Совершенствование методов нормирования макрошероховатых дорожных по

Таблица 2 . 2

Допустимые значения шероховатости и коэффициента сцепления для всего срока службы (принята по табл. 2.1 ВСН 38–90 [11])

С учетом работ В.Ю. Гладкова [18] даются следующие определения. Макрошероховатая поверхность дорожного покрытия – поверхность, состоящая из выступов и впадин (пустот), средняя высота которых превышает 0,5 мм. Макрошероховатый слой износа – нерасчетный верхний слой толщиной от 1,5 до 2,5 см с макрошероховатой поверхностью, устраиваемый для обеспечения повышенных сцепных качеств поверхности покрытий. Макрошероховатый слой покрытия – расчетный верхний слой толщиной от 2,5 до 8,0 см с макрошероховатой поверхностью, устраиваемый для обеспечения наряду со сцепными качествами поверхности работоспособности дорожных одежд (сдви- го-, трещиноустойчивости и несущей способности).

Макрошероховатые слои подразделяют в зависимости:

а) от назначения: макрошероховатые слои износа; макрошероховатые слои покрытия;

б) величины средней высоты выступов шероховатости поверхности Rz, мм: М – мелкошероховатые (> 0,5…3,0); С – среднешероховатые (> 3,0…6,0); К– крупношероховатые (> 6,0…9,0); в) величины коэффициента шага шероховатости Кш = Нср/Rz: шероховатые (> 0,1…0,3); шероховатошипованные (> 0,3…0,5);

шипованношероховатые(> 0,5…0,7); шипованные(> 0,7–0,9); г) максимального размера щебня, мм: К – крупнозернистые

(до 25 мм); С – среднезернистые (до 20 мм); М – мелкозерни-

стые (до 15 (10) мм).

Ориентировочные требования к начальным значениям параметров шероховатости поверхностей слоев, сформированных по типу «камея» (выпуклая макрошероховатость) в зависимости от типа БМО-смеси, марки щебня, технической категории дороги и дорожно-климатической зоны, для срока службы поверхности по сцепным качествам 6 лет, представлены в табл. 2.4.

В зависимости от коэффициента шага шероховатости Кш, определяемого экспериментально, начальные значения Нср рассчитывают по формуле Нср = Rz · Кш. Rz ≤ 0,33 Dmax (максимальный диаметр щебня в смеси) и составляет соответственно: К ≤ 9,

С ≤ 7 и М ≤ 5 (3).

53

Для макрошероховатости, сформированной по типу «интарио» (вогнутая макрошероховатость), значения параметров шероховатости, представленные в табл. 2.4, следует снижать вдвое, а значение Wп принимать по верхнему пределу. Расчетную толщину макрошероховатого слоя покрытия и толщину макрошероховатого слоя износа (Нмкш) определяют по формуле [18]:

Нмкш = Нсл – Rz,

где Нсл – толщина слоя от основания до вершины выступа макрошероховатости (щебня) на его поверхности.

При последовательном устройстве макрошероховатых слоев по мере износа выступов шероховатости на величину Rz, суммарную расчетную толщину слоев (НΣмкш) определяют по формуле

НΣмкш = Σni = 1 Нмкшi + n∆Rz + Rz,

где ∆Rz – минимально допустимое значения Rz; n – количество ремонтов, связанных с перекрытием существующего покрытия макрошероховатыми слоями, за период эксплуатации дороги.

Минимально допустимые значения параметров шероховатости для макрошероховатых слоев из БМО-смесей представле-

ны в табл. 2.5 [18, 132].

Параметры ∆Нср и ∆Rz представляют собой параметры Нср и Rср на последний год эксплуатации покрытия по условиям обеспечения безопасности дорожного движения. В таблице представлены данные, уточненные в соответствии с ГОСТ Р 50597–97. Значения ∆Rz используются для расчета ориентировочных значений RzN, где RzN – средняя высота выступов шероховатости на N-й год эксплуатации (менее 6 лет). Расчет выполняют по форму-

ле [18, 137]:

RzN = [(Rz – 2∆Rz) :5] · N +∆Rz,

где Rz – начальное значение высоты выступов шероховатости для шестилетнего срока службы.

55

Таблица 2 . 5

Значения параметров шероховатости для макрошероховатых слоев из БМО-смесей

Кпримеру, для БМО 65/75, при Кш = 0,5, Rz = 5 мм и ∆Rz =

=1 мм, после 4-го годаэксплуатации:

Rz4 = ((5 – 2·1):5)·4 + 1 = 0,6·4 + 1 = 3,4 мм, Нср4 = Rz4 ·Кш = 3,4· 0,5 = 1,7 мм.

Указания ВСН 38–90 «Технические требования к устройству дорожных покрытий с шероховатой поверхностью» [11] содержат требования к материалам и параметрам шероховатости дорожных поверхностей, обеспечивающим допустимые для безопасного проезда значения коэффициента сцепления, технологию устройства данных поверхностей и методы контроля качества работ. Одним из главных способов повышения сопротивления дорожного покрытия скольжению шины, т.е. обеспечения требуемых значений коэффициента сцепления, является создание шероховатой поверхности.

56

По ВСН 38–90 шероховатой называют поверхность дорожного покрытия, образуемую равномерно чередующимися выступами скелетных частиц и впадинами между ними, а также собственной шероховатостью выступов и впадин либо специально созданными бороздками на поверхности покрытия. Шероховатость, создаваемую скелетными частицами (зернами), называют макрошероховатостью. Собственную шероховатость зерен называют микрошероховатостью.

Макрошероховатость (шероховатость) покрытия характеризуют тремя основными параметрами: средней высотой выступов Rz, мм; средней глубиной впадин Hср, мм; коэффициентом шага шероховатости [11]:

Кш HRсрz .

Для определения параметров макрошероховатости (средней высоты выступов Rz и средней глубины впадин Нср) пользуются методом «песчаного пятна» [11]. В соответствии с ним классы дорожных покрытий по степени шероховатости разделяются по шероховатости, определенной с использованием песка (HS). Характеристики поверхности дорожного покрытия нормируют следующим образом:

А – HS < 0,2 мм. Покрытия с очень мелкозернистой структурой, их не следует применять

В– 0,2 < HS = 0,4 мм. Покрытия с мелкозернистой структурой: для участков дорог со скоростью движения транспортных средств, не превышающей 80 км/ч.

С– 0,4 < HS < 0,8 мм. Покрытия со среднезернистой структурой: для дорог со средней скоростью движения 80–120 км/ч.

D – 0,8 < HS < 1,2 мм. Покрытия с крупнозернистой структурой: для дорог со скоростью движения выше 120 км/ч.

F – HS > 1,2 мм. Покрытия дорог с очень крупнозернистой структурой: для особых случаев.

Впоследние десятилетия практически во всех странах мира

сцелью повышения эксплуатационных свойств автодорожных

57

покрытий широко используются шероховатые поверхностные слои покрытий (ШПП) [39]. Основной целью устройства ШПП является повышение уровня безопасности движения (повышение гарантированного коэффициента сцепления) и защита покрытия от интенсивного разрушения под действием возрастающей автомобильной нагрузки и природных факторов.

На данный момент исследован ряд характеристик ШПП [39], предложены и определены некоторые параметры шероховатости и произведена попытка классификации типов шероховатости, углубляется и совершенствуется технология работ по устройству ШПП, совершенствуются существующие и предлагаются новые методы контроля качества ШПП.

Основные теоретические разработки и практический опыт устройства ШПП, имеющиеся как у нас в стране, так и за рубежом на период 90-х гг. прошлого столетия, обобщенно реализованы при разработке ВСН 38–90 [11]. Этот технический документ в целом нельзя назвать удачным, с позиции учета аспектов ШПП он явился толчком к более широкому (прежде всего в России) внедрению ШПП при строительстве, реконструкции и эксплуатации автомобильных дорог [76, 77].

Практически во всех развитых странах мира сейчас ведутся поиски оптимальных конструкций и технологий ШПП. Необходимость в обосновании оптимальных параметров при решении задач ШПП возникает из-за многогранности и противоречивости многих свойств ШПП. С одной стороны, при увеличении шероховатости увеличивается коэффициент сцепления и снижается вероятность аквапланирования, но с другой стороны – увеличивается коэффициент сопротивления движению и возрастает уровень шума при взаимодействии с шинами автомобилей.

Для выявления свойств ШПП прежде всего необходимо определиться с параметрами, характеризирующими шероховатость. Так, шероховатость поверхности определяется как совокупность неровности, характеризуемая высотой неровностей относительно некоторой базовой поверхности (линии) и малыми шагами (расстояния между неровностями), выделенными с по-

58

мощью базовой длины (отрезка в 20–150 раз больше максимальной высоты неровностей) [39]. Неровности поверхности подразделяют на общие (большие) неровности и местные (малые) неровности. В практике дорожной терминологии большие неровности называют макрошероховатостью, а местные неровности – микрошероховатостью [11]. При этом макрошероховатости связывают с зернистой структурой шероховатых поверхностей, а микрошероховатость – с формой зерен.

В зависимости от величины зерен, образующих макрошероховатость, предлагается классификация типов шероховатых поверхностей [11].

При этом неясно, относительно какой поверхности определяются высота выступов и глубина впадин. Предложенный метод «песчаного пятна» совершенно неприемлем для определения обозначенных параметров. Еще большее недоумение вызывает параметр «коэффициент шага шероховатости» – непонятно, при чем здесь отношение глубины впадин (неизвестно от какой поверхности определяемый) к высоте выступов (неизвестно от какой поверхности определяемой), для характеристики шага шероховатости, определяемого как расстояние между выступа-

ми или впадинами по ГОСТ 2789–73 [21–23, 28, 130].

Если взять в качестве базовой поверхности поверхность необработанного покрытия, то можно представить два диаметрально противоположных способа нанесения шероховатой поверхности (материал разработан с учетом консультаций А.А. Сербиненко):

1. Путем нанесения элементов шероховатости на поверхность (поверхностная обработка). Высота выступов равна Rz,

а глубина впадин Нср = 0, следовательно Кш R0z 0 при любых

значениях Rz.

2. Путем нанесения борозд или углублений на поверхности покрытия.

Высота выступов Rz = 0, а глубина впадин равна Нср, следовательно,

59

Кш H0ср .

Видно, что параметр нормирования неопределим при любых значениях Нср. В обоих случаях получается неопределенность, что недопустимо при определении параметров исследуемых характеристик.

При увеличении слоя воды на поверхности покрытия на 1 мм сопротивление движению возрастает на 5 %. Исходя из этого можно определить минимальную высоту шероховатости, соответствующую минимальному значению сопротивляемости покрытия движению, при мокром состоянии. Минимальная высота выступов шероховатости покрытия должна быть больше активной толщины слоя воды на покрытии, вызывающей при определенных скоростях явление аквапланирования [39].

Со структурой шероховатости поверхностей покрытия также тесно связан уровень шума на дорогах. При увеличении структурных выступов шероховатости возрастает и уровень шума, для снижения которого даже приходится применять противошумные слои дорожных покрытий [33, 45, 79, 80].

С учетом работ А.А. Сербиненко и А.В. Кочеткова предлагается классификация микрошероховатости поверхности макрошероховатых элементов шероховатых дорожных покрытий

(табл. 2.6).

Предлагается классификация шероховатых структур, основанных на параметрах ГОСТ 2789–73 [21, 130] (гл. 1) и обеспечиваемом коэффициенте сцепления по требованиям СНиП 2.05.02–85 [85, табл. 46]. Исходя из условий движения, характеризуемых табл. 46 СНиП 2.05.02–85, предлагается классифицировать степень шероховатости по обеспечиваемому коэффициенту сцепления.

В рассматриваемых ВСН 38–90 «Технические указания по устройству дорожных покрытий с шероховатой поверхностью» приводится излишнее и спорное определение коэффициента сцепления, не соответствующее физическому смыслу комплекса

60