Проектирование строительства и ремонта автомобильных дорог



Оглавление

 

 

Введение

 

Перспективы социально-экономического развития Республики Беларусь во многом зависят от качества автомобильных  дорог. Для решения этой проблемы необходимо внедрение новых технологий при строительстве, содержании и ремонте автомобильных дорог в условиях Республики Беларусь.

Реализация новых технологий предусматривает использование современной высокопроизводительной и надежной зарубежной и отечественной техники, рациональная эксплуатация которой определяется и выбором топливо-смазочных материалов и технических жидкостями, режимами работы и организацией ТО и ремонтов.

 Основная задача технической эксплуатации СДПТМ — реализация потенциальных возможностей конструкции машин при наименьших затратах на поддержание работоспособности и минимальных вредных воздействиях на окружающую среду.

В результате выполнения курсового проекта ставится задача закрепить навыки и теоретические  знания по дисциплине. C этой целью в курсовом проекте в соответствии с исходными данными был выбран парк машин для выполнения годовых объемов работ с учетом области рационального использования каждой машины т.е с учетом условий движения при подвозке различных материалов, загруженности машин на каждом из участков за счет этого удалось сократить количество таких машин как автогрейдеры и погрузчики за счет использования их сразу на нескольких участках и загрузить их дополнительными объемами работ.

Расчет количества ТО и ремонтов, а так же построение графика постановки в то и ремонты был выполнен с учетом годовой наработки каждой из машин часть расчетов выполнялась вручную для закрепления навыков, а часть с помощью программы Optimization.

На основании рассчитанной трудоемкости ТО и ремонтов было определено необходимое количество участков и приняты организационные решения в частности при проведении капитальных ремонтов с учетом текущей наработки.

Был выполнен ряд других задач например получены навыки в  подборе оборудования для участка  ТО в соответствии с характеристиками машины и выполняемыми на участке  операциями, составлена карта ТО1 скрепера на основании существующей нормативной документации.

При решении  задач  поставленных в проекте была использована современная нормативная база выпущенная не позднее 2009 года.

 

  1. Анализ современных  технологий и материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог

При строительстве дорожных оснований применяют укрепление грунтов для предотвращения эрозионного  разрушения.

Методы комплексного укрепления грунтов в зависимости  от вида вяжущего подразделяются на следующие основные группы:

-укрепление грунтов цементом;

-укрепление грунтов  известью;

-шлаковое укрепление;

-комбинированное (комплексное)  укрепление.

Изучение свойств грунтов, укрепленных известью, показало, что  дозировка, а также дисперсность существенно влияют на свойства и физико-механические характеристики материалов.  Так, при укреплении всех видов грунтов чистой известью получаются дорожно-строительные материалы с плохой уплотняемостью, низкой морозостойкостью и деформативностью.

Грунты, укрепленные известью, обладают сравнительно низкой морозостойкостью, так как они имеют значительную пористость и влагоемкость, а известковый цемент недостаточно прочен. Для нахождения эффективных средств повышения морозостойкости грунтов, укрепленных известью, были испытаны добавки шлака и цемента.

Добавка шлака приводит к увеличению кристаллов гидрата окиси кальция в процессе его кристаллизации. Образование более крупных кристаллов приводит к дополнительной растворимости гидрата окиси кальция, а следовательно, к повышению водостойкости грунтов, укрепленных известью.

Введение портландцемента  с целью укрепления грунтов позволяет  решить технологические вопросы, связанные со способом введения вяжущего, а также проблемы, связанные со способом активации и получения морозоустойчивого материала. Применение цемента в качестве добавки для укрепления грунта вызывает повышение хрупкости и снижает сопротивление ударной нагрузки. Цементогрунт обладает также дополнительной остаточной прочностью. И достигает она 30 - 40 %, что обуславливает влагоемкость и невысокую морозостойкость.

Одними из способов закрепления  грунтов являются применение шлаковой муки или молотого шлака и введение жидких битумов, дегтей, эмульсий. Такое укрепление грунтов улучшает их физико-механические свойства и способствует сокращению расхода гранитного щебня.

 

Устройство конструктивного  слоя дорожной одежды осуществляется по следующей технологии:

1) подача расчетного  количества грунта из резервуара  на проезжую часть; 

2) разравнивание грунта  на ширину 5 - 6 м с последующим  его измельчением;

3) введение расчетного количества шлака и активатора с последующим равномерным перемешиванием его с грунтом;

4) разлив жидкого битума  с перемешиванием смеси до  однородного состояния;

5) планировка слоя  с последующим уплотнением.

 

В результате эксплуатации таких покрытий в течении 12-15 лет в верхнем слое образуется такие дефекты, которые невозможно устранить традиционными ремонтными решениями:

– колееобразование в  полосе наката глубиной 3-4 см, в отдельных  местах до 8-10 см;

– трещины, вызванные  старением битума, в основном поперечные;

– раскрытие и разрушение продольных и поперечных швов верхних  слоев покрытий из-за нарушения технологии их устройства;

– выбоины и облом  кромок покрытия.

Будущее в решении  проблем ремонта автомобильных  дорог – за новыми технологиями, так как они отвечают очень жёстким требованиям, обеспечивая:

– высокие темпы ремонтных  работ;

– безопасность движения при производстве работ  в условиях не прекращающегося движения;

– высокое качество работ  при сравнительно низкой их стоимости;

– экологическую безопасность работ.

Для повышения надежности и долговечности работы покрытий в настоящее время рекомендуется использовать битумы, модифицированные полимерами. Широкое использование модифицированных битумов вместо обычных объясняется их улучшенными свойствами. Полимерные битумы имеют большой диапазон рабочих температур (разница между температурой размягчения и температурой хрупкости) до 100°С (обычные битумы до 60°С).

Асфальтобетоны, приготовленные с использованием полимерных битумов, имеют высокую устойчивость к деформациям за счет большой эластичности применяемых битумов. Кроме того, значительно замедляется процесс старения асфальтобетона. Исследования зарубежных ученых показывают, что у битумов, извлеченных из дорожных покрытий, прослуживших 10 лет, не наблюдается существенных изменений вязкости.

Добавка к битуму полимеров составляет, как правило, от 3 до 6% по массе.

Битумная эмульсия - комплексное  вяжущее, форма и свойства которою  в значительной мере зависят от свойств  исходного битума.

Битумная эмульсия - это дисперсия битума в воде. Как правило, базовым вяжущим, на основе которого готовится битумная эмульсия, является обычный или модифицированный битум.

В зависимости от знака  электрического заряда гранул эмульсии бывают анионные и катионные. По скорости распада различают быстрораспадающиеся эмульсии, средние, медленные и сверхстабилизированные. От содержания битума в эмульсии их делят на 50%, 55%, 60%, 65% и 69%.Наибольшее распространение в настоящее время получили катионные эмульсии.

Высокое качество покрытий, выполняемых с использованием битумных эмульсий, обеспечивается хорошей работоспособностью этого вяжущего, каменным материалом. Для практического использования битумных эмульсий важнейшими свойствами являются: вязкость, стабильность при хранении, скорость распада и сцепляемость.

Высокая технологическая  сложность производства эмульсий требует  тщательной дозировки компонентов  и постоянного контроля за характеристиками всех происходящих процессов.В нашей республике действует уже три завода по производству битумных эмульсий

 

2 Определение годового объема выполняемых работ

 

2.1 Исходные данные

База механизации проектируется  для комплекта машин, предназначенного для устройства дорожного полотна и ремонта дорожного покрытия исходные данные принимаем в соответствии с вариантами 7 и 37.

Исходные данные приведены  в таблицах 1.1 – 1.2.

 

Таблица 2.1. – Исходные данные к проекту по варианту 7

 

Категория дороги

Kд

1/6П

 Километраж 1 участка

Lg1, км

20

 Километраж 2 участка

Lg2, км

10

 Грунтовые условия

C

2

 Относительная влажность

W

Пов

 Коэффициент сопротивления

 Перемещению 1 участка.

f1

0.06

 Коэффициент сопротивления

 Перемещению 2 участка.

f2

0.05

 Дальность транспортирования  до 1 участка

L1, км

2

 Дальность транспортирования  до 2 участка

L2, км

4

 Расстояние от 1 участка  до базы

Lr1, км

30

 Расстояние от 2 участка  до базы

Lr2, км

50

 Коэффициент сменности

Kcм

2

 Наработка 1 машины  типа

H1, час

400

 Шаг наработки

h, час

170


 

 

Таблица 2.2 – Исходные данные к проекту по варианту 37

 

Категория дороги

Kд

1/6П

Километраж  участка

Lg, км

20

Расстояние от участка  до базы

L, км

30

Дальность транспортирования

битума.

Lб

30

Дальность транспортирования

асфальтобетона.

Lф

20

Коэффициент сопротивления.

перемещению.

F

0,02

Коэффициент сменности

Кcм

2

Наработка 1 машины типа

H1, час

400

Шаг наработки

h, час

170


 

Определяем в соответствии с вариантом первую категорию  дороги характеристики которой приведены в таблице 2.3.

 

 

 

Таблица 2.3 – Характеристика дороги

 

Параметры элементов дороги

Категория дороги

I

1 Интенсивность движения автомобиля в сутки

Св. 7000

2 Число полос движения

6

3 Ширина полосы, м

3,75

4 Ширина проезжей части, м

2´11,25 

5 Ширина обочин, м

3,75

6 Ширина  разделительной полосы

5,0 – 6,0

7 Ширина земляного полотна, м

35,0 

8 Расчетная скорость, км/ч

120 – 150


 

 

Для устройства земляного  полотна применяется песок или  супесь. Толщина слоя до 1,5 м. (наименьшее возвышение 1,1 м).

Тело насыпи (с откосами). Разрешается использовать грунты и  отходы промышленности (шлак).

 

Коэффициент уплотнения 1,0...0,98.

Для ремонта дорожного покрытия применяем мелкозернистый асфальтобетон.

Толщина слоев:

- щебень 15 см;

- щебень с битумом  8 см;

- асфальтобетон 10 см.

Требования к материалам по СНиП 2.05.02-85.

2.2 Расчет потребности в дорожно-строительных материалах

Расчет потребного количества песка Qп; щебня Qщ; битума Qб; асфальтобетона Qам в зависимости от категории строящейся дороги Kд и ее длины Lg, производится на основании норм расхода материалов на 1 км дороги, таблица 2.4.

 

Таблица 2.4 – Нормы расхода материала

 

Наименование

материалов

Плотность,

т/м3

Категория дороги

1/6

Песок, м3

1,6-1,7

52,5×103

Щебень, м3

2,6-2,8

5,19×103

Битум, т

0,8-1,3

528,9

Асфальтобетон мелкозернистый, т

2,4-2,5

2,61×103


 

 

2.2.1 Расчет годовой потребности в материалах для 1-го  участка дороги

Годовой объем работ необходимого для строительства материала определяется по формуле:

 

Qщ = Lд*Нр,                                                (2.1)

где  Lд - длина участка дороги, км;

Нр - норма расхода материала на 1 км дороги, м3.

 

Годовой объем работ необходимого для строительства щебня:

 

Qщ = 20*5,19×103 = 103800  м3 .

 

Годовой объем необходимого для строительства песка:

 

Qпс = 20*52,5×103 = 1050000  м3 .

 

Годовой объем работ по уплотнению определяем по площади дорожного полотна:

 

QП = n*Lg1*Вд ,                                               (2.2)

где  n – количество слоев отсыпки при устройстве земляного полотна,              принимаем n = 4;

Вд – ширина земляного  полотна, м.

QПА = 4*20000*35 = 2800000 м2/год.

 

2.2.2 Расчет годовой потребности в материалах для 2-го  участка дороги.

Годовой объем работ необходимого для строительства щебня:

 

Qщ = 10*5,19×103 = 51900  м3 .

 

Годовой объем необходимого для строительства песка:

 

Qпс = 10*52,5×103 = 525000  м3 .

 

Годовой объем работ  по уплотнению определяем по площади  дорожного полотна:

 

QПА = 4*10000*35 = 1400000 м2/год.

 

2.2.3 Расчет годовой потребности в материалах для ремонта дорожного покрытия

Годовой объем необходимого для ремонта покрытия асфальтобетона определяем по формуле (2.1):

 

Qак = 20*2,61×103  = 52200  т.

 

 

Годовая потребность в битуме составит по формуле (2.1):

 

Qб = 20*528,9  = 10578  т.

 

Годовой объем работ  по уплотнению определяем по площади  дорожного полотна по формуле (2.2):

 

Qк= 2*20000*22,5 = 900×103   м2.

 

 

Годовой объем работ  по фрезерованию покрытия при его ремонте

 

,                                          (2.3)

где -ширина покрытия, м;

k – коэффициент учитывающий долю покрытия подлежащего фрезерованию, с учетом разделки трещин покрытия и частичного выравнивания профиля дороги при ремонте значение коэффициента можно принимать в пределах 0,15-0,25.

                    -глубина фрезерования, м.

 

3. Выбор номенклатуры и расчет количества машин

 

В зависимости от условий эксплуатации и величины годовой программы по видам работ выбирают типы машин.

При выполнении землеройно-транспортных работ определяющим фактором является дальность транспортировки грунта. Предельная дальность транспортировки бульдозерами – 0,1 км, прицепными скреперами – 0,5 км, самоходными скреперами – 10 км. При большей дальности транспортировки землеройные работы выполняются экскаваторами или погрузчиками, транспортировка соответственно автомобилями–самосвалами.

Набор грунта самоходным скрепером производится с помощью толкача. При работе экскаваторов и самосвалов в комплект машин включается бульдозер для планировочных работ при отсыпке земляного полотна.

Для снижения коэффициента сопротивления перемещению машин f при транспортировке используется автогрейдер, планирующий дорогу.

При выборе комплекта  машин необходимо учитывать:

– экскаваторами без предварительного рыхления можно разрабатывать грунты до IV категории включительно (число ударов плотномера ДорНИИС до 35);

– разработка грунта скреперами, погрузчиками и автогрейдерами при значении С до 12;

– разработка грунта повышенной влажности и при величине С<1 возможна только экскаваторами;

– вместимость кузова автосамосвала должна превышать вместимость ковша экскаватора в 4–5 раз, а погрузчика в 2–3 раза;

– тяговые усилия толкача и скрепера в килоньютонах выбираются из условия превышения вместимости ковша скрепера в 25–30 раз;

– если по условиям эксплуатации возможно применение экскаватора  и погрузчика, предпочтение отдается погрузчику.

3.1 Выбор машин

С учетом вышеизложенных рекомендаций и исходных данных, указанных в задании, принимаем решение о выборе следующего комплекта машин для обоих участков дороги:

- погрузчики Амкодор 332С для погрузки щебня;

- автосамосвал МАЗ-555102 для перевозки щебня и асфальтобетона;

- автогрейдер ДЗ –  98А для выполнения профилирования дорожного основания;

- самоходный скрепер  МоАЗ-6007 для разработки, транспортирования и отсыпки грунта, с номинальной вместимостью (с шапкой) 14м3;

- пневмокаток для уплотнения грунта МоАЗ – 6442-9890;

- бульдозер Т10М (аналог ДЗ-171) тягового класса 10 для использования в качестве толкача и выполнения планировочных работ.

При ремонте дорожного  покрытия комплект машин принимается  в зависимости от технологии выполняемых работ и расстояния от участка до асфальтобетонного завода.

Для ремонта дорожного  покрытия в комплект машин включены:

- фреза Wirtgen W1900;

- самосвалы МАЗ-555102 для  транспортировки отфрезерованного  гранулята;

- автогудронаторы для транспортировки и разлива битума БЦМ-65;

- асфальтоукладчик Vogele Super 1600-2;

 

Для уплотнения асфальтобетонных покрытий применяют:

- предварительне уплотнение гладковальцовым катком массой 6-8 т (до 6 проходов по одному следу) принимаем Раскат ДУ-96 (7,6 т)

- уплотнение пневмошинным катком (8-10 проходов) принимаем Амкодор 6641 (9,6);

- окончательная укатка  гладковальцовым катком массой 10-18 т (4-6 проходов) принимаем Раскат ДУ-98 (11,5 т)

3.2 Определение режимов работы строительных и дорожных машин

Режим работы машины отражает степень ее загрузки за рассматриваемый период по времени и мощности.

Рабочий режим СДМ по времени  устанавливает распределение рассматриваемого календарного периода на время, в течение которого машина выполняет свои основные или дополнительные функции, имеет перерывы в работе для ТО и ремонта, перебазируется с одного объекта на другой, простаивает по организационным причинам и метеорологическим условиям.

На основе разработанных режимов  выявляется степень использования, определяется производительность машин  и комплексов машин. Для установления норм производительности машин наиболее важными являются режимы применительно к рабочей смене и году.

Время работы машины в течение заданного  периода может быть определено по формуле:

.            (3.1)

 

Сумма дней перерывов  в работе машины по всем причинам, кроме  перерывов для технического обслуживания и текущих ремонтов, определяется по формуле:

,  (3.2)

где  Двых - количество праздничных и выходных дней за год;

Дпб  - дни, затрачиваемые на перебазировку машины в течение года;

Дмет - простои по метеорологическим условиям (принимаются по данным гидрометеослужбы применительно к конкретной температурной зоне, дн.;

Днепред -  непредвиденные перерывы в работе машины, дн.;

Дк.р. - дни пребывания машины в капитальном ремонте.

Для экскаваторов, погрузчиков и бульдозеров неблагоприятными условиями являются дождь, снегопад и низкая температура, а для автогрейдеров, скреперов и катков еще и промерзание грунта.

Средняя продолжительность перебазирования машин составляет 4–6 % общего количества календарных дней без выходных и праздничных дней.

В соответствии с требованиями выполнения курсового  проекта принимаем что отсыпка и уплотнение грунта производятся и в зимний период.

Выполним  расчет дней перерывов для скрепера и пневмокатков согласно рекомендациям[1,2].

Определяем количество дней перерывов для пневмокатков:

Дпер=108+10+18+2+14=152 дня

Определяем количество дней перерывов для скрепера:

Дпер=108+10+18+2+16=154 дня

 

Годовой фонд времени для пневмокатков

Тч=(365-152) ×0,88 ×2×8=2999 час.

Годовой фонд времени  скрепера

Тч=(365-154) ×0,88 ×2×8=2970,9 час.

 

 

Таблица 3.1 - Количество часов работы машин в год.

Машина

Дк

Дп

Дкр

Кти

Тсм, ч

Прох.КР

Без.КР

Тч

Тч

Погрузчик

365

141

12

0,88

8

3153,92

3322,88

Автосамосвал

365

135

21

0,88

8

3238,4

3534,08

Скрепер

365

154

16

0,88

8

2970,88

3196,16

Бульдозер

365

136

20

0,88

8

3224,32

3505,92

Автогрейдер

365

151

12

0,88

8

3013,12

3182,08

Пневмошинные катки

365

152

14

0,88

8

2999,04

3196,16

Автогудронатор

365

222

24

0,88

8

2013,44

2351,36

Асфальтоукладчик

365

222

13

0,88

8

2013,44

2196,48

Гладковальцовые катки 

365

222

9

0,88

8

2013,44

2140,16

Фреза

365

222

13

0,88

8

2013,44

2196,48


 

4 Расчет потребного парка машин

4.1 Расчет производительности машин для строительства дорожного основания

4.1.1 Расчет  годовой  эксплуатационной производительности  погрузчика АМКОДОР 332С

Часовая эксплуатационная производительность погрузчика определяется по формуле:

,                                        (4.1)

где Vk – объем ковша, м3, принимаем Vk = 1,5  м3;

kн – коэффициент наполнения ковша (0,95...1,1), принимаем kн = 1,05;

kр – коэффициент разрыхления материала, принимаем kр = 0,95;

kу – коэффициент, учитывающий условия работы (0,65…0,8), принимаем kу = 0,7;

 

Продолжительность цикла tц учтена хронометражём. Средняя продолжительность цикла при погрузке в транспортные средства  составляет  для Vk = 1,5 м3 15...20 сек. При проведении расчётов для погрузчика данного типа принимаем tц = 18 с.

kи – коэффициент использования погрузчика в течении смены с учётом подачи автосамосвалов, подготовки площадки, передачи смены и возможных простоев (0,7…0,8), принимаем kи = 0,75.

Тогда:

Пэ =

, м3/час.

Годовая эксплуатационная производительность погрузчика определяется по формуле:

 

Пг =  Пэ * Тч,                                                 (4.2)

где Тч – годовой фонд времени с учетом коэффициента сменности.

 

Пг = 174,1 *3322,8=576763 м3/год.

 

 

4.1.2 Расчет   годовой  эксплуатационной  производительности  самосвала МАЗ-555102 для щебня

 

Эксплуатационная производительность определяется по формуле:

 

, м3/час                                  (4.3)

где  m – число рейсов в час;

g – грузоподъёмность  самосвала, g =9,7 т;

       - плотность материала, =2,7 т/м3.

 

      Число рейсов :

 

m = 60/Т = 60/55,7 = 1,077, принимаем m = 1;

где    Т - производительность одного цикла работы самосвала, мин.

 

,                                     (4.4)

где tп – время, необходимое на загрузку самосвала, tп =3 мин;

L – расстояние транспортировки щебня, принимаем что она равна дальности транспортирования асфальтобетона и составляет 20 км;

V1 – cкорость движения груженого самосвала, км/ч;

V2 – скорость  движения порожнего самосвала км/ч;

Проектирование строительства и ремонта автомобильных дорог