1286

методов испытаний асфальтобетона на сдвигоустойчивость преобладает метод моделирования колееобразования посредством нагружения образцов плит из асфальтобетона колесной нагрузкой на приборе «Колесо» [7]. В результате испытаний асфальтобетона прокатыванием нагруженного колеса получают глубину колеи при том или ином количестве циклов (10000, 30000, 50000). Следует отметить, что при испытании разных видов асфальтобетона стандартными методами (по ГОСТ 9128 или по ГОСТ 31015) и на установке для измерения глубины колееобразования («Колесо») по EN 12697-22 получаются результаты, прямо противоположно характеризующие сдвигоустойчивость асфальтобетона. Например, были определены характеристики сдвигоустойчивости асфальтобетона типа А (по ГОСТ 9128) и щебеночно-мастичного асфальтобетона (по ГОСТ 31015) – результаты испытаний приведены в табл. 1.

Из таблицы видно, что щебеночно-мастичный асфальтобетон (проба была отобрана непосредственно на асфальтобетонном заводе) не удовлетворяет требованиям ГОСТ 31015 по коэффициенту внутреннего трения. Однако щебеночно-мастичный асфальтобетон, характеризующийся повышенным содержанием щебня (по сравнению с асфальтобетоном типа А), характеризуется и более высокой сдвигоустойчивостью, что и подтверждено испытанием на установке «Колесо» (табл. 2).

321

Таблица 2

Результаты испытаний на установке «Колесо»

Г.Н. Кирюхин справедливо обращает внимание на то, что часто асфальтобетоны, равнопрочные по лабораторному пределу прочности при сдвиге, не равноценны по сопротивлению сдвигу в покрытии из-за разного соотношения составляющих внутреннего трения и когезионного сцепления [7], что и подтверждают приведенные результаты.

Применение модифицированных вяжущих (например, полимернобитумное вяжущее ПБВЭ 90/130) приводит к значительному повышению когезионной составляющей и, соответственно, повышению сопротивления сдвигу (рисунок).

Рис. Зависимость глубины колеи от количества циклов нагружения на установке «Колесо»

322

Список литературы

1.Дорожный асфальтобетон / Л.Б. Гезенцвей, Н.В. Горелышев, А.М. Богуславский, И.В. Королев / под ред. Л.Б. Гезенцвея. – 2-е изд., перераб.и доп. – М.: Транспорт, 1985. – 350 с.

2.ОДМД. Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных одеждах. – М.: Росавтодор, 2002. – 179 с.

3.ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд. –

М., 2001. – 144 с.

4.ВСН 46-83. Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа. – М.: Транспорт, 1985. – 155 с.

5.Смуров Н.М., Стрижевский А.М. Определение прочностных характеристик органоминеральных слоев дорожных одежд методом одноповерхностного вращательного среза // Дорожные одежды и материалы: сб. науч. тр. / НПО РосДорНИИ. – 1990. – Вып. 3. – 164 с.

6.Галдина В.Д. Модифицированные битумы: учеб. пособие /

СибАДИ. – Омск, 2009. – 228 с.

7.Кирюхин Г.Н. Проектирование состава асфальтобетона и методы его испытаний. – М.: 2005. – 96 с. – (Автомоб. дороги и мосты:

Обзорн. информ. / ФГУП «Информавтодор»; вып. 6)

Об авторах

Щепетева Людмила Станиславовна (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобильные дороги и мосты», почетный работник высшего профессионального образования, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614013,

г. Пермь, ул. Академика Королева, 19а; e-mail: adfsad@pstu.ru).

Агапитов Денис Андреевич (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры «Автомобильные дороги и мосты», почетный работник высшего профессионального образования, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614013, г. Пермь,

ул. Академика Королева, 19а; e-mail: adfsad@pstu.ru).

Тюрюханов Кирилл Юрьевич (Пермь, Россия) – инженер кафедры «Автомобильные дороги и мосты», почетный работник высшего профессионального образования, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614013, г. Пермь, ул. Акаде-

мика Королева, 19а; e-mail: adfsad@pstu.ru).

323

УДК 624.131.37

О НЕКОТОРЫХ ПОДХОДАХ К ЛАБОРАТОРНОМУ ИССЛЕДОВАНИЮ ТЕПЛОФИЗИКИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

К.С. Ядовина, С.С. Лашова, В.И. Клевеко

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

Рассмотрены некоторые методы изучения теплофизических свойств мерзлых грунтов в лабораторных условиях. Приведено сравнение приборов для оценки теплопроводности грунтов способом стационарного и нестационарного теплового воздействия, оценена их применимость, обозначены основные проблемы их использования. Представлена конструкция калориметрической установки для определения теплоемкости мерзлого грунта. Описана последовательность проведения испытаний.

Ключевые слова: мерзлый грунт, теплофизика грунтов, теплопроводность, теплоемкость, калориметрия, лабораторная установка.

Влияние мерзлотных процессов и явлений, связанных с ежегодным промерзанием и оттаиванием грунтовых массивов на территориях со сложными инженерно-геологическими условиями приводит к образованию трещин и разрушению дорожных конструкций и сооружений, возникновению осадок и деформаций земляного полотна [1]. Таким образом, возникает необходимость оценки глубины промерзания грунта и прогнозирования времени его оттаивания.

Решение данных задач требует знания теплофизических характеристик грунта, в том числе в мерзлом состоянии. К базовым теплофизическим свойствам относятся теплопроводность и теплоемкость, которые характеризуют соответственно способность грунта проводить тепловой поток и поглощать или отдавать тепло.

Теплопроводность грунта в лабораторных условиях можно определить двумя основными методами: стационарным и нестационарным, при помощи множества приборов, позволяющих без затруднений вычислить коэффициент теплопроводности.

Однако если определение теплопроводности талого грунта не вызывает тружностей, то с мерзлым грунтом возникают определенные проблемы. В большинстве случаев они связаны с ограничением приме-

324

нимости приборов. Рассмотрим два прибора, основанных на разных методах определения теплопроводности.

Измеритель теплопроводности ИТС-1 основан на методе стационарного теплового потока, проходящего через исследуемый образец [2]. К слову, использование стационарного метода имеет преимущество, так как предполагает измерение теплопроводности при температурах, близких к границе фазового перехода, а также позволяет достаточно точно установить температуру, при которой снимаются показания. Существенный минус данного прибора – допустимость средней температуры образца не ниже плюс 12 °С. Следовательно, данный прибор неприменим для мерзлых грунтов.

Прибор нестационарного теплового режима – МИТ-1, принцип действия которого заключается в измерении изменения температуры цилиндрического зонда, погруженного в образец, при его нагреве за некоторое время. Имеет диапазон температур от минус 10 °С, что позволяет использовать указанный прибор применительно к мерзлым грунтам. Сокращает время измерения, но обладает сравнительно меньшей точностью.

Основной проблемой является невозможность оценки теплопроводности мерзлого грунта для температур на границе фазовых переходов изза избыточного теплового воздействия прибора [3]. Кроме того, необходимо подстраивать начальную температуру мерзлого грунта таким образом, чтобы при нагреве его зондом, окончательное ее значение не попало в область начала таяния. В среднем за время измерения прибор повышает температуру грунта на 5 °С. Температура измерения образца принимается как среднее арифметическое между начальной и конечной.

Подготовка образцов перед началом испытания осуществляется замораживанием их в холодильной камере. Измерительный зонд должен иметь одинаковую температуру с испытываемым образцом, поэтому необходимо выдерживать щуп и образец совместно при постоянной отрицательной температуре. Поскольку сверление отверстий для зонда в замороженном образце грунта может вызывать его нагрев, предлагается вариант погружения измерительного щупа в образец до замораживания и дальнейшее их совместное выдерживание в холодильном шкафу.

Проведение испытания длится в среднем 7 минут, за это время возникает вероятность дополнительного оттаивания образца снаружи, что некорректно скажется на результатах. Поэтому для поддержания посто-

325

янной температуры образцы мерзлого грунта во время измерения помещают в термостат. Термостат представляет собой ящик из теплоизоляционного материала.

Определение удельной теплоемкости скелета мерзлого грунта осуществляется методом калориметрии, который является базовым для изучения тепловых процессов. В лабораторных условиях достаточно использовать классический жидкостный калориметр. Принцип действия состоит в определении разницы температур калориметрической жидкости во времени.

Конструкция калориметра представлена двумя сосудами (рис. 1), один из которых размещен внутри другого и носит название калориметрической системы. Именно в нее погружается образец мерзлого грунта, который поглощает теплоту окружающего его вещества, что и приводит к изменению температуры. Оболочка калориметра изолируется от окружающей среды, чтобы исключить дополнительные погрешности измерений [4]. Температура оболочки поддерживается постоянной, а температура жидкости калориметрической системы вследствие теплообмена с оболочкой изменяется в течение некоторого времени до установления равновесия [5]. Перемешивание калориметрической жидкости помогает ускорить достижение температурного равновесия.

Рис. 1. Схема калориметра: 1, 3 – наружная и внутренняя стенки калориметрического сосуда; 2 – теплоизоляционный материал; 4 – жидкость в оболочке калориметра; 5 – подставка из изоляционного материала; 6 – термометры сопротивления; 7 – калориметрическая жидкость (вода); 8 – нагревательный элемент; 9 – бюкс с образцом;

10 – мешалка; 11 – регистратор

326

Изменение температуры жидкости фиксируется с помощью термометров сопротивления (датчиков температуры), принцип действия которых основан на изменении электрического сопротивления в зависимости от температуры окружающего вещества. Обработка данных, поступающих с термометров сопротивления, осуществляется регистратором, который преобразует значения сопротивления в конечную величину температуры.

Калориметрический эксперимент разделяется на три периода, в течение которых через каждую минуту производят отсчеты температур. «Начальный» период проходит первые 10 минут опыта. За это время проверяется постоянство изменения температуры калориметрической жидкости. На последней минуте начального периода из термостата достают образец с заданной температурой и опускают в калориметрическую систему. «Главный» период длится от момента погружения образца до начала равномерного изменения температуры калориметрической жидкости или изменения ее «хода» на обратный. «Конечный» период составляет около 10 минут после главного, за это время так же поминутно фиксируют значения температуры.

Охлаждение образцов до необходимой температуры осуществляется в термостате (рис. 2), по конструкции аналогичном калориметру. Оболочка термостата заполняется незамерзающей жидкостью. Перед началом измерения термостат вместе с образцами выдерживают в холодильной камере в течение суток при температуре чутьниже заданной испытанием.

Рис. 2. Схема термостата: 1, 3 – наружная и внутренняя стенки сосуда; 2 – теплоизоляционный материал;

4 – незамерзающая жидкость; 5 – песок; 6 – бюксы с образцами; 7 – термометры сопротивления; 8 – мешалка; 9 – регистратор

327

Для обработки данных калориметрического опыта необходимо установить поправку на теплообмен с окружающей средой и определить тепловое значение калориметра. Для этого калориметр градуируют, используя энергию электрического тока. Жидкости калориметрической системы сообщают количество теплоты путем ее электронагрева на протяжении 10 мин и замеряют изменение температуры жидкости с учетом поправки на теплообмен. Количество сообщенной нагревателем энергии вычисляют исходя из его характеристик силы тока и напряжения, а также времени пропускания электрического тока. По результатам калориметрического опыта удельная теплоемкость скелета мерзлого грунта рассчитывается по формулам, приведенным в нормативной литературе [6].

Устройство калориметра можно использовать и для нахождения теплопроводности мерзлого грунта методом регулярного теплового режима. В процессе испытания отмечают изменение температуры образца при свободном его нагревании в течение некоторого времени. Пространство калориметра заполняется незамерзающей жидкостью. Данный метод является упрощенным и может применяться для приближенной оценки теплопроводности мерзлого грунта.

Устройство нестационарного действия МИТ-1 возможно применять для измерения теплопроводности мерзлых грунтов, при условии замораживания их до температуры значительно ниже границы фазового перехода. При оценке теплоемкости мерзлого грунта с помощью калориметра важно обеспечить герметичность установки и минимизацию теплопотерь путем теплоизоляции корпуса и контроля постоянства температуры жидкости в оболочке калориметра.

Список литературы

1.Моделирование сезонного промерзания земляного полотна автомобильной дороги / А.М. Бургонутдинов, В.И. Клевеко, К.Р. Кашапова, О.В. Моисеева // Модернизация и научные исследования в транс-

портном комплексе. – 2015. – № 1. – С. 346–350.

2.Медведев Д.П., Захаров А.В., Планирование эксперимента по определению теплопроводности песчаных грунтов экспериментальными методами // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Урбанистика. – 2013. – № 4. – С. 109–115.

3.Примаков С.С., Жолобов И.А. Измерение коэффициента теплопроводности многолетнемерзлых грунтов в интервале практически значимых температур // Нефтяное хозяйство. – 2014. – № 9. – С. 55–57.

328

4.Григорьев Б.В., Шабаров А.Б. Экспериментальное исследование промерзания-оттаивания грунтов в неравновесных условиях // Вестн.

Тюмен. гос. ун-та. – 2012. – № 4. – С. 53–60.

5.Хеммингер В., Хёне Г. Калориметрия. Теория и практика. – М.:

Химия, 1990. – С. 176.

6.Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов. – М., 1973. – С. 194.

Об авторах

Ядовина Ксения Сергеева (Пермь, Россия) – студентка, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

(614010, г. Пермь, ул. Куйбышева, 109; e-mail: ksezamova@mail.ru).

Лашова Светлана Сергеевна (Пермь, Россия) – студентка, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

(614010, г. Пермь, ул. Куйбышева, 109; e-mail: svetlanca93@gmail.com).

Клевеко Владимир Иванович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительное производство и геотехника», Пермский национальный исследовательский политехнический уни-

верситет (614010, г. Пермь, ул. Куйбышева, 109; e-mail: vlivkl@mail.ru).

329

УДК 624.19.058.2

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ЭКРАНА ЛИНИИ МЕТРОПОЛИТЕНА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРАСПОРТНОЙ РАЗВЯЗКИ В Г. МИНСКЕ

А.А. Яковлев, В.Г. Пастушков, Г.П. Пастушков

Белорусский национальный технический университет, Минск, Республика Беларусь

Рассмотрено производство работ по возведению защитного экрана тоннелейметрополитеновпристроительстветранспортнойразвязкивг. Минске.

Ключевыеслова: тоннель, плита, защитныйэкран, буронабивныесваи.

Перед началом строительства высотного здания ОАО «Газпром» в г. Минске для обеспечения непрерывности движения транспортного потока было принято решение о строительстве транспортной развязки на пересечении проспекта Независимости с улицей Филимонова (рис. 1). Проектом было предусмотрено строительство двухпролетного путепровода из сборного железобетона. Назначенные сжатые сроки строительства предполагали выполнение строительно-монтажных работ над действующей линией метрополитена без остановки движения поездов, в круглосуточном режиме. Для осуществления поставленной задачи была применена система дистанционногомониторингаперегонныхтоннелейметрополитена.

Предварительными пространственными расчетами были определены места с возможными большими деформациями элементов конструкций метрополитена. Для исключения значительных деформаций тоннелей при разработке котлована проектом было предусмотрено устройство защитного экрана, определена последовательность и технология возведения конструкций. Эти мероприятия позволили минимизировать статические и динамические воздействия на обделку перегонных тоннелей и другие подземные сооружения метрополитена.

Вдоль каждого тоннеля (действующей линии метрополитена) с обеих сторон выполнялись буронабивные сваи диаметром 630 мм и 800 мм, сиспользованием гидравлической буровой машины SF-65 фирмы

SOILMEC (рис. 2). Первая свая (№71) выполнена 25.03.2015 г.

330