль ребер. Выполним отображение куба на рассматриваемый конечный элемент посредством соотношений где и, v, w —проекция перемещения узла / на координатные оси. Локальная матрица жёсткости [1С] каждого конечного элемента имеет 8x8 блоков размерности 3x3 (три степени свободы в каждом узле). Элементы матрицы [1С] можно найти с помощью численного интегрирования по формуле [129] В этом уравнении [В] - матрица производных функции у/, по координатам JC, у, z, определяемых из отношения Коши: [E] - матрица упругости изотропного материала: Здесь X, G - постоянные Ламе: где Е - модуль упругости; v - коэффициент Пуассона. \J\ - определитель матрицы Якоби:
Предполагаем, что все слои работают совместно, т.е. проскальзывания и отслаивания нет. Материал в границах конечного элемента считаем изотропным. При моделировании армирующей прослойки из геосетки использована би-аксиальная стержневая аппроксимация, представляющая собой систему перекрестных балок или стержневых конечных элементов. Шаг стержневых конечных элементов, их геометрические параметры и физико-механические характеристики выбирались в зависимости от аналогичных параметров геосетки в направлении соответствующих осей, лежащих в плоскости армирования и параллельных армирующим волокнам геосетки. Для расчёта конструкции методом конечных элементов необходимо решить систему линейных алгебраических уравнений, которые можно представить в матричном виде При формировании глобальной матрицы жёсткости применён поэлементный способ составления канонических уравнений [126]. Он основан на последовательном создании матриц жёсткости стержневых и объёмных конечных элементов в локальной системе координат с последующим переходом к глобальной системе координат и объединением совпадающих степеней свободы. Процедура ансамблирования конечных элементов стандартная, т.е. узлы, лежащие на границах слоев и принадлежащие соседним элементам принимаются общими. Таким образом, применение МКЭ сводит задачу к системе линейных алгебраических уравнений (3.16). Решив её, находим вектор узловых перемещений {А}, затем — остальные компоненты напряжённо-деформированного состояния.
В общем случае НДС в произвольной точке изотропного тела описывается шестью компонентами тензора напряжений Компоненты тензора напряжений в каждом узле КЭ определяются по формуле [144] Деформации и напряжения для изотропного тела связаны между собой зависимостями Для реализации вышеизложенной методики рассмотрим пространственную конечно-элементную модель дорожной конструкции длиной 6,00 м, высотой 1,62 м и шириной 1 м (рис. 3.2). Расчётные схемы дорожной конструкции жёсткого и нежёсткого типов для удобства представим в плоском виде соответственно на рис. 3.3 и 3.4.
Строительство опытного участка на автомобильной дороге «Новый Уренгой - Надым»
В августе 2006 г. на строящемся участке дороги «Новый Уренгой-Надым» был построен участок дорожной одежды с покрытием из асфальтобетона, армированного геосинтетическими материалами, кроме того, на двух подучастках выполнялась нарезка швов в асфальтобетонном покрытии (рис.5.18).
Район строительства находится в зоне вечной мерзлоты в районе Полярного круга. Температура воздуха достигает зимой -60С, а летом в течение короткого периода времени (конец июня - начало июля) может держаться на отметке +30 С и выше, основную часть летнего строительного сезона температура колеблется в интервале от +3-4С до +16-18С.
Укладка армирующего геосинтетического материала выполнялась на нижний слой покрытия из плотной мелкозернистой асфальтобетонной смеси на битуме БНД 90/130, тип Б, марки II, h = 8 см, построенного годом раньше.
После одного года эксплуатации на поверхности нижнего слоя покрытия наблюдалось большое количество прямых и косых поперечных трещин (рис. 5.19) и сплошная продольная трещина на протяжении всего участка строительства.
Появление множества трещин было вызвано негативным воздействием нескольких факторов: прошла суровая и продолжительная зима с температурой воздуха до -58 С, с резкими перепадами температуры, достигавшими 30 С и более в течение суток; прочность дорожной одежды была недостаточна для тяжелого состава движения; земляное полотно дороги высотой 1,4-1,7 м было отсыпано зимой, на местности с избыточным увлажнением, из мелкого пылеватого песка с недостаточным коэффициентом уплотнения; дорожная одежда рассчитывалась по ВСН 46-83, на дороге отсутствовал верхний слоя покрытия, а за прошедший период наблюдалась высокая интенсивность движения тяжёлых транспортных средств с нагрузками на ось 8... 10 т и более.
Строительство верхнего слоя покрытия осуществлялось без ремонта нижнего слоя. Длина опытного участка составляла 3063 метра. Этот участок был разбит на несколько подучастков. На первом подучастке выполнялась нарезка поперечных швов на % толщины покрытия через каждые 20 метров, ширина шва по верху составляла 15 мм. После нарезки швы продувались, в паз укладывался капроновый шнур и на 1А толщины покрытия шов заполнялся битумной мастикой.
На втором подучастке последовательно выполняли раскладку геосеток 4-х видов: ССНП 50/50-25; АРМДОР-50; HaTelit С40/70; AR-G (рис.5.20). На третьем подучастке производилась раскладка этих же видов геосеток с последующей нарезкой швов аналогичной конструкции через каждые 20 метров.
Строительство опытного участка началось 22 августа 2006 г. Температура воздуха в первый день укладки геосетки составляла 6-12С. Перед укладкой геосетки выполнялась подгрунтовка основания горячим битумом БНД 90/130. После чего производилась раскладка геосетки. Первоначально для раскладки и натяжки геосетки использовалось приспособление, изготовленное в мастерских Уренгой-дорстроя и смонтированная на трактор МТЗ-50 вместо отвала (рис.5.21).
При этом технология укладки геосетки состояла из следующих операций. На барабан одевался рулон геосетки, после чего, трактор проезжал несколько метров для первоначальной раскрутки рулона. В начале раскладки рулон прикреплялся к нижнему слою асфальтобетонного покрытия с помощью дюбелей с металлической прокладкой. Затем выполнялась раскатка рулона на всю длину с одновременной приклейкой сетки к основанию. В процессе работы по данной технологии был выявлен ряд недостатков.
Использование трактора с короткой колесной базой и значительными люфтами в рулевом управлении не позволяло ровно разложить геосетку. Даже незначительное изменение направления движения- трактора приводило к образованию «волн» и «пузырей» на полотне: геосетки. Крепление приспособления перед трактором; а не позади его, не позволяло получить необходимое натяжение геосетки при, её раскладке.
Поэтому, в дальнейшем было решено раскладывать геосетку вручную. Раскатка рулона производилась» на длину 20-30 м. После чего сетку разрезали; т.к. укладка геосетки на всю длину рулона (100 м) не позволяла добиться необходимой ровности и приводила , образованию волн. После укладки геосетку поправ-ЛЯЛИІ для придания ей необходимого местоположения в плане, затем фиксировали на основании с помощью дюбелей. Величина; перекрытия между полосами впро-дольном направлении составляла: 15-25 см, а в поперечном 3 0-40 см.
Недостаточное натяжение геосетки всегда приводило к образованию волн и пузырей (рис.5.22). Выполнить, натяжение геосетки вручную не представлялось возможным в связи с большим весом рулона (около 120 кг). Поэтому была предпринята попытка выполнить,натяжение с помощью выше описанного приспособления (рис.5.23).
Натяжение геосетки выполнялась следующим образом. Не полностью раскатанный рулон: с гильзой одевался на крюки, трактор: поднимал раму, приподнимая геосетку на протяжении всей длины раскладки, и отъезжал назад, давая натяжение геосетке. После этого геосетка фиксировалась дюбелями с шагом 5-7 м, а остаток рулона отрезался.
