Введение к работе
1. Актуальность темы исследования. Актуальность проведения исследований обоснована тем, что автомобильные дороги Камчатского края находятся в сложных природно-климатических условиях. Наличие на рассматриваемой территории пучини-стых пепловых грунтов, приводит к появлению большого количества деформаций и разрушений дорожных конструкций после каждого цикла промерзания - оттаивания грунта земляного полотна.
Это значительно снижает надежность работы дорожных конструкций, в результате чего сроки службы дорожных одежд сокращаются, а эксплуатационные качества существующих дорог значительно снижаются по сравнению с Европейской территорией страны и южной частью Дальнего Востока.
Автодорожная сеть Камчатского края является составным звеном опорной сети дорог Дальнего Востока, и является важнейшей составляющей для успешной модернизации и развития сети автомобильных дорог Дальневосточного федерального округа (ДФО) в рамках Федеральных целевых программ: «Развитие транспортной системы России (2010- 2015 годы) и «Экономическое и социальное развитие Дальнего Востока и Забайкалья» от которых зависит эффективное социально-экономическое развитие региона. Территория Камчатского края находится преимущественно в I дорожно-климатической зоне (ДКЗ) вечномерзлых грунтов, но юг полуострова, а также отдельные районы центральной части находятся во II ДКЗ характеризующейся глубоким сезонным промерзанием и избыточным увлажнением.
Ежегодно для восстановления низких транспортно-эксплуатационных характеристик автомобильных дорог, обусловленных неблагоприятной работой водно-теплового режима дорожных конструкций в зоне сезонного промерзания региона, тратятся огромные средства, но при этом проблема остается слабо решенной, а значит актуальной.
Это связано с тем, что существующие проектные решения не всегда грамотно учитывают специфику влияния природно-климатических факторов на конструкции автомобильных дорог Камчатского края.
В этой связи возникла необходимость в разработке методики регулирования водно-теплового режима автомобильных дорог Камчатского края, на основе которой можно усовершенствовать систему проектирования и обеспечить надежность работы дорожных конструкций на протяжении их срока службы.
Решение этой задачи является важной народно-хозяйственной проблемой по
повышению надежности функционирования сети автомобильных дорог Камчатского края.
2.Степень разработанности темы диссертации. Существующие методы расчета водно-теплового режима автомобильных дорог проведены преимущественно для районов II ДКЗ Европейской части РФ. Аналогичные исследования в Камчатском крае ранее не проводились. Вместе с тем, специфика природно-климатических условий, наличие пучинистых пепловых грунтов обусловливает особенности, связанные с водно-тепловым режимом (ВТР), которые необходимо учитывать при проектировании региональных дорожных конструкций.
Проведенные исследования позволяют наблюдать работу водно-теплового режима дорожных конструкций автомобильных дорог края на экспериментальных участках. Такой подход позволит учитывать реальные условия работы автомобильных дорог и использовать их при принятии проектных решений.
Проведенные экспериментальные исследования по регулированию водно-теплового режима, явились основой для разработки рекомендаций, которые реализованы на автомобильных дорогах края.
3. Цель и задачи исследования. Целью настоящих исследований является разработка методики регулирования водно-теплового режима автомобильных дорог Камчатского края в условиях глубокого сезонного промерзания и избыточного увлажнения.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Выполнить анализ особенностей природно-климатических условий Камчатского края и дать их инженерную оценку;
-
Произвести дорожно-климатическое районирование Камчатского края, на основе которого осуществить экспериментальные исследования особенностей работы водно-теплового режима дорожных конструкций на опытных участках;
-
Изучить физико-механические свойства пепловых грунтов Камчатки и разработать методику определения их пучинистых свойств;
-
Уточнить аналитический метод расчета водно-теплового режима дорожных конструкций Камчатского края и разработать методику его регулирования;
-
Теоретически обосновать конструктивные решения и разработать рекомендации по проектированию конструкций автомобильных дорог Камчатского края с учетом природно-климатических особенностей.
4. Научная новизна работы состоит в:
- разработке предложений по дорожно-климатическому районированию Кам-
чатского края с учетом особенностей его природно-климатических условий, и их влияния на водно-тепловой режим автомобильных дорог;
получении закономерностей изменения влажности, плотности и пучинистости пепловых грунтов земляного полотна на опытных участках автомобильных дорог края;
уточнении метода расчета водно-теплового режима автомобильных дорог с учетом специфики природно-климатических условий;
разработке научных принципов, позволяющих осуществлять регулирование водно-теплового режима дорожных конструкций, положенных в основу региональных дорожных нормативов и методических рекомендаций на проектирование автомобильных дорог Камчатского края.
5. Теоретическая и практическая значимость работы заключается в:
усовершенствовании дорожно-климатического районирования Камчатского края и выработке проектных решений по назначению оптимальных типов дорожных конструкций;
уточнении методики расчета водно-теплового режима автомобильных дорог Камчатского края с учетом специфики его природно-климатических условий;
реализации методики регулирования ВТР автомобильных дорог Камчатского края при назначении конструкций автомобильных дорог;
разработке рекомендаций и конструктивных решений по проектированию дорожных одежд при строительстве и модернизации автомобильных дорог Камчатского края.
-
Методология и методы исследования. Методической базой исследования являются методы факторного анализа на основе фундаментального положения теории вероятностей и математической статистики; методы моделирования температурного поля дорожных конструкций, программные продукты решения прикладных задач.
-
Положения, выносимые на защиту:
результаты исследований водно-теплового режима на опытных участках сети автомобильных дорог Камчатского края;
аналитический метод расчета водно-теплового режима автомобильных дорог южной и центральной частей Камчатского края;
методика регулирования водно-теплового режима автомобильных дорог Камчатского края в условиях глубокого сезонного промерзания и избыточного увлажнения;
рекомендации по проектированию и модернизации конструкций автомобильных дорог Камчатского края.
8. Достоверность научных выводов подтверждается применением совре-
менных методов расчета, программно-аппаратных средств и современного лабораторного оборудования, уровнем сходимости результатов математического моделирования и измерений фактических величин, большим объемом экспериментальных данных, полученных в результате диагностики транспортно-эксплуатационных характеристик на сети автомобильных дорог Камчатского края. Результаты научных исследований получены с применением методов математического анализа и современных программных продуктов для решения инженерных задач (Excel, Mat lab и др.). Достоверность полученных результатов подтверждена их внедрением в региональные дорожные нормативы, методические рекомендации и технические условия на проектирование, строительство и модернизацию автомобильных дорог Камчатского края.
Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в Стандарте организации СТО 01-2012 «Рекомендации по корректировке существующей нормативно-технической базы по проектированию, строительству и ремонту автомобильных дорог в специфических природно-климатических условиях Камчатского края и обеспечению их эксплуатационной надежности за счет использования инновационных решений, материалов и технологий» Краевого государственного казенного учреждения «Камча-тупрдор», г. Петропавловск-Камчатский, 2012 г.
Апробация работы. Вклад автора в исследование проблемы.
Результаты исследований докладывались на следующих научно-технических конференциях:
1. Научно-техническая конференция «Инженерные разработки 2012», проводи
мая Хабаровским региональным отделением «Российской инженерной академии».
2. Всероссийская молодежная научно-практическая конференция «Научно-
технические проблемы транспорта, промышленности и образования», проводимая
Дальневосточным государственным университетом путей сообщения, 2012 г.
-
VI 1-я международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и научно-технический прогресс в дорожной отрасли юга России», проводимая факультетом автомобильных дорог и транспортных сооружений Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
-
Научный межвузовский семинар с участием аспирантов кафедр «Автомобильные дороги» ТОГУ и «Строительное производство» ДВГУПС 19 марта 2012 года в Дальневосточном Государственном Университете Путей Сообщения.
-
Научный семинар министерства транспорта и дорожного строительства Камчатского края по вопросам образования продольных и поперечных трещин в асфальтобетонном покрытии, а также разработке мероприятий по восстановлению техниче-
ских характеристик автомобильной дороги Петропавловск-Камчатский - Мильково, на участках км 117 - км 152, км 261 - км 288, г. Петропавловск-Камчатский, июль 2012.
6. Научно-практическая конференция «Особенности строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог в сложных природно-климатических условиях. Инновационные решения, материалы и технологии» в рамках Международной выставки-форума «Дороги России XXI века», г. Якутск, июль 2012 г.
Диссертационная работа является результатом длительных исследований, которые проводились автором при кафедре «Автомобильные дороги» Тихоокеанского государственного университета (ТОГУ). Исследования включают в себя натурные наблюдения на климатических постах и опытных участках автомобильных дорог Камчатского края, в частности, в южной и центральной частях рассматриваемого региона.
В результате чего был накоплен большой статистический материал и проведен непрерывный мониторинг за работой ВТР автомобильных дорог края.
Работа выполнялась в соответствии с отраслевыми и государственным программами по заданию Росавтодора России. В диссертацию вошли материалы проведенных автором исследований в рамках работ по государственному контракту от 07.11.2012 № 99 с Краевым государственным казенным учреждением «Управление автомобильных дорог Камчатского края» на выполнение научно-исследовательской работы по специальному обследованию грунтов при строительстве и реконструкции автомобильных дорог в Камчатском крае.
Ряд аналитических решений в области водно-теплового режима сезонно-промерзающих грунтов были получены в результате совместной работы с лабораторией СоюздорНИИ и Центральной научно исследовательской лабораторией ЦНИИС, с использованием программ по расчету температурного режима земляного полотна ТМ-FLAT на основе численных методов. На основании этих исследований разработаны региональные нормативно-технические документы на проектирование и модернизацию автомобильных дорог Камчатского края.
Разработанная в соавторстве, конструкция земляного полотна при проектировании автомобильных дорог региона вошла в СТО 01-2012 «Рекомендации по корректировке существующей нормативно-технической базы по проектированию, строительству и ремонту автомобильных дорог в специфических природно-климатических условиях Камчатского края и обеспечению их эксплуатационной надежности за счет использования инновационных решений, материалов и технологий»
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 научных статей, из них 3 рекомендованы ВАК для защиты кандидатских и докторских диссертаций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения; содержит 148 страниц основного текста, 52 рисунка, 37 таблиц, списка литературы из 152 источников, трех приложений на 13 страницах.
