Введение к работе
Актуальность проблемы. Большинство разведанных месторождений полезных ископаемых России находятся в районах с суровыми климатическими условиями, которые характеризуются низкими зимними отрицательными температурами, близко залегающими к поверхности многолетнемерэлыми породами,а также отдаленностью от экономически развитых районов страны и слабым развитием транспортной сети. Одним из таких районов является Забайкальский горнопромышленный регион с богатейшими месторождениями полезных ископаемых.
Основным способом добычи полезных ископаемых здесь является открытый, а важнейшим технологическим звеном горнопромышленного производства - автомобильный транспорт. Удельный вес перевозок автотранспортом в горнодобывающей промышленности Забайкалья составляет более 30 X.
'.Эффективность использования и повышения производительности автомобильного транспорта в регионах с суровым климатом в значительной степени сдерживается неудовлетворительным состоянием технологических автомобильных дорог и небольшим количеством дорог с твердым покрытием. Так, на кимберлитсвых карьерах Якутии всего 10 % технологических автомобильных дорог имеют твердое покрытие, а на горных предприятиях Забайкалья - 20 *. Это связано прежде всего со сложностью строительства дорог с капитальными типами покрытий, их низкой долговечностью и высокой стоимостью, отсутствием нормативных документов по эффективному проектированию, строительству 'и эксплуатации дорог в сложных природно-климатических условиях, а также недооценкой влияния автомобильных дорог на эффективность работы горнопромышленных предприятий.
Опыт эксплуатации автомобильных дорог в северных и восточных районах страны показывзет,что строительство .дорожных одежд по типовым проекта»/,без учета особенностей воздействий природно-климатических факторов приводит к их быстрому разрушению. Суровые климатические условия предъявляют особые требования к физическим, технологическим и эксплуатационным свойствам дорожных конструкций .
Рост грузоподъемности автомобилей и их скоростей, высокие транспортно-эксплуатационные расходы, разрушающее влияние сурово-
го климата требуют создания прочных дорожных одежд, улучшения транспортно-эксплуатационных качеств покрытий, увеличения срока их службы и удешевления строительства.
В связи с этим, создзние научно-методических основ, технических средств и физико-технологических методов повышения эффективности проектирования.строительства и эксплуатации автомобильных дорог( с капитальными типами покрытий ) для горнопромышленных предприятий, работающих в условиях сурового климата, является актуальной народнохозяйственной проблемой.
.Диссертационная работа соответствует целевой комплексной научно-технической программе развития горнодобывающих отраслей в восточных и северных районах Российской Федерации,выполнялась в рамках общесоюзной научно-технической программы- 0.55.11 "Разработать и внедрить новые технические решения и технологию строительства автомобильных дорог и дорожных сооружений"(Основание -постановление ГКНТ № 543/228 от 21.10.85 г.'і, а также по плану важнейших научно-исследовательских работ ГК РФ по высшему образованию. Диссертант осуществлял научное руководство и непосредственно участвовал в выполнении вышеуказанных тем.Работа была тесно связана и с тематическими исследованиями,выполненными автором в Читинском политехническом институте - номера государствен-' ной регистрации 76085521; 81028827; 01830016090; 01850014371; 01860061267 и др.
Цель работы - создать научные и физико-технические основы, разработать и последовательно реализовать рациональные методы повышения эффективности проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог (с капитальными типами покрытий) для горнопромышленных предприятий Забайкалья.
Основная идея работы заключается в том, что создание рациональных методов повышения эффективности проектирования, строительства и эксплуатации горнопромышленных автомобильных дорог Забайкалья может быть обеспечено на базе теоретически и экспериментально обоснованных параметров температурно-влажностного режима эксплуатации дорожных конструкций и установления закономерностей изменения работоспособности жестких дорожных одежд от природно-климатических факторов и физико-технических параметров.
Методы исследований. Достижение поставленной цели осуществлено на базе комплекса современных методов исследований, включаю-
щік: анализ и научные обобщения отечественного и зарубежного опыта .проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог горнопромышленных предприятий;системного подхода к оценке физических процессов разрушения дорожных одежд под воздействием природно-климатических факторов и транспортных нагрузок; экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях; математического моделирования; практической апробации результатов исследований.
Научные положения, защищаемые автором:
-
Повышение эффективности проектирования, строительства и эксплуатации горнопромышленных автомобильных дорог Забайкалья(при сложившейся тенденции возрастания грузоподъемнрстей и скоростей движения автомобильного транспорта) достигается главным образом увеличением работоспособности дорожных одежд.
-
В условиях сурового климата разрушение дорожных одежд под воздействием транспортных нагрузок и природно-климатических факторов происходит значительно-интенсивнее (в 2,7гЗ,3 раза), чем в региона;^, с умеренным климатом. -
-
Рациональные физико-технические, конструктивные и техно-* логические параметры дорожных одежд могут быть установлены на основе анализа физических процессов, протекающих в дорожных конст-' рукциях и учета совместного воздействия транспортных нагрузок и природно-климатических факторов, характерных для условий Забайкалья.
-
На основе разработанных математических моделей установлено, что основными физико-техническими параметрами, определяющими работоспособность дорожных одежд являются модуль упругости основания, прочность и модуль упругости бетона покрытия, ровность дорожной одежды, толщина дорожного покрытия..-
-
Увеличение работоспособности дорожных одежд в суровых климатических условиях достигается на основе комплексного использования физико-технических средств и методов:
улучшения фиэико-механических свойств бетона покрытия автомобильных дорог,связанных с повышением его стойкости, к своеобразным климатическим воздействиям Забайкальского региона;
применения прочных и эффективных материалов для искусственных оснований автомобильных дорог;
повышения ровности покрытий автомобильных дорог;
- использования "простой и эффективной технологии строитель
ства дорожных одежд, предупреждающей отрицательные воздействия
природно-климатических факторов.
-
Целенаправленное улучшение физико-механических свойств материалов дорожных одежд достигается применением высокомолекулярного водорастворимого полимера ВРП-В и комплексных добавок на его основе, а также обработкой заполнителей из горных пород высокомолекулярным соединением.
-
Строительство дорожных покрытий на основаниях из жестких укатываемых бетонных смесей с использованием отходов горного производства обеспечивает значительное повышение их работоспособности.
Научная новизна работы заключается в следующем:
осуществлено природно-климатическое районирование Забайкальского горно-промышленного региона, в целях использования его при проектировании автомобильных дорог; '
разработаны классификации автомобильных дорог горнопро-мышденных предприятий, основных факторов и параметров, определяющих эффективность их проектирования,строительства и эксплуатации;
впервые определены количественные показатели параметров температурного режима жестких покрытий автомобильных дорог в условиях сурового климата; установлены характер и степень влияния природно-климатических факторов на деформации и прочность дорожных одежд; получены зависимости температуры поверхности покрытий от температуры воздуха; уточнен расчет колебаний температуры бетонных покрытий;
усовершенствована и получила дальнейшее развитие математическая модель работоспособности жестких дорожных одежд,включающая следующие основные параметры:прочность и модуль упругости бетона покрытия, модуль упругости основания и др.;
разработаны методика й алгоритм определения коэффициента условий работы дорожных покрытий с учетом влияния природно-климатических факторов;
разработана методика определения основных параметров дорожных конструкций, исходя из особенностей природно-климатических условий Забайкальского горнопромышленного региона;
теоретически обоснованы и разработаны физико-технические способы повышения эффективности строительства и эксплуатации
автомобильных дорог горнопромышленных предприятий s условиях сурового климата.
Достоверность научных положений, еыводое и рекомендаций подтверждается согласованностью результатов теоретических исследований с экспериментальными и производственными данными, полученными в лабораторных и промышленных условиях; большим объемом экспериментальных исследований в условиях производства; применением методов математического моделирования, математической статистики и ЭВМ; результатами примышленных испытаний и внедрения с высокой экономической эффективностью.
Практическое значение работы заключается:
в установлении количественных показателей параметров температурного режима дорожных покрытий (в условиях Забайкалья), для использования при проектировании, строительстве и эксплуатации горнопромышленных автомобильных дорог;
в разработке инженерны?; методов оценки влияния природно--климатических факторов и физико-технических параметров на работоспособность дорожных одежд; „ -
в получении численных значений климатических коэффициентов условий работы дорожных покрытий для различных регионов;
в разработке методов определения и установлении рациональных параметров дорожных конструкций для условий Забайкальского горнопромышленного региона;
е создании комплекса физике- технических способов повышения эффективности строительства и эксплутации горнопромышленных автомобильных дорог Забайкалья.
Реализация результатов исследований»
Разработанные методы определения основных параметров дорожных конструкций с учетом воздействия природно-климатических факторов используются АО "ЗабайкалцЕетметникпроектом" и другими аналогичными организациями при проектировании автомобильных дорог для горнопромышленных предприятий Забайкалья и Восточной Сибири. Результаты исследований использованы при составлении "Инструкции по проектированию жестких дорожных одежд" (ВСН 197-83) и пособия к СНиП 2.05.11-83 "Проектирование дорожных одежд внутрихозяйственных автомобильных дорог".
Обоснованные в работе физико-технические способы, обеспечивающие повышение эффективности строительства и эксплуатации гор-
- б -
непромышленных автомобильных дорог, внедрены на Призргунском го но-химическом комбинате и ряде других горных предприятиях Заба калья. Экономический эффект от внедрения результатов исследован составил 718 тыс. руб (в ценах до 1990 года), экологический эффе 102 тыс.руб (в цена;-: до 1990 года). Дальнейшее более широкое вне рение предлагаемых разработок и рекомендаций позволит дать экон мическии и социально-экологический эффект в сотни миллионов рубл
Разработанные способы повышения стойкости цементобетона пс рытий автомобильных дорог применительно к климатическим воздейс виям региона послужили основой для составления "Рекомендаций применению бетонов с высокомолекулярными водорастворимыми полим рами" (М. .Минавтодор РФ).
Нзучные и практические результаты работы отражены в тр учебных пособиях, учебно-методических разработках и более чем публикациях, а также в курсах лекций, читаемых с 1980 года в Читі' оком государственном техническом университете.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссері ционной работы докладывались и обсуждались:
на международных конференциях и семинарах: 18-ой научі конференции Лидского университета (Великобритания, 1984 г.), на> ном семинаре в Баотоуском университете стали и сплавов (И-1994 г.), международной конференции "Перспективы развития горно; бывающей промышленности" (Новокузнецк, 1994 г.), научном семинаре департаменте транспорта штата Нью-Йорк (США, 1995 г.), четвері международном симпозиуме по планированию горного производстве выбору оборудования (Калгари, Канада, 1995 г.);
на Всесоюзных и Республиканских конференциях, семинара? совещаниях в городах: Москве ( 1977 г.), Тюмени ( 1979 г.),Суздс ( 1987 г.),Владимире ( 1988 г.).Якутске ( 1988 г.),Чите ( 1989г. Ижевске ( 1990 г.),Санкт-Петербурге ( 1992 г.), Москве ( 1995 г.
на ежегодных научно-технических конференциях МАДИ (Москз в период с 1976-1985 г.г.;.
на научно-технических конференциях Читинского политех! ческого института (г.Чита) в период с 1976-1995 г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 64 работы, том числе 3 учебных пособия, 4 статьи в СЯМ, Великобритании и і наде, 3 обзорно-аналитических материала, авторское свидетельсті
положительное решение о выдаче патента на изобретение.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, 57 рисунков, 62 таблиц, списка использованной литературы из 172 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту член-корреспонденту АН Республики Кыргызстан,академику АГН.д.т.н., проф. Секисову Г.В. за ценные-советы и замечания при выполнении и обсуждении результатов исследований.
Автор считает своим долгом выразить признательность своим _ коллегам Читинского государственного технического университета за помощь при проведении исследований и работникам производства за поддержку при внедрении результатов научной работы.