Использование укрепленных грунтов, местных материалов и отходов промышленности для строительства дорожных одежд лесных дорог

 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УКРЕПЛЕННЫХ ГРУНТОВ, 

МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ОТХОДОВ 

ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА 

ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД ЛЕСНЫХ ДОРОГ 

 
 

Монография 

 
 
 
 

Под общей редакцией профессора М. Ю. Смирнова 

 
 
 
 
 

 

Йошкар-Ола 

ПГТУ 
2017 

УДК 630:383 
ББК  43.904 

И 88 

 
А в т о р ы :  
М. Ю. Смирнов, А. В. Скрыпников, В. Н. Логачев, Е. В. Чернышова,  
В. С. Логойда, Д. В. Ломакин 
 
Р е ц е н з е н т ы :  
заведующий кафедрой строительства и эксплуатации автомобильных дорог 
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», доктор 
технических наук, профессор В. П. Подольский; 
профессор кафедры тракторов и автомобилей ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет», доктор технических наук В. С. Волков; 
профессор кафедры транспортно-технологических машин и комплексов ФГБОУ 
ВО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия», доктор технических наук Ю. Ф. Казаков 

 
Использование укрепленных грунтов, местных материалов 

и отходов промышленности для строительства дорожных 
одежд лесных дорог: монография / М. Ю. Смирнов, А. В. Скрыпников, В. Н. Логачев; под общ. ред. проф. М. Ю. Смирнова. – 
Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический 
университет, 2017. – 168 с. 
ISBN 978-5-8158-1848-4 

 
В монографии обоснована необходимость решения комплекса взаимосвязанных 

многоэтапных транспортно-производственных задач. Разработана методика прогнозирования различных природно-климатических факторов, позволяющая учесть характер 
распределения температурных значений атмосферы и частоту выпадения осадков, а 
также выявить участки повышенной аварийности (с образованием зимней скользкости). Разработаны предложения по использованию асбестовых отходов, позволяющие 
увеличить прочностные и деформационные свойства дорожных покрытий лесовозных 
автомобильных дорог. Представлена экономико-математическая модель, логистическая структура которой учитывает взаимоотношения элементов процесса: дорога, 
транспорт, склады ГСМ, ремонтно-гаражное хозяйство, с помощью которой могут 
быть установлены области безусловного применения гравийного, железобетонного, 
черногравийного покрытий, асфальтобетона и буферные области, где граничащие виды покрытий взаимозаменяемы по технико-экономическим показателям. Даны рекомендации по определению экономических индикаторов транспортно-эксплуатационной эффективности участков лесовозных автомобильных дорог. 

Для научных, инженерно-технических работников, специалистов, занимаю
щихся строительством и эксплуатацией лесовозных автомобильных дорог и дорог 
общего пользования, а также для аспирантов и магистрантов. 

УДК 630:383 

ББК 43.904 

 
ISBN 978-5-8158-1848-4 
© М. Ю. Смирнов, А. В. Скрыпников, В. Н. Логачев, 
Е. В. Чернышова, В. С. Логойда, Д. В. Ломакин, 2017  
© Поволжский государственный 
технологический университет, 2017 

И 88

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ ........................................................................................... 5 

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................... 7 
 
1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРОИТЕЛЬСТВА, РЕМОНТА  
И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛЕСНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ............ 10 

1.1. Разработка критериев оценки эксплуатационного уровня  

участков лесных автомобильных дорог ....................................... 10 

1.2. Анализ особенностей развития лесотранспортной  

инфраструктуры ............................................................................. 16 

1.3. Проблемы повышения транспортно-эксплуатационных  

качеств лесных автомобильных дорог ......................................... 22 

Выводы по главе 1 ....................................................................................... 25 
 
2. МЕТЕОПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОЯВЛЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ 
ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ, 
ОБУСЛАВЛИВАЮЩИХ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ 
УРОВЕНЬ ЛЕСНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ............................... 26 

2.1. Некоторые статистические характеристики распределения   

природно-климатических факторов ............................................. 26 

Выводы по главе 2 ................................................................................. 60 

 
3. ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ  
ДЛЯ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЛАСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ  
ВИДОВ ПОКРЫТИЙ ................................................................................. 61 

3.1. Информационная база модели ...................................................... 63 
3.2. Области применения видов покрытий лесных   

автомобильных дорог .................................................................... 65 

3.3. Оценка влияния объема производства, района и категории   

местности на области применения видов покрытий ................... 66 

3.4. Влияние расстояния подвозки песка на положение границ   

областей применения видов покрытия ......................................... 67 

3.5. Влияние осевой нагрузки на положение границ областей   

применения видов покрытий ........................................................ 67 

3.6. Влияние расчетного срока службы на области применения   

видов покрытий .............................................................................. 81 

3.7. Влияние расстояния подвозки гравия  

на области применения  видов покрытий .................................... 81 

Выводы по главе 3 .............................................................................. 105 

4. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ  
УКРЕПЛЕННЫХ ГРУНТОВ, МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ  
И ОТХОДОВ  ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА  
ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД ............................................................................ 106 

4.1. Изучение состояния покрытий на местной дороге  

с применением известняков ....................................................... 106 

4.2. Исследование составов для укрепления грунтов  

при строительстве лесных автомобильных дорог  
на основе отходов асбестовых производств ............................. 113 
4.2.1. Анализ структурно-механических свойств асбеста. .... 114 
4.2.2. Изучение реакционной способности асбестов. .............. 116 
4.2.3. Подбор составов смесей. ................................................. 117 

4.3. Исследование отходов промышленности  

для укрепления грунтов .............................................................. 119 

Выводы по главе 4 .............................................................................. 125 

 
5. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ  
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 
ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ 
УЧАСТКОВ ЛЕСНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ........................ 127 

5.1. Оптимизация продолжительности реконструкции участков  

лесных автомобильных дорог .................................................... 127 

5.2. Концепция экономической оценки воздействия  

лесных автомобильных дорог на окружающую среду ............ 131 

5.3. Предложения по оценке результативности мер  

по улучшению условий движения на участках  
лесных автомобильных дорог .................................................... 133 
5.3.1. Определение эффективности мероприятий  

по повышению безопасности движения  
на лесных автомобильных дорогах. ................................ 135 

Выводы по главе 5 .............................................................................. 143 

 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................ 143 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .................................................... 146 

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Фрагменты программ выбора вида покрытия ..... 160 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Фрагменты данных метеостанций ......................... 164 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
Предлагаемая вниманию читателей монография, подготовлен
ная коллективом авторов из двух вузов (Поволжского государственного технологического университета и Воронежского государственного университета инженерных технологий), решает ряд научных 
проблем, связанных с использованием укрепленных грунтов, местных материалов и отходов промышленности для строительства дорожных одежд лесных дорог.  

Проблема дорожного строительства в России (а лесной отрасли 

особенно) всегда была актуальной. И особое значение в этом контексте принадлежит дорожно-строительным материалам, их качеству и дефицитности. Решаемые проблемы расширения использования грунтов, местных материалов и отходов промышленности позволят снять некоторые вопросы при строительстве, ремонте и содержании лесных дорог. 

В первой главе монографии обозначены основные тенденции 

исследований, обусловленные потребностью использования в дорожном строительстве местных материалов невысокой прочности, 
отходов промышленности, укрепленных грунтов. Разработаны критерии оценки эксплуатационного уровня участков лесных автомобильных дорог, рассмотрены проблемы повышения их транспортноэксплуатационных качеств. 

Во второй главе представлены методы метеопрогнозирования 

появления отдельных природно-климатических факторов, приведен 
значительный объем статистических исследований распределения 
природно-климатических факторов в основных районах лесозаготовок Российской Федерации, являющихся информационной составляющей задач оптимального выбора конструкции участков лесных 
автомобильных дорог при их автоматизированном проектировании. 

В третьей главе разработана экономико-математическая модель 

для определения рациональных областей применения различных 
видов покрытий автомобильных дорог. Изучено влияние объема 
производства, района и категории местности, расстояний подвозки 
грунтов и дорожно-строительных материалов, эксплуатируемых 

транспортных средств на положение областей применения видов 
дорожных покрытий. 

В четвертой главе приведены результаты исследований исполь
зования укрепленных грунтов, местных материалов и отходов промышленности для строительства дорожных одежд, рассмотрены 
возможности использования отходов местных производств для 
укрепления грунтов и низкопрочных каменных материалов. 

В пятой главе представлены аналитические зависимости для 

определения экономических показателей транспортно-эксплуатационной эффективности участков лесных автомобильных дорог, оптимизации продолжительности реконструкции участков дорог, воздействия их на окружающую среду, эффективности мероприятий по 
повышению безопасности движения на автомобильных дорогах. 

Представленные разработки способствуют совершенствованию 

подготовки высококвалифицированных специалистов для лесной 
отрасли, дают необходимую информацию для организации и управления лесопромышленными предприятиями. Результаты исследований позволяют организовать производственную деятельность лесопромышленного производства в современных рыночных условиях. 

Авторы надеются, что данная работа будет полезна также науч
но-техническим работникам, специалистам, занимающимся строительством и эксплуатацией автомобильных дорог лесного комплекса, преподавателям вузов, аспирантам, студентам. 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 

В настоящее время лесоперерабатывающие предприятия ис
пользуют лесной фонд всего лишь на 21 %. Одна из главных причин 
низкого уровня использования потенциала отрасли – недоступность 
лесосырьевых ресурсов. Освоение лесных богатств и поддержание 
конкурентоспособности лесного бизнеса в целом бессмысленно и 
невозможно без серьёзной программы развития транспортной инфраструктуры.  

Деградация и ускоренное старение дорожных конструкций в 

условиях быстрого роста транспортных нагрузок на дорожную сеть 
и несоответствие темпов проведения ремонтных работ по модернизации дорог является одной из причин низкого эксплуатационного 
уровня участков лесных автомобильных дорог.  

Обеспечение необходимого эксплуатационного уровня участков 

лесных автомобильных дорог при одновременном поддержании их 
транспортно-эксплуатационных качеств на высоком уровне на обозримую перспективу ставит перед исследователями, занимающимися решением данных актуальных вопросов, основную стратегическую задачу – повышение сроков службы, транспортно-эксплуатационных качеств дорог за счёт эффективной организации ресурсного 
обеспечения дорожно-строительного производства в условиях ограниченных ресурсов. 

В трудах проф. В. И. Алябьева, В. Н. Андреева, Б. A. Ильина, 

А. Н. Заикина, Б. И. Кувалдина, В. К. Курьянова, И. И. Леоновича, 
Э. О. Салминена заложены теоретические основы освоения лесосырьевых баз лесозаготовительных предприятий. Однако вопросы по 
внедрению инновационных средств малой механизации рассмотрены все же в недостаточной степени. 

Исследования в области организации строительства, ремонта и 

содержания лесных автомобильных дорог Л. В. Гончаровой, 
И. И. Леоновича, А. А. Камусина, Д. М. Левушкина, В. К. Некрасова, 
Г. А. Федотова, Я. В. Хомяка, Н. А. Яндловского позволили определить, что дорожно-строительное производство имеет случайный, то 
есть вероятностный характер. В то же время авторы не учитывают, 

что с точки зрения использования ресурсов дорожно-строительный 
процесс может оказаться неэкономичным и что реализовать проект в 
назначенные сроки практически невозможно. 

И. А. Золотарь, В. К. Курьянов, А. В. Скрыпников доказали, что 

частота потребления ресурсов в процессе строительства, ремонта и 
эксплуатации участков лесных автомобильных дорог является случайной величиной, на которую огромное влияние оказывает большое количество различных факторов. К сожалению, авторы не учитывают влияния некоторых из них с помощью величин весовых коэффициентов на ход строительства, ремонта и содержания участков 
лесных автомобильных дорог. 

В работах ученых И. Е. Закурдаева, В. К. Некрасова и других 

авторов основное внимание направлено на изучение состояния дорог 
и безопасности движения в различных регионах России в сложных 
погодно-климатических условиях. В то же время следует подчеркнуть, что в этих работах отсутствуют данные о характере распределения температурных значений атмосферы с учетом зональности 
территорий, а также частоты выпадения осадков, значимые для информационной составляющей задач оптимального выбора при автоматизированном проектировании участков лесовозных автомобильных дорог. 

Совершенствованию математических методов оптимизации 

проектных решений, разработке новых оптимизационных алгоритмов посвящены труды Б. А. Ильина, И. И. Леоновича, Н. П. Вырко, 
Б. И. Кувалдина, Э. О. Салминена, Г. Л. Козинова, М. Ю. Смирнова, 
Ю. Д. Силукова. Однако необходимо отметить, что требуются продолжение и существенное развитие этих исследований в данном 
направлении, а также поиск эффективных путей повышения качества проектных решений. 

В работах В. К. Курьянова, В. В. Никитина, А. В. Скрыпникова 

предложено использовать методы имитационного моделирования 
при решении вопросов организации строительства, ремонта и эксплуатации участков дорог. Авторы дают рекомендации по обеспечению функционирования дорожно-строительного потока с заданным 
уровнем надежности в условиях вероятностного характера дорожно

строительного производства. Однако при этом оказываются не учтены различные природно-климатические и производственные условия при использовании одного из законов теории вероятности применительно к одному и тому же виду работ. 

Поэтому дальнейшее повышение эффективности дорожно
строительного производства непосредственно связано с усовершенствованием методик по строительству, ремонту, содержанию дорог и 
координации работ, позволяющих определять вероятностные характеристики строительного производства.  

Поиск новых, эффективных строительных решений потребо
вал существенного развития и продолжения изысканий по этому 
вопросу. 

 
 

1  

АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ 
СТРОИТЕЛЬСТВА, РЕМОНТА 
И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛЕСНЫХ 
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ 

 

1.1. Разработка критериев оценки  

эксплуатационного уровня участков лесных автомобильных дорог  

Квалиметрия определила ключевые операции для оценки каче
ства проектных решений: формулировка цели оценки и перечня критериев с помощью классификации свойств объектов, а также создание способов определения критериев, выбор основ оценки и способов определения базовых показателей. 

При создании любого проекта необходима его оценка. При этом 

разрабатываемый проект должен соответствовать необходимым требованиям – удовлетворять энергетическому, экологическому, эргономическому, технико-экономическому и ряду других критериев. 

Учеными В. В. Сильяновым [92, 93], А. К. Бирулей [15-17], 

В. Ф. Бабковым [11, 12], В. К. Некрасовым [68-69] и другими отечественными и зарубежными исследователями предложена классификация транспортно-эксплуатационных свойств автомобильных дорог, на основе которой разработаны методы определения показателей критериев: 

 1 группа – основные транспортные характеристики дороги, а 

именно: интенсивность движения, скорость и т.д.; 

 2 группа – основные эксплуатационные характеристики до
рожного покрытия: шероховатость и ровность дорожного покрытия, 
коэффициент сцепления, прочность и т.д.; 

 3 группа – относительная аварийность, коэффициент без
опасности, срок службы дороги, расстояние видимости, надежность, 
проезжаемость; 

 4 группа – потери от ДТП, себестоимость перевозок. 
Однако данные методы не всегда применимы при оценке про
ектных решений лесных автомобильных дорог (ЛАД). Их эффективность проявляется в проектах дорог большой протяженности, при 
сравнении вариантов дорог. При этом основные показатели определяют по универсальным зависимостям. Но иногда при оптимизации 
дорожных сетей приведенные выше показатели могут привести к 
неверному результату. При сравнении варианта с большим количеством попикетных коэффициентов аварийности с вариантом с 
меньшим количеством попикетных коэффициентов аварийности результат будет не в пользу первого. Аналогично неверное решение 
может получиться при свертке экологических или эргономических 
показателей, скорости. 

Некоторые исследователи предлагают оценивать качество про
ектных решений ЛАД по эпюрам транспортно-эксплуатационных 
показателей. Например, Н. Ф. Хорошилов [126, 127] предлагает использовать эпюры скорости, В. Ф. Бабков [12] обосновывает использование эпюр коэффициентов безопасности или аварийности. 
В. В. Сильянов [93] предлагает оценивать качество проектных решений по эпюрам пропускной способности или уровней загрузки дороги, а А. П. Васильев [18] использует эпюры расчетной скорости для 
разных периодов года. 

Оценка проектных решений с помощью эпюр позволяет опре
делить неблагоприятные участки дороги по пикам соответствующих 
показателей, не соответствующих нормативным значениям. 

Таким образом, авторами предлагается оценивать качество про
ектных решений лесных автомобильных дорог с помощью интегральных и дифференциальных критериев оценки. К интегральным 
критериям относятся: совокупный расход топлива лесовозных автопоездов, технико-экономические и экологические показатели (эффективность капитальных вложений, эмиссия токсичных веществ и 
т.д.). Дифференциальными критериями являются показатели, отне

сенные к одному пикету: эпюры себестоимости перевозок лесопродукции, эпюры скорости, расхода топлива, концентрации токсичных 
веществ [105]. 

Можно выделить представленные ниже этапы, характеризую
щие систему разработки условий оптимизации проектов и научноисследовательские основы формирования эксплуатационного уровня 
лесных автомобильных дорог. 

На первом этапе развиваются элементы подсистемы «дорога
автомобиль». При соблюдении требований строительных норм и 
правил к элементам дороги (ширина дороги и полосы движения, радиусы плана и продольного профиля, продольный уклон подъёмов и 
спусков и т.п.) качество проектных решений оценивается на основе 
аналитических зависимостей движения автомобиля с требуемой скоростью.  

В работах А. К. Бируля [16], В. Ф. Бабкова [11], Г. Д. Дубелира 

[33], А. Е. Чудакова [131] нормируются компоненты дорог на основе 
аналитических зависимостей движения автомобиля с требуемой скоростью. При таком решении обеспеченная расчетная скорость является 
основным 
элементом 
при 
квалиметрии 
транспортно
эксплуатационного уровня участков ЛАД. По методу Н. Ф. Хорошилова [127] для оценки проектных решений используются основные 
характеристики движения: время и скорость движения транспортной 
единицы при максимальном использовании мощностной компоненты двигателя. 

На втором этапе развиваются элементы системы «дорога
транспортные потоки». Движение автомобилей рассматривается не с 
точки зрения отдельной транспортной единицы с ее тяговоскоростными характеристиками, а как массовый процесс. Развивается теория транспортных потоков. Исследованиями в этом направлении занимались такие ученые, как В. Ф. Бабков [11], А. К. Бируля 
[15, 17], В. В. Сильянов [92], Я. А. Калужский [50]. В монографиях 
Ф. Хейта [124] и В. В. Сильянова [92] проведен подробный математический анализ моделей транспортных потоков с классификацией 
моделей и анализом их области применения.