Повышение эксплуатационных свойств дорожных покрытий на стадии планирования содержания и ремонта лесовозных автомобильных дорог

На правах рукописи

Гниломедов Роман Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ
ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАДИИ ПЛАНИРОВАНИЯ
СОДЕРЖАНИЯ И РЕМОНТА

ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

специальность 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок

и лесного хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Воронеж – 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Рябова Ольга Викторовна.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Афоничев Дмитрий Николаевич

кандидат технических наук

Нахаев Заурбейг Нариманович

Ведущая организация: Московский государственный

университет леса

Защита диссертации состоится 25 декабря 2009 г. в 10 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.034.02. при Воронежской государственной лесотехнической академии. 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, аудитория 240, главный корпус, тел./факс 8-4732-53-72-40.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Воронежской государственной лесотехнической академии.

Автореферат разослан 23 ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Скрыпников А.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. В настоящее время в дорожной и лесной отраслях Российской Федерации назрела проблемная ситуация из-за несоответствия фактического качества сети автомобильных дорог условиям современного дорожного движения.

Обследование сети автомобильных дорог, выполненное в 50-х годах специалистами «СоюздорНИИ», зафиксировало средний срок службы асфальтобетонных покрытий в 16-18 лет. В начале 80-х годов в результате обследования, повторно проведенного работниками «ГипродорНИИ», срок службы покрытий был определен в 12-14 лет. Сейчас средний срок службы асфальтобетонных покрытий составляет 5-7 лет. Аналогичный анализ по автомобильным дорогам лесного комплекса также подтверждает снижение среднего срока службы дорожных покрытий до 3-5 лет.

Одна из главных причин этого неблагополучного положения – недостаточные объемы планово-предупредительных и профилактических работ, ослабление внимания к содержанию и ремонту лесовозных автомобильных дорог.

Неудовлетворительное состояние значительной части сети автомобильных дорог Российской Федерации, включая дороги лесного комплекса, увеличение сверхнормативного воздействия на дорожную одежду постоянно растущего грузового движения, дефицит средств, направляемых на строительство и эксплуатацию автомобильных дорог, приве­ли к необходимости создания системы, позволяющей оптимизировать программу дорожных работ и обеспечить повышение эффективности использования вкладываемых в дороги средств.

В последние годы ежегодные объёмы работ по ремонту автомобильных дорог в лесозаготовительных регионах составляют в пределах 20…25 % от требуемых объёмов, рассчитанных по действующим нормативным срокам. Это вызывает крайне тяжёлые условия работы дорог и их повышенный износ, вызываемый высокой интенсивностью происходящих деградационных процессов.

Рассматривая это явление с экономических позиций, происходящий невосполняемый износ в результате небольших объёмов по ремонту лесовозных автомобильных дорог вызывает резкое уменьшение первоначальной её стоимости – незначительной доли стоимости материалов, способных нормально функционировать при фактической интенсивности движения.

Устранение негативных явлений и решение этих непростых задач требуют самых современных подходов к назначению ремонтных работ на лесовозных автомобильных дорогах. Следовательно, актуальность темы исследования определяется необходимостью довести во всех лесозаготовительных регионах эксплуатационное состояние сложившейся сети дорог до уровня требований, обеспечивающих по ним устойчивое движение в любое время года.

Степень разработанности по отдельным аспектам данного направления в лесной отрасли недостаточна.

Значительный потенциал в повышении эффективности использования денежных средств заключен в планировании отдельных видов дорожно-ремонтных работ на этапах содержания и ремонта, по результатам инструментального обследования фактического состояния покрытия лесовозных автомобильных дорог. При этом, увеличение затрат на своевременное и более качественное выполнение работ по ремонту дорожных одежд позволит снизить затраты на капитальные ремонты. Учитывая, что затраты на капитальный ремонт несопоставимо выше затрат на ремонт, увеличение межремонтных сроков позволит значительно перекрыть увеличение затрат на планомерно проводимые ремонтные работы, и тем самым получить значительный экономический эффект. При этом за счет более высокого уровня содержания, достигаемого путем проведения наиболее эффективных дорожно-ремонтных работ, будет получен дополнительный эффект от повышения скорости транспортного потока и, следовательно, уменьшения стоимости перевозок, снижения потерь от дорожно-транспортных происшествий, смягчение негативных воздействий на окружающую среду.

Тема диссертационной работы посвящена проблеме повышения качества дорожных покрытий на основе системного подхода к научно-обоснованному планированию и назначению ремонтных работ.

Целью диссертационной работы является разработка методик обследования и определения эксплуатационного состояния покрытий автомобильных дорог для планирования ремонтных работ по критериям, обеспечивающим эффективность и безопасность дорожного движения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Анализ существующих моделей построения комплексной оценки качества эксплуатационных характеристик лесовозных автомобильных дорог и разработка методики их обследования.

2. Построение модели получения комплексной оценки эксплуатационного состояния лесовозных автомобильных дорог на основе применения количественных и качественных показателей.

3. Разработка моделей и метода планирования содержания и ремонта лесовозных автомобильных дорог при условии минимизации суммарного ущерба при ограниченных ресурсах.

4. Разработка рекомендаций по выбору наиболее эффективных и экологически безопасных технологических схем, материалов, машин и механизмов при выполнении дорожных работ по ремонту и содержанию лесовозных автомобильных дорог.

Методы исследования основываются на использовании методов математического и имитационного моделирования, регрессионного анализа, планирования эксперимента. Обработка результатов измерений производилась методами математической статистики с применением планового многофакторного эксперимента и показывала высокую сходимость экспериментально определенных и рассчитанных показателей.

Объектом исследования являются участки лесовозных и автомобильных дорог общего пользования (общей протяжённостью 469 км), находящиеся в эксплуатации во 2-ой и 3 дорожно-климатических зонах основных лесозаготовительных районов России.

Предметом исследования являются математические модели, методы и алгоритмы комплексной оценки эксплуатационного состояния лесовозных автомобильных дорог на стадии планирования их содержания и ремонта.

Научная новизна. Научная новизна результатов заключается в разработке комплексного подхода к оценке эксплуатационных свойств покрытий автомобильных лесовозных дорог для своевременного планирования ремонтных мероприятий, по критериям, обеспечивающим экономическую эффективность и безопасность дорожного движения.

К числу существенных результатов диссертации, обладающих научной новизной, относятся:

1. Проведён системный анализ предметной области и выполнено формализованное описание методики и модели комплексной оценки эксплуатационного состояния лесовозных автомобильных дорог, отличающихся применением количественных и качественных показателей, имеющих различную размерность и при нечёткой информации.

2. Сформулирована постановка задачи для решения оптимального планирования ремонтных работ и предложена модель участков дороги, включаемых в план ремонтных работ, при условии минимизации суммарного ущерба при ограниченных ресурсах.

3. Аналитические зависимости и закономерности изменения коэффициента сцепления покрытия в процессе эксплуатации лесовозной автомобильной дороги, отличающиеся учётом микрошероховатости и ровности покрытия.

4. Рекомендации по выбору наиболее эффективных и экологически безопасных технологических схем, материалов, машин и механизмов для выполнения дорожных работ по ремонту и содержанию лесовозных автомобильных дорог, позволяющих довести сложившиеся лесовозные автомобильные дороги до условия нормативных требований.

Практическая значимость диссертационной работы связана с использованием основных ее положений:

• полученных результатов инструментального обследования о фактическом состоянии дорожного покрытия, режимах движения автотранспорта, сроках службы покрытия, необходимых для разработки паспортов дороги, и расширения банка данных, дающих объективное представление о тенденциях изменения качественного состояния элементов лесовозной автомобильной дороги во времени;
• алгоритмов, зависимостей и моделей, позволяющих проектным организациям обосновывать технико-экономическую и социально-экологическую эффективность принятия проектных решений на содержание или ремонт покрытий лесовозных автомобильных дорог;
• математическое, методическое, программное, информационное обеспечение для стадийного повышения эксплуатационно-экологического уровня лесовозных автомобильных дорог в системе автоматизированного проектирования (свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2009614560);
• методик по оценке транспортно-эксплуатационных и экологических качеств лесовозных автомобильных дорог для использования в учебном процессе в составе учебных курсов «Основы эксплуатации транспортных сооружений» и «Техника и технология защиты окружающей среды в дорожной отрасли», «Сухопутный транспорт леса» в высших учебных заведениях дорожного и лесотехнического профилей.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

• методики и модели комплексной оценки эксплутационного состояния лесовозных автомобильных дорог;
• математические модели и алгоритм множества участков дороги, включенных в план ремонтных работ, при условии минимизации суммарного ущерба при ограниченных ресурсах;
• аналитические зависимости и закономерности изменения величины коэффициента сцепления в процессе эксплуатации лесовозной автомобильной дороги, отличающиеся учетом макрошероховатости и ровности дорожного покрытия;
• рекомендации по выбору наиболее эффективных и экологически безопасных технологических схем, материалов, машин и механизмов при выполнении дорожных работ по ремонту и содержанию лесовозных автомобильных дорог.

Апробация основных результатов диссертационной работы. Основные положения диссертации обсуждались и получили положительную оценку на ежегодных научно-практических конференциях ВГАСУ (Воронеж 2004 – 2009 гг.), на заседании Центрального отделения РААСН (Воронеж - Тамбов 2009), на первой международной научно-практической интернет-конференции Санкт-Петербург ГЛТА 2009, на международной научно-практической конференции ВГЛТА, а также на заседаниях кафедры строительства автодорог ВГАСУ (2004 – 2009 гг.).

Публикации. Основные результаты научных исследований по теме диссертации отражены в 14 публикациях, в том числе 9 в изданиях, определённых и приравненных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 147 наименований. Материалы диссертации изложены на 243 страницах машинописного текста, содержат 44 таблицы, 46 рисунков и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы: цель, объекты и методы исследований, показаны: научная новизна, практическое значение, результаты внедрения, структура и объем диссертационной работы.

В первой главе выполнен анализ существующих методов оценки качественного состояния автомобильных дорог и мероприятий, направленных на совершенствование и развитие сети лесовозных автомобильных дорог.

Научные ос­новы и практические методы, необходимые для оценки эксплуатационного состояния автомобильной дороги, как по отдельным её показателям, так и по группам показателей, созданы трудами В. Ф. Бабкова, А. К. Бируля, А. П. Васильева, Г.Д. Дубелира, Н. Н. Иванова, М. Б. Корсунского, В.К. Некрасова, В.М. Сиденко, В.В. Сильянова и др.

На основе этих исследований была создана научная база, необходимая для оценки эксплуатационного состояния автомобильной дороги. Дальнейшие её развитие идет по пути уточнения требований к автомобильной дороге в процессе эксплуатации, изучения изменения показателей состояния автомобильных дорог во времени, обоснования норм работоспособности и межремонтных сроков службы дорог, планирования ремонтных работ.

Значительный вклад в решение этих вопросов внесли А. М. Богуславский, Б.А. Бондарев, Д.В. Великанов, Н.П. Вырко, А.Б. Дьяков, С. К. Илиополов, И. А. Золотарь, Я.А. Калужский, А.Н. С. Коганзон, В.К. Курьянов, Ю.С. Крылов, И.И. Леонович, В.Н. Луканин, М.В. Немчинов, Н.П. Орнатский, В.П. Подольский, Б. С. Радовский, А. В. Руденский, Н.Ф. Хорошилов, Л.В. Хомяк, Е.А. Чудаков и многие другие.

Анализ данных о состоянии дорожных покрытий на автомобильных дорог федерального и местного значения показал, что возросшие осевые на­грузки транспортных средств и растущая интенсивность дорожного движения в совокупности с погодно-климатическими факторами, вызывают ускоренные процес­сы образования микротрещин и накопления остаточных деформаций в слоях дорожной одежды, проявляющихся в конечном итоге развитием сквозных трещин на дорожном покрытии, образованием просадок и колеи по мере сни­жения несущей способности дорожных конструкций и достижения предель­ного состояния дорожной одежды.

По данным Минтранса России, из 47 тысяч км федеральных дорог в настоящее время 30 тысяч км и практически 100 % лесовозных автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием нуждаются в том или ином виде ремонта.

Одна из главных причин такого положения – отсутствие объективной информации о фактическом состоянии проезжей части и её эксплуатационных показателях.

В условиях современного возросшего движения необходимо систематическое обследование лесовозных автомобильных дорог для оценки её транспортно-эксплуатационных качеств (коэффициентов) – прочности дорожной одежды, ровности покрытий и их шероховатости, аварийности, загрузки дорог движением, интенсивности и состава движения. Систематическое инструментальное измерение их и сопоставление с допустимыми значениями позволит точно установить участки дорог, на которых требуется проведение ремонтных мероприятий, и на этой основе определять объемы и виды первоочередных работ в условиях ограниченных ресурсов.

В соответствии с этим и были сформулированы основные направления исследований, продиктованные необходимостью разработки методик и методов для своевременного назначения необходимых видов содержания, ремонтных работ и качественного их выполнения, что позволит повысить эксплуатационное состояние покрытия ремонтируемой автомобильной дороги при оптимальных дорожных затратах.

Вторая глава диссертационной работы посвящена совершенствованию методов комплексного обследования транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог.

При инструментальном обследовании покрытий автомобильных дорог основной упор сделан на применение серийно выпускаемых приборов, внесенных в Государствен­ный реестр средств измерений. Рекомендуемые инструментальные средства характеризуются диапазоном, пределом и точностью измерений, стабильностью показаний, чувствительностью к условиями применения, устойчивостью к механическим перегрузкам.

Для комплексного обследования участков автомобильных дорог Воронежской и Московской областей использовалась мобильная дорожная лаборатория КП-514 МП на базе автомобиля ГАЗ-3221, разработанная
НИИСТ МВД России, изготовитель ГУЛ СНПЦ "Росдортех" (г. Саратов).

Оценка транспортно-эксплуатационного состояния дороги осуществлялась по степени соответствия нормативным требованиям основных транспортно-эксплуатационных показателей дороги, которые характеризуют её потребительские свойства.

С повышением динамических качеств современных автомобилей более жесткими становятся требования, предъявляемые к качеству дорожных покрытий – обеспечению достаточной ровности, шероховатости и высоких сцепных качеств.

К сожалению, до сих пор отсутствует общегосударственный нормативный документ, регламентирую­щий количественные характеристики уровня качественного состояния лесовозных автомобильных дорог. Отдельные нормы содержатся в многочисленных ведомственных документах. Однако они разбросаны по раз­личным статьям и разделам, что затрудняет их применение на практике. Кроме того, имеются случаи, когда на один параметр существуют разные нормативы.

Вопросам нормирования значений коэффициента сцепления () уделялось большое внимание на протяжении всего периода изучения сцепных качеств дорожных покрытий.

Специалистами принято, что нормирование предельного значения коэффициента сцепления дорожных покры­тий проводится или статистическим способом, который заключается в установлении зависимости между величиной коэффициента сцепления и количеством дорожно-транспортных происшествий (за минимально допустимое значение принимается такой коэффициент сцепления, при котором количество ДТП резко возрастает), или расчетным способом, в основе которого лежат физические явления взаимодействия автомобильного колеса с дорожным покрытием. Примером реализации расчетного способа является зависимость

= а/ g, (1)

где – величина коэффициента сцепления; а – ускорение, требуемое для выполнения маневра автомобилем, м/с2; g– ускорение свободного падения, принимается g =9,81 м/с2.

Недостатком этого метода является то, что наблюдаемые замедления а автомобилей определялись сцепными качествами тех покрытий, на которых происходило торможение. Смысл нормирования сводится к усреднению существующих значений и, в итоге, заканчивается выводом: коэффициент сцепления должен быть равным тому значению, которое достигнуто.

С нашей точки зрения наиболее эффективным следует признать путь нормирования сцепных качеств на основе экономико-математических методов с учетом условий безопасности дорожного движения.

Расчетный метод нормирования коэффициента сцепления основывается на применении формулы

, (2)

где S t – путь торможения, м; v0 – начальная скорость движения, м/с.

При этом коэффициент назначается исходя из расчетной скорости движения по дороге соответствующей категории и расстояния видимости, принятого для данной категории – SВ, с проверкой выполнения неравенства

St SВ, (3)

где SВ – расстояние видимости, м.

При движении двух автомобилей (встречном) и при условии одновременного торможения и исключения столкновения, расчетная формула примет вид

(4)

где К Э – коэффициент эксплуатационных условий торможения, 1.2; l1 – расстояние безопасности, 5 м; t0 – время реакции водителя, 0,5 – 1,5 с.

При торможении автомобиля перед препятствием, коэффициент сцепления определяется по формуле

(5)

Зависимостями (4) и (5) для нормирования коэффициента сцепления следует пользоваться лишь на участках дорог с ограниченной видимостью.

Значительный объем экспериментальных исследований позволил установить зависимость изменения величины коэффициента сцепления в процессе эксплуатации автомобильной дороги

t = m(0,55e -A + B·n), (6)

где n = 1,62·10-5·N[(1 + q)t – 1]; N – суммарная интенсивность движения на дороге, авт./сут; m – коэффициент, зависящий от дорожно-климатической зоны; t – координата времени; А, В – коэффициенты, зависящие от типа покрытия, материала покрытия, количества полос движения.

Использование зависимости (6) позволяет определять рекомендуемые начальные величины коэффициента сцепления при сдаче дороги в эксплуатацию после ремонта покрытия, при соблюдении существующих межремонтных сроков (таблица 1).

Таблица 1 - Рекомендуемые начальные величины коэффициента сцепления

Тип покрытия	Категория дороги	Величина коэффициента сцепления
		Дорожно-климатическая зона
		III
Асфальтобетонные	IIВ	0,47
	IIIВ	0,46
Покрытия из щебеночных, гравийных и других материалов, обработанных органическими вяжущими материалами	IIIВ	0,44
	IVВ,	0,44
Щебеночные и гравийные	IVВ	0,41

Установлена связь между макрошероховатостью покрытия и величиной коэффициента сцепления. Обеспечения сцепных качеств и регулиро­вания шероховатости достигают в основном путем назначения круп­ности щебня и ужесточения требований к его прочности, микрошероховатости, сопротивлению износу (истираемости) и шлифуемости в про­цессе эксплуатации. В качестве измеряемого параметра используется средняя высота выступов шероховатости НСР

. (7)

Однако все это приводит к увеличению расхода высокопрочных каменных материа­лов и битума или специального модифицированного вяжущего. Кроме того, на крупношероховатой поверхности увеличивается сопротивление качению и повышается уровень шума авто­мобилей.

Проведенные экспериментальные исследования на участках лесовозных автомобильных дорог II и III дорожно-климатических зон, с различными типами покрытий, позволили получить зависимость (8), использование которой позволяет определять минимальные значения средней высоты выступов шероховатости НСР дорожного покрытия, обеспечивающие минимальные транспортные затраты, при условии сохранения безопасных условий движения.

, (8)

где кон – коэффициента сцепления в конце срока службы данного покрытия при НСР 0,2 мм; К – коэффициент, зависящий от типа покрытия и микрошероховатости каменного материала.

Оценка средней высоты выступов шероховатости НСР производилось по методу "песчаного пятна". Выражение (8) справедливо для диапазона 0,2 < НСР < 4,5 мм (таблица 2).

Таблица 2 - Минимальные значения средней высоты выступов шероховатости

Тип покрытия	Категория дороги	Н­СР, мм
Асфальтобетонные	IIВ	2,0
	IIIВ	1,8
Покрытия из щебеночных, гравийных и других материалов, обработанных органическими вяжущими материалами	IIIВ	1,3
	IVВ	1,4
Щебеночные и гравийные	IVВ	1,0

Экспериментальные исследования, проведенные на участках автомобильной дорог общего пользования, подтвердили правомерность зависимости

V = f (), (9)

где V – скорость движения по влажному покрытию.

Исследования также позволили определить средние скорости потока для дорог различных категорий и установить, что снижение скорости движения на мокром покрытии при значениях 0,3 < < 0,7 происходит по закону

V = 0,215 – 1,43·10-3 (10)

В качестве объективного критерия для оценки ровности дорожных покрытий была также использована средняя скорость движения автотранспорта. Нормирование ровности по средней скорости отличается универсальностью. Она отражает влияние ряда факторов: самой ровности покрытия, эмоционального состояния водителя, экономических характеристик перевозок.

Комплексное решение вопроса нормирования показателя ровности позволило определить не только экономически оптимальные значения, но и уточнить предельные величины, т.е. рекомендуемый диапазон изменения нормируемого показателя.

Транспортные затраты в этом случае определяются ровностью дорожного покрытия, которая влияет на скорость движения и, в целом, на себестоимость перевозок

а = 0,106 + 9·10-5 S, (11)

где S – показатель ровности дорожного покрытия, см/км.

Рассмотрена задача построения комплексного показателя состояния лесовозной автомобильной дороги с оценкой значений частных коэффициентов, характеризующих состояние объекта (таблица 3).

Исходные первичные показатели сворачиваются в промежуточные и, наконец, в комплексный показатель по схеме (рисунок 1).

Используя результаты экспертного опроса, произведено построение комплексной оценки с помощью матриц логической свертки и установлена очередность срочного ремонта участков лесовозных автомобильных дорог.

Таблица 3 - Значения коэффициентов, характеризующих состояние автодороги

Участок дороги Показатели	1	2	3	4
Коэффициент безопасности движения	1,0	0,425	0,50	0,70
Коэффициент продольной ровности покрытия	0,43	0,57	0,63	0,37
Коэффициент ровности покрытия в поперечном направлении (глубину колеи)	1,0	0,83	0,58	0,90
Коэффициент состояния и прочности дорожной одежды	0,40	0,50	0,45	0,39
Коэффициент сцепления колеса с покрытием	0,63	0,68	0,58	0,65

Рассматриваются возможные методы решения поставленных задач оптимального планирования ремонтных работ и алгоритм решения оценочной задачи.

Рассматриваются

Рисунок 1 – Модель построения комплексной модели

В третьей главе разработан метод планирования содержания и ремонта дорожных покрытий на основе оптимизации ремонтных работ в условиях ограниченных ресурсов.

Эксплуатация лесовозной автомобильной дороги и эксплуатация лесовозного автомобильного транспорта является сложной взаимосвязанной системой, в которой эффективная работа автомобильного транспорта определяется полнотой реализации на дороге технических возможностей, заложенных в конструкциях автомобиля, при оптимальных издержках перевозочного процесса, а эффективная работа лесовозной автомобильной дороги определятся необходимым уровнем эксплуатационного состояния, обеспечивающего надежную и безопасную работу автомобильного транспорта, идеализацию его технических возможностей при оптимальных дорожных затратах.

Комплекс мероприятий по ремонту и содержанию лесовозных автомобильных дорог и дорожных сооружений, выполнение которых обеспечивает улучшение условий бесперебойного и безопасного движения транспортных средств с расчетными скоростями и нагрузками, а также сохранности дорог и дорожных сооружений. Исходя из этих соображений, экономическую эффективность повышения качества работ в общем виде можно описать следующей зависимостью

, (12)

где Т – снижение транспортных расходов в результате проведения работ по текущему ремонту и содержанию дорог; ЗВР – затраты на выполнение работ; ЗПК – затраты, связанные с повышением качества работ; 3КК – затраты на производство измерений при контроле.

Коэффициент экономической эффективности (ЭКР) при выполнении работ по текущему ремонту и содержанию автомобильных дорог должен быть не меньше 1, т.к. в данном случае не могут рассматриваться вопросы приведения разновременных затрат, т.е. проведенные работы должны окупить себя в текущем году(нормативный коэффициент приведения Е = 1,0).

Сущность предлагаемого метода планирования содержания и ремонта дорожных покрытий на основе оптимизации ремонтных работ сводится к созданию системы оптимального планирования, которая обеспечивает удовлетворительное состояние проезжей части при минимальных затраченных ресурсах. Существует Z возможных вариантов ремонтных работ. Каждый из них требует определенных затрат Qi. Фактическое состояние дорожной одежды, которое оценивается показателями Wi, определяет сроки проведения ремонтов ti. Суть задачи состоит в том, чтобы из Z возможных вариантов ремонтных работ выбрать удовлетворяющий условию

	= Wmax
R (Qi; ti)	Qi min	(13)
	ti j

Ограниченные материальные ресурсы дорожной организации определяют еще одно условие: суммарные затраты на ремонтные работы Qi не должны превышать имеющихся возможностей дорожной организации.

Система оптимального планирования в своей основе содержит принцип минимальных народнохозяйственных затрат. Таким образом, практическое решение поставленной задачи основано на минимизации среднегодовых суммарных дорожно-транспортных затрат с учетом стоимостей текущих ремонтов и транспортных затрат

, (14)

где ЗСР – среднегодовые суммарные затраты; Q,L(t) – затраты на содержание и текущий ремонт; Т(t) – транспортные затраты; t – координата времени.

Для реализации условия (14) в диссертационной работе были определены физические зависимости для его составляющих.

Основой для разработки метода планирования содержания и ремонта дорожных покрытий служат полученные в ходе инструментального обследования фактические значения состоянии дорожных покрытий – ровности, шероховатости, сцепных качеств и зависимости, полученные с помощью методов математической и статистической обработки, дающие объективное представление о тенденциях изменения качественного состояния покрытия автомобильной доро­ги во времени.

Затраты на выполнение текущего ремонта Q определялись на основе калькуляций дорожной организации в зависимости от вида выполняемых ремонтных работ.

Экспериментальные исследования позволили получить зависимость степени разрушения покрытия от условий движения, срока службы, др. факторов, и подтвердили возможность ее использования при прогнозировании объемов разрушений дорожных покрытий.

(15)

где W(t) – площадь разрушений в % от площади проезжей части на t - й год службы, отсчитываемый от нулевого года планирования; Np – расчетная интенсивность движения, приведенная к автомобилям группы А; q – среднегодовой прирост интенсивности движения; Кпр – коэффициент запаса прочности дорожной одежды; to – срок службы покрытия до нулевого года наблюдений; – коэффициент, зависящий от типа покрытия.

При определении ежегодных затрат на текущий ремонт рекомендуется использовать выражение

L(t) = 0,01F W(t), (16)

где F – площадь покрытия, на 1 км дороги, м2; – стоимость текущего ремонта 1 м2 покрытия с учетом местных условий, руб/м2; – коэффициент, учитывающий затраты по содержанию проезжей части.

Выражение (16) получено по материалам экспериментальных исследований и в результате обработки статистических данных дорожных хозяйств. Установлена величина коэффициента, который для автомобильных дорог общего пользования равен 2,5; районных – 2,0 и местных – 1,6.

Транспортная составляющая суммарных затрат зависит от интенсивности и состава движения, себестоимости перевозок.

Т(t) = 306 ·NЭ а(t), (17)

где NЭ – приведенная интенсивность движения в единицах расчетных автомобилей, ед./сут.; a(t) – себестоимость перевозок для расчетного автомобиля в i -ом году, руб./маш.км; 306 – число рабочих дней в году.

Для практического применения условия (14) была разработана блок-схема алгоритма метода планирования содержания и ремонта дорожных покрытий, которая включает в себя: определение площади разрушений от про­езжей части; оценку сцепных качеств дорожных покрытий, ровности и шероховатости; сроки службы дорожных покрытий; определение участков дороги, требующих проведение ремонтных работ; расчёт суммарных затрат за текущий пери­од; расчёт среднегодовых суммарных транс­портных затрат; расчёт ежегодных затрат на текущий ремонт; расчёт транспортной составляющей сум­марных затрат; определение суммарных дорожно-транспортных затрат.

Уточнена вероятностная модель определения интегральных затрат на ремонт дорожной одежды в процессе эксплуатации лесовозной автомобильной дорог. Установлен регламент видов ремонтных работ и граф состояний участков (рисунок 2).

Затраты на содержание и ремонты участков лесовозных автомобильных дорог зависят от количества пребывания фиксированного участка в одном из четырех состояний. Проводя суммирование по - участкам лесовозной автомобильной дороги. – -видам ремонта на фиксированном участке, - номера осмотра наблюдений и учитывая - стоимости каждого вида ремонта получим интегральные затраты на ремонт, включая затраты на экологию.

Рисунок 2 – Граф состояний -го участка лесовозной автомобильной дороги

. (18)

Разработан алгоритм планирования содержания и ремонта дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог на основе оптимизации ремонтных работ в условиях ограниченных ресурсов (свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2009614560).

В четвертой главе разработаны рекомендации ОВОС, позволяющие выбрать наиболее перспективные и экологически безопасные технологии и материалы для производства работ по ремонту и содержанию лесовозных автомобильных дорог, а также дорожно-строительной техники, отвечающей современным техническим, эргономическим и экологическим требованиям.

Разработанная программа позволяет получить следующие параметры: имитация эксплуатационного состояния дороги во времени; расчёт загрязнения атмосферы токсичными компонентами отработавших газов; расчёт загрязнения почвы придорожной полосы выбросами свинца; расчёт уровня загрязнения поверхностного стока; назначение мероприятий по улучшению экологической обстановки на дорогах.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В результате проведённых теоретических и экспериментальных исследований и задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие научные и практические результаты:

1. Разработаны методики по обследованию транспортно-эксплуатационных характеристик автомобильных дорог, которые позволили получить: фактические данные о качественном состоянии покрытия, объективное представление о тенденциях изменения качественного состояния элементов автомобильной доро­ги во времени, что будет способствовать своевременному и обоснованному планированию ремонтных мероприятий, объемов и видов первоочередных работ.

2. Анализ результатов обследования участков лесовозных автомобильных дорог во 2 и 3 дорожно-климатических зонах показал: средние расчётные скорости транспортных потоков, хотя и имеют тенденцию к росту на отдельных участках дорог, в целом остаются довольно низкими, что приводит к росту себестоимости автомобильных перевозок; возросшая интенсивность дорожного движения и несвоевременное проведение работ по ремонту и содержанию дорожных покрытий способствуют их ускоренному износу и ухудшению их сцепных свойств; возросшие осевые нагрузки транспортных средств способствуют ухудшению ровности дорожных покрытий.

3. Уточнены нормативные требования к параметрам шероховатости, сцепным качествам и ровности покрытий, получены закономерности, с помощью которых можно: для соблюдения существующих межремонтных сроков рекомендовать начальные величины коэффициента сцепления при сдаче дороги в эксплуатацию после ремонта покрытия; по зависимости между величиной коэффициента сцепления и снижением скорости движущегося по дороге транспорта определить транспортные затраты для дорог различных категорий; определять минимальные значения средней высоты выступов шероховатости НСР дорожного покрытия, обеспечивающие минимальные транспортные затраты, при условии сохранения безопасных условий движения; определить экономически оптимальные значения показателей ровности и узнать предельные величины, т.е. рекомендуемый диапазон изменения данного показателя. Всё это позволит повысить ТЭП и эксплуатационно-технический уровень лесовозных автомобильных дорог.

4. Осуществлено построение модели комплексной оценки эксплуатационного состояния лесовозных автомобильных дорог на основе применения количественных и качественных показателей, имеющих различную размерность, при нечёткой информации, позволяющие получить значение комплексной оценки даже тогда, когда для параметров, задаваемых количественно нельзя указать значение, отличающее «хороший» вариант от «плохого».

5. Разработаны модель и алгоритмы множества участков дороги, включаемых в план ремонтных работ, при условии минимизации суммарного ущерба при ограниченных ресурсах.

6. Разработаны рекомендации ОВОС, позволяющие снизить негативное воздействие этапов содержания и ремонтов покрытий дорог на окружающую среду до допустимых пределов.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

статьи в изданиях, определенных и приравненных ВАК Минобрнауки России

1. Гниломедов, Р.А. Повышение эффективности инвестиций в строительство и реконструкцию дорог на основе оптимизации проектных решений [Текст] / Р.А. Гниломёдов // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. – 2009.- №1(13) – С. 104-111.
2. Гниломедов, Р.А. Влияние дорожных условий на режимы движения транспортного потока [Текст] / Р.А. Гниломёдов // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. – 2009.- №3(15) – С.61-66.
3. Гниломедов, Р.А. Расчёт показателей токсичности при проектировании дорог на основе моделирования режимов движения автомобилей [Текст] / Р.А. Гниломёдов // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. – 2009.- №3(15) – С. 73-78.
4. Гниломедов, Р.А. К вопросу причин износа дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог [Текст] / Р.А. Гниломедов, Е.В. Кондрашова, С.В. Меркулов // «Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии» – №189/2009, Санкт-Петербург, 2009. – С. 130-134.
5. Гниломедов, Р.А. Технико-экономическое обоснование рекомендаций по снижению потерь лесозаготовительного производства [Текст] / Р.А. Гниломедов, Е.В. Кондрашова, С.В. Меркулов // «Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского» – №4(18)/2009, Тамбов, 2009. – С. 122-126.
6. Гниломедов, Р.А. Влияние вывозки лесоматериалов на транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог [Текст] / Р.А. Гниломедов, Е.В. Кондрашова, А.В. Скрыпников // «Леса России в XXI веке»: материалы первой международной научно-практической интернет-конференции. – СПб.: СПбГЛТА, 2009. – С. 193-196.
7. Гниломедов, Р.А. Надёжность работы системы «водитель - автомобиль - дорога - среда» [Текст] / Р.А. Гниломедов, Е.В. Кондрашова, Ю.В. Лобанов // «Ресурсосберегающие и экологические перспективные технологии и машины лесного комплекса будущего»: материалы международной научно-практической конференции, посвященной 55-летию ЛИФ ВГЛТА, сентябрь, 2009. – С.288-293.
8. Гниломедов, Р.А. Повышение качества лесовозных автомобильных дорог [Текст] / Р.А. Гниломедов, Е.В. Кондрашова, Ю.В. Лобанов // «Ресурсосберегающие и экологические перспективные технологии и машины лесного комплекса будущего»: материалы международной научно-практической конференции, посвященной 55-летию ЛИФ ВГЛТА, сентябрь, 2009. – С.293-298.
9. Гниломедов, Р.А. Программный пакет для расчета стадийного повышения эксплуатационно-экологического уровня лесовозных автомобильных дорог в системе автоматизированного проектирования. [Текст] / Р.А. Гниломедов, О.В. Рябова, Е.В. Кондрашова, В.А. Допперт // Воронеж. ВГЛТА, свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2009614560 – М., 2009. – 35 с.

В других изданиях

10. Гниломёдов, Р.А. Изменения качества лесных насаждений в зоне влияния автодорог. На примере автомагистрали М-4 «Дон» [Текст] / Р.А. Гниломёдов, О.В. Рябова // Вестник Центрального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук [Текст]: сб. науч. ст./ РААСН, ТГТУ, - Воронеж – Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2009. – С. 308-315.
11. Гниломедов, Р.А. Формирование современных критериев оценки транспортно-эксплуатационных и экологических качеств автомобильных дорог [Текст] / Р.А. Гниломедов, Вл.П. Подольский, О.В. Рябова, Д.И. Черноусов // Вестник Центрального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук [Текст] : сб. науч.ст./ РААСН, ТГТУ, - Воронеж – Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2009. – С. 293-300.
12. Гниломедов, Р.А. Определение суммарного экологического эффекта техногенного воздействия ДТК [Текст] / Р.А. Гниломёдов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета «Высокие технологии в экологии»: материалы 12-ой межрегиональной научно-практической конференции - Воронеж 2009. – С. 12-16.
13. Гниломедов, Р.А. Методики расчёта показателей токсичности выбросов вредных газообразных веществ в атмосферу при проектировании дорог и эксплуатации автотранспорта [Текст] / Р.А. Гниломёдов, О.В. Рябова // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета «Высокие технологии в экологии» : материалы 12-ой межрегиональной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии» - Воронеж 2009. – С. 54-58.
14. Гниломедов, Р.А. Мероприятия по повышению качества безопасности дорожного движения и снижению аварийности [Текст] / Р.А. Гниломедов, Е.В. Кондрашова // «Качество, эффективность, перспективы безопасности дорожного движения» : республиканская научно-практическая конференция. – Вестник НЦ БЖД. – Казань, 2009. – С.212-216.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными гербовой печатью, просим направлять по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева 8, ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», ученому секретарю диссертационного совета, телефон: 8-(4732)53-72-40, факс 53-72-40

Гниломедов Роман Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ
ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАДИИ ПЛАНИРОВАНИЯ
СОДЕРЖАНИЯ И РЕМОНТА ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Подписано в печать 23.11.2009 Формат 60х84 1/16

Бумага писчая. Уч. –изд. 1 п.л

Тираж 100 экз. Заказ №

___________________________________________________________