- •Введение
- •Раздел I условия работы автомобильных дорог и управление ими глава 1. Влияние развития и состояния дорожной сети на работу автомобильного транспорта
- •1.1. Тенденции развития автомобильного транспорта и характеристик автомобилей, влияющих на требования к состоянию дорог
- •1.2. Темпы развития и структура дорожной сети
- •1.3. Общие требования к техническому уровню и эксплуатационному состоянию автомобильных дорог
- •1.4. Состояние дорожной сети и его влияние на работу автомобильного транспорта
- •1.5. Состояние дорог и безопасность движения
- •Глава 2. Роль дорожной службы в управлении состоянием автомобильных дорог
- •2.1. Общие требования и принципы управления состоянием автомобильных дорог
- •2.2. Основные задачи и функции дорожно-эксплуатационной службы
- •2.3. Принципы организации дорожной службы и ее производственные подразделения
- •Глава 3. Требования к транспортно-эксплуатационному состоянию автомобильных дорог
- •3.1. Общие положения. Основные показатели оценки транспортно-эксплуатационного состояния дорог
- •3.2. Требования к обеспечению основных потребительских свойств автомобильных дорог
- •3.3. Требования к техническим параметрам и характеристикам дорог
- •3.4. Допустимые габариты, осевая нагрузка и общая масса автомобилей
- •Раздел II изменение состояния дорог в процессе эксплуатации глава 4. Воздействие автомобилей и природных факторов на дорогу и условия движения
- •4.1. Взаимодействие автомобиля и дороги
- •4.2. Воздействие автомобильных нагрузок на дорожные одежды
- •4.3. Влияние климата и погоды на состояние дорог и условия движения автомобилей
- •4.4. Районирование территории по условиям движения на дорогах
- •4.5. Воздействие природных факторов на дорогу
- •4.6. Водно-тепловой режим земляного полотна в процессе эксплуатации дорог и его влияние на условия работы дорожных одежд
- •4.7. Пучины на автомобильных дорогах и причины их образования.
- •Глава 5. Процесс развития и причины возникновения деформаций и разрушений автомобильных дорог
- •5.1. Общие закономерности изменений состояния дорог в процессе эксплуатации и их основные причины
- •5.2. Условия нагружения и основные причины возникновения деформаций земляного полотна
- •5.3. Основные причины возникновения деформаций дорожных одежд и покрытий
- •5.4. Причины образования трещин и ямочности и их влияние на состояние дорожной одежды
- •5.5. Условия образования колей и их влияние на движение автомобилей.
- •Глава 6. Виды деформаций и разрушений автомобильных дорог в процессе эксплуатации
- •6.1. Деформации и разрушения земляного полотна и водоотвода
- •6.2. Деформации и разрушения нежестких дорожных одежд
- •6.3. Деформации и разрушения цементобетонных покрытий
- •6.4. Износ дорожных покрытий и его причины
- •Глава 7. Закономерности изменения основных транспортно-эксплуатационных характеристик автомобильных дорог
- •7.1. Общий характер изменения прочности дорожных одежд в процессе эксплуатации
- •7.2. Динамика изменения ровности дорожных покрытий в зависимости от начальной ровности и грузонапряжённости
- •7.3. Шероховатость и сцепные качества дорожных покрытий
- •7.4. Работоспособность и критерии назначения ремонтных работ
- •Разделiiiмониторинг состояния автомобильных дорог глава 8. Методы определения транспортно-эксплуатационных показателей автомобильных дорог
- •8.1. Потребительские свойства как основные показатели состояния дороги
- •8.2. Скорость движения и методы её определения
- •8.3. Влияние параметров и состояния дороги на скорость движения автомобилей
- •8.4. Оценка влияния климатических факторов на скорость движения
- •8.5. Пропускная способность и уровни загрузки дороги движением
- •8.6. Оценка влияния дорожных условий на безопасность движения
- •8.7. Методы выявления участков концентрации дорожно-транспортных происшествий
- •Глава 9. Методы оценки транспортно-эксплуатационного состояния дорог
- •9.1. Классификации методов оценки состояния дорог
- •9.2. Определение фактической категории существующей дороги
- •9.3. Методы визуальной оценки состояния дорог
- •9.4. Методы оценки состояния дорог по техническим параметрам и физическим характеристикам и комбинированные методы
- •9.5. Методика комплексной оценки качества и состояния дорог по их потребительским свойствам
- •Глава 10. Диагностика как основа оценки состояния дорог и планирования ремонтных работ
- •10.1. Цель и задачи диагностики автомобильных дорог. Организация работ по диагностике
- •10.2. Измерение параметров геометрических элементов дорог
- •10.3. Измерение прочности дорожных одежд
- •10.4. Измерение продольной и поперечной ровности дорожных покрытий
- •10.5. Измерение шероховатости и сцепных качеств покрытий
- •10.6. Определение состояния земляного полотна
- •Раздел IV система мероприятий по содержанию и ремонту дорог и их планирование глава 11. Классификация и планирование работ по содержанию и ремонту дорог
- •11.1. Основные принципы классификации работ по ремонту и содержанию
- •11.2. Классификация работ по ремонту и содержанию автомобильных дорог общего пользования
- •11.3. Межремонтные сроки службы дорожных одежд и покрытий
- •11.4. Особенности планирования работ по содержанию и ремонту дорог
- •11.5. Планирование дорожно-ремонтных работ на основе результатов диагностики
- •11.6. Планирование ремонтных работ с учётом условий их финансирования и использованием программы технико-экономического анализа
- •Глава 12. Мероприятия по организации и обеспечению безопасности движения на дорогах
- •12.1. Методы организации и обеспечения безопасности движения на автомобильных дорогах
- •12.2. Обеспечение ровности и шероховатости дорожных покрытий
- •12.3. Совершенствование геометрических параметров и характеристик дорог для повышения безопасности движения
- •12.4. Обеспечение безопасности движения на пересечениях и на участках дорог в населённых пунктах. Освещение автомобильных дорог
- •12.5. Организация и обеспечение безопасности движения в сложных погодных условиях
- •12.6. Оценка эффективности мероприятий по повышению безопасности движения
- •Раздел V технология содержания автомобильных дорог глава 13. Содержание дорог весной, летом и осенью
- •13.1. Содержание земляного полотна и полосы отвода
- •13.2 Содержание дорожных одежд
- •13.3. Ремонт трещин асфальтобетонных покрытий
- •13.4. Ямочный ремонт покрытий из асфальтобетона и битумоминеральных материалов. Основные способы ямочного ремонта и технологические операции
- •13.5. Обеспыливание дорог
- •13.6. Элементы обустройства дорог, средства организации и обеспечения безопасности движения, их содержание и ремонт
- •13.7. Особенности содержания дорог в горной местности
- •13.8. Борьба с песчаными заносами
- •Глава 14. Озеленение автомобильных дорог
- •14.1. Классификация видов озеленения автомобильных дорог
- •14.2. Снегозащитные лесонасаждения
- •14.3. Принципы назначения и улучшения основных показателей снегозадерживающих лесонасаждений
- •14.4. Противоэрозионное и шумо-газо-пылезащитное озеленение
- •14.5. Декоративное озеленение
- •14.6. Технология создания и уход за снегозащитными лесонасаждениями
- •Глава 15. Зимнее содержание дорог
- •15.1. Условия движения по автомобильным дорогам зимой и требования к их содержанию
- •15.2. Снегопринос и снегозаносимость дорог. Районирование территории по трудности снегоборьбы на автомобильных дорогах
- •15.3. Защита дорог от снежных заносов
- •15.4. Очистка дорог от снега
- •15.5. Борьба с зимней скользкостью
- •15.6. Наледи и борьба с ними
- •Раздел VI. Технология и средства механизации работ по содержанию и ремонту автомобильных дорог глава 16. Ремонт земляного полотна и системы водоотвода
- •16.1. Основные виды работ, выполняемых при капитальном ремонте и ремонте земляного полотна и системы водоотвода
- •16.2. Подготовительные работы к ремонту земляного полотна и водоотвода
- •16.3. Ремонт обочин и откосов земляного полотна
- •16.4. Ремонт системы водоотвода
- •16.5. Ремонт пучинистых участков
- •16.6. Уширение земляного полотна и исправление продольного профиля
- •Глава 17. Ремонт покрытий и дорожных одежд
- •17.1. Последовательность работ при ремонте дорожных одежд и покрытий
- •17.2. Устройство слоев износа, защитных и шероховатых слоев
- •17.3. Регенерация покрытий и нежёстких дорожных одежд
- •17.4. Содержание и ремонт цементобетонных покрытий
- •17.5. Ремонт гравийных и щебёночных покрытий
- •17.6. Усиление и уширение дорожных одежд
- •Глава 18. Ликвидация колей на автомобильных дорогах
- •18.1. Оценка характера и выявление причин колееобразования
- •18.2. Расчёт и прогнозирование глубины колеи и динамики её развития
- •18.3. Классификация методов борьбы с колееобразованием на автомобильных дорогах
- •18.4. Ликвидация колей без устранения или с частичным устранением причин колееобразования
- •18.5. Методы ликвидации колей с устранением причин колееобразования
- •18.6. Мероприятия по предупреждению образования колей
- •Глава 19. Машины и оборудование для содержания и ремонта автомобильных дорог
- •19.1. Машины для содержания автомобильных дорог в летний период
- •19.2. Машины для зимнего содержания дорог и комбинированные машины
- •19.3. Машины и оборудование для ремонта автомобильных дорог
- •19.4. Машины для разметки покрытий
- •Раздел VII организационное и финансовое обеспечение эксплуатационного содержания автомобильных дорог глава 20. Сохранность дорог в процессе эксплуатации
- •20.1. Обеспечение сохранности автомобильных дорог
- •20.2. Порядок сезонного ограничения движения
- •20.3. Порядок пропуска негабаритных и тяжеловесных грузов
- •20.4. Весовой контроль на автомобильных дорогах
- •20.5. Ограждение мест производства дорожных работ и организация движения
- •Глава 21. Технический учёт, паспортизация и инвентаризация автомобильных дорог
- •21.1. Порядок технического учёта, инвентаризации и паспортизации автомобильных дорог
- •Раздел 3 «Экономическая характеристика» отражает данные экономических обследований, изысканий, учёта движения, статистических и экономических обзоров.
- •21.2. Учёт движения на автомобильных дорогах
- •21.3. Автоматизированные банки дорожных данных
- •Глава 22. Организация и финансирование работ по содержанию и ремонту дорог
- •22.1. Особенности и задачи организации работ по содержанию и ремонту дорог
- •22.2. Проектирование организации работ по содержанию дорог
- •22.3. Проектирование организации ремонта дорог
- •22.4. Методы оптимизации проектных решений по содержанию и ремонту дорог
- •22.5. Финансирование работ по ремонту и содержанию дорог
- •Глава 23. Оценка эффективности проектов ремонта дорог
- •23.1. Принципы и показатели оценки эффективности
- •23.2. Формы общественной эффективности инвестиций в ремонт дорог
- •23.3. Учёт неопределённости и риска при оценке эффективности ремонта дорог
- •Глава 24. Планирование и анализ производственно-финансовой деятельности дорожных организаций по содержанию и ремонту автомобильных дорог
- •24.1. Виды, основные задачи и нормативная база планирования
- •24.2. Содержание и порядок разработки основных разделов годового плана деятельности дорожных организаций
- •24.3. Экономический анализ деятельности дорожных организаций
- •Список литературы
Глава 7. Закономерности изменения основных транспортно-эксплуатационных характеристик автомобильных дорог
7.1. Общий характер изменения прочности дорожных одежд в процессе эксплуатации
Прочность дорожных одежд является важнейшим транспортно-эксплуатационным показателем, влияющим на технический уровень и эксплуатационное состояние автомобильной дороги и, в частности, определяющим способность дорожных конструкций сопротивляться многократно повторяющемуся воздействию нагрузок от проезжающих транспортных средств и обеспечивать эффективность перевозочного процесса в течение межремонтного срока службы. Транспортные средства воздействуют на дорогу одновременно с факторами, зависящими от природно-климатических условий (водой, температурой, ветром, солнечной радиацией).
В годовом цикле изменения водно-теплового режима земляного полотна выделяют четыре характерных периода: первоначальное накопление влаги осенью; промерзание, перераспределение и накопление влаги в земляном полотне зимой; оттаивание земляного полотна и переувлажнение грунта весной; просыхание земляного полотна летом.
Весной (обычно в апреле-мае) в начале оттаивания земляного полотна грунт наиболее увлажнён и разуплотнён (W[0,85-1,0]WT;Кпл= 0,85, гдеWT- влажность грунта на границе текучести;Кпл- коэффициент уплотнения). Нагрев поверхности дороги солнцем весной вызывает поток тепла в конструкцию, который приводит к просыханию и уплотнению верхних слоев земляного полотна. По мере оттаивания увеличивается влажность грунта и снижаются прочностные характеристики дорожной конструкции. Данные рис. 7.1 свидетельствуют, что с увеличением глубины оттаивания увеличивается и прогиб дорожной одежды под нагрузкой. Максимальные деформации наблюдаются только в момент полного оттаивания грунта земляного полотна. По мере просыхания земляного полотна прогиб резко уменьшается, свидетельствуя о повышении несущей способности дорожной конструкции.
Рис. 7.1. Изменение прогиба дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием в весенний период по мере оттаивания грунта земляного полотна (данные Р.С. Нордала, Норвегия). Стрелками показаны дождливые и сухие периоды (Z- глубина оттаивания, м;L- прогиб, мм)
Весенний период наибольшего ослабления дорожной одежды рассматривается в качестве расчётного периода с продолжительностью от 20-30 суток до 1,5-2 месяцев в зависимости от региональных условий Российской Федерации. Особенности определения расчётного периода изложены в разделе 20.2применительно к сезонному ограничению движения транспортных средств по осевым нагрузкам.
В этих условиях в качестве обобщённого критерия прочности нежёстких конструкции используют величину прогиба под нагрузкой или рассчитываемый по его величине эквивалентный модуль упругости. Дорожные одежды считаются прочными, если обеспечивается коэффициент прочности в пределах межремонтного срока службы (гдеЕфиЕтрсоответственно фактический и требуемый модули упругости).
Расчётные требуемые модули упругости [107], полученные с учётом результатов многолетних испытаний дорожных одежд, назначают на требуемую перспективуt(1-20 лет) в зависимости от конкретно решаемых задач:
(7.1)
где (7.2)
А,В, - эмпирические параметры, характеризующие закономерности изменения требуемых модулей упругости от перспективной интенсивности движения;
- коэффициент, учитывающий влияние погодно-климатических факторов на агрессивность воздействия расчётных автомобилей;
N1- интенсивность движения расчётных нагрузок на полосу в первый год эксплуатации, авт/сут. Состав движения приводят к расчётному двухосному автомобилю с осевой нагрузкой на заднюю ось 100 кН (удельное давление в плоскости контакта колеса с покрытием - 0,6 МПа) с учётом типа дорожной одежды;
Кпр- коэффициент относительной прочности дорожной одежды, принимаемый в зависимости от типа дорожной одежды и категории дороги;
Крег- региональный коэффициент, зависящий от дорожно-климатической зоны;
Kz- коэффициент, зависящий от фактической интенсивности движения;
Kси- коэффициент, учитывающий сопротивление конструктивных слоев сдвигу и растяжению при изгибе;
Xi- параметр, характеризующий отклонение расчётного модуля упругости от среднего в статистической выборке и принимаемый в зависимости от расчётной надёжности дорожной одежды.
Находящиеся в эксплуатации дорожные одежды представляют собой некоторую систему со случайным распределением прочностных свойств по длине автомобильной дороги, подчиняющимся закону нормального распределения (Апестин В.К., Шак A.M., Яковлев Ю.М. Испытание и оценка прочности нежёстких дорожных одежд. - М.: Транспорт, 1977. - 102 с). Это обусловлено неоднородностью физико-механических свойств материалов конструктивных слоев дорожной одежды и земляного полотна, некоторым колебанием толщин конструктивных слоев за счёт допусков, принимаемых при строительстве и ремонте автомобильной дороги, а также воздействием автомобильного движения и погодно-климатических факторов, носящим случайный характер.
В этих условиях фактическое состояние дорожных одежд оценивают фактическим модулем упругости Еф, определяемым по величине прогибаlф, соответствующего расчётному уровню надёжностиКн или допустимой вероятности повреждения покрытия [r] = 1 -Кн в конце расчётного (межремонтного) срока службы (рис. 7.2):
где (7.3)
Qk- вертикальная нагрузка, кН;
lф- прогиб, см.
Рис. 7.2. Определение фактического состояния дорожной одежды по прочности по результатам её полевых испытаний вертикальной нагрузкой [107]: 1 - уровень, соответствующий допустимой вероятности повреждения покрытия; 2 - кривая распределения прогибов покрытия на характерном участке дороги; 3 - кумулятивная кривая;- накопленная частость;L- величинаi-того прогиба;lф- то же, соответствующего допустимой вероятности повреждения покрытия
Под воздействием погодно-климатических факторов фактическое состояние дорожной одежды и грунтов земляного полотна непрерывно изменяется, причем каждая точка конструкции вдоль дороги имеет свою собственную закономерность (рис. 7.3). Учитывая это, для получения фактической закономерности изменения прочности дорожной одежды во времени следует ориентироваться не на случайно выбранные точки, а только на те места конструкции, которые характеризуются величиной прогиба, соответствующего допустимой вероятности повреждения покрытия.
В связи с естественной неоднородностью дорожной конструкции внезапного её отказа под воздействием движения и погодно-климатических факторов не происходит в процессе эксплуатации. Изменение состояния дорожной одежды по прочности происходит постепенно во времени по мере развития в конструкции различных дефектов и повреждений. Показательно, что характер растрескивания одинаков для жёстких и нежёстких покрытий. Различие только в отношении объёма повреждений (Апестин В.К., Дудаков А.И. Влияние построечного транспорта на состояние покрытия в процессе его устройства // Автомобильные дороги. - 1977. - № 7).
Рис. 7.3. Закономерности изменения обратимого прогиба lkдорожной конструкции с асфальтобетонным покрытием в весенний период времени на дорогах Московской области под воздействием погодно-климатических факторов 1,2,3 - закономерности для разных контрольных точек
Рис. 7.4. Закономерности снижения расчётных (требуемых) модулей упругости дорожной конструкции и повышения вероятности разрушения (сетка трещин [107]) покрытия: 1 - изменение вероятности повреждения покрытия в пределах периода 2 - изменение модуля упругости дорожной конструкции в пределах срока службы дорожной одежды, 3 - кривая распределения модулей упругости дорожной конструкции;Епр=Еср- проектный наиболее вероятный модуль упругости дорожной конструкции;Еmin- предельно допускаемый модуль упругости в конце расчётного срока службы дорожной одежды, МПа;Ер=Етр- расчётный (требуемый) модуль упругости дорожной одежды и земляного полотна, МПа; [r] - допустимая вероятность повреждения покрытия
С выработкой запасов прочности дорожных одежд происходит постепенное снижений модулей упругости конструкции (рис. 7.4) и переход системы в предельное состояние в виде сетки трещин [107], определяемое расчётной надёжностью конструкции. Закономерность снижения, полученная на основе решения (7.2), определяется зависимостью [17], согласующейся с результатами полевых испытаний, проведённых в России и за рубежом:
где (7.4)
Тн- расчётный (межремонтный) срок службы дорожной одежды, запасы прочности которой определены решением (7.1).
Формула (7.4) справедлива при величине выражения под логарифмом 5.
Модули упругости конструкции, соответствующие моменту образования различных дефектов, могут быть определены (Апестин В.К. К вопросу определения несущей способности дорожной одежды: Тезисы докладов Республиканской н-т конференции «Проблемы дорожного строительства». - Суздаль, 1996. - С. 76-77.) следующим эмпирическим выражением [17]:
Eф = ·( Eр - Emin) + Emin, МПа. (7.5)
Значения коэффициента приведены в табл. 7.1.
Таблица 7.1
|
Вид дефекта |
Вероятность повреждения |
1,0 |
Нет дефектов |
0 |
0,95 |
Одиночные поперечные трещины |
0 |
0,90 |
Отдельные поперечные трещины с расстоянием не менее 10 м |
0,1·[r] |
0,85 |
Редкие поперечные трещины с расстоянием от 5 до 10 м |
0,3·[r] |
0,50 |
Частые поперечные трещины с расстоянием от 1 до 5 м |
0,7·[r] |
0,25 |
Частые поперечные трещины с одиночными продольными по полосе наката |
0,9·[r] |
0 |
Сетка трещин |
[r] |
Примечание. Объём повреждения определяется по вероятности [r], соответствующей расчётному уровню надёжности дорожной одежды.
В соответствии с [107]
где (7.6)
А- эмпирический показатель, принимаемый для условий статического и кратковременного нагружения дорожной одежды соответственно 125 и 145 МПа.
Оценку изменения состояния жёстких дорожных одежд с цементобетонными покрытиями по критерию трещиностойкости в процессе эксплуатации не выполняют в связи с трудоёмкостью определения фактических суммарных напряжений в плитах покрытия от совместного действия температуры и транспортной нагрузки. В производственных условиях [95] ограничиваются сравнением фактической толщины покрытияНфс требуемой по условиям движенияНтр. Дорожная одежда с цементобетонным покрытием считается прочной, если обеспечивается следующий коэффициент прочности:
(7.7)