6.7.3 Порядок измерения прочности дорожных одежд

Инструментальные измерения прочности дорожных одежд производят на тех участках, где ровность покрытия не отвечает нормативным требованиям. В процессе визуальной оценки состояния покрытия выделяют однотипные участки длиной 100 … 1000 м, границы которых назначают по однотипным или близким дефектам. Внутри каждого участка назначают частные участки с практически одинаковым состоянием дорожной одежды.

При проведении оценки прочности используют различные варианты полевых испытаний дорожных одежд нагрузкой:

• только в расчетный период;

• только в нерасчетные периоды года;

• непрерывные – в расчетный и нерасчетный периоды года;

• комбинированный метод, при котором линейные испытания проводят в нерасчетные периоды года, а контрольные испытания – непрерывно в течение всего периода испытаний.

Вариант испытаний выбирают по технико-экономическим соображениям в зависимости от задач обследования, наличия оборудования, объемов и сроков выполнения работ.

Испытания в расчетный период при значительном протяжении обследуемого участка (более 20 км) необходимо начинать с южного или западного его конца. Измерения прочности начинают с испытания дорожных конструкций на контрольных точках (точка в таком месте на покрытии, где состояние его по видам дефектов является характерным для данного участка).

Контрольные испытания в расчетные (весенние) периоды года должны быть начаты за 7 – 10 дней до обычного срока оттаивания земляного полотна и продолжены в течение всего периода наибольшего ослабления дорожной конструкции. Ориентировочно продолжительность расчетного периода T_р, сут, в районах с сезонным промерзанием грунта земляного полотна определяют по формуле

где h – глубина промерзания грунта, см;

а – среднесуточная скорость оттаивания, обычно а = 1 … 3 см/сут.

На каждой контрольной точке испытание проводят через день с 14.00 до 17.00. Общий период испытания на каждой конкретной точке – не менее 30 дней.

Контрольные испытания осуществляют методом статического нагружения колесом автомобиля.

Результаты испытаний приводят к расчетной нагрузке по формуле, справедливой при значении коэффициента Пуассона дорожной конструкции μ = 0 3:

где Е_а – модуль упругости дорожной конструкции при воздействии расчетной нагрузки, МПа (нагрузка на колесо – 50 кН, удельное давление колеса на покрытие 0,6 МПа);

К_а – коэффициент равный К_а = 0,36 МПа· см/кН;

Q_k – нагрузка на колесо используемого автомобиля, кН;

l – значение измеренного обратимого прогиба, см.

Для измерении я обратимых прогибов используют рычажный прогибомер модели КП-204.

Линейные испытания дорожных одежд проводят методом кратковременного нагружения установкой динамического нагружения типа УДН-НК конструкции МАДИ или типа ДИНА-3М равномерно по полосе наката (2 … 1,5 м от кромки покрытия) в объеме:

• 20 испытаний на каждом километровом отрезке характерного участка и на каждом отрезке характерного участка длиной менее 1 км при расчетном уровне надежности дорожной одежды 0,85 … 0,90;

• 28 испытаний при уровне надежности 0,95;

• 12 испытаний при уровне надежности 0,75 … 0,80;

• 10 испытаний при уровне надежности 0,5 … 0,6.

Особенностью испытаний в нерасчетный период года является то, что на каждой контрольной точке проводят одноразовое испытание с одновременным измерением температуры покрытия и влажности земляного полотна непосредственно у кромки проезжей части в скважине или шурфе, отрытом напротив контрольной точки.

Результаты испытаний, выполненных в нерасчетные периоды года, приводят к расчетному через коэффициент приведения К_Е, полученный путем сравнения результатов испытаний на контрольных точках в расчетный и нерасчетный периоды года:

где и– модуль упругости дорожной одежды на контрольной точке в расчетный и нерасчетный период года соответственно.

Тогда полученный в нерасчетный период в любой точке фактический модуль упругости, МПа:

Е_ф = К_ЕЕ_N.

Рассмотренные методы испытаний для оценки прочности дорожных одежд дают результаты, характеризующие фактическую прочность дорожной одежды, только в случае их проведения в расчетный период наибольшего ослабления дорожной одежды после оттаивания верхней части земляного полотна. Этот период длится обычно не более нескольких суток и уловить его очень трудно. Поэтому во многих случаях существующие методы визуальной оценки прочности дорожных одежд дают результаты, не уступающие по достоверности инструментальным измерениям.

Определенный по данным измерения модуль упругости записывают в линейный график дорожной одежды. Затем вычисляют коэффициент запаса прочности дорожной одежды

k_з = Е_ф/Е_тр,

где Е_ф – фактический эквивалентный модуль упругости, показывающий фактическую прочность дорожной одежды;

Е_тр – требуемый эквивалентный модуль упругости, характеризующий требуемую по фактическому составу и интенсивности движения прочность дорожной одежды.

По значению k_з рассчитывают необходимое усиление дорожной одежды, при этом выделяют участки с k_з>1, k_з=1, k_з< 1. Для каждого участка проверяют уменьшение коэффициента запаса прочности дорожной одежды, определяя изменение грузонапряженности дороги по сравнению с предусмотренной по проекту.

Линейный график прочности дорожной одежды:

1 - асфальтобетон; 2 - мостовая; 3 - щебень; 4 - песок; 5 - требуемый модуль упругости, мПа; 6 - эквивалентный модуль упругости существующей дорожной одежды, мПа; 7 - эпюра прочности проектируемой дорожной одежды, мПа; 8 - аварийный участок и количество ДТП за последний год

6.7.4 Измерение ровности дорожных одежд

Наряду с прочностью дорожной одежды состояние дорожного покрытия оценивают по его ровности, сцепным качествам и шероховатости. Для измерения ровности покрытия наиболее часто применяют толчкомер.

Толчкомер ТЭД-2М:

1 датчик; 2 ось; 3 муфта прямого и обратного хода; 4 обтюратор; 5 пружина; 6корпус прибора; 7 приводной барабан; 8 отверстие в днище кузова; 9 трос; 10 задний мост автомобиля

Толчкомер ТЭД-2М состоит из двух основных узлов: механической части датчика импульсов и электронного счетчика импульсов с таймером в блоке дистанционного управления.

Толчкомер устанавливают в кузове автомобиля над задним мостом. Толчкомер состоит из вертикальной зубчатой рейки, снизу соединенной через шаровой шарнир с крепежной деталью на кожухе дифференциала. Рейки находятся в зацеплении с зубчатым колесом, которое через храповую муфту передает движение счетчику. Счетчик благодаря храповой муфте двигается в одну сторону и регистрирует сумму сжатий рессор. Показания толчкомера зависят от состояния покрытия, скорости движения, нагрузки и типа автомобиля, а также типа шин я давления в шинах. С целью стандартизации испытания ведут толчкомером при скорости движения 50 км/ч. Автомобиль загружается грузом 130 кг на заднее сиденье.

По полученным данным строится линейный график ровности покрытия.

Этот график является основой для выбора мероприятий по улучшению ровности. На графике дается качественная оценка ровности дорожного покрытия в соответствии с рекомендациями (см. таблицу), составленными для скорости 60 км/ч.

6.7.5 Оценка характера и выявление причин образования колеи

Для обоснования видов ремонта и определения состава и объемов работ выявляются причины образования колеи на каждом характерном участке.

Колея образуется в результате интенсивного движения транспортных средств при высокой температуре воздуха и покрытия летом и при повышенной влажности грунтов земляного полотна весной; недостаточной сдвигоустойчивости слоев асфальтобетонного покрытия или основания, а также грунтов активной зоны земляного полотна.

Накопление остаточных деформаций и структурных разрушений может происходить в одном или сразу в нескольких слоях дорожной конструкции. Верхний слой покрытия расположен в зоне максимальных температурных воздействий и воспринимает наибольшую нагрузку от колес транспорта. Поэтому он подвергается деформациям в наибольшей степени и чаще других является причиной образования колеи.

Колея может быть образована в результате деформирования поперечного профиля проезжей части в виде углублений по полосам наката с гребнями или без гребней выпора. Полная глубина колеи складывается из высоты выпора и глубины впадины.

1 – середина одной полосы движения; 2 – гребень выпора колеи; 3 – основание колеи (дно); 4 – проектная поверхность покрытия; 5 – граница полосы движения; В_к – ширина колеи; Н_к – полная глубина колеи (Н_к = h_у + h_г); h_у – глубина впадины (углубления); h_г – высота гребня выпора

Полевые работы по обследованию участков с колеей наиболее целесообразно проводить в конце лета или начале осени, после прекращения высоких летних температур. Полевые обследования выполняют в 2 этапа: визуальные и инструментальные обследования.

Визуальные обследования проводят из автомобиля со скоростью не более 20 км/ч или пешком. На каждом участке определяют:

- интенсивность и состав движения;

- состояние покрытия;

- состояние обочин;

- состояние водопропускных сооружений и земляного полотна.

При описании внешнего характера колеи должны быть отражены следующие данные:

- сведения общего характера;

- форма и очертание краев колеи (выраженные или сглаженные);

- наличие гребней выпора и их характер;

- глубина колеи (малая – менее 20 мм, средняя – 20 … 40 мм, глубокая – более 40 мм);

- ширина колеи;

- наличие пластических деформаций или признаков истирания материалов;

- виды дефектов на поверхности покрытия;

- неоднородность цвета и количество компонентов на поверхности (пятна битума, недостаток вяжущего, выступание щебня, избыток песка и т. д.);

- динамика развития колеи (быстро или медленно);

- состояние покрытия вокруг колеи (сетка трещин, наплывы, шелушение и т. д.);

- пикетное положение и протяженность участка с колеей, направление движения и номер полосы.

По данным визуального обследования составляют предварительное заключение о состоянии участка дороги и причинах образования колеи. В заключении указывают намеченные методы ликвидации колеи.

Если причина образования колеи не может быть однозначно установлена при визуальном обследовании, назначают инструментальные обследования, в процессе которых устанавливают:

- геометрические параметры колеи (глубина и ширина колеи, высота и ширина гребней выпора);

- геометрические параметры дороги (ширина ПЧ, число полос движения, ширина обочины и т. д.);

- ровность дорожных покрытий;

- сцепление покрытий с колесом автомобиля;

- прочность дорожной одежды.

6.7.6 Оценка сцепных качеств покрытия

Основой характеристикой скользкости дорожных покрытий является коэффициент сцепления. Коэффициент сцепления определяют с помощью динамометрических тележек или портативных приборов. При отсутствии динамометрических прицепов степень скользкости покрытия оценивают методом торможения автомобиля на мокрых покрытиях. В этом случае коэффициент сцепления вычисляют по длине тормозного пути

где v – начальная скорость торможения, км/ч;

S_т – длина тормозного пути, м.

Измерения тормозного пути выполняют на прямых горизонтальных участках дороги при отсутствии сильного ветра и закрытии движения на участках измерения.

Шероховатость поверхности дорожного покрытия измеряют методом песчаного пятна или портативными микропрофилографами. Метод песчаного пятна заключается в распределении на поверхности покрытия определенного объема песка (10 – 30 см³) с размером частиц 0,15 – 0,30 мм. Песок распределяют вровень с поверхностью отдельных выступов покрытия, придавая песчаному пятну форму правильного круга.

По измеренному диаметру пятна D и объему песка V вычисляют среднюю глубину шероховатости

Для безопасного движения на участках дорог с большими уклонами средняя глубина шероховатости должна быть не менее следующих значений:

На участках дорог с продольными уклонами до 30‰ шероховатость оценивается следующим образом:

6.7.7 Обследование состояния земляного полотна и водоотвода

Геометрические размеры земляного полотна и отвод воды с проезжей части оказывают большое влияние на безопасность и режим движения.

Работы по обследованию земляного полотна включают сбор данных о состоянии обочин, откосов и водоотвода. Особое внимание уделяется участкам, подверженным пучинообразованию. Полученные данные сопоставляют с общими требованиями, установленными нормативными документами.

Правильность геометрического очертания земляного полотна оценивают на каждом пикете и плюсовых точках, снимая поперечный профиль на 20 м от оси дороги в каждую сторону. Поперечники вычерчивают в масштабе 1:100 и указывают уклоны проезжей части, обочин и крутизны откосов.

При обследовании обочин определяют их ширину, поперечный уклон, ровность, разность отметок кромки проезжей части и обочины, степень обеспечения водоотвода, степень уплотнения, наличие укрепления. Результаты обследования сводят в ведомость и заносят в линейный график дороги.

При анализе грунта земляного полотна определяют гранулометрический состав, физико-механические характеристики и степень уплотнения грунта, абсолютную и относительную влажность. Обследование проводится в два этапа: полевой и лабораторный. При полевых обследованиях осуществляют визуальный осмотр грунтов земляного полотна на обочинах и откосах, производят отбор проб грунта. В лаборатории определяют гранулометрический состав грунта, его влажность, оценивают степень уплотнения грунта. Грунты обследуют во всех характерных местах продольного профиля и на пучинистых участках, на которых бурят скважины.

По полученным данным строят линейный график прочности грунтов земляного полотна по всей длине обследуемой дороги.

Во время оценки водоотвода проверяют:

- возвышение бровки земляного полотна над источниками увлажнения;

- состояние боковых и нагорных канав;

- состояние дренажных устройств и водопропускных сооружений.

Рекомендуется обследовать водоотвод сразу после сильного дождя. Обследование выполняют в основном визуально при обходе или проезде на автомобиле с малой скоростью, при съемке геометрических параметров водоотводных сооружений используют геодезические приборы.

На основе выполненных обследований разрабатывают мероприятия по повышению устойчивости земляного полотна, ликвидации пучинистых мест, обеспечению возможности безопасного съезда автомобиля с дороги.

6.7.8 Оценка архитектурных качеств дороги и обслуживания проезжающих

Под архитектурными качествами дороги понимают:

- соблюдение требований к сочетанию элементов трассы в пространстве в отношении ее плавности и ясности направления для водителя, удобства и безопасности движения;

- создание систем зрительных ориентиров, которые позволяют водителям предвидеть на большом расстоянии изменение направления дороги и дорожных условий, выбрать безопасный режим движения;

- вписывание дороги и всех ее элементов в ландшафт для улучшения удобства движения;

- дополнение и улучшение ландшафта озеленением, оборудование и оформлением дороги.

Дорожный ландшафт должен быть разнообразным, чтобы предупредить появление «дорожного гипноза», при котором резко снижается активность водителя и появляется сонное состояние.

Обычно участки дороги отличаются своими архитектурными качествами, в связи с чем все протяжение дороги разделяют на участки с едиными архитектурными качествами. Эти участки называются архитектурными бассейнами. Границами архитектурных бассейнов являются:

- заметные выпуклые переломы продольного профиля;

- границы разных ландшафтов, совпадающие с населенными пунктами или мостовыми переходами;

- отдельные глубокие выемки;

- крупные мостовые переходы;

- резкие повороты трассы в плане.

Длина архитектурных бассейнов составляет:

- 10 – 16 км – для дорог I категории;

- 8 – 10 км – для дорог II – III категории;

- 6 – 8 км – для дорогIV – V категории.

При обследовании дорог с точки зрения ее архитектурно-ландшафтных качеств оценивают:

- трассу дороги и поперечные профили земляного полотна;

- размещение и состояние монументального оформления дороги;

- состояние и внешний вид мостовых переходов, путепроводов и пересечений в разных уровнях;

- состояние и внешний вид зданий и сооружений дорожной службы, обслуживания движения, их размещение;

- декоративные качества озеленения в придорожной полосе шириной 50 м в каждую сторону;

- снегозащитные, пескозащитные и укрепительные качества озеленения.

Основным документом оценки архитектурно-ландшафтных качеств дороги является линейный график архитектурного состояния. Анализ этого графика в сочетании с визуальным осмотром позволяет установить недостатки архитектурного плана и наметить необходимые мероприятия.

Оценка обслуживания проезжающих по дороге заключается в установления наличия автобусных остановок, стоянок, площадок отдыха, мотелей, автозаправочных станций и т. д. и их оборудования.

Потребное число мест для стоянки автомобилей возле мотелей, в которых имеется m_ф посадочных или спальных мест, определяют по формуле Н. П. Орнатского

где β – коэффициент запаса (1,06 – 1,20);

T – период работы предприятия, ч;

α – средняя загрузка автомобилей каждого типа людьми;

δ – показатель у4чета местной клиентуры, т.е. доля клиентуры, не пользующейся в данный момент автомобилем;

t – суммарная длительность периода наибольшей загрузки предприятия, ч.

Площадки отдыха на дорогах общего пользования устраивают через 8 – 25 км, но не ближе 10 км от крупных городов, областных и республиканских центров. Среднее расстояние между площадками отдыха (км) может быть также определено по формуле Н. П. Орнатского

где v_р – расчетная скорость движения, км/ч;

q – среднее число мест на стоянке площадки отдыха;

N_с – среднегодовая интенсивность движения, авт/сут.;

t – средняя продолжительность пребывания автомобилей на стоянке, ч.

Обследуется также расположение и оборудование остановок. Оборудование остановок зависит от количества пассажиров, пользующихся данной остановкой. Количество пассажиров определяется по формуле

П = А/Т,

где А – суточное количество пассажиров, пользующихся данной остановкой;

Т – среднее число проходящих в сутки автобусов.

При П = 1 – 2 чел. Рекомендуется ограничиться установкой скамьи; 3 – 5 чел. - навес, а более 5 – автопавильон.

Комплексное обследование архитектурных качеств дороги и уровня обслуживания проезжающих позволяет разработать наиболее эффективные мероприятия по повышению удобства движения, а также качества обслуживания проезжающих.

2. Оценка инженерного обустройства автомобильных дорог

Инженерное обустройство – это комплекс средств, обеспечивающих организацию и безопасность движения. Этот комплекс включает:

- дорожные знаки;

- разметку проезжей части;

- указатели направления движения;

- ограждения и направляющие столбики.

При оценке инженерного оборудования дорог работы выполняют в 3 этапа:

- сбор данных по фактическому инженерному оборудованию;

- камеральная обработка наблюдений и разработка усовершенствованной схемы инженерного оборудования с использованием линейных графиков скоростей движения, коэффициентов аварийности и безопасности;

- анализ собранных данных и разработка рекомендаций после повторного проезда по дороге.

Данные о фактической расстановке дорожных знаков собирают либо в процессе изысканий, либо при проезде на автомобиле со скоростью 40 – 50 км/ч. При этом оценивают их видимость, особенно в ночное время при освещении фарами автомобиля. Все полевые записи оформляют в виде линейного графика. Наличие такого графика позволяет разработать рекомендации по совершенствованию расстановки знаков с учетом условий, сложившихся на дороге. Дорожные знаки располагают в местах, где они привлекают к себе внимание водителя. Они должны быть видны на расстоянии, достаточном для принятия решения и маневра, обеспечивающего безопасность движения. Количество знаков должно быть минимальным и определяться строгой необходимостью, так как неправильная случайная установка нескольких знаков приводит к тому, что водители перестают уделять должное внимание остальным знакам.

При обследовании ограждений устанавливают их тип, состояние, длину, степень соответствия принятых конструкций ограждений и их расположение требованиям БД. Полученные данные наносят на линейный график дороги. Исследования показали, что для обеспечения максимальной БД конструкция и расположение ограждений должны отвечать следующим требованиям:

- обладать достаточной прочностью для удержания автомобиля;

- наносить минимальные, легко поддающиеся устранению повреждения наехавшим автомобилям и ограждениям;

- плавно замедлять и исправлять траекторию движения автомобиля, не отбрасывая его на проезжую часть;

- не ограничивать видимость, служить хорошим зрительным ориентиром в различное время суток;

- соответствовать требованиям технической эстетики;

- не препятствовать восприятию водителем других объектов информации;

- привлекать к себе внимание водителя и предупреждать его об опасном месте;

- не затруднять работы по ремонту и содержанию дороги и т. д.

Ориентирующие столбики (направляющие) предназначены для ориентирования водителя ночью. Конструкция столбиков должна быть такой, чтобы не наносить повреждений автомобилю при наезде на них.

Данные о существующей разметке проезжей части фиксируют на линейном графике. Разметка проезжей части должна четко ориентировать водителя о выборе траектории движения и обязательно соответствовать требованиям установленных дорожных знаков.

Все разработанные рекомендации по инженерному оборудованию дороги оформляют в виде альбома, который согласуется с представителями ГАИ.

6.8ОЦЕНКА РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ПОТОКОВ АВТОМОБИЛЕЙ

2. Учет и анализ интенсивности движения.

Данные об интенсивности и составе движения, а также о пропускной способности дороги имеют большое значение для разработки мероприятий по повышению транспортно-эксплуатационных качеств дороги.

Дорожно-эксплуатационные организации ведут постоянный учет интенсивности и состава движения на дорогах. Для этого организована сеть специальных учетных пунктов. Кроме сбора данных ведут выборочный учет движения, основными задачами которого являются:

- установление соотношения между расчетной часовой и среднегодовой суточной интенсивностью движения;

- определение коэффициентов сезонной неравномерности;

- установление распределения интенсивности движения по направлениям в транспортных узлах;

- выявление структуры грузоперевозок, средней дальности транспортирования грузов и пассажиров, технико-эксплуатационных показателей автомобильного парка для расчетов экономической эффективности работ по капитальному ремонту или реконструкции, решение вопросов работоспособности дорожных одежд и др.

Места расположения учетных пунктов выбирают в местах возможного изменения интенсивности и состава движения. Такими местами могут быть:

- начало и конец дороги;

- наиболее крупные населенные пункты;

- места отдыха;

- места примыкания и пересечения с дорогами, категория которых не ниже категории обследуемой дороги.

Помимо суточной интенсивности определяют и часовую. С учетом этих данных строят график изменения интенсивности движения в течение суток.

На основе анализа данных постоянных пунктов по интенсивности пунктов по интенсивности движения и результатов выборочного учета строят линейный график изменения интенсивности движения вдоль дороги.

На основе результатов учета движения наряду с опросом водителей определяют:

- интенсивность и состав движения;

- коэффициент часовой неравномерности;

- протяжение маршрутов следования автомобилей;

- среднюю дальность перевозки грузов и коэффициента использования пробега и грузоподъемности автомобилей (по моделям автомобилей) (L, β_i,γ_i).

Среднюю дальность перевозки грузов определяют по формуле

где l_i – дальность перевозки груза каждым из автомобилей, вычисленная с использованием данных о маршруте следования, км;

n_г – общее количество груженных автомобилей в потоке.

Коэффициента использования пробега – по формуле

n_гi –количество автомобилей, идущих с грузом;

n_i – общее количество автомобилей данной модели, прошедших через учетный пункт.

Коэффициент использования грузоподъемности автомобилей для каждой из моделей определяют по формуле

где q_i –количество груза, перевозимого каждым автомобилем данной модели, т;

n_i – общее количество автомобилей данной модели, прошедших через учетный пункт;

Г_i – номинальная грузоподъемность автомобиля, т.

Основной задачей учета и анализа данных по интенсивности движения является определение перспективной интенсивности движения. Сроки расчетной перспективы принимаются следующими:

- при разработке мероприятий по организации движения – 5 лет;

- при проектировании дорожных одежд в зависимости от их типа и срока службы – 5 или 10 лет;

- при проектировании элементов плана трассы, продольного и поперечного профилей дорог с учетом ее развития – 25 лет.

В зависимости от сроков расчетной перспективы используют следующие формулы:

- при краткосрочных прогнозах (5 – 10 лет) – уравнение сложных процентов

где N₀ – начальная интенсивность;

t – количество лет до срока перспективы;

p – принятый темп прироста интенсивности движения, определяемый по данным учетных пунктов за последние 10 – 15 лет;

- при долгосрочных прогнозах (свыше 10 лет) – уравнение логистической кривой

где P – пропускная способность рассматриваемого участка дороги;

а, b, c – постоянные, зависящие от района проложения дороги;

t – период прогнозирования, годы.