Жол киімдерін жобалау мен есептеудің заманауи тәсілдері

Геосинтетиктерді таңдау: шарттары, мақсаты және міндеттері

Жол төсемдерінің конструкцияларында әртүрлі геосинтетикалық қабаттарды қолданудың тиімділігі олардың қабаттардың материалдарын арматуралау және бөлу функцияларын орындау мүмкіндігімен анықталады, бұл дәстүрлі жол-құрылыс материалдарын қолдану көлемін азайтуға және жол құрылымының қызмет ету мерзімін арттыруға мүмкіндік береді. Геоматериалдардың мақсатына байланысты алынған әсер есептік кезең (қызмет ету мерзімі) ішінде жөндеуге және күрделі жөндеуге байланысты біржолғы (құрылыс) шығындардың және/немесе шығындардың төмендеуінде көрініс табуы мүмкін.

Жол киімдерінде геосинтетикалық қабаттар ретінде тоқылған және тоқылмаған геотекстильдер, жалпақ қос осьті геоторлар, геотехникалық серткалар, көлемді геотехникалық торлар (геосоталар), геокомпозиттік материалдар пайдаланылады. Геосинтетикалық материалды таңдау жол төсемдері конструкцияларының нұсқаларын геосинтетикалық материалдармен және онсыз техникалық- экономикалық салыстыру негізінде жүзеге асырылады. Бұл жағдайда дәстүрлі шешімдермен салыстырғанда пайда болатын техникалық әсерді ескеру қажет. Геосинтетикалық материалдарды қолдану жол құрылымдарының сенімділігін, сондай-ақ құрылыс сапасын арттырады, оны әрқашан сандық түрде бағалау мүмкін емес.

Геосинтетиктерді қолданудың нәтижесі әсіресе жоғары техникалық санаттағы автомобиль жолдарын салу, реконструкциялау және жөндеу кезінде, солтүстіктің қиын ауа-райы-климаттық жағдайында (теріс температурада жер жұмыстары) және қолайсыз топырақ-гидрологиялық жағдайларда (әлсіз негіздер, жоғары ылғалдылық топырақтары, ерекше сорттардың топырақтары) байқалады. Техникалық негіздеме кезінде жол құрылымының жұмыс қабілеттілігі, көліктік-пайдалану қасиеттері тұрғысынан бұл әсер салыстырылатын нұсқалардың басқаларына біржолғы үнемдеуді алудан гөрі маңыздырақ болуы мүмкін. Геосинтетикалық материалдар, өздеріңіз білетіндей, жол төсемдерінің конструкцияларында:

• бекітілмеген түйіршікті материалдардан (қиыршық тас, қиыршық тас, қиыршық тас- қиыршық тас-құм қоспалары, қож және т. б.) немесе өтпелі типтегі жабындардан жасалған көтергіш негізді нығайтуға арналған арматуралық және бөлу қабаты;

• ірі фракциялық материал мен топырақтың негіз шекарасындағы бөлу қабаты;

• құмды дренаж қабатының үйінді топырағымен жанасуындағы қорғаныш-дренаждық қабаттар

• құрама бетон плиталарының астындағы қорғаныс қабаттары;

Жол киімінің конструкциясындағы геосинтетиктердің әсерін есепке алу бір 218.046- 2001 бойынша үш әдістеме бойынша жүргізіледі (CREDO РАДОН 3.4)

• ОДМ 218.5.002-2008 "түйіршікті материалдардан жасалған жол киімдерінің қабаттарын нығайту үшін полимерлі геосеткаларды (геосеткаларды) қолдану жөніндегі әдістемелік ұсынымдар;

• ОДМ 218.5.003-2010 "автомобиль жолдарын салу және жөндеу кезінде геосинтетикалық материалдарды қолдану бойынша;

• ОДМ 218.5.001-2009"автомобиль жолдарын күрделі жөндеу және жөндеу кезінде жабындардың жетілдірілген түрлерінің асфальтбетон қабаттарын арматуралау үшін геосеткалар мен жалпақ геосеткаларды қолдану бойынша әдістемелік.

ОДМ әдістемесі бойынша есеп 218.5.002-2008

Жол киімдерін нығайту және өңделмеген түйіршікті материалдардан және астыңғы топырақ қабаттарынан жол киімдерінің тірек негіздерінің қабаттарын бөлу геосинтетикалық материалдармен орындалады: жалпақ геоторлар мен геосеткалар, тоқылған геосинтетикалық материалдар, геокомпозиттер. Нәтижесінде жол киімдерінің сенімділігі мен беріктігі артады, дәстүрлі материалдардан, ең алдымен астық материалдарынан жасалған негіздерден жасалған жол киімдерінің қалыңдығы азаяды.

Арматуралық геосинтетикалық материалдарды неғұрлым ұтымды қолдану келесі жағдайларда болады:

• ірі фракциялы (ірі кеуекті) материалдан жасалған негізді тікелей жер төсемінің топырағында (негіздің қосымша қабатының болмауы) немесе біртекті құмнан жасалған негіздің қосымша қабатын орнату кезінде, бұл жағдайда талап етілетін қалыңдығы 10-20 см минералды материалдардан жасалған қорғаныш қабатының орнына;

• ауыр жүктемелермен және қарқынды трафикпен жолды пайдалану;

• қолайсыз жағдайларда құрылыс кезінде (жоғары ылғалдылықтағы жер төсемінің топырақтары, құрылыс көлігінің қозғалысы үшін негіз қабатын пайдалану және іргетастың құрылысынан бастап оны жол киімінің үстіңгі қабаттарымен жабуға дейінгі айтарлықтай кезең, қарқынды қозғалысы бар жолды кезеңдік салу немесе реконструкциялау, жөндеу);

• жоғары техникалық санаттағы көп жолақты жолдарда, жүк қозғалысының негізгі бөлігін өткізу олардың астындағы қабаттар құрылғысымен шеткі жолақтар бойынша көзделеді;

• негіздің құмды қосымша қабатындағы сдысу критерийі бойынша 218.046-01 бойынша есептеу кезінде беріктік коэффициентінің мәндері басқа 

  салыстырғандақатаңемесжолтөсемдеріүшінеңазмәндергеиеболғанжағдайларда.

қасиеттеріне, қабаттардың қалыңдығына, жол төсемі материалдарының механикалық қасиеттеріне және жер төсемі қабатының топырақтарына байланысты күшейту коэффициенттерін енгізе отырып, бір-бірден 218.046-01 орындалады. Бұл жағдайда арматуралық геоматериал арматураланған қабаттың астында орналасқан топырақ қабатындағы белсенді сдысу кернеулерінің мөлшеріне үлкен әсер етеді.

Геосинтетикалық материалдардың есептік параметрлері созылу беріктігіне (R, кН/м), шартты деформация көрсеткішіне (ε, %) және 2% ұзарту кезіндегі шартты деформация модуліне (E'2 %, кН/м) байланысты.

Мысал ретінде Новосибирск облысындағы IV санаттағы автомобиль жолының CREDO РАДОН RU бағдарламасында есептеу нәтижелері келтірілген (Етr=200 МПа, ΣNp= 380 000).

Типтік құрылымды есептеу нәтижелері (сурет. 1) құрылымдық қабаттардың берілген қалыңдығы кезіндевигысуға төзімділік критерийі бойынша беріктік қамтамасыз етілмегенін көрсетеді (Кпр=0,62, -51%). Арматураланған құрылым (сурет. 2) бірдей қалыңдықта сдысу арқылы өтеді (Кпр=1,91, +50%). Бұл ретте стандартты конструкциямен салыстырғанда жалпы серпімділік модулі бойынша беріктік қоры Кпр=1,11 (ЕО=222ма) - дан Кпр=1,26 (ЕО=253 МПа) дейін ұлғайды, бұл жол киімінің пайдалану сенімділігін одан әрі арттырады. Сонымен қатар, геогрид дизайнының қызмет ету мерзімі 3 жылға артады.

ODM әдістемесі бойынша есептеу 218.5.003-2010

Геосинтетикалық қабаттарды (тоқылған және тоқылмаған геотекстильді материалдар, геокомпозиттер) келесі жағдайлар мен жағдайларда жер төсемінің беткі қабатын және жол киімінің негізінің құмды қосымша қабатын бөлу үшін қолдану тиімді:

• тәулігіне 1-2 м сүзу коэффициенті бар ұсақ құмдардың дренаждық қабатын орнату үшін, оның қалыңдығы суды уақтылы бұру жағдайынан анықталады;

• қозғалыстың жоғары қарқындылығы кезінде (I–III санаттағы жолдар)II-III жол–климаттық аймақтарда ылғалдану шарттары бойынша 2, 3 типті жер бедерінің шаңды топырақтарынан жиналған жер төсемінде;

• құрылыс жұмыстарын топырақ жамылғысының жоғары ылғалдылығы жағдайында орындау кезінде, құрылыста жұмыс істейтін көлік құралдарының реттелетін құмды дренаж қабаты арқылы өтуін болдырмау мүмкін болмаған кезде;

• жол төсемдерін кеңейту үшін, қабаттың көп бөлігі жұмыс қабатының топырақтарының жоғары ылғалдылығы жағдайында қолданыстағы жер төсемінің шегінде орналасады;

• жер төсемін кеңейту кезінде, құм қабатының қалыңдығын технологиялық тұрғыдан қиын немесе техникалық тұрғыдан ұлғайту мүмкін болмаған кезде, оның табаны қолданыстағы жер төсемінің бетінен жеткілікті тереңдетілген.

Белсенді сдысу кернеуінің шекті мәнін анықтау кезінде (әрқайсысы 218.046-01) қабаттар шекарасындағы құрылымның ерекшеліктерін ескеретін кд коэффициенті қолданылады. Күшейту болмаған кезде КД бірлікке тең, ал геотекстильді қабат қолданылған жағдайда — КД =1,5 болып қабылданады...Құмның көлеміне байланысты 4,5.

ОДМ 218.5.003-2010 әдістемесін пайдаланудың мысалы ретінде солтүстік-батыс өңірдегі (ІІ ЖҚЖК, 2-кіші аймақ) II санаттағы автомобиль жолының жол киімін есептеу нәтижелері талап етілетін ИДР=289 МПа және ΣNp= 1 500 000 серпімділік модулімен келтірілген.

Есептеуден көрініп тұрғандай (сурет. 3), құрылымдық қабаттардың берілген қалыңдығы қозғалыс тұрақтылығына төзімділік критерийі бойынша беріктік қамтамасыз етілмейді (Кпр=0,68, -48%). Қорғаныс-арматуралық қабаты бар дизайн (сурет. 4) қабаттардың ұқсас қалыңдығы қозғалыс тұрақтылығына төзімділік талабы бойынша өтеді (Кпр=1,01, +1%). Жол киімдерінің төменгі қабаттарында қорғаныс күшейтетін қабат ретінде Геоспан ТН 40 берік полипропилен жіптерінен көпфункционалды тоқылған геотекстиль қолданылды ("Гекса — тоқыма емес материалдар" ЖШҚ өндірісі) (сурет. 5).

ОДМ әдістемесі бойынша есеп 218.5.001-2009

Жолдарды салу кезінде де, жөндеу кезінде де асфальтбетон жабындарын нығайту үшін геосинтетикалық материалдарды қолдану өте өзекті болып табылады. Алайда, осы мақсатта әртүрлі өндірушілердің геосеткаларын пайдалану туралы кең ақпаратқа қарамастан, оларды қолданудың тиімділігі туралы әлі күнге дейін түсінік жоқ. Мәселені түсінуге тырысайық

Геосеткалар қиыршық тасты материалдардан жасалған негіздерге және нығайтылған материалдардан жасалған негіздер үшін шағылысқан температуралық жарықтарға тән механикалық шыққан жарықтар пайда болған жағдайда асфальтбетоннан жасалған жабынның жарыққа төзімділігін арттыру үшін қолданылады. Қазіргі уақытта полиэфир, поливинилалкоголь және шыны талшықты геосеткалар арматуралық (жарықшақты үзетін) қабат ретінде жиі қолданылады.

Бір 218.046-01 есептеу критерийлеріне сүйене отырып, арматуралық геосетканы асфальтбетон жабынына енгізу оның беріктігін рұқсат етілген серпімді иілу критерийі бойынша арттыруға және иілу кезінде созылудан шаршау бұзылуына төзімділікті арттыруға, созылатын температуралық кернеулерге төзімділікті арттыруға мүмкіндік береді.

Асфальтбетон жабынында арматуралық қабаттың болуы ОДМ 218.5.001-2009 әдістемесі бойынша базалық есептік формулаларға екі коэффициентті енгізу есебінен ескеріледі, олардың шамасы геосетканың беріктігі мен деформациясына, сондай-ақ асфальтбетонды төсеу процесінде геосетканың:

• ka коэффициенті иілу кезінде созылу температурасының кернеуі мен созылуына төзімділіктің жоғарылауын ескереді;

• kNp коэффициенті асфальтбетон жабынын нығайту салдарынан шаршау процестерінің беріктікке әсерін азайтуды ескереді.

CREDO РАДОН RU бағдарламасындағы жарықшақты үзетін геосетканың әсерін есепке алу сенімділік коэффициенті 0,98 болатын I санаттағы жол киімінің конструкциясы мысалында суретте көрсетілген. Сур. 6, 7. Есептеу нәтижелері қалыңдығы асфальтбетон қабаттарының кедергісінің жоғарылауын көрсетеді 6+7+8 КПР=1,21 (+ 9%) геосеткасын дәстүрлі конструкцияда Кпр=1,73 (+36%) дейін пайдалану кезінде созылу кернеуіне байланысты см. Иілу кезінде асфальтбетон қабаттарының созылу беріктігінің артуы 218.5.001-2009 ЖЖҚ сәйкес жөндеуаралық жабын мерзімдерінің тиісті ұлғаюын айқындайды.

Геосинтетикалық материалдармен есептеудің қосымша мүмкіндіктері құрылымның қалыңдығы мен құны бойынша оңтайландыру, сондай-ақ қауіпсіздік қорларын азайту арқылы оңтайландыру арқылы жасалады, оны CREDO РАДОН RU немесе жол киімдерін есептеуге. Қарастырылған нақты шаралар жол төсемдерінің құрылымдық қабаттарындағы әртүрлі мақсаттағы геосинтетикалық қабаттардың тиімділігін есептік бағалауды арналған басқа бағдарламада орындауға болады. Жол төсемдерінің конструкцияларында геосинтетикалық материалдарды пайдалану қойылған міндеттер мен туындайтын проблемаларды практикалық және үнемді шешу үшін кең мүмкіндіктер ашады. Бұл болашақтың материалдары.