INFLUENCE OF ROAD DRAINAGE ON THE QUALITY OF ROADS OF AGRICULTURAL DESIGNATION

ВЛИЯНИЕ ДОРОЖНОГО ВОДООТВОДА НА КАЧЕСТВО ДОРОГ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Научная статья

Каменчуков А.В.^1, *, Светенко В.С.²

¹ ORCID: 0000-0001-7997-3195;

^{1, 2} ФГЮОУ ВО Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия

* Корреспондирующий автор (aleksey_k-al[at]mail.ru)

Аннотация

В статье рассмотрены вопросы оценки качества работы водопропускных труб и системы дорожного водоотвода. Дана оценка надежности работы водопропускных труб и дорожного покрытия над трубами. Детально рассмотрены вопросы влияния качества водопропускных труб на состояние дорожного покрытия. Установлена взаимосвязь между дефектами водопропускных труб и качеством дорожного покрытия.

Ключевые слова: автомобильная дорога; дорожный водоотвод; водопропускные трубы; эксплуатационное состояние; качество; дефекты.

INFLUENCE OF ROAD DRAINAGE ON THE QUALITY OF ROADS OF AGRICULTURAL DESIGNATION

Research article

Kamenchukov A.V.^1, *, Svetenko V.S.²

¹ ORCID: 0000-0001-7997-3195;

^{1, 2} Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education “Pacific National University,” Khabarovsk, Russia

* Corresponding author (aleksey_k-al[at]mail.ru)

Abstract

The article deals with the issues of assessing and improving the quality and reliability of the pipe culverts and road drainage system on roads with unpaved and transitional types of coverage. An assessment of the reliability of the pipe culverts and the pavement above the pipes is made with regard to the fill thickness above the artificial structure. The issues of the quality of the pipe culverts on the condition of the road surface are considered in detail. The relationship between pipe culvert defects and the quality of the road surface is established.

Keywords: motorway; road drainage; pipe culverts; operational condition; quality; defects.

Повышение надежности работы системы дорожного водоотвода является одной из важнейших задач дорожного строительства и особенно актуален для дорог сельскохозяйственного и промышленного назначения, на которых распространены грунтовые покрытия.

Грунтовые насыпи и покрытия подвержены водной и ветровой эрозии вследствие отсутствия в дисперсных грунтах прочных взаимосвязей между частицами. Развитие процессов водной эрозии на автомобильных дорогах с грунтовым покрытием  в первую очередь обусловлено нестабильной работой системы дорожного водоотвода [5].

Для повышения надежности работы дорожного водоотвода необходимо обеспечить стабильную работу всех его составляющих, а именно: водопропускных труб, кюветов, дорожного покрытия (обеспечение отвода воды с проезжей части за счет продольного и поперечного уклона).

Повышение надежности работы системы дорожного водоотвода позволит обеспечить качественное и безопасное движение по дорогам, а также уменьшить воздействие дороги на окружающую среду и предотвратить возникновение «прудов» у входа и выхода в водопропускные сооружения.

Так как наиболее важным элементом дорожного водоотвода, к которому предъявляются повышенные эксплуатационные требования, являются водопропускные трубы, то именно от качества и надежности этого элемента дороги, в конечном итоге, и зависит работоспособность всей системы дорожного водоотвода.

Для анализа и систематизации данных о работе водопропускных труб, выявления взаимосвязей между эксплуатационным состоянием водопропускных труб и покрытием автомобильных дорог (транспортно-эксплуатационное качество и безопасность дорожного движения) были выполнены работы по диагностике дорог. В ходе диагностики водопропускных туб выполнялись работы по классификации и систематизации дефектов водопропускных труб и грунтового покрытия возле сооружения (участок по 25 м в обе стороны от оси трубы) [2], [3].

Исследования взаимосвязей между эксплуатационным состоянием водопропускных труб и качеством и безопасностью дорожного движения также проводились для дорог с усовершенствованным асфальтобетонным покрытием [5].

Для вероятностной оценки и анализа зависимости транспортно-эксплуатационного состояния покрытия автомобильной дороги от эксплуатационного состояния водопропускных труб необходимо ранжировать данные о видах дефектов в зависимости от фактора наилучшим образом позволяет описать эту взаимосвязь. Определение взаимосвязи между состоянием водопропускной трубы и качеством покрытия дороги выполняется через величину засыпки насыпи над трубой, так эта характеристика позволит также косвенно учесть величину воздействия транспортной нагрузки на сооружение и устойчивость (сопротивляемость) насыпи этому воздействию.

На эксплуатируемых дорогах величина насыпи над трубой складывается из сочетания двух элементов: толщина защитного слоя (насыпи) над трубой и толщина слоев конструкции дорожной одежды. Следует отметить тот факт, что в большинстве типовых проектных решений по железобетонным водопропускным трубам [4] допускается объединение защитного слоя над трубой с подстилающим (дополнительным) слоем основания, устраиваемым из песка средней крупности или песчано-гравийной смеси, для обеспечения однородности слоя и повышения его сопротивляемости транспортной нагрузке, однако на дорогах с грунтовыми и переходными типами покрытия покрытиями такой слой отсутствует, и дорога проектируется с минимальным возвышением насыпи над водопропускными сооружениями.

Так как на эксплуатируемой дороге не допускается устанавливать толщину насыпи над трубой прямым методом (бурением скважин) из-за возможности повреждения и разрушения тела трубы, средняя толщина насыпи над трубой определялась геометрически, по результатам нивелирного хода или тахеометрической съемки.

Систематизацию дефектов водопропускных труб выполнили по двум категориям: дефекты водопропускных труб и дефекты на покрытии, вызванные состоянием водопропускных сооружений [2].

Дефекты водопропускных труб: 1 – застой воды у оголовков трубы; 2 – локальные разрушения укреплений откосов; 3 – заиливание трубы; 4 – нарушение герметичности стыков; 5 – разбежка звеньев; 6 – частичное разрушение оголовков.

Дефекты на покрытии, вызванные состояние водопропускных сооружений: 7 – колейность; 7 – выбоины; 9 – волны; 10 – просадки; 11 – пучины; 12 – открытие тела трубы.

Результаты систематизации представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Распределение дефектов водопропускных труб на дорогах с грунтовыми и переходными покрытиями

Кроме этого, необходимо систематизировать данные по уровням эксплуатационного состояния дорожного покрытия [6] для установления вероятности появления дефектов покрытия от дефектов водопропускных труб. Результаты систематизации данных представлены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Распределение дефектов водопропускных труб на дорогах с грунтовыми и переходными покрытиями

 

Из анализа данных, представленных в таблицах 1 и 2, ясно, что наиболее критичными  при оценке работоспособности водопропускной трубы являются такие дефекты как заиливание трубы, нарушение герметичности стыков между звеньями трубы и разбежка звеньев трубы. Поэтому необходимо оценить вероятность возникновения того или иного дефекта водопропускной трубы с учетом дефектов покрытия дороги.

Основной гипотезой при определении зависимости между эксплуатационным состоянием искусственных сооружений и качеством покрытия дороги является предположение, что качество покрытия зависит от эксплуатационного состояния искусственного сооружения и толщины защитного слоя насыпи над трубой, при этом размер и форма отверстия не учитываются [1].

Для вероятностной оценки и установления зависимости между качеством дорожного покрытия и эксплуатационным состоянием искусственного сооружения необходимо ранжировать данные относительно толщины защитного слоя насыпи над трубой. Защитный слой определяется с учетом толщины дорожной одежды, так как в полевых условиях невозможно однозначно определить толщину каждого слоя дорожной одежды и найти границу между дорожной одеждой и насыпью земляного полотна над трубой.

Материалы диагностика искусственных сооружений на автомобильных дорогах с грунтовым и переходными типами покрытия, расположенных на территории Хабаровского края, представлен в исследовании [5]. Обработка статистических величин выполнена в программе STATISTICA 10. Результаты статистической обработки данных (толщина засыпки и состояние покрытия над трубой) представлены на рисунках 1 – 3.

Рис. 1 – Диаграмма рассеивания величин

Рис. 2 – Статистическая оценка толщины засыпки над трубой

Рис. 3 – Статистическая оценка состояния покрытия

 

В программе STATISTICA 10 выполнена проверка распределения статистической величины по критериям нормального, логистического и логнормального распределений, и осуществлен подбор эмпирической формулы для установления зависимости уровня эксплуатационного состояния покрытия дороги от толщины засыпки над трубой. Подбор формул осуществлялся на основе метода наименьших квадратов, руководствуясь основными положениями методов линеаризации замкнутых нелинейных систем. Итоговые зависимости представлены на рисунке 4.

Рис. 4 – Номограмма зависимости состояния покрытия над водопропускной трубой от толщины засыпки над трубой и состояния водопропускной трубы

 

По результатам оценки статистических данных (рис. 4), можно определить, что толщина засыпки над водопропускной трубой играет важную роль при оценки эксплуатационного состояния дорогах с переходными и низшими типами покрытия, дорогах сельскохозяйственного и промышленного назначения, а именно:

- с увеличением засыпки над трубой до толщины более 1,20 м практически сходит на «нет» влияние эксплуатационного состояния водопропускной трубы при оценке качества и безопасности движения по автомобильной дороге;

- при толщине засыпки над трубой менее 0,40 м (без учета толщины дорожной одежды, которая на дорогах сельскохозяйственного назначения, чаще всего, представлена слоем из щебеночной смеси С1 толщиной 20 см) невозможно обеспечить хорошее состояние покрытия вследствие повышенного воздействия транспортной нагрузки на сооружение и насыпь земляного полотна.

Наибольшее влияние на качество покрытия над водопропускными трубами оказывают такие дефекты труб как нарушение герметичности стыков и разбежка звеньев трубы (состояние трубы до 3 баллов). Именно наличие этих дефектов резко ухудшает качество покрытия над трубой, если величина насыпи над трубой не превышает 1,00 м над трубой.

Для повышения качества, долговечности и надежности работы системы дорожного водоотвода необходимо уменьшить степень влияния состояния трубы на дорожное покрытие и своевременно выполнять работы по ремонту и содержанию искусственных сооружений.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Вентцель Е.С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения / Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. – М. Наука. Гл. ред. Физ.-ма. лит. - 1991. - 384 с.
2. Каменчуков А.В. Влияние исходной информации на качество проектирования транспортных сооружений / Каменчуков А.В. // Научно-техническое и социально-экономическое сотрудничество стран АТР в ХХI веке : тр. Всерос. науч.-практ. конф. творческой молодежи с междунар. участием. В 2 т. Т. 2 / под ред. С.А. Кудрявцева. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2017. – С. 87-93.
3. Проектирование автомобильных дорог с учетом природно-климатических особенностей Дальнего Востока / А.И. Ярмолинский, В.А. Ярмолинский. – Хабаровск: Изд-во Тихоокеанского гос. ун-та, 2005. – 197 с.
4. Рекомендации по проектированию и строительству водопропускных сооружений из металлических гофрированных структур на автомобильных дорогах общего пользования с учетом региональных условий (дорожно-климатических зон) : ОДМ 218.2.001-2009. − М. : РОСАВТОДОР, 2010. − 147 с.
5. Светенок В.С. Анализ состояния водопропускных сооружений на автомобильных дорогах юга дальнего востока / Светенок В.С., Ярмолинский А.И. // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2018. – № 4(47) – С. 51-56.
6. Ярмолинский В.А. Разработка методики выбора эффективных методов ремонтных работ в зависимости от их стоимости и фактического транспортно-эксплуатационного состояния дорожного покрытия / Ярмолинский В.А., Каменчуков А.В. // Транспортное строительство. 2014. – № 8 – С. 23-26.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Ventcel' Е.S. Teoriya sluchajnyh processov i ee inzhenernye prilozheniya [Theory of random processes and its engineering applications] / Ventcel' Е.S., Ovcharov L.A. – M. Nauka. Gl. red. Fiz.-ma. lit. - 1991. - 384 p. [in Russian]
2. Kamenchukov A.V. Vliyanie iskhodnoj informacii na kachestvo proektirovaniya transportnyh sooruzhenij [Influence of initial information on the quality of transport facilities design] / Kamenchukov A.V. // Nauchno-tekhnicheskoe i social'no-ekonomicheskoe sotrudnichestvo stran ATR v ХХI veke : tr. Vseros. nauch.-prakt. konf. tvorcheskoj molodezhi s mezhdunar. Uchastiem [Scientific,technical and socio-economic cooperation of the Asia-Pacific countries in the XXI century : proceedings of the all-Russian scientific and practical conference of creative youth with international participation]. V 2 t. T. 2 / pod red. S.A. Kudryavceva. – Habarovsk : Publishing house DVGUPS, 2017. – P. 87-93. [in Russian]
3. Proektirovanie avtomobil'nyh dorog s uchetom prirodno-klimaticheskih osobennostej Dal'nego Vostoka [Design of roads taking into account natural and climatic features of the Far East] / A.I. YArmolinskij, V.A. YArmolinskij. – Habarovsk: Publishing house Tihookeanskogo gos. un-ta, 2005. – 197 p. [in Russian]
4. Rekomendacii po proektirovaniyu i stroitel'stvu vodopropusknyh sooruzhenij iz metallicheskih gofrirovannyh struktur na avtomobil'nyh dorogah obshchego pol'zovaniya s uchetom regional'nyh uslovij (dorozhno-klimaticheskih zon) [Recommendations for the design and construction of culverts of corrugated metal structures on public roads, taking into account regional conditions (road climatic zones)] : ODM 218.2.001-2009. − M. : ROSAVTODOR, 2010. − 147 p. [in Russian]
5. Svetenok V.S. Analiz sostoyaniya vodopropusknyh sooruzhenij na avtomobil'nyh dorogah yuga dal'nego vostoka [Analysis of the state of culverts on the roads of the South of the Far East] / Svetenok V.S., YArmolinskij A.I. // Vestnik Tihookeanskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of Pacific States University]. 2018. – № 4(47) – P. 51-56. [in Russian]
6. YArmolinskij V.A. Razrabotka metodiki vybora effektivnyh metodov remontnyh rabot v zavisimosti ot ih stoimosti i fakticheskogo transportno-ekspluatacionnogo sostoyaniya dorozhnogo pokrytiya [Development of methods for selecting effective methods of repair work, depending on their cost and the actual transport and operational condition of the road surface] / YArmolinskij V.A., Kamenchukov A.V. // Transportnoe stroitel'stvo [Transport construction]. 2014. – № 8 – P. 23-26. [in Russian]