Реконструкция автомобильных дорог

По расположению в пределах полосы движения различают колею внутреннюю (слева по направлению движения) и внешнюю (справа по направлению движения).

Колейность не позволяет обеспечить расчетные скорости и всегда представляет опасность для движения автомобилей, особенно при неблагоприятных погодных условиях.

Если в колее накапливается вода то происходит снижение сцепных качеств покрытия, создаются предпосылки для аквапланирования, что приводит к потере управляемости автомобиля. Глубокая колея затрудняет маневры автомобиля при обгоне, вызывает поперечное скольжение, боковые колебания, потерю устойчивости при выезде из колеи, что нередко является причиной ДТП.

Колейность (поперечные неровности) чаще всего образуется на нежестких дорожных одеждах: гравийных, щебеночных, на покрытиях из асфальтобетона, других битумоминеральных смесей.

На цементобетонных дорожных одеждах и других, относящихся к жестким одеждам, формирование колеи происходит за счет истирания покрытия при многократном воздействии на него расчетных (тяжелых) автомобилей.

Для разработки эффективных методов ликвидации уже имеющихся колей на дорогах, предупреждения их образования, а также для прогноза динамики развития колеи необходимо знать причины и механизм ее формирования.

Теоретические положения причин колееобразования изложены в работах А.К.Бируля, В.Д.Казарновского, В.П.Васильева других видных ученых. По мнению проф. Васильева, образование колеи - результат «… неравномерного износа и накопления пластических деформаций в покрытии, а также остаточных деформаций в слоях дорожной одежды и земляного полотна, происходящих при многократном воздействии колес автотранспортных средств» [24].

Образование колеи, как правило, связывают с неблагоприятным сочетанием двух групп факторов: внешних и внутренних. К внешним факторам относятся воздействие нагрузки от транспортных средств, климатические условия (температура воздуха, солнечная радиация, влажность и др.), к внутренним - физико-механические свойства материала слоев дорожной одежды и грунта земляного полотна, определяющие сдвигоустойчивость слоев (коэффициент внутреннего трения, сцепление, модуль упругости и пр).

Характер и причины образования колей, а также динамика их развития существенно различаются по периодам года.

В летний период при высоких температурах пластичность асфальтобетона повышается и при действии нагрузок от транспортных средств происходит накопление вертикальных остаточных деформаций; их внешнее проявление - прогиб дорожной одежды (рис.9).

Прогиб от колеса расчетного автомобиля распространяется во все стороны, образуя чашу прогиба, которая перемещается по ходу движения автомобиля. Частично перекрывая друг друга чаши прогиба могут распространяться на всю ширину полосы движения.

Рис. 9. Схема образования чаши прогиба и разрушения нежестких дорожных одежд под колесом автомобиля: 1 - колесо; 2 - прогиб дорожной одежды; 3 - дорожная одежда; 4 - земляное полотно; 5 - чаша прогиба; 6 - зоны растяжения и трещины в одежде; 7 - выпирание грунта; 8 - направление сжатия

Одновременно с вертикальными, накапливаются горизонтальные остаточные деформации. При недостаточной сдвигоустойчивости материалов конструкции сдвигающие напряжения становятся больше сил сопротивления сдвигу и тогда происходит выдавливание частиц материала покрытия в стороны; внешнее проявление этого процесса - образование выпоров по бокам колеи.

Наиболее интенсивное накопление остаточных деформаций и формирование колеи происходит весной, когда прочность дорожной одежды наименьшая. При этом колея может образовываться не только за счет накопления остаточных деформаций в слоях одежды (колея поверхностная), но и за счет деформаций земляного полотна (колея глубинная).

Измерение параметров и глубины колеи. Работы по измерению параметров (глубины) колеи выполняют в теплый период года при отсутствии воды на поверхности дороги.

Измерения могут выполняться как в составе общих работ по диагностике, так и самостоятельно.

Согласно ОДМД [25] глубина колеи измеряется двумя способами:

- упрощенным, рекомендуемым для использования в процессе общей диагностики состояния дорог с целью предварительной оценки характера колееобразования, назначения вида работ и определения их объемов;

- методом вертикальных отметок, рекомендуемым для детальной оценки характера колееобразования и разработки проектно-сметной документации по устранению колеи.

Упрощенный способ измерения колеи осуществляют в такой последовательности:

- до начала инструментальных измерений уточняют местоположение участков с колеей, намеченных в процессе предварительной оценки состояния дороги. Каждый из таких участков выделяют в самостоятельный и привязывают к километражу (начало и конец участка).

Самостоятельным считается такой участок, на котором параметры колеи примерно одинаковы. Протяженность такого участка может колебаться от 20 м до нескольких километров;

- самостоятельный участок разбивают на измерительные участки, длиной до 100 м (рис.10).

На каждом измерительном участке выделяют 5 створов измерения на равном расстоянии один от другого (на 100-метровом измерительном участке через каждые 20 м), которым присваивают номера от 1 до 5. При этом последний створ предыдущего измерительного участка становится первым номером последнего створа и имеет номер 5/1.

Рис. 10. Схема самостоятельного и измерительного участков: L - длина самостоятельного участка, м; l - длина измерительного участка, м; a, a₁ - расстояние между створами измерения, м; 1, 2, 3, 4, 5/1 - номера створов измерения

Если общая длина самостоятельного участка не равна целому количеству измерительных участков по 100 м каждый, тогда выделяется дополнительный укороченный измерительный участок.

Измерения выполняют по внешней колее на всем протяжении оцениваемого участка, за исключением мест прерывания колеи.

Измерительное оборудование, применяемое при упрощенном способе измерений:

- рейка укороченная, длиной 2000±2 мм, на боковых гранях которой нанесена шкала, оцифрованная через 10 см;

- измерительный щуп, длиной 1000±2 мм, не считая держателя. Шкала щупа должна обеспечить измерения колеи глубиной до 30 см.

Последовательность измерения глубины колеи:

- укладывают рейку на выпоры внешней колеи (рис.11) а при отсутствии выпоров - на проезжую часть так, чтобы перекрыть измеряемую колею;

- устанавливают щуп вертикально и берут по нему один отсчет h_к (с точностью до ±1 мм) в точке, соответствующей наибольшему углублению колеи в каждом створе.

Рис. 11. Схема измерения глубины колеи, упрощенным методом

Полученные измерением значения глубины колеи - расстояние по вертикали от дна колеи до опорной грани рейки (до гребня выпора) записывают в ведомость установленной формы (табл.9).

Если в створе измерения имеется дефект покрытия (выбоина, трещина и т.п.), створ измерения может быть перемещен вперед или назад на расстояние до 50 м, чтобы исключить влияние данного дефекта на считываемый параметр.

Таблица 9

Ведомость измерения глубины колеи по упрощенному способу [ОД МД]

Участок дороги _____ Направление ________ Номер полосы ______

Положение начала участка _____ Положение конца участка _____

Дата измерения _______

Номер самостоятельного участка	Привязка к километражу и протяженность	Длина измерительного участка 1, м	Глубина колеи по створам	Расчетная глубина колеи, hкн, мм	Средняя расчетная глубина колеи, hкн, мм
			Номер створа	Глубина колеи
1	От км 20+150 до км 20+380 L = 230 м	100	1	11	13	12,7
			2	8
			3	12
			4	17
			5/1	13
		100	2	16	13
			3	10
			4	13
			5/1	11
		30	2	9	12
			3	14
			4	12
			5	7

Обработка результатов измерения:

- анализируют результаты измерения в 5 створах измерительного участка, отбрасывают самую большую величину (в табл.8 значение 17 мм), а следующую за ней величину колеи в убывающем ряде принимают за расчетную на данном измерительном участке h_к.и;

- определяют расчетную глубину колеи h_к.с для самостоятельного участка, как среднеарифметическую из всех значений расчетной глубины колеи на измерительных участках h_к.и:

, (9)

где n - количество измерительных участков на данном самостоятельном участке

Оценку эксплуатационного состояния дорог по глубине колеи производят по каждому самостоятельному участку.

С этой целью расчетные значения глубины колеи h_кс сопоставляют с допустимыми и предельно допустимыми величинами, представленными в табл.10.

Участки дороги с глубиной колеи h_кс больше предельно допустимой (h_кс > h_{к пр}) относятся к опасным для движения автомобилей и требуют немедленного устранения колеи.

Таблица 10

Шкала оценки состояния дорог по параметрам колеи,измеренной по упрощенной методике

Расчетная скорость движения, км/ч	Глубина колеи, мм
	допустимая	предельно допустимая
> 120	4	20
120	7	20
100	12	20
80	25	30
60 и менее	30	35

Значения допустимой и предельно допустимой глубины колеи определены из условия обеспечения безопасности движения на мокром покрытии со скоростью ниже расчетной на 25% - для допустимой колеи и на 50 % - для предельно допустимой глубины колеи, а также с учетом влияния колеи на условия очистки покрытия от снежных отложений и борьбы с зимней скользкостью.

Следует заметить, что требования к допустимой глубине колеи в разных странах существенно различаются: в Германии она должна составлять в первые 2 года эксплуатации автострады не более 2 мм [ ]; в Швейцарии состояние покрытия оценивается как «хорошее» при hк ? 4 мм - при скорости более 80 км/ч и как «критическое» - при глубине колеи h_к = 16-25 мм для той же скорости движения. Следовательно, вопрос о допустимой глубине колеи и степени ее влияния на дорожные условия и безопасность дважения нуждаются в глубоком научном обосновании.

3.3.3 Оценка прочности дорожных одежд

Прочность (несущая способность) дорожных одежд - способность сопротивляться развитию остаточных деформаций и разрушений под воздействием напряжений, возникающих в конструкции от расчетной нагрузки и влияния природных и климатических факторов.

В процессе эксплуатации дороги, под воздействием транспортных средств, погодно-климатических и других факторов прочность конструкции снижается, особенно при неблагоприятных гидрогеологических условиях, большой интенсивности движения и больших осевых нагрузках. Снижение прочности конструкции, как правило, объясняется накоплением необратимых деформаций в каждом из слоев дорожной одежды и земляном полотне.

Несущая способность (прочность) дорожной конструкции оценивается фактической величиной упругого (обратимого) прогиба l_ф под расчетной нагрузкой или модулем упругости Е_ф.

Полевые испытания дорожных одежд нагрузкой состоят из линейных на каждом характерном участке дороги и испытаниях на контрольных точках. Оба вида полевых испытаний дорожной одежды рекомендуется осуществлять в расчетный период года.

Расчетным, считается наиболее неблагоприятный по условиям увлажнения период года в течение которого прочность дорожных конструкций достигает минимальных значений.

Для северных и центральных районов Р.Ф. расчетный период совпадает со временем весеннего оттаивания грунта земляного полотна; в южных его начало совпадает с периодом выпадания - осенне-зимне-весенних осадков.

Продолжительность расчетного периода Т_р , суток в районах с сезонным промерзанием грунта земляного полотна (II - III ДКЗ) определяют по формуле

(10)

где h₀ - глубина промерзания земляного полотна, см;

а - среднесуточная скорость оттаивания грунта, равная 1-3 см/сут.

Испытания нагрузкой начинают с измерений фактического прогиба дорожной одежды на контрольных точках.

Местоположение (адрес) точек уточняют в процессе линейных испытаний (после статистической обработки результатов измерений).

Методы измерения упругого прогиба. По условиям передачи нагрузок на дорожную конструкцию методы измерения упругого прогиба одежды делятся на статические и динамические (метод кратковременного нагружения).

Испытания на контрольных точках осуществляют методом статического нагружения колесом автомобиля.

При линейных испытаниях измерения упругого прогиба выполняют как методом статического, так и кратковременного нагружения. При одновременном использовании этих методов результаты линейных испытаний приводят к сопоставимому виду по методике, представленной в ОДН [11].

Для измерения обратимых прогибов методом статического нагружения используют прогибомеры.

Наибольшее распространение из прогибомеров получил длиннобазовый рычажный прогибомер КП-204, обеспечивающий точность измерений ±0,02 мм (рис. 12).

Рис. 12. Рычажный прогибомер МАДИ - ЦНИЛ:

а-вид сбоку; б-вид сверху; 1 -пробка; 2 - стойка для индикатора; 3 - индикатор; 4 - держатель индикатора; 5 - швеллер; 6 - заднее плечо рычага;7 - подъемный винт; 8 - соединительная муфта; 9 - опорный винт; 10 - стяжной болт; 11 - переднее плече рычага; 12 -измерительная игла; 13 - винт, закрепляющий иглу; 14 - подпятник, предохраняющий врезание измерительной иглы в дорожное покрытие; 15 - поперечная опорная балка

Прогибомер состоит из сборного рычага, который поворачивается на оси, закрепленной в корпусе опоры. Рычаг состоит из переднего и заднего плеч. На переднем плече закреплен щуп с подпятником (между скатами заднего сдвоенного колеса, под центром задней оси автомобиля).

Порядок испытаний прогибомером:

- устанавливают прогибомер на полосе наката так, чтобы измерительный щуп разместился строго между скатами сдвоенного колеса груженого автомобиля (с нагрузкой на заднее колесо в пределах 30 - 50 кН);

- устанавливают клиновидную опорную подкладку на покрытие так, чтобы ее наклонная поверхность имела контакт с концом стержня индикатора;

- выдерживают автомобиль на точке измерения до тех пор пока, отсчет по индикатору i₀ не будет изменяться за 10 с более чем на 0,005 мм и записывают его в журнал;

- автомобиль отъезжает вперед на расстояние не менее 5 м, выдерживают время и снова берут отсчет i;

- вычисляют упругий прогиб дорожной одежды l в точке измерений

(11)

По величине измеренных на контрольной точке прогибов l вычисляют модули упругости дорожной конструкции ЕА в рассматриваемый момент времени:

, (12)

где Е_А - модуль упругости дорожной конструкции при воздействии расчетной нагрузки, МПа

Q_к - нагрузка на колесо расчетного автомобиля, кН.

Поскольку прочность дорожной конструкции непрерывно изменяется во времени, для объективной оценки ее состояния необходима корректировка полученных при испытаниях результатов измерений путем их приведения к состоянию конструкции, наиболее характерному, типичному для всего расчетного периода.

Типичное состояние конструкции характеризуется средним модулем упругости Е_ср. Методика определения Е_ср с учетом длительности различных состояний конструкции в расчетный период года изложена в отраслевых дорожных нормах [18].

Линейные испытания проводят на каждом характерном участке длиной не более 1 км. Испытания начинают после того, как по результатам испытаний на контрольных точках будет видна тенденция снижения прочности одежды во времени (увеличение прогиба под нагрузкой); при этом независимо от их начала испытания на контрольных точках продолжаются до тех пор, пока величина прогиба дорожной конструкции не стабилизируется у минимальных значений. Если линейные испытания проводят в расчетный период года, то они должны быть закончены раньше, чем на контрольных точках.

Количество измерений назначают в зависимости от расчетного уровня надежности дорожной одежды К_н, установленного для соответствующей категории дороги [7]. Если К_н обследуемой дороги не известен, то на каждом характерном участке проводят 30 испытаний.

Места измерений должны быть расположены равномерно по полосе наката (1 - 1,5 м от кромки покрытия).

Испытания методом кратковременного нагружения осуществляются с применением установки динамического нагружения типа УДН-НК, Дина-3М и др. (рис. 13 и 14).

Принцип действия УДН-НК заключается в имитации кратковременного многократного воздействия расчетного автомобиля (группы А) на дорожную конструкцию.

Испытание состоит в следующем: груз весом 100±5 кг (соответствует нагрузке на ось автомобиля 100 кН) сбрасывают по направляющей стойке с высоты 80 - 100 см на амортизирующее устройство из жесткой пружины (или колеса). При этом создается кратковременное динамическое нагружение близкое к времени действия колеса автомобиля на дорожную одежду (t ? 0,02 с); погрешность измерений прогибов - не более 5 %.



Рис. 13. Установка динамического нагружения (навесная) УДН-НК:

1 - испытательный груз; 2 - штамп; 3 - виброграф для измерения прогиба; 4 - пружина; G - вес груза; H- высота сбрасывания груза

Для измерения упругих прогибов l применяют вибрографы, записывающие результаты испытания на бумажную ленту, или датчики перемещения с фиксацией деформации на магнитной ленте. В исходное положение груз подымают механической лебедкой. Распределение деформационных свойств дорожной конструкции в пределах характерного участка носит случайный характер. Поэтому для объективной оценки состояния дорожных конструкций фактические прогибы одежды l_ф определяют на каждом характерном участке. Значение l_ф устанавливают по кумулятивным кривым, построенным по результатам линейных испытаний в соответствии с методикой [18]. Полученные величины прогибов (l_ф) используют для расчета фактических модулей упругости дорожных конструкций по формуле (10) заменив (l) на (l_ф) и (Е_А) на (Е_ф).



Рис. 14. Установка динамического нагружения ДИНА-3М

Установка динамического нагружения ДИНА-3М может работать как в автономном режиме, так и в составе передвижной дорожной лаборатории типа КП-514МП (см. рис.14). При использовании установки ДИНА-3М в составе лаборатории она оснащается модулем связи с бортовым вычислительным комплексом, что позволяет полностью автоматизировать процесс нагружения одежды (сбрасыванием груза массой 160 кг) и измерений прогиба в диапазоне 0,1 - 0,3 мм.

Упрощенные полевые испытания проводят с целью получить распределение прогибов одежды под нагрузкой на характерных участках обследуемой дороги. Такие испытания допускаются только при четко различимых дефектах покрытия, характеризующих предельное состояние дорожной одежды (сетки трещин, состоящей из ячеек преимущественно в виде четырехугольников со сторонами длиной до 1 м, при возможном сочетании с частыми поперечными трещинами, просадками, колейностью и продольными волнами длиной до 4 м).

4. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ (ТЭС) ДОРОГИ

В основу методики оценки ТЭС положен принцип обязательного соблюдения всех нормативных требований к параметрам и характеристикам дороги, влияющим на транспортно-эксплуатационные показатели (ТЭП), принятые за её потребительские свойства (скорость, пропускная способность и др.). Суть оценки состояния дороги по комплексному показателю транспортно-эксплуатационного состояния КП_д заключается в том, чтобы определить степень влияния фактических значений геометрических параметров элементов дороги (уклонов, радиусов кривых и пр.), показателей прочности (ровности, колейности и др.), а также инженерного оборудования и обустройства на потребительские свойства.

Для решения такой задачи необходимо выразить комплексный показатель КП_д величиной, зависящей только от технического уровня и эксплуатационного состояния дороги. Согласно ОДН [11] интегральным показателем, наиболее полно отражающим все основные транспортно-эксплутационные показатели дороги (т.е. ее потребительские свойства), является скорость движения, выраженная через так называемый коэффициент обеспеченности расчетной скорости К_рс.

При таком подходе степень влияния какого-либо одного отдельно взятого параметра дороги или ее характеристики на комплексный показатель КП_д определяется частным коэффициентом обеспеченности расчетной скорости равным отношению

, (13)

где V_{ф max} - фактическая максимальная скорость движения одиночного легкового автомобиля, обеспеченная дорогой по условиям безопасности движения или по условиям взаимодействия автомобиля с дорогой на каждом оцениваемом (характерном) участке, км/ч; V^Б_расч - базовая расчетная скорость, км/ч.

За базовую расчетную скорость принята скорость легкового автомобиля. обеспечиваемая эталонным участком дороги II категории, построенным в равнинной местности; V_Б = 120 км/ч.

Характеристика эталонного участка: горизонтальный i= 0, прямолинейный в плане, две полосы движения, ширина проезжей части В_пр.ч = 3, 75 м, ширина краевой укрепленной полосы в_к = 0,75 м, расстояние видимости Sв ? 300 м, покрытие сухое, шероховатое; уровень инженерного оборудования и обустройства (ИО) эталонного участка соответствует ГОСТ 52289-2004, а уровень содержания (УС) - нормативным требованиям ГОСТ Р 50 597 и руководства [12].

Значения частных коэффициентов обеспеченности расчетной скорости можно вычислить по формуле (10) или определить по приложению 10 (табл.1-9) в зависимости от соответствующего параметра и характеристики дороги, влияющих на скорость движения.

При этом следует помнить, что наиболее надежным методом определения фактической скорости движения автомобиля является метод непосредственных измерений на оцениваемой дороге.

Но тогда неизбежны дополнительные затраты на инструментальные обследования.

Поэтому при разработке предпроектной документации допускается определять V_ф.мах аналитическими методами, используя для этой цели проектную и другую техническую документацию (план трассы, продольный профиль, материалы сезонных и других обследований дорог).

При определении V_ф.мах аналитическим путем учитывают следующие положения:

- не принимают во внимание общие ограничения Правилами дорожного движения и местные ограничения скорости (в населенных пунктах, на переездах, на пересечениях с другими дорогами, на кривых малых радиусов, в зонах автобусных остановок, в зонах действия дорожных знаков и др.);

- в случае резкого различия условий движения по дороге в разных направлениях (например, на затяжных уклонах горных дорог), кроме дорог I категории, величину коэффициента К_рс принимают по наименьшему значению из двух направлений движения. На дорогах I категории оценку их состояния по направлениям движения выполняют раздельно.

Наименьший из всех частных коэффициентов К_рс^min на характерном участке для осеннее-весеннего расчетного по условиям движения периода года принимают за итоговый коэффициент обеспеченности расчетной скорости, т.е. Крс_i^итог = Крс_i^min.

За комплексный показатель транспортно-эксплуатационного состояния на i-м характерном участке дороги КП принимают итоговый коэффициент обеспеченности расчетной скорости Крс^итог (он же минимальный из частных коэффициентов на i-м отрезке дороги), т.е. КП = Крс_i^итог = Крс_i^min.

ТЭС всей дороги длиной L на момент обследования оценивают путем сопоставления нормативного КПд с фактическим, вычисленным по формуле

, (14)

где Крс_i^итог - итоговое значение коэффициента обеспеченности расчетной скорости на соответствующем характерном участке (отрезке дороги);

l_i - длина участка (отрезка дороги) с итоговым значением Крсi^итог, км;

n - число таких участков;

L - общая длина дороги (оцениваемого участка дороги), км.

Комплексный показатель транспортно-эксплуатационного состояния КП, нормируется в зависимости от категории дороги и рельефа местности, приведен в табл.11.

Таблица 11

Нормативные значения КПн (числитель) и предельно допустимые КПп (знаменатель) значения комплексного показателя транспортно- эксплуатационного состояния дороги

Категория дороги	Основная расчетная скорость, км/ч	На основном протяжении	На трудных участках местности
			Пересеченный	Горный
I-a	150	1,25/0,94	1,0/0,75	0,67/0,50
I-б, II	120	1,0/0,75	0,83/0,62	0,50/0,38
III	100	0,83/0,62	0,67/0,50	0,42/0,33
IV	80	0,67/0,50	0,50/0,38	0,33/0,25
V	60	0,50/0,38	0,33/0,25	0,25/0/17
Примечание. Критерии выделения трудных участков пересечений и горной местности приняты в соответствии с примечанием 1 к п.4.1 СНиП 2.05.02-85*.

Нормативные значения комплексного показателя транспортно- эксплуатационного состояния дорог КПн соответствуют требованиям СНиП 2.05.02-85*, ВСН 24-88 и ГОСТ Р 50597-93.

В неблагоприятных условиях погоды осеннее-весеннего периода года допускается снижение требований к показателю ТЭС дороги КПд, но не более, чем на 25%.

Эти значения и приняты за предельно допустимые КПп.

Порядок оценки ТЭС АД по комплексному показателю КПд:

- устанавливают объективную информацию о параметрах элементов дороги и ее характеристиках с занесением необходимой информации на линейный график (рис. 11);

- определяют по таблицам или по формуле (11) значения частных коэффицентов обеспеченности расчетной скорости (Крс) и заносят их в соответствующую сроку линейного графика ;

- устанавливают минимальные значения частных Крс и принимают их за итоговые коэффициенты на каждом отрезке дороги Крс^итог и вычерчивают график изменения комплексного показателя транспортно - эксплуатационного состояния КПд;

- устанавливают значения нормативного и предельно допустимого комплексного показателя транспортно - эксплуатационного состояния (КПн и КПп) и обозначают их на линейном графике;

- на основе сравнения фактического комплексного показателя (КПф) с нормативным (КПн) и предельным (КПп) делают заключения о транспортно - эксплуатационном состоянии каждого характерного участка и, дороги в целом.

При оценки ТЭС дороги руководствуются следующими положениями ОДН 218.0.006 - 2002:

- нормативным считается такое состояние дороги, при котором ее параметры и характеристики обеспечивают значения фактического комплексного показателя транспортно-эксплуатационного состояния (КПф) не ниже нормативного в течение всего осеннее-весеннего периода: КПф ? КПн;

- допустимым считается состояние дороги, при котором ее параметры и характеристики обеспечивают значение фактического комплексного показателя ниже нормативного, но не ниже предельно допустимого: КПн > КПф > КПп.

Тогда эксплуатация данной дороги возможна, но при условии повышения уровня ее содержания;

- недопустимым, требующим немедленной реконструкции (капитального ремонта) считается такое состояние дороги, при котором значение комплексного показателя транспортно-эксплуатационного состояния дороги в осенне-весенний период ниже предельно допустимого: КПф < КПп.

На основе анализа линейного графика, характеризующего транспортно-эксплуатационное состояние дороги осуществляется планирование видов и объемов реконструктивных работ.

4.1 Определение частных коэффициентов обеспеченности расчетной скорости

Для оценки технического уровня (ТУ) дороги определяют частные коэффициенты обеспеченности расчетной скорости, учитывающие:

- ширину основной укрепленной поверхности или укрепленной поверхности (при наличии краевой укрепленной полосы) и ширину габарита моста Крс₁;

- ширину и состояние обочин - Крс₂;

- интенсивность и состав движения - Крс₃;

- продольные уклоны и видимость поверхности дороги в продольном профиле - Крс₄;

- радиус кривых в плане и уклон виража - Крс₅;

Для оценки эксплуатационного состояния (ЭС) дороги определяют частные коэффициенты, учитывающие:

- продольную ровность покрытия - Крс₆;

- коэффициент сцепления колеса с покрытием - Крс₇;

- состояние и прочность дорожной одежды - Крс₈;

- ровность в поперечном направлении (глубину колеи) - Крс₉.

Для определения частных коэффициентов, учитывающих ЭС дороги, информационной базой являются материалы диагностики: графики продольной ровности, ведомости поперечной ровности (глубины колеи), ведомости коэффициентов сцепления и показателей прочности дорожной одежды.

Влияние ширины основной укрепленной поверхности дороги на расчетную скорость движения (Крс₁ ). Степень влияния ширины укрепленной поверхности дороги на обеспеченную расчетную скорость оценивают исходя из понятия «психологического коридора», под ним подразумевают ширину чистой поверхности дороги, которая оказывает психологическое воздействие на водителя при выборе траектории и режима движения.

Значение коэффициента Крс₁ вычисляют в зависимости от фактически используемой для движения автомобилей ширины основной укрепленной поверхности дороги В_1ф, равной:

, (15)

где В_пр.ч - проектная ширина проезжей части, м;

в_у - ширина краевой укрепленной полосы, м;

К_у - коэффициент, учитывающий влияние ширины и вида укрепления на фактически используемую для движения ширину основной укрепленной поверхности (табл.12). Значения В_пр.ч. и в_у принимают по проектным материалам прошлых лет.

Таблица 12

Значения коэффициента использования ширины основной укрепленной поверхности

Вид укрепления обочин	Значения
	на прямых участках и на кривых в плане радиусом более 200 м	на кривых в плане радиусом менее 200 м, а также на участках с ограждениями, направляющими столбиками, тумбами, парапетами
Покрытие из асфальтобетона, цементобетона или из материалов , обработанных вяжущими	1,0	1,0
Слой щебня или гравия	0,98/0,96	0,97/0,95
Засев трав	0,96/0,94	0,95/0,93
Обочины не укреплены	0,95/0,93	0,93/0,90
Примечания: 1. В числителе для дорог I -II категорий, в знаменателе - для дорог III -V категорий. 2. Значения Ку даны для ширины полосы укрепления обочины 1,0 м и более. При меньшей ширине полосы укрепления значения Ку принимают для укрепления асфальтобетоном или другими обработанными вяжущими материалами так же, как для укрепления щебнем или гравием; для укрепления щебнем или гравием - как для укрепления засевом трав, а для укрепления засевом трав - как для неукрепленной обочины.

В основную укрепленную поверхность включается ширина проезжей части и краевые укрепленные полосы: В_пр.ч. + 2в_у.

При отсутствии краевых укрепленных полос В_1ф = В_пр.чК_у.

Участки с одинаковой шириной проезжей части и укрепленных краевых полос принимают за характерные, а при отсутствии краевых полос - участки дороги с одинаковой шириной проезжей части. При этом не учитывают колебания ширины в пределах до 0,20 м. Если разница в ширине В_1ф смежных участков превышает 0,5 м, то участок с меньшей шириной относят к местным сужениям, в длину которого включают зоны влияния по 75 мм от начала и до конца сужения.

Влияние ширины и состояния обочин (Крс₂ ). Частный коэффициент Крс₂ определяют в зависимости от ширины обочины в_об. В общем случае в состав обочины входят: краевая укрепленная полоса, укрепленная полоса для остановки автомобилей и прибровочная полоса.

За характерные по ширине обочин принимают отрезки дороги с одинаковой шириной обочин. Если ширина правой и левой обочин разная, в расчет принимают меньшую. При выделении характерных участков не учитывают колебания ширины обочины в пределах до 0,10 м при общей ширине обочины до 1,5 м и в пределах до 0,20 м при ширине обочины bоб. > 1,5 м. В случае изменения ширины обочины на величину больше указанных (0,10 и 0,20 м) участок выделяют в характерный.

В случае, когда проезжая часть и краевые укрепленные полосы или проезжая часть и укрепленные обочины имеют один тип покрытия и между этими элементами нет четко видимых различий (например, для гравийных и щебеночных покрытий), ширину краевых укрепленных полос или укрепленных обочин условно принимают равной

, (16)

где В_у - общая ширина укрепленной поверхности, имеющая один тип покрытия, м;

В₀ - оптимальная ширина укрепленной поверхности, соответствующая данной интенсивности движения, м; принимается по табл.13.

Таблица 13

Значения В₀ (для двухполосных дорог)

Интенсивность движения, авт/сут	До 100	100-600	600-1200	1200-3600	Более 3600
Оптимальная ширина укрепленной поверхности, В0, м	4,5	7,0	7,5	8,0	9,5

Для трехполосных дорог или проезжей части с тремя полосами движения принимают В₀ =12,75 м; для четырехполосной проезжей части автомагистралей В₀=16 м.

При отсутствии укрепления на всей ширине обочины Крс₂ принимают непосредственно по таблицам.

Влияние интенсивности и состава движения (Крс₃). На горизонтальных участках магистралей существенное влияние на фактическую скорость автомобилей оказывают интенсивность, состав и плотность движения.

Экспериментально замечено, что с увеличением интенсивности движения число обгонов возрастает, особенно при большой разнородности транспортного потока. Автомобиль, выходящий на обгон, создает дополнительные помехи для транспорта.

В результате, с увеличением интенсивности скорость потока снижается в сравнении со скоростью одиночного автомобиля при свободном движении и тем больше, чем больше в потоке грузовых автомобилей, автобусов и автопоездов.

По результатам исследования проф. Сильянова В.В. [20], с ростом интенсивности скорость легковых автомобилей Vл снижается более активно, чем грузовых Vгр, что объясняется большим различием в динамических качествах легковых и грузовых автомобилей; медленно идущие автомобили не обеспечивают возможности их обгона легковыми из-за боковых, продольных и других помех (влияние боковых помех учитывается при определении Крс₁).

Снижение скорости автомобилей под воздействием интенсивности и состава потока выражается зависимостью:

?V = цбвN , (17)

где б - коэффициент, учитывающий влияние интенсивности движения;

в- коэффициент, учитывающий состав транспортного потока; численно равен доле грузовых автомобилей, автопоездов, автобусов, движущихся по полосе;

N - интенсивность движения, авт/сут (для автомагистралей принимается по каждому направлению отдельно);

ц- коэффициент, учитывающий движение по встречной полосе. В расчетах можно принимать ц = 0,8 - 0,9 - для двухполосных дорог; ц = 0,7- для многополосных.

Частный коэффициент обеспеченности расчетной скорости Крс₃, учитывающий влияние интенсивности и состава движения, вычисляют по формуле

Kрс₃ = Kрс₁ - ?Kрс , (18)

где ?Крс - снижение коэффициента обеспеченности расчетной скорости в зависимости от интенсивности и состава движения, значение которого определяют по формуле

, (19)

Влияние продольных уклонов на обеспеченную скорость (Крс₄). Частный коэффициент Крс₄ определяют в зависимости от уклона для расчетного состояния поверхности дороги в весеннее-осенний период года и от фактического расстояния видимости поверхности дороги (при движении на спуск). Величину уклона принимают по предварительно вычерченному сокращенному продольному профилю, где смежные участки с относительно небольшой разностью уклонов объединяют в один характерный участок. Уклон на характерном участке определяют как средневзвешенную величину:

, (20)

На участках, где ширина укрепленной обочины из асфальтобетона, цементобетона или из материалов, обработанных вяжущими, вместе с краевой укрепленной полосой составляет 1,5 м и более, Крс4 определяют для мокрого чистого покрытия. На других участках значения Крс₄ принимают для мокрого загрязненного покрытия.

При определении Крс₄ рассматривают оба направления движения - прямое и обратное; наименьшее из двух значений заносят в линейный график.

На вертикальных кривых, где уклон есть величина векторная, допускается для практических расчетов принимать за средний уклон постоянную его величину, т.е без учета его смягчения вертикальной кривой. При этом участки, расположенные в пределах восходящей ветви выпуклой кривой, относят к подъемам, а в пределах нисходящей - к спускам (относительно прямого направления).

Следует заметить, что допущение равенства уклонов в пределах вертикальной кривой обеспечивает достаточно надежный результат только при относительно небольшой длине кривых. При большой длине кривой рекомендуется разбить ее на отдельные участки длиной 100-200 м (в зависимости от длины кривой) и вычислить средний уклон по выражению

, (21)

где i_н - уклон в начальной точки кривой, ‰ ;

?i - разность уклонов в начальной и конечной точках участка.

При этом уклон в любой точке кривой определяют обычным методом по формуле

, (22)

где l ? расстояние от середины кривой до любой точки на рассматриваемом участке кривой, м ;

R - радиус вертикальной кривой, м.

Влияние радиуса кривой в плане (Крс₅ ). Скорость автомобиля на кривой V_мах определяется по условию безопасности движения в зависимости от радиуса кривой R, уклона виража и состояния поверхности дороги:

, (23)

где ц_поп - доля коэффициента сцепления, реализуемая в поперечном направлении. В практических расчетах принимается равным коэффициенту поперечной силы м= 0,10 - 0,18;

i_в- поперечный уклон проезжей части, принимается со знаком «плюс» при наличии виража и со знаком «минус» - при двухскатном поперечном профиле, доли ед.

Влияние радиуса кривой на скорость автомобиля оценивается коэффициентом обеспеченности расчетной скорости Крс₅ , который можно принимать в зависимости от радиуса кривой в плане и уклона виража для расчетного состояния поверхности дороги в весенне-осенний период года.

На участках, где ширина укрепленной обочины из асфальтобетона, цементобетона или из материалов, обработанных вяжущими, вместе с краевой укрепленной полосой составляет 1,5 м и более, Крс₅ принимают для мокрого чистого покрытия, на других участках - для загрязненного покрытия.

В длину участка кривой в плане включают длину круговой и переходной кривых. При радиусах R ? 400 м в длину участка включают зоны влияния по 50 ?100 м от начала и конца кривой. На кривых R ? 1500 м, а также на прямых между смежными кривыми в плане принимают Крс₅=КПн.

Влияние продольной ровности покрытия (Крс₆ ). Состояние покрытия по продольной ровности оценивают сравнением фактической продольной ровности д_ф с предельно допустимой д_п (см. табл.4). Покрытие удовлетворяет требованиям по условиям эксплуатации, если д_ф ? дп_н.

Отношение нормативного показателя ровности, установленного для дороги данной категории д_н, к фактическому значению, полученному измерениями, называют коэффициентом ровности Кр; последний принимают за частный коэффициент обеспеченности расчетной скорости К_рс6:

. (24)

Покрытие считается ровным, если Крс₆ > 1. (для показателей ровности, полученных измерениями с помощью ПКРС-2 и толчкомером ТХК-2).

Влияние сцепных качеств покрытия (Крс₇ ). Частный коэффициент обеспеченности расчетной скорости Крс₇ определяют по измеренной величине коэффициента сцепления при расстоянии видимости поверхности дороги, равном нормативному Sв, установленному СНиП 2.05.02-85* для соответствующей категории дороги. В расчет принимают наиболее низкий из коэффициентов сцепления по полосам движения на оцениваемом участке.

Влияние прочности дорожной конструкции (Крс₈ ). Прочность дорожной одежды характеризуется фактическим модулем упругости Е_ф, вычисленны по формуле (10) с использованием результатов инструментальных измерений или по формуле (5) в зависимости от вероятного коэффициента прочности Кпр, установленного на основе визуальных обследований. Частный коэффициент обеспеченности расчетной скорости Крс₈ определяют по формуле

, (25)

где Рср - средневзвешенный показатель, учитывающий состояние покрытия и прочность дорожной одежды на оцениваемом однотипном участке.

Частный коэффициент Крс₈ определяют только для тех участков, где визуально установлено наличие трещин, колейности, просадок или проломов (вскрывшиеся пучины), а коэффициент обеспеченности расчетной скорости по ровности Крс₆ меньше нормативного комплексного показателя транспортно-эксплуатационоого состояния дороги (Крс₆ < КПн).

Влияние колейности на расчетную скорость движения (Крс₉ ). Частный коэффициент обеспеченности расчетной скорости, учитывающий влияние глубины колеи Крс₉. Порядок определения глубины колеи упрощенным способом двухметровой рейкой и методика обработки результатов измерений изложены в разделе 3.

Методы предупреждения образования колей, организационно-технические мероприятия по снижению темпов колееобразования, а также методы ликвидации колей должны назначаться в соответствии с рекомендациями ОДМД [25].

5. ПРИМЕР ОЦЕНКИ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ (ТЭС) ДОРОГИ

Оценку транспортно-эксплуатационного состояния дороги начинаем с установления общих данных о реконструируемой дороге и объективной информации о ее техническом уровне (ТУ) и эксплуатационном состоянии (ЭС).

1. Общие данные о дороге:

- титул: автомобильная дорога п.Талинка - п.Ловинское, ХМАО-Югра;

- техническая категория - IV;

- адрес участка КМ 0+500 - КМ 2+700;

- протяженность оцениваемого участка 2200 м;

- назначение дороги: обеспечивает транспортные связи г. Советский, г. Нягань, г. Урай с административным центром АО г. Ханты-Мансийском;

2. Ситуационные особенности в полосе отвода и природно-климатические условия района:

- дорожно-климатическая зона (ДКЗ) - II;

- рельеф местности - пересеченный;

- тип местности по увлажнению - 1;

- местоположение примыкающих (пересекающих) дорог: пос. Талинка ПК 11+60 (лево).

3. Характеристика движения:

- фактическая интенсивность движения, авт/сут:

Nф = 2500 на участке ПК 5+00 - ПК 11+60;

Nф = 2460 на участке ПК 11+60 - ПК 27+00;

- состав транспортного движения на всем протяжении дороги:

- грузовые и автопоезда - 60 %;

- легковые - 38 %;

- автобусы и прочие автомобили, не перевозящие грузов, - 2% и менее.

Данные о характеристиках транспортного потока, приняты по результатам наблюдения фактической интенсивности движения на двух участках (до и после примыкающей автодороги на ПК 11+60). Результаты замера движения показали расхождение величин менее 3 % по всем основным параметрам транспортного потока (доли грузовых в том числе). Поэтому весь участок (ПК 5+00 - ПК 27+00) по интенсивности движения может быть принят за один характерный.

4. Характеристика дорожной одежды:

- тип дорожной одежды (см. рис.1);

• облегченный ПК 5+00 - ПК 11+60;

• переходный ПК 11+60 - ПК 27+00;

- вид покрытия:

• из асфальтобетонной смеси Бх, марки I с ПК 5+00 - ПК 11+00;

• щебеночное с ПК 11+00 - ПК 27+00.

- обочины не укреплены на всем протяжении дороги, без краевых укрепленных полос.

5.1 Разработка линейного графика оценки ТЭС дороги

Линейный график - итоговый документ диагностики реконструируемой дороги; это один из основных документов для обоснования инвестиций на стадии разработки предпроектной документации. На основе анализа линейного графика оценки ТЭС планируются виды и объемы реконструктивных работ.

Разработку линейного графика выполняем поэтапно:

- сбор объективной информации о параметрах и характеристиках дороги;

- установление границ характерных участков;

- определение значений частных коэффициентов обеспеченности расчетной скорости для каждого влияющего элемента;

- определение итоговых коэффициентов обеспеченности расчетной скорости Крс (комплексного показателя ТЭС);

- построение линейного графика ТЭС автодороги.

Для составления линейного графика оценки ТЭС автомобильной дороги п.Талинка - п.Ловинское на участке ПК 5+00 - ПК 27+00 использованы рабочие чертежи проекта, выполненного ООО «Дорнефтегаз» (1999 г.). Поскольку вся информация о геометрических параметрах элементов дороги в плане, продольном и поперечном профилях содержалась в проектно-технической документации прошлых лет, инструментальные измерения продольных уклонов, радиусов кривых, значений других показателей технического уровня (ТУ) существующей дороги инструментально не производились (не требовалось).

Показатели эксплуатационного состояния (ЭС) дороги устанавливаем по материалам диагностики, выполненной на момент реконструкции.

Границы характерных участков определяем на основе систематизированных проектных материалов, а также ведомостей и таблиц результатов визуальных и инструментальных обследований дороги. При этом за характерный принимаем участок, в пределах которого оцениваемый элемент дороги оказывает практически одинаковое влияние на скорость автомобиля.

5.1.1 Порядок внесения информации в линейный график оценки ТЭС дороги

1. Вычерчиваем схематический продольный профиль по фактическим отметкам поверхности дороги, объединяя два и более смежных участков с уклоном одного знака и небольшой разностью уклонов (до 10 %0) в один (характерный). Продольные уклоны на характерных участках вычисляем как средневзвешенную величину iср всех объединенных участков и составляем ведомость продольных уклонов (табл. 14).

Допускается определение i_ср по разности отметок поверхности реконструируемой дороги Дh в начальной и конечной точках объединенного участка протяженностью l_х, т.е. как Дh/l_х.

Таблица 14

Ведомость продольных уклонов

Адрес характерного участка, ПК +	Продольный уклон, %0 (в прямом направлении)
Начало	Конец
5 + 00 7 + 00 10 + 30 11 + 60 18 + 00 24 + 00	7 + 00 10 + 30 11 + 60 18 + 00 24 + 00 27 + 00	+ 20 + 36 + 65 + 33 - 20 - 10

Уклон в пределах вертикальных кривых (при их наличии) определяем согласно п. 4.1. данного пособия. Значения уклонов вносим в строку 2 линейного графика.

2. Наносим на график условный план с указанием численной величины радиусов кривых R и уклонов виража iв (по проекту прошлых лет, табл. 15). При отсутствии виража на кривой (2-скатный поперечный профиль) принимаем знак минус (-iв), при наличии - знак плюс (+iв).

Таблица 15

Ведомость кривых в плане

Адрес микроучастка	Радиус кривой, м	Поперечный уклон виража, %0
Начало	Конец
ПК 11 + 38,65 ПК 14 + 75,96 ПК 19 + 00,32 ПК 22 + 01,42 ПК 24 + 80,03	ПК 13 + 20,17 ПК 15 + 68,46 ПК 19 + 61,39 ПК 22 + 79,96 ПК 25 + 21,05	400 100 200 150 50	iв = + 40 iв = - 20 iв = - 20 iв = - 20 iв = -20

3. Расстояние видимости в продольном профиле указываем на графике, ориентируясь на проектную документацию, а именно: на наличие выпуклых вертикальных кривых и численную величину их радиусов. На переломах, где предусмотрен радиус кривой не менее нормативного (R_ф ? R_н), допускаемого для данной категории дороги, считаем, что видимость обеспечена, т.е. S_в > 300 м; при R_ф < R_н; расстояние видимости S_в на прочих переломах (R_ф < R_н) принимаем по результатам непосредственных наблюдений, выполненных в процессе визуальных обследований (табл. 16).

...