ас. Близнюк Т.В.

Автомобильно-дорожный институт

Государственное высшее учебное заведение

Донецкий Национальный Технический Университет, Украина

Использование коэффициента серьёзности повреждений при расчёте покрытий

Под действием избыточной влаги и некоторых других факторов, таких, например, как усталость бетона, связанная с многократно повторяющимися нагрузками, многие покрытия, которые, казалось бы, находятся в отличном состоянии, могут вдруг, по истечении нескольких лет эксплуатации потребовать капитального ремонта. В том случае, когда признаки подсоса воды и выброса её на поверхность наблюдается на сравнительно новом покрытии, это означает, что ремонт потребуется задолго до истечения проектного срока службы. Такие покрытия работают, находясь в состоянии погружения в «ванну». Асфальтобетонные покрытия подвержены эрозионным процессам, которые протекают сравнительно незаметно до тех пор, пока не найдут проявления в виде трещин или разрушений. Наблюдение за поведением экспериментального участка дороги [1] позволило выявить вымывание с водой мелких фракций через трещины. Это явление, безусловно, свидетельствует о подсосе материалов искусственного и грунтового оснований, а также нижнего слоя асфальтобетонного покрытия, т.е. покрытие разрушается под совместным воздействием транспортных средств и воды.

При проходе тяжёлого транспорта часто можно наблюдать как воды и мелкие фракции выбрызгиваются через трещины в покрытии (или швы в цементобетонном покрытии). На рис. 1 схематически показано изображение вариантов динамических воздействий транспортных средств на насыщенное водой покрытие. Интенсивность повышения повреждений будет повышаться с возрастом и ухудшением состояния покрытия, с увеличением размеров полостей и пустот и с увеличением количества влаги в конструктивных слоях.

Рисунок 1 – Виды воздействия транспортных нагрузок на жёсткое и нежёсткое покрытия.

1. грунтовое основание (насыщенное водой);

2. основание из скелетного материала (насыщено водой);

3. асфальтобетонное покрытие;

4. трещины, заполненные водой;

5. прогиб основания из скелетного материала;

6. прогиб грунтового основания;

7. клинообразные струи воды;

8. гидростатическое давление;

9. цементобетонное покрытие;

10. свободная вода;

11. вода резко вытесняется, вынося взвешенные мелкие фракции.

Если при расчёте учтены все изменения, которые могут произойти с покрытием, то оно не должно потребовать дополнительного капитального ремонта до истечения проектного срока службы [2,3]. Рассмотрим несколько примеров уменьшения эксплуатационной надёжности покрытия в случае учёта циклического изменения коэффициента серьезности и без него. На рис. 2 приведены графики влияния избыточной влаги на срок службы покрытий.

Рисунок 2 – График влияния избыточной влаги на срок службы искусственных покрытий

На рисунке 2а кривая 2 соответствует покрытию которое в течении года 10 месяцев находится в сухом состоянии, а 2 месяца – во влажном. В течении 20 лет транспортные нагрузки ежегодно увеличиваются на 5%. Фактический срок службы покрытия составит 20 лет. Если же предположить, что покрытие в течении всего срока службы никогда не содержало избыточной влаги, срок его службы составит примерно 28 лет (кривая 1). В случае же больших значений коэффициента серьезности (15 и 40, кривые 3 и 4 соответственно) срок службы покрытия уменьшится до 10 лет (кривая 3) и даже 5 лет (кривая 4). На рисунке 2-б приведено покрытие, работающее в несколько иных условиях: теоретический и практический сроки службы составляют те же 20 лет, но коэффициенты серьезности повреждений составляют 7,5; 20 и 60. Из рисунка очевидно, что если бы удалось предотвратить попадание воды в конструктивные слои покрытия, то срок его службы мог бы составить около 35 лет (кривая 1), в самом неблагоприятном же случае (S=60) срок службы составит всего 5 лет. Для примера рассмотрен вариант ( рис. 2 в) в котором не предусмотрена возможность изменения коэффициента серьезности повреждений во влажном состоянии. Поэтому расчетная кривая (учитывает влияние увлажненности) совпадает с теоретической (рассчитывается при условии отсутствия увлажнения). При увеличении коэффициента серьезности повреждений срок службы покрытия сокращается до 10 и 5 лет (кривые 2 и 3 соответственно). Следует отметить, что в рассмотренных примерах скорость разрушения покрытия принималась постоянной.

Учитывая приведенные примеры можно с уверенностью утверждать, что если бы удалось предотвратить поступление влаги в конструктивные слои автомобильной дороги (или организовать быстрый отвод воды из них), то срок службы покрытия значительно увеличится. В некоторых случаях срок службы увеличится до 28 – 30 лет, в свою очередь увеличение срока службы позволит сэкономить миллионы гривен, расходуемые на ремонты, устройство слоя усиления и т.д.

Литература

1. Седергрен Г.Р. Дренаж дорожных одежд и аэродромных покрытий: Пер. с англ. – М.: Транспорт, 1981. – 280с.

2. Золотарь, И.JI. Теоретические основы применения тонкодисперсионных грунтов для возведения земляного полотна автомобильных дорог в Северных районах области многолетнемерзлых грунтов Текст. : моногр. / И.Л. Золотарь. — Л.: ВАТиТ, 1961. – 267с.

3. Корсунекий, М.В. Оценка прочности дорог с нежесткими одеждами Текст. / М.В. Корсунский. М.: Транспорт, 1966. – 247с.

4. Жесткие покрытия аэродромов и автомобильных дорог Текст. / под ред. Г.И. Глушков М.: Транспорт, 1994. – 349с.