7.2. Динамика изменения ровности дорожных покрытий в зависимости от начальной ровности и грузонапряжённости

Ровность дорожных покрытий в соответствии с Техническими правилами ремонта и содержания дорог [95] рассматривается как один из основных транспортно-эксплуатационных показателей, определяющих технический уровень и эксплуатационное состояние автомобильных дорог, непосредственно влияющий на эффективность перевозок грузов и пассажиров, удобство и безопасность дорожного движения.

Имеются два основных фактора, определяющих ровность дорожного покрытия и динамику её изменения в процессе эксплуатации:

технология производства работ (с учётом качества производства работ и используемых материалов) при строительстве и ремонте дорожной одежды и земляного полотна, определяющие начальную ровность дорожного покрытия;

воздействие движения и погодно-климатических факторов, вызывающих естественные процессы образования микротрещин и накопления остаточных деформаций в слоях дорожной одежды, проявляющихся в конечном итоге развитием сквозных трещин на дорожном покрытии (см. рис. 7.4), образованием просадок и колеи по мере снижения несущей способности дорожных конструкций и достижения предельного состояния дорожной одежды.

Комплексное влияние этих факторов на ровность дорожного покрытия может учитываться эмпирическими зависимостями от прочности дорожных конструкций типа [6]:

где                                                                            (7.8)

S_tиS₀- прогнозируемое и начальное (после сдачи дороги в эксплуатацию) значения ровности дорожного покрытия по толчкомеру, см/км;

а,b,с,d- эмпирические коэффициенты для дорожных одежд капитального типа:а= 0,02;b= 0,7;с= 6,7·10⁹;d= -5,65;

п- количество расчётных дней в году,п= 365 дн.

N₁- интенсивность движения в первый год службы, приведённая к расчётной нагрузке;

q- показатель роста интенсивности движения во времениt;

E_min- минимальный модуль упругости с заданной надёжностью при односторонней доверительной вероятности, МПа:

где                                                                                                   (7.9)

- математическое ожидание модуля упругости;

t_н- нормированное отклонение;

_Е(t) - среднеквадратическое отклонение модуля упругости.

Имеется также решение, прогнозирующее состояние покрытия по ровности в зависимости от изменения грузонапряжённости на автомобильной дороге (Слободчиков Ю.В. Обоснование оценочных показателей выбора ремонтной стратегии автомобильных дорог с дорожными одеждами нежесткого типа в изменяющихся условиях эксплуатации. - М.: Информавтодор, 1994. - 189 с):

S_t=·Q_t+, где                                                                                                                (7.10)

 - эмпирический параметр, учитывающий региональные условия работы дороги (Северный Казахстан). Для средних условий = 23,5;

 - параметр, характеризующий начальную ровность асфальтобетонного покрытия по толчкомеру после проведения дорожных работ (= 90 см/км);

Q_t- грузонапряжённость в млн. брутто тонн заtлет эксплуатации дороги:

где                                                                         (7.11)

N_t- среднегодовая суточная интенсивность движения вt-ом году, авт./сут;

Q_i- масса каждого изi-тых порожних автомобилей, т;

Г_i- номинальная грузоподъемностьi-того автомобиля, т;

, - коэффициенты использования пробега и грузоподъемности автомобилей соответственно;

 - количество типов автомобилей в составе транспортного потока;

р_i- доляi-того автомобиля в составе транспортного потока.

Начальная ровность покрытий в приведённых зависимостях непосредственно связана с используемой технологией и качеством проведённых работ.

Более устойчивые корреляции имеют место, если динамику изменения ровности оценивать по развивающимся в покрытии остаточным деформациям и трещинам. Однако не все эти дефекты оказывают существенное влияние на состояние покрытия по ровности (рис. 7.5). Наиболее интенсивно изменение ровности покрытия происходит в местах образования сетки трещин, характеризующихся минимальными показателями прочности дорожной конструкции, где интенсивно протекают процессы повреждения кромок трещин, взаимного смещения и просадки частей покрытия при переходе системы в запредельное состояние.

Рис. 7.5. Влияние различных дефектов на изменение показателя ровности асфальтобетонного покрытия (данные обследования 25-км участка дороги Москва - Ярославль; оценка ровности выполнена с помощью автомобильной установки ПКРС-2): 1 - сетка трещин; 2 - сетка трещин, отремонтированная ямочным ремонтом; 3 - волна с шагом 0,9-1,5 м вдоль дороги; 4 - просадки в разных местах покрытия

Показательно, что ямочным ремонтом, проводимом, как правило, в местах развития сетки трещин, только частично удается улучшить состояние покрытия по ровности. Развивающиеся в покрытии сквозные поперечные и косые трещины не сказываются на динамике изменения ровности покрытия (корреляции отсутствуют). Определённое влияние замечено только с начала появления частых поперечных трещин при несвоевременном их содержании (трещины открытые с рваными кромками).

В этих условиях для прогнозирования ровности покрытия по развивающейся во времени сетки трещин используется решение, полученное в результате совместного рассмотрения известной зависимости скорости движения транспортного потока от ровности асфальтобетонного покрытия, определённой в результате обобщения данных МАДИ (ГТУ) и Гипродорнии, и зависимости скорости движения от степени деформирования покрытия (Золотарь И.А., Некрасов В.К. и др. Повышение надёжности автомобильных дорог. / Под ред. И.А. Золотаря. - М.: Транспорт, 1977. - 183 с):

где                                                                                                   (7.12)

_i- показатель ровности покрытия по толчкомеру, см/км;

, а- эмпирические параметры, учитывающие влияние начальной ровности покрытия на скорость движения транспортного потока (= 86,14 иа= 0,0125);

, b- эмпирические коэффициенты, влияющие соответственно на скорость движения и динамику изменения ровности покрытия в зависимости от вероятности повреждения покрытияr_ik(= 0,123;b= 0,045).

Вероятность повреждения покрытия r_ikв любой рассматриваемый год определяют с использованием распределений фактических обратимых прогибовl_ikнежёстких дорожных одежд, полученных по результатам полевых испытаний нагрузкой и представленных (рис. 7.6) в виде кумулятивных кривых прогибов (Апестин В.К. Оптимизационная модель для обоснования требований к прочности нежёстких дорожных одежд и норм межремонтных сроков их службы. - тр. Гипродорнии, вып. 46. - М.: 1985. - С. 57 - 73):

r_ik=f(X_ik), где                                                                                                                       (7.13)

X_ik- соотношение среднего и расчётного модуля упругости, обеспечивающего работоспособность дорожной одежды на рассматриваемый момент времени:

(7.14)

Рис. 7.6. Схема определения ежегодной вероятности повреждения покрытия r_ik; 1 - кривая распределения прогибов; 2 - кривая накопления;l_ikиE_ik- значения прогибов и рассчитанных по их величине модулей упругости соответственно;l_ikиE_cpk- соответственно среднеарифметические значения прогиба и модуля упругости дорожной конструкции; - среднеквадратическое отклонение прогибов в распределении

Ежегодные расчётные модули упругости E_tpiопределяют по формуле (7.1) при подстановке последовательноt= 1; 2; 3;...Т₀лет и окончательно искомые вероятности находят по кривой накопления (см. рис. 7.6).

Общий вид получаемой закономерности представлен на рис. 7.4кривой вероятности повреждения покрытия сеткой трещин.

Для технико-экономических расчётов и предварительных оценок динамики изменения ровности при отсутствии результатов диагностики используют обобщённую кривую распределения прогибов, установленную поданным многолетних наблюдений за нежёсткими дорожными одеждами разных конструкций и фактических сроков службы. Параметры этого распределения [107] приведены в табл. 7.2.

По полученным значениям r_ikопределяют соответствующее им состояние дорожного покрытия по ровности 8, по формуле (7.12) или по табл. 7.3.

Таблица 7.2

rik	0,490	0,365	0,255	0,180	0,140	0,100	0,075	0,055	0,040
Xik	1,05	1,10	1,15	1,20	1,25	1,30	1,35	1,40	1.45

Примечание. Промежуточные значения определяют по интерполяции.

Таблица 7.3

rik	0,45	0,40	0,35	0,30	0,25	0,20	0,15	0,10	0,05
i, см/км	452	434	413	387	358	322	278	222	150

Примечания: 1. Показатель ровности покрытия соответствует показаниям толчкомера ТХК-2, установленного на автомобиле УАЗ-452. При использовании других марок автомобилей требуется предварительная тарировка прибора. Промежуточные значения находят по интерполяции. 2. В случае если диагностика автомобильной дороги выполнена с помощью автомобильной установки типа ПКРС-2, соответствующее значение по ТХК определяют: