Материал: Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура

тайфунами, приносящими за сезон до 3000—3500 мм/год осадков, вызывают подтопление автомобильных дорог, длящееся от нескольких часов до нескольких недель (рис. 4).

Рис. 3. Среднегодовое количество дождливых дней в различных регионах Вьетнама

В случае затрудненного поверхностного стока влага, застаивающаяся на поверхности дороги или в боковых канавах, просачивается через покрытие и откосы в грунт земляного полотна. При длительном увлажнении связанный грунт постепенно приобретает пластичность, превращается в пасту, а затем переходит в текучее состояние, что сопровождается большими потерями его прочности и сопротивляемости внешним нагрузкам (до 30—60 % при супесчаных и суглинистых грунтах и 70—80 % при пылеватых разновидностях), что и приводит к появлению деформаций дорожной конструкции. Следовательно, повышенная влажность относится к числу природных факторов Вьетнама, влияние которых на физикомеханические свойства грунта особенно велико, т. к. количество влаги (влагонакопление) обусловливает силы связи между твердыми частицами дорожной конструкции.

Анализируя температурный режим Вьетнама (рис. 5), надо отметить значительные различия не только по месяцам, но и по климатическим районам.

Исследованиями И. А. Золотаря, Н. А. Пузакова, В. М. Сиденко [1] установлено:

при изменении температурного режима окружающей среды в конструктивных слоях земляного полотна, дорожной одежды постоянно происходят сложные диффузионные процессы (нагревание, охлаждение, испарение, конденсация), обусловливая тем самым процессы теплообмена — перехода влаги в иную форму (пар);

141

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

изменение характеристик водно-теплового режима существенно влияет на прочность, долговечность земляного полотна, покрытия дорожной одежды, что приводит к снижению транспортно-эксплуатационных свойств дорожной конструкции дорог;

степень действия окружающей среды на дорожную конструкцию определяется видом и мощностью источников увлажнения дорожной конструкции и интенсивностью температурных воздействий.

Рис. 4. Последствия выпадения осадков (пойменный участок реки Ванг в км 32+650)

Основной задачей расчѐта водно-тепловых процессов является прогнозирование влажности грунта. Существующие методы прогноза влажности грунтовых оснований в основном базируются на анализе уравнения водного баланса:

где V — сумма осадков за рассматриваемый отрезок времени; VC, VИ, VВ — соответственно сток, испарение и впитывание влаги для единичной поверхности.

.

Рис. 5. График изменения температуры в зависимости от времени года

142

Выпуск № 4 (44), 2016 ISSN 2072-0041

С учетом схемы влагообмена расчѐтного грунтового слоя с атмосферой (рис 6) уравнение водного баланса можно представить в виде зависимости:

где C — конденсация водяных паров; Z — суммарное испарение с поверхности; V1 и V2 — поступление и сток поверхностных вод; G1 и G2 — приток и отток почвенной влаги в расчѐт-

ном слое hР; S1 и S2 — приток и отток грунтовой воды в расчѐтном слое hУГВ — hР; P1 и P2 — приток и отток грунтовых вод; W1 и W2 — влажность грунта в слое h на начало и конец рас-

чѐтного периода времени; Q1 и Q2 — запасы влаги в слое hР на начало и конец расчѐтного периода времени.

Рис. 6. Схема влагообмена расчѐтного грунтового слоя с атмосферой

После преобразования уравнение (2) записывается в виде

Левая часть зависимости (3) содержит приходные элементы, в сумме определяющие водные ресурсы участка. В правой части приведены две составляющие баланса (испарение Ζ и сток V), которые позволяют регулировать наличие влаги в (W1 - W2) в грунтах земляного полотна.

Основным условием обеспечения устойчивости и прочности системы «дорожная одежда — земляное полотно» в климатических условиях Вьетнама является недопущение переувлажнения или чрезмерного колебания влажности грунта земляного полотна.

Анализируя взаимозависимость «окружающая среда — дорожные сооружения» Вьетнама, необходимо обратить внимание на ещѐ один фактор, непосредственно влияющий на качество асфальтобетонных покрытий. На всех широтах Вьетнам принимает достаточное большое количество солнечной радиации — 130 ккал/см2 в год. Количество солнечных дней в году в Северном Вьетнаме составляет примерно 1500—1700 часов, в Центральном и Южном — 2000—2600 часов. Известно, что температурный режим асфальтобетонного покрытия является одним из основных факторов, определяющих напряженно-деформированное состояние и сроки службы асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог. В свою очередь, температура асфальтобетонного покрытия является функцией температуры воздуха,

143

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

при этом она существенно зависит от солнечной радиации, хода температур в грунте земляного полотна и от многих других факторов.

В соответствии с циклическими изменениями температуры воздуха и интенсивности солнечной радиации в слоях асфальтобетонных покрытий, расположенных на некоторой глубине, амплитуда колебаний температуры меньше, чем в поверхностном слое, причем суточные максимумы температуры устанавливаются с запаздыванием. В результате в разных слоях асфальтобетонного покрытия градиент температур может достигать 20—30 ˚С, что заметно сказывается на его несущей способности (рис. 7).

Зависимость температуры покрытия от температуры окружающего воздуха обосновывается теоретически исходя из уравнения теплового баланса. Для определения максимальных температур дорожных покрытий, согласно [4], можно применить следующую формулу:

где ТП — температура покрытия, °С; ТВ — температура воздуха, °С; ТЭКВ — эквивалентная температура, °С.

Рис. 7. Среднесуточные колебания температуры асфальтобетонного покрытия (км 621 магистрали I-А) [7]

Эквивалентная температура является своего рода прибавкой, обусловленной дополнительным нагревом покрытия солнечными лучами:

где А — альбедо поверхности покрытия, характеризующее ее отражательную способность; J — интенсивность солнечного облучения, Вт/м2; an — коэффициент теплоотдачи, определяемый отношением плотности теплового потока, отдаваемого поверхностью, к разности температур между поверхностью и прилегающей средой, Вт/(м2·град).

Интенсивный прогрев дорожного покрытия солнечными лучами приводит к повышению пластичности асфальтобетона, это обусловлено тем, что вязкость битума в асфальтобетоне понижается, связи между минеральными частицами слабеют, что и приводит к снижению прочности и росту деформаций покрытия под колесами — трещинам, волнам, колеям и др. Неудовлетворительное состояние дорожного покрытия существенно снижает потребительские свойства дороги — скорость, непрерывность, безопасность и удобство движения

144

автотранспорта. А автомобильный транспорт играет фундаментальную роль в становлении и развитии открытой рыночной экономики Вьетнама.

Таким образом, оценка долговечности асфальтобетона для прогнозирования его срока службы является основной задачей в Южном и Центральном районах Вьетнама в сухие сезоны, характеризующиеся высокой температурой окружающей среды в сочетании с большим количеством солнечной радиации.

3. Разработка стратегии содержания транспортных сооружений с учетом природ-

но-климатических условий Вьетнама. Учитывая разнообразие природно-климатических факторов на территории Вьетнама, виды деформаций и разрушений дорожных сооружений, множество типовых технологий строительства, ремонта и содержания земляного полотна и дорожной одежды в сложных, а иногда и агрессивных условиях эксплуатации, необходимо выработать стратегию проведения дорожных работ, позволяющую с минимальными затратами достигать максимальных результатов, приводящих к повышению транспортноэксплуатационного качества всей дорожной сети.

В связи с отсутствием стандартизованных методов прогнозирования срока службы асфальтобетонных покрытий появилось большое число различных показателей и методик по оценке долговечности дорожных асфальтобетонов, проанализировав которые можно сделать следующий вывод: при переменных природно-климатических и эксплуатационных воздействиях работоспособность асфальтобетона может описываться различными показателями его свойств. Из этого следует, что при оценке эксплуатационного состояния асфальтобетонных покрытий должен преобладать комплексной подход, одновременно учитывающий характеристики конструкции дорожной одежды, свойства материалов, градиенты распределения, интенсивность солнечной радиации, ветра, дождя, внешние нагрузки и многие другие факторы. В этом случае наиболее эффективно использовать симплекс-метод (алгоритм решения оптимизационной задачи линейного программирования путѐм перебора вершин выпуклого многогранника в многомерном пространстве). Сущность метода: построение базисных решений, на которых монотонно убывает линейный функционал, до ситуации, когда выполняются необходимые условия локальной оптимальности. Он позволяет за конечное число шагов либо найти оптимальное решение, либо установить, что оптимальное решение отсутствует.

Основное содержание симплексного метода заключается в следующем:

указать способ нахождения оптимального опорного решения;

указать способ перехода от одного опорного решения к другому, на котором значение целевой функции будет ближе к оптимальному, т. е. указать способ улучшения опорного решения;

задать критерии, которые позволяют своевременно прекратить перебор опорных решений на оптимальном решении или сделать заключение об отсутствии оптимального решения.

Эксплуатационные воздействия, способствующие разрушению структуры асфальтобетона, можно условно разделить в три основные группы:

воздействие автотранспортных средств на асфальтобетон дорожной конструкции;

воздействие окружающей среды, вызывающее снижение структурно-механических характеристик асфальтовых бетонов;

воздействие факторов, связанных с эксплуатацией асфальтобетонных покрытий. По мере исследования этих факторов появляются новые, ранее неизвестные, требую-

щие более тщательного рассмотрения их влияния на долговечность и надежность работы асфальтобетонных покрытий. В зависимости от этих факторов могут меняться количественные характеристики сроков службы дорожных покрытий. Пример расчета времени до момента образования трещины на асфальтобетонном покрытии представлен на рис. 8.

Основным путем повышения прочности и долговечности дорожной конструкции является повышение прочности и стабилизация свойств грунта земляного полотна как наиболее слабой части конструкции [18].

145