Проектирование оптимальных дорожных одежд нежесткого типа из местных строительных материалов ( в региональных условиях нижнего поволжья)

На правах рукописи

Алексиков Илья Сергеевич

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НЕЖЕСТКОГО ТИПА ИЗ МЕСТНЫХ

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

( в региональных условиях Нижнего Поволжья)

05.23.11 — Проектирование и строительство дорог, метрополитенов,

аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Волгоград 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель:	доктор технических наук, профессор Богомолов Александр Николаевич.
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор Бондарев Борис Александрович, ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», профессор кафедры «Строительные материалы»;
	кандидат технических наук, доцент Артемов Сергей Николаевич, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», доцент кафедры «Изыскания и проектирование транспортных сооружений».

Ведущая организация:	ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет».

Защита состоится 19.04. 2012 г. в 10-00 ч. в ауд. Б-203 на заседании диссертационного совета Д 212.026.04 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу:

400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан 16 марта 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Т.К. Акчурин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Постоянный рост интенсивности движения до 13,4% в год, увеличение осевых транспортных нагрузок до 10 т и более, дефицит финансирования дорожной отрасли требуют оптимизации наиболее дорогого элемента дороги – дорожной одежды. Постоянный рост стоимости строительства, изменение традиционных поставщиков материалов, требуют шире использовать местные строительные материалы и вторичную продукцию промышленности. Разработанные 20–25 лет назад по отмененной инструкции ВСН 46–83 региональные альбомы рациональных типовых конструкций дорожных одежд устарели и не могут быть использованы в практике проектирования. Необходима разработка новых конструкций дорожных одежд в структуре автоматизированного проектирования в виде электронного банка данных.

При расчете дорожных одежд особое внимание следует уделять повышению прочности грунтового основания, так как увеличение толщины конструкции обусловлено условием сдвигоустойчивости грунтов земляного полотна и подстилающих слоев. Совершенствование конструкций на дорогах Нижнего Поволжья требует обоснования региональной расчетной влажности и прочностных характеристик земляного полотна.

Вероятностный характер цен на строительные материалы и работы требуют совершенствования критериев оптимизации дорожных одежд по строительной стоимости. Существующие экономико-математические методы сравнения конструкций по приведенным затратам должны учитывать затраты, связанные с укреплением обочин и повышением прочности грунтового основания.

Таким образом, задача совершенствования методики проектирования оптимальных дорожных одежд из местных материалов с учетом региональных дорожно-климатических и экономических условий строительства на основе информационного банка данных рациональных конструкций дорожных одежд весьма актуальна.

Цель работы состоит в совершенствовании методики проектирования оптимальных дорожных одежд из местных материалов с учетом региональных дорожно-климатических и экономических условий строительства на основе компьютерной базы рациональных конструкций дорожных одежд.

Для достижения указанной цели поставлены следующие основные задачи:

1. выполнить анализ существующего опыта проектирования и строительства оптимальных дорожных одежд из местных материалов;
2. исследовать зависимость влажности и физико-механических свойств глинистых грунтов от региональных природно-климатических факторов, разработать методику и обосновать региональную расчетную влажность и прочности грунтов земляного полотна дорог Нижнего Поволжья;
3. усовершенствовать методику технико-экономического обоснования конструкций дорожных одежд на основе теории риска, позволяющую учитывать затраты в повышение прочности грунтов земляного полотна, перевозку грузов и пассажиров, потерь от ДТП;
4. разработать программную оболочку (СУБД) для ведения информационной базы оптимальных дорожных одежд нежесткого типа из местных материалов, предназначенную для практического применения при автоматизированном проектировании автомобильных дорог;
5. разработать рекомендации по проектированию оптимальных дорожных одежд нежесткого типа из местных материалов, включающие: районирование территории по условиям строительства дорожных одежд, рекомендации по формированию СУБД, оптимальные конструкции дорожных одежд из местных материалов для региональных условий Нижнего Поволжья с их опытно-производственной проверкой;

Предметом исследования является конструирование, расчет и технико-экономическое обоснование конструкций дорожных одежд из местных материалов с учетом региональных дорожно-климатических и экономических условий строительства.

Объектом исследования являются методы проектирования оптимальных дорожных одежд нежесткого типа из местных материалов.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в исследовании совместного влияния плотности и влажности глинистых грунтов на их прочностные характеристики, разработке методики обоснования расчетной влажности грунтов земляного полотна на основе данных агрометеослужбы. Впервые предложен подход к оптимизации конструкции дорожной одежды по единовременным затратам с позиций теории риска с учетом затрат на повышение прочности грунтового основания. Выполнено районирование территории Волгоградской области с учетом вероятностного характера строительных затрат на устройство дорожных одежд.

Практическая значимость исследования. Теоретические выводы и практические рекомендации использованы при разработке электронной базы данных оптимальных конструкций дорожных одежд из местных материалов с учетом региональных дорожно-климатических условий, позволяющие снизить стоимость строительства до 400 руб/м2.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена использованием общепринятых закономерностей в области проектирования дорожных одежд нежесткого типа, репрезентативностью статистических выборок случайных величин, подтверждается результатами проверки в производственных условиях и достаточным уровнем сходимости полученных результатов с данными других авторов.

Реализация результатов исследования. По заданию департамента городского хозяйства администрации г. Волгограда разработаны и внедрены Технические условия «Конструкции дорожных одежд улиц и дорог местного значения (второстепенные проезды в секторе индивидуальной застройки)» (Волгоград, 2008 г.).

Разработано учебное пособие «Ресурсное обеспечение дорожного строительства», которое используется при чтении учебных курсов «Основы автоматизации проектирования автомобильных дорог», «Информационные технологии в дорожном строительстве» в Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете.

Отдельные аспекты диссертационного исследования были использованы при выполнении научно-исследовательской работы «Разработка рациональных конструкций дорожных одежд из местных материалов для региональных условий Волгоградской области» (Волгоград, 2001 г.).

Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях ВолгГАСУ (2008–2010 гг.), Международной научно-практической конференции «Малоэтажное строительство в рамках национального проекта «Доступное и комфортное жилье гражданам России»: Технологии и материалы, проблемы и перспективы развития в Волгоградской области» (г. Волгоград, 15–16 декабря 2009 г.), II научно-технической конференции «Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства» (г. Волгоград, 24–25 сентября 2009 г.), Международной научно-практической конференции «Прогресс транспортных средств и систем – 2009» (г. Волгоград, 13–15 октября 2009г.), IX российской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (г. Оренбург, 26–27 ноября 2009 г.), Региональной научно-практической конференции «Современные методы повышения долговечности транспортных сооружений и безопасности дорожного движения» (г. Махачкала, 26–27 ноября 2009 г.), 68-й научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ (Москва, 1–6 февраля 2010 г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 19 публикациях и учебном пособии, в том числе 3 статьи, опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы. Результаты исследования изложены на 187 страницах основного текста, включающего 52 рисунка, 30 таблиц и библиографию из 164 названий и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, поставлена цель и сформулированы задачи диссертационного исследования, показаны научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

В первой главе выполнен обзор и анализ исследований, посвященных использованию местных материалов и побочных продуктов промышленности в конструкциях дорожных одежд нежесткого типа. Работы А. К. Славуцкого, Л. К. Бируля, И. М. Грушко, И. В. Королева, Б. И. Дагаева, В. В. Малеванного, С. И. Романова, В. Н. Макаренкова, В. К. Некрасова, С. И. Самодурова, А. Я. Тулаева, В. С. Исаева, В. И. Резванцева и др. позволяют оценить запасы местных материалов в различных регионах РФ, изучить их физико-механические свойства, обосновать пути повышения прочностных показателей материалов с целью их использования в конструкциях дорожных одежд. Рассмотрены существующие классификации и каталоги местных материалов и побочных продуктов промышленности, региональные каталоги конструкций дорожных одежд на их основе, с помощью которых решались задачи преимущественно ручного проектирования. Автоматизация проектирования дорожных одежд (ROAD, CREDO, ROAD-МАДИ), переход на расчет по ОДН 218.046-01, требуют переработки устаревших каталогов рациональных конструкций и представления их в электронном виде.

Ужесточение требований к сдвигоустойчивости дренирующих слоев и грунтового основания, общей толщине верхних слоев, обработанных органическим вяжущим, изменило подход к оптимизации дорожной одежды. Оптимизацию конструкций следует вести для системы «дорожная одежда–земляное полотно» в направлении максимального удешевления основания и повышения прочности рабочего слоя земляного полотна. Исследования А. К. Славуцкого, Л. К. Бируля, И. М. Грушко, И. В. Королева, Б. И. Дагаева, В. В. Малеванского, С. И. Романова, автора доказывают эффективность использования в основании дорог с невысокой интенсивностью движения местных малопрочных каменных материалов, отсевов щебня, шлаков, укрепленных и переуплотненных грунтов, геосинтетических материалов.

Расчетная влажность и плотность грунтов определяют их прочностные характеристики. Достоверная оценка несущей способности грунтового основания системы «дорожная одежда – земляное полотно» проблематична без обоснования региональной влажности земляного полотна

Случайные отклонения стоимости дорожной одежды относительно тренда имеют нормальное распределение. При сравнении конструкций следует учитывать вероятностный характер затрат, расчет укрупненной стоимости строительства рекомендуется выполнять в пределах доверительного интервала, на основе теории риска.

Проведенный обзор позволил конкретизировать цель и задачи исследования, изложенные выше.

Во второй главе выполнено исследование зависимости физико-механических свойств глинистых грунтов от их плотности и влажности, разработана методика обоснования расчетной влажности грунтов земляного полотна, предложены усовершенствованные экономико-математические модели оптимизации конструкции дорожных одежд нежесткого типа по единовременным и приведенным затратам с учетом теории риска, рассмотрена информационная база данных для решения задачи проектирования оптимальных дорожных одежд на основе местных материалов.

Оценка состояния более 80 конструкций дорожной одеждыЮга РФ показала, что запас прочности по упругому прогибу составляет 33-63%, на растяжение при изгибе монолитных слов покрытия – 49-62%, на сдвиг в подстилающем слое песка – 17-19%, на сдвиг в грунте земляного полотна – 2-6%. Оптимизация современных конструкций дорожной одежды сводится к снижению затрат в устройство основания и повышению прочности грунтового основания. Установлено, что толщина основания из щебня (Носн) определяется его модулем упругости Ещ (весомость – 0,24) и несущей способностью земляного полотна Егр (весомость – 0,31). Влияние прочности верхних слоев дорожной одежды (Еэкв) незначительно.

Носн=45,8.Еэкв0,008.Егр-0,31. Ещ -0,24, (1)

Исследованием влияния типа и влажности грунтов на их прочностные характеристики в различных дорожно-климатических зонах занимались Н. А. Пузаков, И. А. Золотарь, В. М. Сиденко, Е. И. Шелопаев, Л. К. Бируля, И. Е. Евгеньев, А. Я. Тулаев, Н. Н. Иванов, О. Т. Батраков, А. А. Малышев, Ю. А. Покутнев, А. М. Каменев и др. Физико-механические свойства грунтов степной и лесостепной зон Юга России исследованы в работах В. М. Сиденко, О. Т. Батракова, Ю. А. Покутнева, А. М. Каменева, Н. П. Толстикова, В. Ф. Царева и др. Штамповые испытания автомобильной дороги Самара-Пугачев-Волгоград показали, что коэффициент корреляции от влажности грунта составляет: для модуля упругости – 0,98, для угла внутреннего трения – 0,97, для сцепления – 0,95.

Повышение надежности дорожной одежды и снижение ее толщины эффективно за счет повышенного уплотнения грунтов до Ку=1,03-1,05. Это позволяет увеличить модуль упругости грунта Егр на 10-50%. Наибольший эффект происходит на суглинках тяжелых и глинах в засушливых районах Юга России, в интервале влажности 0,5-0,7Wт. Автором установлено комплексное влияние относительной влажности W и плотности Ку глинистых грунтов Юга РФ на их прочностные характеристики (модуль упругости Егр, угол внутреннего трения гр, удельное сцепление сгр):

, (2)

, (3)

гр = с + a.Ку + b. W, (4)

где с, а, b – коэффициенты, зависят от типа грунта и прочностной характеристики.

Обоснование расчетной влажности земляного полотна автомобильных дорог в I-V дорожно-климатических зонах (ДКЗ) выполнено в работах А. К. Бируля, В. Ф. Бабкова, И. А. Золотаря, А. А. Малышева, Н. Ф. Савко, Н. А. Пузакова, Л. А. Преферансовой, М. Б. Корсунского, В. М. Сиденко, А. Я. Тулаева, Я. А. Калужского, Н. М. Кудрявцева, В. И. Рувинского, Е. И. Шелопаева, В. Н. Ефименко и др. Водно-тепловой режим земляного полотна в степных и лесостепных районах (IV-V ДКЗ) исследован А.К. Бируля, В.М. Сиденко, И. А. Носич, Ю. А. Покутневым, М. Н. Гудзинским, В. А. Анфимовым, Т. Х. Каландаровым, И. К. Дараган, А. М. Каменевым и др.

Для обоснования расчетной влажности земляного полотна Нижнего Поволжья предпочтителен метод АМС В. М. Сиденко, основанный на связи влажности почво-грунтов открытого поля и земляного полотна. Метод позволяет учитывать региональные природно-климатические условия увлажнения типичных грунтов полотна, успешно применен для обоснования расчетной влажности насыпей и дорожного районирования юга Украины, Туркменистана, Узбекистана, Таджикистана, Юга Западной Сибири. Вместе с тем использование метода АМС в условиях Нижнего Поволжья невозможно без следующих доработок: в связи с отсутствием регулярных наблюдений за влажностью почво-грунтов необходима методика ее расчета; определение расчетной влажности почво-грунтов требует исследования ее вариации; для перехода от влажности почво-грунтов к влажности земляного полотна необходимо уточнение корреляционного коэффициента.

Экспериментально- теоретические исследования В. С. Мезенцева позволили автору установить линейную зависимость влажности почво-грунтов открытого поля Wср от метеорологических факторов:

(5)

где аi и bi – коэффициенты уравнения, зависят от типа грунта; КХг, –годовые суммы осадков и положительных среднемесячных температур воздуха; Wт – влажность на границе текучести. Коэффициент корреляции – 0,84-0,93.

Исследования И. А.Золотаря, В. М. Сиденко, Ю. М. Яковлева, С. Ю. Рокаса, А. Я. Тулаева, И. Е. Евгеньева, В. В. Столярова, М. Н. Гольдштейна, Н. Н. Маслова, Н. Н. Ермолаева, В. С.Мезенцева, автора позволили установить зависимость коэффициента вариации Сv влажности почво-грунтов от ее среднего значения Wср (в интервале 0,38-0,84Wт)

Cv = 0,5104W2ср - 0,9046Wср + 0,4883 (6)

Коэффициент корреляции равен – 0,71, свидетельствует о достаточной связи между Сv и Wср.

Расчетная влажность почво-грунта (WопP) может быть вычислена:

WопP=Wср(1tCv) (7)

где t – одностороннее нормированное отклонение.

Определение коэффициента перехода () от влажности почво-грунтов открытого поля к влажности рабочего слоя (до 1,0 м) земляного полотна основано на наблюдениях 1987-2003 гг. (рис.1). Среднее значение для региональных условий Нижнего Поволжья равно 0,83.

Рис. 1 Связь влажности грунтов земляного полотна и открытого поля

Расчетная влажность грунтов земляного полотна с учетом нормальности ее распределения в теле насыпи определяется:

Wрзп = 0,83... Wопр (1+t Сvг), (8)

где – коэффициент, учитывающий тип местности по условиям увлажнения, равен 1 для 1-го типа, 1,01-1,03 для 2-го типа, 1,04-1,07 – для 3-го типа; – коэффициент, равным 1 для пористых граничных слоев дорожной одежды (песок, щебень, ПГС, гравий и т.п.), непосредственно укладываемых на земляное полотно и 0,85-0,95 для плотных грунтов (укрепленные грунты); Сvг – коэффициент вариации влажности в рабочем слое полотна (согласно данных В. М. Сиденко при Wр = 0,4 Wт, Сv = 0,02 при Wр = 0,5 Wт, Сv = 0,03, при Wр = 0,6 Wт, Сv=0,04). Предложенная методика использована при обосновании расчетной влажности грунтов земляного полотна Волгоградской области.

При оптимизации равнопрочных конструкций дорожных одежд в качестве целевой функции используется минимум стоимость 1 м2 покрытия, с учетом затрат на укрепление обочин (Соб ) и стоимости земляных работ (Сзр) в пределах рабочего слоя насыпи (Накт):

, (9)

где Hi – толщина i –го конструктивного слоя дорожной одежды, см.; Сi – стоимость единицы толщины i-го конструктивного слоя, отнесенная к единице площади (м2) этого слоя, руб/см; n-количество конструктивных слоев; Кj – индексный коэффициент, рассчитывается с учетом вклада каждого из конструктивных слоев в сметную стоимость дорожной одежды.

Альтернативный метод определения стоимости дорожных одежд основан на ее зависимости от основных ресурсных показателей (материалоемкости (Q), машинозатрат (МС) и трудозатрат (Т)). Комплексное влияние указанных ресурсных показателей на стоимость дорожной одежды для Волгоградской области представлено функцией:

Сдо = 384,04.Q0,507.МС0,130.Т0,390 min (10)

Коэффициент множественной корреляции – 0,89.

Материалоемкость дорожной одежды определяется на основе удельного расхода строительных материалов по установленным автором зависимостям или нормативным документам (ГЭСН-2001 (Сб. № 27), ВСН 42-91, ЕниР Е17 и др.). Машино (МС) и трудозатраты (Т) зависят от назначения, толщины конструктивного слоя (h) и строительного материала:

Т = а. h + b, (чел/см), (11)

MС = c.h + d, (маш/см), (12)

где a и b – коэффициенты уравнения.

Стоимость конструкции подчинена нормальному закону распределения. При незначительном превышении математического ожидания стоимости первой конструкции (Сдо1) над второй (Сдо2), принятие окончательного проектного решения производится в условиях экономического риска r.

(13)

где - среднее квадратическое отклонение суммарного распределения стоимости конструкций.

Величина риска является дополнительным показателем при сравнении конструкций дорожных одежд по единовременным затратам, позволяет учитывать вероятностный характер изменения стоимости строительства в период производства дорожно-строительных работ.

При сравнении дорожных одежд с различным типом покрытия в качестве целевой функции используются приведенные затраты (Рпр) на 1 км дороги:

, (14)

где Сдо – затраты на строительство дорожной одежды, руб/км; Сзп –затраты в устройство рабочего слоя части земляного полотна, руб/км; Соб – затраты в укрепление обочин, руб/км; Сmt – транспортные расходы на перевозку грузов и пассажиров в году t, руб/км; Сnt – затраты на приобретение подвижного состава в году t, руб; Сpt, – затраты на содержание и ремонт проезжей части и обочин в году t, руб, Сdt, – потери от дорожно-транспортных происшествий в году t, руб.; t – текущий год эксплуатации автомобильной дороги; Тс – период суммирования затрат, равный межремонтному сроку службы дорожной одежды, лет; Е – коэффициент дисконтирования разновременных затрат; С0 – остаточная стоимость дорожной одежды, руб.

Потери от ДТП в t году рассчитываются:

Сdt =365. N(t). D(t). a, (15)

D(t) – средние потери от одного ДТП (1,96 млн.руб.), а – число ДТП на 1 млн. автомобиле - километров, рассчитывается:

для укрепленных обочин:

a = 0,449. N(t) -0,078. П-0,539. О-0,149, (16)

для неукрепленных обочин:

a = 1,142. N (t)-0,069. П-0,879. О-0,145, (17)

где П и О – соответственно ширина проезжей части и обочин, м.

С целью повышения эффективности автоматизированного проектирования дорожных одежд разработана программная оболочка для ведения реляционной базы регионарных конструкций дорожных одежд из местных строительных материалах (СУБД «Оптимальные конструкции дорожных одежд из местных материалов»). Прикладная программа АD разработана на языке FoxPro, позволяет произвести поиск конструкций дорожной одежды в зависимости от района строительства, технической категории дороги и типа грунта земляного полотна с последующей проверкой их на прочность, согласно ОДН 218.046-01. Проверка на прочность выполняется в компьютерных программах (Radon, IndorPavement, DO) с возможной корректировкой толщины конструктивных слов.

В третьей главе выполнены экспериментальные исследования по оценке возможности использования каменных материалов Волгоградской области в конструкциях дорожных одежд, обоснованию расчетной влажности и прочности грунтов земляного полотна, эксплуатационному состоянию экспериментальных участков дорожных одежд из местных материалов,

На территории региона расположено 119 месторождения каменных материалов объемом 1051172 м3. Щебень в основном марки 400-600 (57,39%), пригоден в основании дорожных одежд. Запасы камня марки 800-1000 незначительны, не более 1%. Обработка 198 испытаний щебня по критерию Колмогорова-Смирнова показала нормальность распределения свойств каменных материалов. Повышение прочности и однородности щебня возможно его укреплением 3-5% цементом. Для стабилизации отсевов известняка эффективно их укрепление 5-7% гудрона или битумной эмульсией

Для обоснования расчетной влажности грунтов земляного полотна выполнен анализ почвенно-грунтовых и гидрологических условий Волгоградской области. Грунты представлены суглинками тяжелыми (44%), суглинками легкими пылеватыми (19%), глинами (26%). Супеси и пески, предпочтительные для сооружения земляного полотна, составляют всего 6%. Около 97% территории области относится к 1-ому типу местности по условиям увлажнения. Остальная часть территории периодически подтопляется водой, имеет признаки заболачивания (Волго-Ахтубинская пойма) и относится к 2-3-ому типу местности по условиям увлажнения.

Обоснование расчетной влажности грунтов земляного полотна выполнено на основе оценки тепло-влагообеспеченности территории области (рис. 2).

Рис. 2 Максимальная влажность грунтов земляного полотна Волгоградской области

(1-ый тип местности по условиям увлажнения)

Среднемноголетняя максимальная влажность грунтов земляного полотна 0,48-0,59Wт для суглинистых грунтов и 0,37-0,50Wт для супесчаных грунтов. На участках 2-го типа местности по условиям увлажнения влажность изменяется: для суглинистых грунтов – 0,49-0,60Wт, для супесчаных грунтов – 0,38-0,52Wт. На 3-ом типе местности: для суглинистых грунтов – 0,53-0,62Wт, для супесчаных грунтов – 0,39-0,54Wт. Модуль упругости глинистых и суглинистых грунта – 63-115 Мпа, супесчаных грунтов – 63-91 Мпа.

Опытное строительство и эксплуатация участков автомобильных дорог «Нехаево-Захоперский» и «Реченский-Упорниковский» подтвердили данные Казахского филиала СоюзДорнИИ и проф. С. И. Романова о возможности использования мела в основании дорожных одежд на участках местности с обеспеченным стоком и интенсивностью движения до 300 авт/с. После 10-ти лет эксплуатации дорог на участках с обеспеченным водоотводом состояние покрытия хорошее. На основании испытаний конструкции модуль упругости мелового слоя (h=15-30 см) составляет 200-210Мпа.

Оценка эффективности повышенного уплотнения глинистых грунтов в основании дорожных одежд выполнена на автомобильной дороге «Победа- Солдатское-Степное» в Быковском районе Волгоградской области в 1999-2004гг. Дорога IV технической категории, расположена в засушливой зоне. Оценка прочности 7 экспериментальных конструкций показала, что уплотнение суглинка легкого до Ку=1,03-1,05 повышает модуль упругости грунтового основания с 59 Мпа до 81 Мпа. Использование дренирующей прослойки из дорнита дополнительно увеличивает прочность грунтового основания до 97 Мпа. Повышенное уплотнение грунтового основания позволило снизить толщину основания из Липкинского щебня до 10%. Сметная стоимость строительства дорожной одежды при этом снизилась до 11%. После 4-6-ти летней эксплуатации состояние асфальтобетонного покрытия хорошее, дефекты, свидетельствующие о низкой прочности грунтового основания, отсутствуют.

Эффективность применения геотекстиля «Дорнит» в основании дорожных одежд доказана при строительстве автодороги "Кайсацкое-Золотари» в Палласовском районе Заволжья (2001г.). Район строительства засушливый, дальность транспортировки щебня из Липкинского карьера – 250 км, песка для подстилающего слоя – 80 км. Для снижения транспортных затрат выполнена замена песчаного слоя (h=10 см) на прослойку из геотекстиля. Увеличение модуля упругости грунтового основания до 73 МПа позволило снизить толщину основания из местного щебня с 20 до 18 см.

В четвертой главе приведены рекомендации по проектированию оптимальных дорожных одежд нежесткого типа из местных материалов, включающие: районирование территории Волгоградской области по условиям строительства дорожных одежд из местных материалов; рекомендации по формированию СУБД «Оптимальные конструкции дорожных одежд из местных материалов»; программу расчета «DO» и оптимальные конструкции дорожных одежд из местных материалов для региональных условий Нижнего Поволжья. Внедрение результатов исследований при строительстве автомобильных дорог в засушливых районах Волгоградской области позволило снизить стоимость конструкций дорожной одежды до 400 руб/м2.

Основные выводы

Экспериментально-теоретические исследования проектирования, строительства и эксплуатации дорожных одежд нежесткого типа из местных строительных материалов в условиях Нижнего Поволжья позволили сделать следующие выводы:

1. Разработанные 15-20 лет назад региональные альбомы рациональных конструкций дорожных одежд устарели, не могут быть использованы в практике проектирования. В связи с вводом в действие ОДН 218.046-01 назрела острая необходимость в разработке новых рациональных конструкций дорожных одежд в структуре автоматизированной системы проектирования автомобильных дорог в виде электронного банка данных. Увеличение толщины современных конструкций в 1,4–1,6 раза, обусловлено ужесточением условия сдвигоустойчивости грунта земляного полотна и подстилающих конструктивных слоев основания из малосвязных материалов. Снижение стоимости дорожных одежд возможно за счет: использования в основании конструкции местных материалов (пористых малопрочных каменных материалов, отходов дробления щебня, шлаков, укрепленных грунтов); повышения прочности грунтового основания за счет конструктивных решений, приводящих к снижению расчетной влажности грунтов земляного полотна (укрепление обочин и грунтов в основании дорожных одежд, повышенное уплотнение грунтового основания, использование прослоек из геотекстилей и т.п.);
2. С целью разработки рациональных конструкций системы «дорожная одежда - земляное полотно» исследована зависимость физико-механических свойств глинистых грунтов от их влажности и плотности (2)-(4), разработана методика (5)-(8) и выполнено обоснование региональной расчетной влажности и прочности грунтов полотна автомобильных дорог Нижнего Поволжья;
3. Оптимизация конструкций дорожных одежд в неустойчивых производственно-экономических условиях возможна в доверительном интервале. Для сравнения равнопрочных рациональных конструкций по строительной стоимости предложена методика на основе теории риска (9)-(13). При сравнении конструкций по приведенным затратам необходимо учитывать дополнительные расходы в повышение прочности грунтового основания, снижение себестоимости перевозок и потерь от ДТП при укреплении обочин (14);
4. Для совершенствования процесса автоматизированного проектирования дорожных одежд в среде FoxPro разработана программная оболочка информационной базы «Оптимальные конструкции дорожных одежд из местных материалов»;
5. Разработаны рекомендации по проектированию оптимальных дорожных одежд нежесткого типа из местных материалов, включающие: районирование территории Волгоградской области по условиям строительства дорожных одежд из местных материалов, рекомендации по формированию СУБД «Оптимальные конструкции дорожных одежд из местных материалов», оптимальные конструкции дорожных одежд из местных материалов для региональных условий Нижнего Поволжья. Внедрение результатов исследований при строительстве автомобильной дороги Волгоградской области (V дорожно-климатическая зона) позволило снизить стоимость строительства до 400 руб/м2.

Публикации в рецензируемых научных журналах

1. Алексиков И. С. Использование теории риска при обосновании конструкций дорожных одежд // Вестник Волгог. госуд. архит.-строит. ун.-та. Сер.: Строительство и архитектура. Волгоград : ВолгГАСУ, 2007. Вып. 8. С. 95–97.
2. Алексиков И. С., Боровик, В. С., Алексиков С. В. СУБД «Рациональные конструкции дорожных одежд» в структуре САПР. // Вестник Волгог. госуд. архит.-строит. ун.-та. Сер.: Строительство и архитектура. Волгоград : ВолгГАСУ, 2008. Вып. 11. С. 40–43.
3. Алексиков И. С., Курдюкова Л. Е., Алексиков С. В., Прогнозирование физико-механических свойств грунтов земляного полотна // Вестник Волгог. госуд. архит.-строит. ун.-та. Сер.: Строительство и архитектура. Волгоград : ВолгГАСУ, 2008. Вып. 12. С. 51–53.

Публикации в прочих изданиях

4. Геоинформационная система сети дорог Волгоградской области / И. С. Алексиков [и др.] // Повышение надежности и долговечности автомобильных дорог и искусственных сооружений: сб. науч. тр. Всерос. науч.-практич. конф. Краснодар : ТУ КубГТУ, 2000. С.65–66
5. Использование мела в основании дорожных одежд / И. С. Алексиков [и др.] // Вестник Волгог. госуд. архит.-строит. ун.-та. Сер.: Строительство и архитектура. Волгоград : ВолгГАСУ, 2002. Вып. 2. С. 239–244.
6. Алексиков И. С., Алексиков С. В. Строительство дорожных одежд на переуплотненных грунтах в засушливых районах Заволжья // Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций : материалы III междунар. науч.-техн. конф. Волгоград : ВолгГАСУ, 2003. Часть VI. С.143–145
7. Алексиков И. С., Алексиков С. В., Казначеев С. В. Строительство дорожных одежд с основанием из переуплотненных грунтов // Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура : материалы междунар. науч.-практ. конф. Омск : СибАДИ, 2003. Кн. 2. С. 16–18
8. Алексиков И. С., Алексиков С. В., Сидоренко М. Н. Оценка влияния дорожных условий на среднюю скорость транспортного потока // Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура : материалы междунар. науч.-практ. конф. Омск : СибАДИ, 2003. Кн. 2. С. 59–61
9. Строительство дорожных одежд на основании из переуплотненных грунтов / И. С. Алексиков [и др.] // Современные проекты, технологии и материалы для строительного, дорожного комплексов и жилищно-коммунального хозяйства : материалы II-III междунар. науч.-практ. конф. Брянск, 2005. С. 185-187.
10. Алексиков И. С., Алексиков С. В., Алаторцев Д. В. Снижение стоимости дорожной одежды за счет повышения прочности грунтового основания // Транспортные системы Сибири : материалы III Всеросс. науч.-техн. конф. Красноярск, 2005. С.7–9.
11. Дорожные основания из переуплотненных грунтов в условиях Нижнего Поволжья / И. С. Алексиков [и др.] // Наука и техника в дорожной отрасли. 2003. №3. С.35–36.
12. Алексиков И. С., Боровик В. С.,. Алексиков С.В. СУБД «Оптимальные конструкции дорожных одежд» // Повышение долговечности транспортных сооружений и безопасность дорожного движения : сб. науч. тр. Всерос. науч.-практ. конф. Казань : КГАСУ, 2008. С. 88–90.
13. Алексиков И. С. Повышение прочности грунтового основания дорожных одежд за счет его повышенного уплотнения // Современные научно-технические проблем транспортного строительства : сборник научных трудов Всерос. науч.-практ. конф. Казань : КГАСУ, 2007. С.125–128
14. Алексиков И. С. Исследование влажности грунтовых резервов в засушливых районах Юга РФ // Дороги и мосты. РосДорНИИ. 2007. № 2. С. 43– 48.
15. Алексиков И. С. Статистический контроль влажности грунта при сооружении земляного полотна // Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций : материалы IV Междунар.науч.-техн. конф., Волгоград : ВолгГАСУ, 2005. Ч.II. С.13–17.
16. Алексиков И. С. Оптимизация конструкции дорожной одежды с использованием теории риска // Материалы ежегодной. науч.-техн. конф. професс.-препод состава и студентов. Сер.: Архитектура, градостроительство. Строительство. Волгоград : ВолгГАСУ, 2008. Ч.I. С.160– 163.
17. Алексиков И. С. Основы районирования территории Юга РФ по условиям сооружения земляного полотна // Материалы ежегодной. науч.-техн. конф. професс.-препод состава и студентов. Сер.: Архитектура, градостроительство. Строительство. Волгоград : ВолгГАСУ, 2008. Ч.I. С.182–185.
18. Алексиков И. С. Вероятностная оценка уплотняемости грунта // Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства региона : материалы Всерос. науч.-техн. конф. Волгоград : ВолгГАСУ, 2006. Ч.I. С.111–114.
19. Обоснование прочности грунтов земляного полотна автомобильных дорог Нижнего Поволжья/ И. С. Алексиков [и др.] // Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства : материалы II науч.-техн. Конф. Волгоград : ВолгГАСУ, 2009. С.141–144.

Рекомендации, учебные пособия

20. Ресурсное обеспечение дорожного строительства: учеб. пособие / С. В. Алексиков [и др.] // Волгоград : ВолгГАСУ, 2007. 213с.

Подписано в печать 29.02.12. Формат 60х84/16.

Бумага офсетная. Печать трафаретная. Гарнитура Times New Roman.

Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,2. Тираж 110 экз. Заказ №__

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Отпечатано в секторе оперативной полиграфии ЦИТ

400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1