Исследование деформационных характеристик фиброцементогрунтовых конструкций лесовозных автомобильных дорог
Автор: Чудинов Сергей Александрович, Васильев Евгений Геннадьевич, Ладейщиков Николай Васильевич, Ладейщиков Константин Васильевич
Журнал: Resources and Technology @rt-petrsu
Рубрика: Полная статья
Статья в выпуске: 3 т.21, 2024 года.
Бесплатный доступ
Эффективность функционирования лесозаготовительной отрасли зависит от развития и качества транспортной инфраструктуры лесосырьевых баз. Лесовозные автомобильные дороги должны обеспечивать нормативные транспортно-эксплуатационные показатели в течение всего срока их службы. Поэтому при строительстве лесовозных автомобильных дорог требуется применение обоснованных конструктивных решений дорожных одежд с использованием прочных и долговечных дорожно-строительных материалов. Устройство дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог из каменных материалов является одной из распространённых технологий в районах, имеющих данную ресурсную базу. На территориях с дефицитом каменных материалов целесообразно применять альтернативные технологии дорожного строительства, одной из которых является устройство конструктивных слоёв дорожных одежд из укреплённых грунтов. Цементогрунтовые слои дорожных одежд имеют высокую прочность, морозостойкость, долговечность и хорошо себя зарекомендовали в дорожном строительстве. Однако в сложных природных условиях лесной зоны, где преобладают слабые, переувлажнённые грунты, и при высоких транспортных нагрузках цементогрунтовые слои имеют низкую трещиностойкость, что приводит к образованию дефектов на покрытии и быстрому разрушению конструкции дорожной одежды. Эффективным решением данной проблемы является технология дисперсного армирования волокнами фибры цементогрунтовых смесей. Получаемый в результате фиброцементогрунт обладает повышенными прочностными показателями, морозостойкостью и трещиностойкостью по сравнению с цементогрунтом, поскольку распределённые и прочно удерживаемые в цементогрунтовой матрице волокна фибры воспринимают внешние нагрузки за счёт своего осевого растяжения и увеличивают физико-механические показатели данного композиционного материала. В связи с изложенным актуальным является исследование деформационных характеристик дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог из фиброцементогрунтовых слоёв в сравнении с аналогичными показателями равнопрочных конструкций из цементогрунта и каменных материалов. Исследование деформационных характеристик дорожной одежды выполнено с использованием программного комплекса геотехнических расчётов PLAXІS 2D по методу конечных элементов при различных деформационных характеристиках грунта земляного полотна автомобильной дороги. Для моделирования принималась нагрузка от колеса гружёного лесовоза 55 кН/м2. Показатели структурных прочностных характеристик цементогрунта и фиброцементогрунта (модуль деформации; угол внутреннего трения; удельное сцепление) получены в лабораторных условиях. По результатам моделирования получены зависимости деформаций дорожных одежд различных типов конструкций (цементогрунт, фиброцементогрунт и щебень) от консистенции грунта основания - суглинка лёгкого пылеватого (текучепластичной, твёрдой и мягкопластичной), а также эпюры главных напряжений в конструктивных слоях под действием транспортной нагрузки. Установлено, что конструкция дорожной одежды из щебня на 12,5-22,3 %, в зависимости от консистенции грунта основания, менее подвержена деформациям по сравнению с конструкцией из укреплённых грунтов. Применение фиброцементогрунта в конструкции дорожной одежды лесовозных автомобильных дорог по сравнению с цементогрунтом без добавки фиброволокна позволяет уменьшить вертикальные (на 7,2-12,0 %) и горизонтальные (на 9,5-12,7 %) деформации в зависимости от консистенции грунта основания, причём эффективность возрастает с увеличением прочностных и деформационных характеристик грунта основания.
Фиброцементогрунт, лесовозная дорога, деформация, осадка, боковое смещение, эпюра главных напряжений
Короткий адрес: https://sciup.org/147244382
IDR: 147244382 | DOI: 10.15393/j2.art.2024.7703
Список литературы Исследование деформационных характеристик фиброцементогрунтовых конструкций лесовозных автомобильных дорог
- Чудинов С. А. Укреплённые грунты в строительстве лесовозных автомобильных дорог. Екатеринбург: УГЛТУ, 2020. 174 с.
- Восканянц К. Е. Разработка составов и технологий укрепления и стабилизации грунтов для автодорожного строительства // Научные исследования. 2018. № 6. С. 23—25.
- Лыщик П. А., Плышевский С. В., Науменко А. И. Использование комплексного вяжущего для укрепления грунтов земляного полотна лесных автомобильных дорог // Труды БГТУ. Лесная и деревообрабатывающая промышленность. 2013. № 2 (158). С. 39—42.
- Chudinov S. Improving the physical and mechanical properties of fortified soil for road construction in the forest zone // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 817. P. 1—9. DOI: 10.1088/1757-899X/817/1/012007.
- Чудинов С. А. Совершенствование технологии укрепления грунтов в строительстве автомобильных дорог лесного комплекса. Екатеринбург: УГЛТУ, 2022. 164 с.
- Патент 2785742 С1 РФ, МПК Е02D 3/12, Е01С 3/04, Е01С 7/36, С04В 28/04, С04В 111/20. Фиброцементогрунтовая смесь. № 2022105876: заявл. 05.03.2022: опубл. 12.12.2022 / С. А. Чудинов.
- Ayeldeen M., Azzam W., Arab M. G. The use of fiber to improve the characteristics of collapsible soil stabilized with cement // Geotech. Geol. Eng. 2022. No. 40. P. 1873—1885. URL: https://doi.org/10.1007/S10706-021-01997-4/FIGURES/12. Text. Image: electronic.
- Vijayan D. S. Effect of Solid waste based stabilizing material for strengthening of Expansive soil — A review // Environmental Technology & Innovation. 2020. No. 20. P. 54—61.
- Effect of incorporating multifilament polypropylene fibers into alkaline activated fly ash soil mixtures / A. Elkhebu, A. Zainorabidin, A. Asadi [et al.] // Soils Found. 2019. No. 59. P. 2144—2154. URL: https://doi.org/10.1016/j.sandf.2019.11.015. Text. Image: electronic.
- Effects of curing temperature on sand-ash-lime mixtures with fibres and NaCl / V. B. Godoy, L. F. Tomasi, M. Benetti [et al.] // Geotech. Geol. Eng. 2023. No. 3. P. 1—15. URL: https://doi.org/10.1007/S10706-023-02386-9/FIGURES/12. Text. Image: electronic.
- Yadav J. S., Tiwari S. K., Shekhwat P. Strength behaviour of clayey soil mixed with pond ash, cement and randomly distributed fibres // Transp. Infrastruct. Geotechnol. 2018. No. 5. P. 191—209. URL: https://doi.org/10.1007/s40515-018-0056-z. Text. Image: electronic.
- Tiwari N., Satyam N., Singh K. Effect of curing on micro-physical performance of polypropylene fiber reinforced and silica fume stabilized expansive soil under freezing thawing cycles // Sci. Rep. 2020. No. 10. P. 6724. URL: https://doi.org/10.1038/s41598-020-64658-1. Text. Image: electronic.
- Effect of polypropylene plastic fibers length on cracking resistance of high performance concrete at early age / D. Shen, X. Liu, X. Zeng [et al.] // Constr. Build. Mater. 2020. No. 244. P. 117874. URL: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117874. Text. Image: electronic.
- Nezhad M. G., Tabarsa A., Latifi N. Effect of natural and synthetic fibers reinforcement on California bearing ratio and tensile strength of clay // Journal Rock. Mech. Geotech. Eng. 2021. No. 13. P. 626—642. URL: https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2021.01.004. Text. Image: electronic.
