Методическое пособие 814

Научный журнал строительства и архитектуры

dч/2 твердых частиц dт.n 1.m=an 1 dч /2, то есть 0,09 0,1мм. Тогда толщина слоя первых двух волокон, равная Sт.n 1.m=an 1 2dт.n 1.m=an 1 , будет меньше максимального диаметра час-

тицы 15, Sт.n 1.m=an 1 dч , то есть 0,18 0,2мм. Поскольку толщина Sт.n 1.m=an 1 не превы-

шает максимальный диаметр dч твердой частицы 15, то есть Sт.n 1.m=an 1 <0,2 мм, то она вы-

ступает своим центром тяжести за границу 16 этого слоя и, как следствие, падает в нижнюю часть зазора 12.

Результаты испытаний показали следующее.

Для первого варианта отмечено наличие отдельных твердых частиц в нижней части зазора 12 между ЦФК грубой и тонкой очистки без образования сплошного слоя, закупоривающего ячейки нижней части ЦФК грубой и тонкой очистки.

Для второго варианта зарегистрировано образование сплошного слоя высотой 23,0 мм, закупоривающего нижнюю часть зазора 12 между ЦФК грубой и тонкой очистки и снижающего их пропускную способность.

Таким образом, предложено соотношение размеров данного методического положения:

dч bгр.n=1.m=an=1 ; bт.n=1.m=an=1 dч ; dт.n=1.m=an=1 dч /2; Sт.n 1.m=an 1 dч.

(8)

Это соотношение предотвращает накопление твердых частиц в нижней части зазора между ЦФК грубой и тонкой очистки.

Выводы

1.Разработана методика расчета, позволяющая впервые представить процесс засорения фильтрующего полотна как смену ряда из n последовательно расположенных друг за другом сеток по ходу течения газа с квадратными ячейками с m-ым типоразмером. При этом каждая последующая сетка n по направлению течения газа имеет меньший начальный и следующие за ним размеры по сравнению с предыдущей сеткой. В предложенной методике расчета реализованы условия по предотвращению осаждения твердых частиц в нижней части зазора междуЦФК грубой и тонкой очистки путем включения в них ряда соотношений размеров ячеек сеток ЦФК грубой и тонкой очистки.

2.Получены выражения (2) и (3) для определения величины потерь давления на фильтрующем картридже и среднеинтегрального значения степени засорения ЦФК в зависимости от величины уменьшения живого сечения всех фильтрующих сеток в процессе их засорения.

3.Предложены формулы (4) – (7) по определению соотношения размеров ячеек сеток ЦФК грубой и тонкой очистки, которые позволяют создать условия для предотвращения осаждения твердых частиц в нижней части зазора между ЦФК грубой и тонкой очистки и сохранения их пропускной способности.

Библиографический список

1.Белоусов, В. В. Теоретические основы процессов газоочистки / В. В. Белоусов. – М.: Металлургия, 1988. – 256 с.

2.Биргер, М. И. Справочник по пыле- и золоулавливанию. 2-е изд., перераб. и доп. / М. И. Биргер, А. Ю. Вальдберг, Б. И. Мягков. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 312 с.

3.Густов, С. В. Источники возникновения и размеры взвешенных в природном газе твердых частиц / С. В. Густов // Нефегазовое дело. – 2011. – № 4. – Т. 9. – С. 98–101.

4.Идельчик, И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И. Е. Идельчик – М.: Машиностроение, 1975. – 559 с.

5.Карякин, Е. А. Промышленное газовое оборудование: справочник. 6-е изд., перераб. и доп. / Е. А.Карякин. – Саратов: Газовик, 2013. – 1125 с.

6. Коузов, П. А. Очистка газов и воздуха в химической промышленности / П. А. Коузов, А. Д. Мальгин, Г. М. Скрябин. – СПб.: Химия, 1993. – 320 с.

40

Выпуск № 3 (59), 2020	ISSN 2541-7592
7. Мазус, М. Г. Фильтры для улавливания промышленных пылей /	М. Г. Мазус, А. Д. Мальгин,
М. Л. Моргулис. – М.: Машиностроение, 1985. – 240 с.

8.Пат. 166735 Российская Федерация, МПК B01D 46/52 (2006.01). Устройство по предотвращению распространения обломков за пределы фильтрующего элемента природного газа / Усачев А. П., Шурайц А. Л., Рулев А. В., Салин Д. В., Усуев З. М.; заявитель и патентообладатель ОАО «Гипрониигаз» – № 2016116727/05; заявл. 27.04.2016; опубл. 10.12.2016, Бюл. № 34. – 6 с.

9.Пат. 174446 Российская Федерация, МПК B01D 46/24 (2006.01). Устройство для очистки от твердых частиц природного газа высокого давления / Шурайц А. Л., Усачев А. П., Салин Д. В., Хомутов А. О., Усуев З. М.; заявитель и патентообладатель АО «Гипрониигаз» – № 2017111708; заявл. 06.04.2017; опубл. 13.10.2017, Бюл. № 29. – 6 с.

10.Страус, В. Промышленная очистка газов: пер. с англ. / В. Страус. – М.: Химия, 1981. – 616 c.

11.Усачев, А.П.Теоретические и прикладные основы повышения эффективности и безопасности эксплуатации установок грубой очистки природного газа от твердых частиц в системах газораспределения: монография / А. П.Усачев. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2013. – 172 с.

12.Чугаев, Р. Р. Гидравлика. Учебник для вузов. Издан-е 4-е доп. и перераб. / Р. Р. Чугаев – Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. – 672 с.

13.Шур,И.А. Газорегуляторныепункты и установки/ И. А.Шур – Л.: Недра, 1985. – 288с.

14.Guo, B. Natural Gas Engineering Handbook: 2nd edition. / B. Guo, A. Ghalambor. – Houston, Texas: Gulf Publishing Company, 2012. – XX. – 472 p.

15.Hutten, I. M. Handbook of Nonwoven Filter Media 2nd Edition / I. M. Hutten. – Butterworth Heinemann, 2016. – 660 p.

16. Mokhatab, S. Handbook of Natural Gas Transmission and Processing. Second Edition / S. Mokhatab,

W.A. Poe. – Elsevier Inc., 2012. – 802 p.

17.Sutherland, K. Filters and Filtration Handbook – 5 edition. / K. Sutherland // Elsevier Science, 2008. –

523 p.

18.Thomas, D. Aerosol Filtration / D. Thomas, A. Charvet, N. Bardin-Monnier, J-C Appert-Collin. // ISTE Press – Elsevier, 2016. – 218 p.

19.Tien, Ch. Principles of Filtration / Ch. Tien. – Elsevier, Oxford, 2013. – 360 p.

20.Trevor, S. Filters and Filtration Handbook - 5 edition / S. Trevor. – Elsevier Butterworth Heinemann, 2016. – 444 p.

21.Wang, X. Economides M. Advanced Natural Gas Engineering / X. Wang. – Gulf Publishing Company, 2013. – 400 p.

References

1.Belousov, V. V. Theoretical foundations of gas purification processes / V. V. Belousov. – M.: Metallurgy, 1988. – 256 p.

2.Birger, M. I. Handbook of dust and ash collection. 2nd ed., Revised. and add. / M. I. Birger, A. Yu. Waldberg, B. I. Myagkov. - M.: Energoatomizdat, 1983.- 312 p.

3.Gustov, S. V. Sources of origin and sizes of particulate matter suspended in natural gas / S. V. Gustov // Oil and gas business. - 2011. - No. 4. - T. 9. - S. 98-101.

4.Idelchik, I. E. Handbook of hydraulic resistance / I. E. Idelchik - M.: Mechanical Engineering, 1975. –

559 p.

5.Karyakin, E. A. Industrial gas equipment: a directory. 6th ed., Revised. and add. - Saratov: Gazovik, 2013.- 1125 p.

6. Kouzov, P. A. Purification of gases and air in the chemical industry / P. A. Kouzov, A. D. Malgin,

G.M. Skryabin. - St. Petersburg: Chemistry, 1993.-320 p.

7.Mazus, M. G. Filters for trapping industrial dust / M. G. Mazus, A. D. Malgin, M. L. Morgulis. - M.: Mechanical Engineering, 1985. - 240 p.

8.Pat. 166735 Russian Federation, IPC B01D 46/52 (2006.01). Device for preventing the spread of debris beyond the filter element of natural gas / Usachev A. P., Shuraits A. L., Rulev A. V., Salin D. V., Usuev Z. M.; Applicant and patent holder of OJSC Giproniiigaz - No. 2016116727/05; declared 04/27/2016; publ. 12/10/2016, Bull. No. 34. - 6 p.

9.Pat. 174446 Russian Federation, IPC B01D 46/24 (2006.01). A device for cleaning solid particles of natural gas of high pressure / Shuraits A. L., Usachev A. P., Salin D. V., Khomutov A. O., Usuev Z. M.; Applicant and patent holder of Giproniiigaz JSC - No. 2017111708; declared 04/06/2017; publ. 10/13/2017, Bull. No. 29. - 6 p.

10.Straus, V. Promyshlennaya ochistka gazov: per. s angl. / V. Straus. – M.: Khimiya, 1981. – 616 c.

11.Usachev, A. P. Theoretical and applied fundamentals of increasing the efficiency and safety of operation of coarse purification of natural gas from solid particles in gas distribution systems: monograph / A. P. Usachev [et al.]. Saratov: Sarat. state tech. un-t, - 2013.- 172 p.

41

Научный журнал строительства и архитектуры

12.Chugaev, R. R. Hydraulics. Textbook for high schools. Published 4th add. and reslave. / R. R. Chugaev - L.: Energoizdat. Leningrad Separation. –1982. - 672 p.

13.Shur, I. A. Gas control points and installations / I. A. Shur - L.: Nedra, 1985.- 288 p.

14.Guo, B. Natural Gas Engineering Handbook: 2nd edition. / B. Guo, A. Ghalambor – Gulf Publishing Company, Houston, Texas, – 2012. – XX. – 472 p.

15.	Hutten, I. M. Handbook of Nonwoven Filter Media 2nd Edition / I. M. Hutten – Butterworth Heinemann,
2016. – 660 p.
16.	Mokhatab, S. Handbook of Natural Gas Transmission and Processing. Second Edition / S. Mokhatab,

W.A. Poe – Elsevier Inc., 2012. – 802 p.

17.Sutherland, K. Filters and Filtration Handbook - 5 edition. / K. Sutherland – Elsevier Science, 2008. –

523 p.

18.Thomas, D. Aerosol Filtration / D. Thomas, A. Charvet, Bardin-Monnier, N., Appert-Collin J-C. – ISTE Press – Elsevier, 2016. – 218 p.

19.Tien, Ch. Principles of Filtration / Ch. Tien – Elsevier, Oxford, 2013. - 360 p.

20.Trevor, S. Filters and Filtration Handbook - 5 edition / S. Trevor. – Elsevier Butterworth Heinemann, 2016. – 444 p.

21.Wang, X. Economides M. Advanced Natural Gas Engineering / X. Wang – Gulf Publishing Company, 2013. – 400 p.

DEVELOPMENT OF A CALCULATION METHOD

FOR TWO-STAGE NATURAL GAS PURIFICATION PLANTS

FROM MECHANICAL IMPURITIES

A. L. Shuraits1, A. V. Burykov2, А. Р. Usachev3

Giproniigaz PLC 1, 2

Russia, Saratov

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov 3

Russia, Saratov

1D. Sc. in Engineering, Prof., Director General, tel.: [phone], e-mail: shuraits@niigaz. ru

2PhD, Director of the Research Center, tel.: [phone], e-mail: [e-mail]

3D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply, Ventilation, Water Supply

and Applied Fluid Dynamics, tel.: [phone], e-mail: [e-mail]

Statement of the problem. Currently, there is no methodology for calculating the degree of clogging of a multilayer filter cartridge taking into account the prevention of deposition of mechanical impurities in the gap between the coarse and fine filter cylindrical filter cartridges. In this regard, the development of such a technique is an urgent task.

Results. In this paper, we propose a calculation method for determining the average integral degree of clogging of multilayer cylindrical filter cartridges with mechanical impurities and pressure loss on them which take into account the prevention of sedimentation of mechanical impurities in the gap between the coarse and fine filter cartridges.

Conclusions. The results obtained make it possible to determine the pressure loss and the average integral degree of clogging of the multilayer filter cartridge depending on the decrease in the living cross-section of all filter grids in the process of clogging and to prevent the deposition of solids in the gap between the coarse and fine filter cartridges.

Keywords: calculation procedure, mechanical impurities, clearance, cylindrical filter cartridges, coarse and fine cleaning, natural gas, two-stage cleaning installation, prevention of deposition.

42

Выпуск № 3 (59), 2020

ISSN 2541-7592

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

DOI 10.36622/VSTU.2020.59.3.004

УДК 625.7/.8

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УМЕНЬШЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЕВ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ

В ПРЕДЕЛАХ ДОПУСКОВ НА НАДЕЖНОСТЬ

ИДОЛГОВЕЧНОСТЬ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

С. В. Гошовец 1

Воронежский государственный технический университет1 Россия, г. Воронеж

1 Ст. преп. кафедры строительства и эксплуатации автомобильных дорог, e-mail: [e-mail]

Состояние проблемы. Считается, что уменьшение толщины слоя в пределах допуска не оказывает существенного влияния на надежность и долговечность дорожной одежды. Так как конструкция дорожной одежды, как правило, состоит из нескольких слоев, можно предположить, что занижение толщины слоев в пределах допуска может оказать негативное влияние на прочность конструкции в целом. Применительно к отечественным нормам проектирования и строительства данное предположение остается не изученным.

Результаты. Проведен анализ показателей, характеризующих толщину слоя, и практик назначения строительных допусков. Проанализированы исследования влияния допуска на надежность дорожной одежды и рекомендации по корректировке толщины слоев конструкции под влиянием допусков. Выполнены моделирование и расчет конструкций с учетом допусков.

Выводы. Полученные результаты подтвердили предположение о том, что уменьшение толщины слоев дорожной одежды в пределах допусков негативно влияет на все критерии прочности. Предложено решение по устранению несогласованности между строительными допусками и нормами проектирования.

Ключевые слова: коэффициент вариации, толщина слоя, допуск, критерии прочности, дорожная одежда.

Введение. Актуальность исследований, направленных на поиск решений проблемы повышения надежности и долговечности дорожных конструкций, со временем не ослабевает. Ключевым фактором для поведения дорожной конструкции является согласованность между этапами проектирования и строительства. При этом толщина слоя играет важную роль в поведении нежестких дорожных одежд в процессе эксплуатации [1, 15–17, 24]. Например, в [24] установлена прямая зависимость трещинообразования от толщины асфальтобетонных слоев; в [16] сделаны выводы о том, что параметрами, оказывающими наибольшее влияние на изменчивость прогнозируемых при проектировании усталостных характеристик нежестких дорожных одежд, являются модуль упругости асфальтобетона и его толщина, а к параметрам, оказывающим наибольшее влияние на изменчивость прогнозируемых деформационных характеристик, относятся толщина щебеночного основания и толщина асфальтовых слоев.

© Гошовец С. В., 2020

43

Научный журнал строительства и архитектуры

В исследованиях [15, 23] утверждается, что отклонения толщины слоя значительно влияют на характеристики дорожной конструкции, даже если такие отклонения находятся в пределах допусков.

Отечественная методика проектирования дорожных одежд из ПНСТ 265-2018 «Дороги автомобильные общего пользования. Проектирование нежестких дорожных одежд» не содержит ни оценки влияния допусков на надежность конструкции, ни рекомендаций по корректировке толщин слоев дорожной одежды из-за допусков. Принято считать, что при проектировании конструкции дорожной одежды выбираются такие толщины конструктивных слоев, при которых обеспечивается требуемый запас прочности, а занижение толщины слоя при строительстве в пределах допуска не оказывает существенного влияния на надежность и долговечность.

Принимая во внимание тот факт, что конструкция дорожной одежды, как правило, состоит из нескольких конструктивных слоев, предположение о негативном влиянии занижения толщины в пределах допуска более, чем по одному слою на прочность конструкции в целом, не лишено оснований. Применительно к отечественным нормам по проектированию и строительству данное предположение остается не изученным. Поэтому целью работы является его исследование, в рамках которого необходимо решить ряд частных задач: провести анализ показателей, характеризующих фактическую толщину слоя, и практик по назначению строительных допусков; проанализировать существующие рекомендации норм проектирования по корректировке толщин слоев дорожной одежды вследствие допусков; рассмотреть исследования влияния допуска на надежность и долговечность нежесткой дорожной одежды; выполнить моделирование и расчет конструкции с учетом допусков, установленных нормативными документами.

1. Анализ показателей, характеризующих фактическую толщину слоя, и практик по назначению строительных допусков. Эксплуатационные характеристики дорожного покрытия могут значительно варьироваться из-за неоднородности фактической толщины слоев, что связано с процессом строительства и действующими процедурами контроля качества. Таким образом, даже если для участка дороги задана проектная толщина, фактическая (построенная) толщина не является постоянной [16]. В [2, 5–9] отмечается важность учета неоднородности (коэффициента вариации Cv) показателей при контроле качества. Чем больше величина Cv, тем более неоднородным является контролируемый показатель, тем шире

разброс полученных результатов измерений Xi от среднеарифметического X и тем хуже ка-

чество, даже если X близко к норме. И, наоборот, при снижении значений Cv однородность показателя качества лучше, а само качество выше [2].

В нормативных документах Cv для толщины слоя не нормируется. Обобщенные средние значения коэффициента вариации Cv для толщины асфальтобетонных слоев по ряду дорожных объектов СССР и России находятся в пределах от 0,20 до 0,28 [2]. При использовании современной дорожно-строительной техники и тщательном соблюдении технологии укладки слоев значения Cv могут быть меньше 0,2 [3, 4]. При обследовании 96,4 км новых автомобильных дорог в г. Сочи, Республиках Башкортостан и Бурятия в 2012–2015 гг. получены Cv, значения которых находятся в пределах 0,07–0,19. На автомагистралях Великобритании значение Cv в среднем составляет 0,10 для асфальтобетонных слоев и 0,15 для несвязных слоев основания, что согласуется со значениями, полученными в США [16].

В [8] обращается внимание на несимметричное распределение толщин слоев во многих случаях, которые не могут быть описаны нормальным законом распределения. Однако в более позднем статистическом анализе [17, 19], проведенном для 1034 слоев дорожной одежды, в 84 % случаев отмечено нормальное или близкое к нормальному распределение толщины, а также отмечено, что средняя толщина построенного слоя, как правило, превышает расчетное значение для более тонких слоев и ниже расчетного значения для более толстых слоев при-

44

Выпуск № 3 (59), 2020

ISSN 2541-7592

менительно к одному и тому же слою и типу материала. Нормальность распределения значений толщины подтверждается исследованиями [16].

Предположение о нормальности распределения результатов измерений толщин слоев позволяет использовать статистические методы в обосновании допусков. В ГОСТ Р 50779.22-2005 (ИСО 2602:1980) «Статистические методы. Статистическое представление данных. Точечная оценка и доверительный интервал для среднего» (п. 6.2.2) приведены формулы для определения одностороннего доверительного интервала, в результате преобразования которых можно получить статистически обоснованную минимальную и (или) максимальную границы допуска:

					t	0,95
Xmin	X 1 Cv										,	(1)
							n
					t	0,95
Xmax	X 1 Cv										,	(2)
							n

где t0,95 – квантиль распределения Стьюдента; n – общее число измерений (n рекомендуется принимать с учетом того, что при сравнительно большом объеме выборки (от n = 30) резуль-

таты измерений имеют нормальное распределение [5]); отношение t0,95 /n для одностороннего доверительного интервала определяется по ГОСТ Р 50779.22-2005 (табл. 1), для довери-

тельной вероятности 95 % при n = 30, t0,95 /n = 0,310; Xmin, Xmax – минимальная и максимальная границы доверительного интервала (допуска).

Например, при Cv = 0,2 и n = 30 с вероятностью 95 % толщина слоя X = 5 см будет не

меньше 4,7 см, а толщина слоя X = 8 см – не меньше 7,5 см.

Нормативные требования к величине допуска по толщине слоев дорожной одежды установлены в СП 34.13330.2012 «Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*» (с изменениями N 1, 2), СП 78.13330.2012 «Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85» (с изменением N 1), ПНСТ 183-2019 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетоны щебеночно-мастичные. Технические условия», ПНСТ 184-2019 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон. Технические условия» и приведены в табл. 1.

Таблица 1

Требования к величине допуска по толщине при устройстве конструктивных слоев дорожной одежды

	СП 34.13330.2012	СП 78.13330.2012	ПНСТ 183-2019
			ПНСТ 184-2019
	Основания и покрытия асфальто-	Основания и покрытия асфальтобе-	Допустимые	отклонения по
	бетонные, цементобетонные: не	тонные и цементобетонные: не более	толщине слоя	асфальтобетона
	более 10 % результатов опреде-	10 % результатов определений могут	относительно проектных значе-
	лений могут иметь отклонения от	иметь отклонения от проектных	ний: не более 10 % результатов
	проектных значений до ±10 %,	значений до ±10 мм, остальные – до	определений могут иметь от-
	остальные – до ±5 %.	±5 мм.	клонения от -15 до 20 %, ос-
	Все остальные типы оснований и	Все остальные типы оснований и по-	тальные – до ±10 %.
	покрытий: не более 10 % резуль-	крытий: не более 10 % результатов
	татов определений могут иметь	определений могут иметь отклонения
	отклонения от проектных значе-	от проектных значений в пределах от
	ний от -15 до 20 мм, остальные –	-15 до 20 мм, остальные – до ±10 мм
	до ±10 %

Кроме вышеперечисленных требований, на электронной площадке технического комитета по стандартизации № 418 «Дорожное хозяйство» [10] размещен проект ГОСТ Р «Дороги

45

Научный журнал строительства и архитектуры

автомобильные общего пользования. Дорожная одежда. Общие требования», который также содержит величины допусков по толщине. В отношении толщин асфальтобетонных слоев для покрытий допуски из проекта ГОСТ Р согласуются с требованиями СП 78.13330.2012, для асфальтобетонных оснований – менее требовательные, чем в СП 78.13330.2012.

Анализ таблицы 1 показывает, что в нашей стране для толщины слоев допуски устанавливаются следующим образом: для 90 % измерений устанавливается меньшее отклонение от проектной величины, а для 10 % измерений – большее. Результаты измерений разделяются на «допустимые в 90 % случаев», «допустимые в 10 % случаев» и «не допустимые». На практике для правильных выводов о соответствии (несоответствии) такой подход требует репрезентативности выборки результатов измерений толщины. Допуск в отношении общей толщины конструкции или общей толщины асфальтобетонных слоев не предусмотрен.

Взарубежной практике [20, 22, 23], в отличие от отечественных норм, результаты измерений толщины слоев разделяются на «допустимые» и «недопустимые». В соответствии с разработанным в Великобритании руководством по контрактной документации на дорожные работы (MCHW) [20], включающим в себя требования Европейской комиссии и являющимся обязательным для всех органов государственных закупок, несмотря на допуски, разрешенные для отдельных толщин слоев дорожной одежды, совокупный допуск не должен приводить к уменьшению общей толщины асфальтобетонных слоев дорожной одежды более, чем на 15 мм. Как видно из таблицы 1, в отечественных нормах подобных ограничений на совокупную толщину слоев нет.

Вруководстве по проектированию асфальтобетонных дорожных конструкций, разработанном в США «Ассоциацией асфальтобетонных покрытий штата Орегон (APAO)», лучшим подходом в установлении допусков считается определение средней толщины и минимально допустимой толщины на основе достижимых практик [13]. Этот подход принципиально отличается от российской практики установления допусков и подробнее будет рассмотрен в третьей части статьи.

Используя формулу (1), можно оценить коэффициент вариации Cv, соответствующий минимально допустимой толщине, по допускам, приведенным в таблицах 1, 2. Результаты

расчета для верхнего слоя асфальтобетонного покрытия толщиной 5 см при n = 30 и t0,95/n = 0,310 приведены в табл. 2. Из нее следует, что только в СП 34.13330.2012 установленные для толщины допуски (для 90 % измерений) согласуются с полученными значениями коэффициента вариации Cv, приведенными в работах [3, 4, 17]. Подстановка в формулы (1),

(2) минимальных и максимальных значений толщины по допускам из остальных нормативных документов дает завышенные значения Cv, которые не коррелируют с исследованиями [3, 4, 17] и не отвечают современным отечественным практикам использования инновационной строительной техники и совершенствования технологии укладки.

Таблица 2

Коэффициент вариации Cv для верхнего слоя асфальтобетонного покрытия толщиной 5 см, рассчитанный с учетом допусков, приведенных в таблицах 1, 2

		СП 34.13330.2012	СП 78.13330.2012	ПНСТ 183-2019
				ПНСТ 184-2019
	Допуск	0,129	0,322	0,322
	для 90 % измерений
	Допуск	0,322	0,645	0,452
	для 10 % измерений

Таким образом, в российской практике, в отличие от зарубежной, при оценке соответствия, результаты измерений толщины разделяются на «допустимые в 90 % случаев», «допустимые в 10 % случаев» и «недопустимые», что при получении результата «допустимого в

46

Выпуск № 3 (59), 2020

ISSN 2541-7592

10 % случаях» не способствует правильности выводов о соответствии толщины проектному значению в конкретном месте дороги, где определялась толщина, и требует репрезентативности выборки результатов измерений. Допуск в отношении общей толщины конструкции или общей толщины асфальтобетонных слоев отечественными нормами не предусмотрен. Величины допуска по толщине только в СП 34.13330.2012 согласуются с полученными в [3, 4, 16] значениями коэффициента вариации Cv для толщины асфальтобетонных слоев. Для допусков из остальных нормативных документов рассчитанные Cv не отвечают современным практикам использования инновационной строительной техники и совершенствования технологии укладки.

2. Анализ существующих рекомендаций по корректировке толщин слоев дорожной одежды и исследований влияния допуска на надежность и долговечность нежест-

кой дорожной одежды. Отечественная методика проектирования дорожных одежд не предусматривает оценку влияния допусков на надежность конструкции и не содержит рекомендаций по корректировке толщин слоев дорожной одежды из-за допусков.

Согласно ПНСТ 265-2018 расчет дорожных одежд выполняется по предельным состояниям в наиболее неблагоприятные периоды года по трем критериям: допускаемый упругий прогиб, сдвигоустойчивость подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев, сопротивление монолитных слоев покрытия и промежуточных монолитных слоев основания усталостному разрушению на растяжение при изгибе. Результатом проектирования дорожной одежды является выбор такой конструкции, для которой обеспечивается запас прочности по всем трем критериям. Такая конструкция считается надежной.

Рекомендации по корректировке толщин слоев дорожной одежды из-за неблагоприятного воздействия, возникающего при изменении толщины во время строительства за счет допусков, предусмотрены в дополнении к австралийскому руководству по проектированию Austroads [21]. Корректируются в сторону увеличения толщины слои из несвязных материалов (на 10 мм) и из бетона (на 20 мм). Для асфальтобетонных слоев также предусмотрены корректировки толщины, направленные на предотвращение усталостных разрушений материала монолитных слоев конструкции в зависимости от общей толщины асфальтобетонных слоев.

В [15, 23] опубликованы результаты зарубежных исследований влияния допуска на надежность и долговечность нежесткой дорожной одежды. В них применялась методология «Механистически-эмпирического руководства по проектированию дорожного покрытия (MEPDG)», принятого и опубликованного в США «Ассоциацией государственных дорожных служащих (AASHTO)». Методология MEPDG основана на использовании соотношений механики деформируемого твердого тела (в частности, теории упругости) и экспериментальных данных о характеристиках материалов, предусматривающая вычисление магистральных (основных) реакций в системе и расчет накапливаемых повреждений в течение всего срока службы конструкции [11, 18].

Сопутствующее методологии MEPDG программное обеспечение способно моделировать поведение конструкции в течение всего срока службы и определять, когда прогнозируется разрушение дорожного покрытия. Точность моделирования будет зависеть от качества входных данных и их соответствия местным условиям [14]. С помощью методологии MEPDG и сопутствующего программного обеспечения, в [15, 23] установлена высокая корреляция между изменением толщины слоя асфальтобетона и разрушениями дорожного покрытия раньше установленного срока службы, даже если такие изменения находятся в пределах допусков. С другой стороны, изменения в допустимых пределах толщины щебеночного основания и песчано-подстилающего слоя не оказывают существенного влияния на эксплуатационные характеристики дорожного покрытия.

Таким образом, российская методика проектирования не предусматривает оценку влияния допусков на надежность конструкции и не содержит рекомендаций по корректиров-

47

Научный журнал строительства и архитектуры

ке толщин слоев дорожной одежды из-за допусков. В связи с тем, что исследования влияния допусков на надежность и долговечность нежесткой дорожной одежды [15, 23] проводились с использованием методологии MEPDG, отличной от российской методики проектирования, а также из-за отличия спецификаций по допускам от принятых в России, необходимо провести моделирование и расчеты конструкции при неблагоприятных сочетаниях расчетных нагрузок по методике и допускам, принятым в России.

3. Моделирование и расчет конструкции с учетом допусков, установленных нор-

мативными документами. Для нашей модели принимаем за основу требование ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения» (п. 3.3) о том, что основным условием надежности строительных объектов должно являться выполнение требований для всех учитываемых предельных состояний при действии наиболее неблагоприятных сочетаний расчетных нагрузок.

Предполагается, что неблагоприятные сочетания расчетных нагрузок могут возникнуть при уменьшении на величину допуска в одном сечении толщин всех слоев дорожной одежды.

Для проведения расчетов выбраны два варианта дорожной одежды: первый вариант содержит в нижнем слое монолитной части конструкции асфальтобетон А32ОТ (по ПНСТ 184-2019), второй вариант в нижнем слое монолитной части конструкции содержит слой из щебеночно-песчаной смеси, обработанной цементом, марка по прочности М40 (рис. 1).

а) вариант 1

б) вариант 2

Рис. 1. Варианты дорожной одежды для проведения моделирования:

1 – конструктивный слой, щебеночно-мастичный асфальтобетон ЩМА-16 по ПНСТ 183 на ПБВ 60, по ГОСТ Р 52056;

2 – конструктивный слой, асфальтобетон А22НТ по ПНСТ 184 на БНД 70/100, по ГОСТ 33133; 3 – конструктивный слой, асфальтобетон А32ОТ по ПНСТ 184 на БНД 70/100, по ГОСТ 33133;

4 – конструктивный слой: вариант 1 - щебень трудноуплотняемый фракции 31,5-63 мм, по ГОСТ 32826-2014 мм с заклинкой асфальтогранулятом; вариант 2 - щебеночно-песчаная смесь, обработанная цементом,

марка по прочности М40, по ГОСТ 23558-94.

5 – конструктивный слой, щебеночная смесь непрерывной гранулометрии для оснований при максимальном размере зерен С4 - 80 мм, по ГОСТ 25607-2009. Геоспан ТН 80.

6 – конструктивный слой, песок мелкий с содержанием пылевато-глинистой фракции 5 %

Исходные данные для расчета конструкции дорожной одежды, в том числе по климату, дороге, составу и интенсивности движения, расчетным нагрузкам и т. д., для обоих вариан-

48

Выпуск № 3 (59), 2020

ISSN 2541-7592

тов одинаковые. Все расчеты выполнялись по методике ПНСТ 265-2018 в программном продукте КРЕДО РАДОН. Эта программа применяется для расчета дорожной одежды нежесткого и жесткого типов и обеспечивает инженеру большие возможности для задания различных условий расчета.

С одной стороны, программа придерживается требований методик и по умолчанию предлагает именно нормативные исходные данные. Но в то же время система позволяет задавать пользователю индивидуальные данные, тем самым открывая возможности для решения нестандартных задач.

Расчетные характеристики и результаты расчета конструкции (вариант 1) приведены на рис. 2. Как видно из рис., запроектированная конструкция, для которой предусмотрен 5 % запас прочности по сопротивлению монолитных слоев усталостному разрушению на растяжение при изгибе, удовлетворяет по всем трем критериям прочности и, при действующих нормах, считается надежной.

Для проверки основного условия надежности строительных объектов из ГОСТ 27751-2014 (п.3.3) для конструкции (вариант 1) смоделированы условия, которые могут возникнуть при строительстве в случае уменьшения толщины на величину допуска, предусмотренного для 90 % измерений. Допуски взяты из СП 34.13330.2012, так как они являются самыми требовательными из всех, приведенных в таблице 1 (±5 % для асфальтобетонных и цементобетонных оснований и покрытий, ±10 % для остальных слоев; при этом отклонение от проектной толщины слоя должно оставаться в пределах от -1,5 до 2,0 см).

Рис. 2. Расчетные характеристики и результаты расчета конструкции (вариант 1) с асфальтобетоном А32ОТ по ПНСТ 184 в нижнем слое монолитной части конструкции

Расчетные характеристики и результаты расчета конструкции (вариант 1) приведены на рис. 3. Конструкция, первоначально имеющая 5 % запаса прочности по критерию сопротивления монолитных слоев усталостному разрушению на растяжение при изгибе с уменьшением суммарной толщины монолитных слоев на 10 мм и суммарной толщины слоев из несвязных материалов на 30 мм, перестала удовлетворять требованиям к этому критерию. При этом конструкция продолжает удовлетворять требованиям приемки, предъявляемым к толщине.

Зависимость растягивающего напряжения σr и коэффициента прочности Красч от уменьшения проектной толщины в монолитном слое на величину ∆ (рис. 4) описывается ли-

49