/
Автор: Васильев А.П.
Теги: автомобильные дороги дорожное строительство автодорожный транспорт транспорт
ISBN: 978-5-7695-5342-4
Год: 2010
Текст
Высшее профессиональное образование
А. П. Васильев
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ
ДОРОГ
В двух томах
Том 1
УДК 625.7/.8(075.8)
ББК 39.31я73
В191
Рецензенты:
зав. кафедрой «Автомобильные дороги» Казанского государственного
архитектурно-строительного университета, д-р техн, наук, проф. А. И. Брехман',
первый заместитель генерального директора ФГУП «РосдорНИИ»
по научной работе В. В. Чванов
Васильев А.П.
В191 Эксплуатация автомобильных дорог : в 2 т. — Т. 1 : учеб-
ник для студ. высш. учеб, заведений / А. П. Васильев. — М.:
Издательский центр «Академия», 2010. — 320 с.
ISBN 978-5-7695-5342-4
Рассмотрены теоретические основы содержания, ремонта и организа-
ции управления функционированием дорог дорожно-эксплуатационной
службой. Большое внимание уделено методам мониторинга, диагностике
и оценке состояния, требованиям к автомобильным дорогам в разные
периоды года в различных климатических условиях.
Для студентов высших учебных заведений. Может быть полезен спе-
циалистам дорожных организаций.
УДК 625.7/.8(075.8)
ББК 39.31я73
Оригинал-макет данного издания является собственностью
Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом
без согласия правообладателя запрещается
© Васильев А. П., 2010
ISBN 978-5-7695-5342-4 (т. 1) © Образовательно-издательский центр «Академия», 2010
ISBN 978-5-7695-5343-1 © Оформление. Издательский центр «Академия», 2010
ПРЕДИСЛОВИЕ
Автомобильные дороги представляют собой комплекс инженер-
ных сооружений, предназначенных для непрерывного, удобного и
безопасного движения транспортных средств с расчетной нагрузкой
и установленными скоростями. В этот комплекс входят земляное
полотно, дорожная одежда, мосты, трубы, другие искусственные со-
оружения, обустройство дорог и защитные сооружения, здания и
сооружения автосервиса, дорожных и автотранспортных служб. Па-
раметры и состояние элементов дороги и дорожных сооружений
определяют ее технический уровень и эксплуатационное состояние.
Дорожное хозяйство страны в настоящее время находится на
сложном этапе развития, когда остро стоит проблема повышения
технического уровня и эксплуатационного состояния дорог, а также
реконструкции дорог и мостов.
Дорожные организации выполняют огромный объем работ по
содержанию и ремонту дорог, обеспечению безопасности движе-
ния. На эти цели ежегодно расходуется до 85 % всех затрат на
развитие дорожного хозяйства. Без выполнения этих работ невоз-
можно поддержание на требуемом уровне, а также совершенство-
вание транспортно-эксплуатационного состояния дорожной сети.
Для выполнения работ по ремонту и содержанию дорог и со-
оружений на них, а также по организации и обеспечению без-
опасности движения на автомобильных дорогах создана дорож-
ная (дорожно-эксплуатационная) служба.
Конечная цель деятельности дорожной службы — поддержа-
ние и непрерывное повышение технического уровня и эксплуата-
ционного состояния дорог в соответствии с ростом интенсивно-
сти движения и нагрузки, и, как следствие, повышение произво-
дительности и эффективности работы транспортных средств, сни-
жение себестоимости перевозок. Для обозначения указанной дея-
тельности применяют не вполне корректный термин «эксплуата-
ция дорог». Дорожная служба не эксплуатирует дорогу, а обеспе-
чивает ее функционирование, поэтому более правильным будет
использование термина «техническая эксплуатация дорог и орга-
низация движения», под которым следует понимать систему пла-
3
ново-предупредительных и ремонтно-восстановительных работ,
а также организационно-технических мероприятий, обеспечива-
ющих удобное и безопасное движение транспортных средств.
В состав работ по технической эксплуатации дорог входят:
• изучение и анализ условий работы дорог и движения транс-
портных средств;
• постоянный уход за дорогами, дорожными сооружениями и
полосой отвода, поддержание их в чистоте и порядке;
• периодические ремонты дорог и сооружений;
• озеленение, архитектурно-эстетическое оформление и обус-
тройство;
• реализация мероприятий, повышающих технический уровень
и эксплуатационное состояние дорог, приведение их в соответ-
ствие с возрастающими требованиями безопасности движения.
Созданная дорожная сеть — это национальное богатство стра-
ны, и она заслуживает к себе отношения именно как к нацио-
нальному богатству, которое нужно беречь, приумножать и эф-
фективно использовать.
Научные основы эксплуатации автомобильных дорог, их ре-
монта и содержания заложены в трудах профессоров Г.Д. Дубели-
ра и А. К. Бируля. Развитию этих основ посвящены работы про-
фессоров Н. Н. Иванова, В. Ф. Бабкова, А. П. Васильева, И. А. Золо-
таря, А. Я. Калужского, М. Б. Корсунского, О. А. Красикова, М. С. Ко-
ганзона, И. И. Леоновича, В. К. Некрасова, М. В. Немчинова, Н. А. Пу-
закова, Т. В. Самодуровой, В. М. Сиденко, Ю. В. Слободчикова,
А. В. Смирнова, К. С.Теренецкого, А. Я. Тулаева, Ю.М. Яковлева,
а также кандидатов технических наук Г. В. Бялобжеского, М. Я. Те-
легина, Н. И. Иголкина, Е. И. Попова, А.А.Кунгурцева и др. На-
учные основы организации и обеспечения безопасности дорож-
ного движения представлены в трудах профессоров В. Ф. Бабкова,
М. С. Замахаева, В. Н. Иванова, А.Я. Калужского, Г. И.Клинков-
штейна, Я.В. Хомяка, а также А. П. Васильева, Е.М.Лобанова,
В. В. Сильянова и др.
Повысить технический уровень и эксплуатационное состояние
дорог, обеспечить их высокую работоспособность в сложных при-
родно-климатических условиях нашей страны возможно только
при хорошем знании теории и передового практического опыта
эксплуатации дорог.
Главная задача учебника состоит в том, чтобы систематизиро-
вать теоретические и практические знания по эксплуатации дорог
и организации дорожного движения, ознакомить студентов с ме-
тодами и способами содержания и ремонта дорог, научить их пра-
вильно оценивать эксплуатационное состояние дорог и степень
его соответствия требованиям безопасности движения, а также
определять виды и объемы ремонтных работ и выбирать наиболее
эффективные методы их выполнения.
РАЗДЕЛ I. ОСНОВЫ ТЕОРИИ
ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
И УПРАВЛЕНИЯ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕМ
Глава 1
СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ
ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
1.1. Тенденции развития автомобильного
транспорта и автомобильных дорог
В единой транспортной системе страны значительное место
принадлежит автомобильному транспорту, объем перевозимых
грузов которого в несколько раз больше, чем у всех остальных
видов транспорта вместе взятых. В то же время в общем грузообо-
роте доля автомобильного транспорта значительно меньше, по-
скольку средняя дальность перевозок автомобильным транспор-
том в несколько раз меньше, чем другими видами транспорта (же-
лезнодорожным, морским, воздушным и др.).
Для успешного функционирования автомобильно-дорожной
системы, т.е. автомобильного транспорта и автомобильных до-
рог, необходимо, чтобы параметры и характеристики автомобиль-
ных дорог удовлетворяли требованиям движения автомобилей,
а основные параметры и характеристики автомобилей соответ-
ствовали тем, на которые рассчитаны эксплуатируемые дороги.
Существуют определенные требования к автомобилям со сто-
роны автомобильных дорог, которые необходимо соблюдать, что-
бы не перестраивать сеть автомобильных дорог под каждое новое
поколение автомобилей. Это, прежде всего, требования к дина-
мическим свойствам и габаритам автомобилей, их осевой нагруз-
ке, общей массе и ряду других характеристик.
Выдержать эти соотношения трудно, поскольку автомобиль-
ные дороги эксплуатируются многие десятилетия, в течение кото-
рых происходит смена нескольких поколений автомобилей, каж-
дое из которых предъявляет более высокие требования к автомо-
бильным дорогам и поэтому их необходимо непрерывно совер-
шенствовать.
Чтобы заранее прогнозировать возможные изменения состоя-
ния дорог и требования к ним со стороны пользователей дорог,
необходимо систематически анализировать тенденции количе-
5
ственного и качественного развития автомобильного транспор-
та. На этой основе должна разрабатываться техническая полити-
ка в эксплуатации автомобильных дорог, их ремонта и содержа-
ния.
Выпуск автомобилей во всем мире составил в 2000 г. примерно
55 млн ед., а в 2010 г. ожидается более 60 млн ед.
Соответственно растет и степень насыщения потребностей на-
селения автомобилями, и к настоящему времени она достигает в
США 810 автомобилей на 1000 жителей, а в Западной Европе 560
автомобилей на 1000 жителей. По расчетам специалистов, пото-
лок насыщения автомобилями в США составляет 850, а в Запад-
ной Европе — 750 автомобилей на 1000 жителей.
В России в 2000 г. было примерно 26 млн легковых автомоби-
лей и 4,3 млн грузовых, причем более 600 тыс. легковых автомо-
билей было привезено из дальнего зарубежья. Таким образом, на
1000 жителей России приходилось около 200 автомобилей. На-
блюдается устойчивый рост численности автомобильного парка
на 5... 6 % и более в год.
Предполагается, что к 2010 г. в России парк легковых автомо-
билей составит 31 — 33 млн ед., а к 2025 г. эта численность возра-
стет до 60 млн ед. и на каждые 1000 жителей будет приходиться
350—400 легковых автомобилей. Таким образом, по темпам на-
сыщения автомобилями Россия приближается к передовым стра-
нам мира.
Такова перспектива количественного уровня автомобилизации
России, из которой следует исходить, планируя развитие дорож-
ной сети, уровень загрузки дорог движением и техническую по-
литику в области ремонта и содержания дорог, организации и
безопасности движения.
Не менее важно учитывать и тенденции качественного разви-
тия автомобилей и прежде всего параметров и систем, оказываю-
щих влияние на требование к параметрам и транспортно-эксплу-
атационному состоянию дорог.
Классификация автомобилей. По автомобильным дорогам об-
щего пользования движутся грузовые и легковые автомобили, а так-
же автобусы, которые подразделяют на классы. Кроме того, по
автомобильным дорогам движутся и специализированный подвиж-
ной состав в виде автомобильных фургонов, автомобильных цис-
терн, автомобилей-лесовозов, и другие виды специализированно-
го подвижного состава (автомобили-муковозы, автомобили-цемен-
товозы, автомобили-бетоновозы, автобетоносмесители, автомо-
бильные краны и т.п.).
В СССР развитие автомобилестроения шло на основе перспек-
тивных типажей автомобилей, т. е. систематизированной группи-
ровки всех базовых разновидностей автомобилей, по которым
должно развиваться отечественное автомобилестроение.
6
С переходом к рыночной экономике основным критерием про-
изводства автомобилей стал спрос покупателей, а ориентиром в
технической политике служит опыт Западной Европы и Правила
Европейской экономической комиссии Организации Объединен-
ных Наций (ЕЭК ООН).
На дорогах общего пользования действуют установленные меж-
дународными соглашениями ограничения габаритов и массы ав-
томобилей:
• высота — 4,0 м, ширина — 2,5 м (для рефрижераторов и изо-
термических кузовов допускается 2,6 м), длина — 12 м для оди-
ночных автомобилей, 20 м — для автопоездов (с одним прицепом
или полуприцепом), 18 м — для сочлененных автобусов и трол-
лейбусов;
• полная масса для автопоездов с одним прицепом или полу-
прицепом по группе А — не более 38 т.
Установлены следующие нагрузки на одиночную ось двухос-
ного автомобиля для расчета прочности дорожных одежд вновь
строящихся и реконструируемых дорог:
I, II категорий....................115 кН (11,5 тс)
III, IV категорий..................100 кН (10 тс)
V категории........................60 кН (6 тс)
Ширина колеи автомобилей обычно составляет 0,8...0,85 габа-
ритной ширины, и эта тенденция устойчиво сохраняется длитель-
ное время. Например, если габаритная ширина 2,5 м, то колея
будет около 2,0 м. У легковых автомобилей часто встречается ши-
рина 1,6 м и колея 1,45 м.
Высота центра тяжести автомобилей обычно составляет около
0,5 колеи и не должна быть больше по условиям бокового опро-
кидывания при движении на повороте. Габаритная высота легко-
вых автомобилей составляет около 1,4 м, а высота глаз водителя
около 1,1... 1,2 м.
Анализ развития параметров автомобилей указывает на то,
что в ближайшие 10 — 20 лет не должно произойти изменений
по габаритным высоте и ширине грузовых и легковых автомоби-
лей. Однако в Европе и в России имеется тенденция к увеличе-
нию разрешенной осевой нагрузки с увеличением полной массы
автопоезда, что необходимо учитывать при расчете дорожных
одежд.
Динамические характеристики автомобилей. Максимальные кон-
структивные скорости движения отечественных легковых автомо-
билей за период с 1970 г. по настоящее время возросли в среднем
на 17 км/ч и составляют 145... 158 км/ч.
Также увеличились и максимальные скорости отечественных
грузовых автомобилей, которые составляют в настоящее время
90... 115 км/ч.
7
Значительная часть автомобилей иностранного производства
обладает более высокими динамическими качествами, включая
удельную мощность двигателя и максимальную скорость дви-
жения.
Переход России к рыночной экономике сопровождается не
только ростом численности автомобильного парка, но и глубоким
качественным изменением его состава. В транспортном потоке на
автомобильных дорогах доля легковых автомобилей возросла до
80 % и более, возросла доля тяжелых грузовых автомобилей, авто-
поездов, туристических автобусов, а динамические характеристи-
ки многих отечественных автомобилей вплотную подошли к ха-
рактеристикам зарубежных автомобилей.
В связи с произошедшими количественными и качественными
изменениями транспортных потоков значительно возросли тре-
бования к потребительским свойствам автомобильных дорог.
Темпы развития и структура дорожной сети. На начальном эта-
пе развития все автомобильные дороги входили в единую дорож-
ную сеть. Только в 1955 г. было введено деление дорог на автомо-
бильные дороги общей сети, дороги промышленных предприя-
тий, а также на внутрихозяйственные сельские дороги и дороги
специального назначения.
В настоящее время автомобильные дороги Российской Феде-
рации классифицируют по принадлежности на автомобильные
дороги общего пользования, ведомственные и частные.
К автомобильным дорогам общего пользования относят внего-
родские автомобильные дороги, которые являются государствен-
ной собственностью Российской Федерации и подразделяются:
• на дороги общего пользования, являющиеся федеральной соб-
ственностью, — федеральные дороги',
• дороги субъектов Российской Федерации, относящиеся со-
ответственно к собственности субъектов Российской Федерации, —
территориальные дороги.
К. ведомственным и частным автомобильным дорогам относят
дороги предприятий, объединений, учреждений и организаций,
крестьянских (фермерских) хозяйств, предпринимателей и их объе-
динений и других организаций, используемые ими для своих тех-
нологических, ведомственных или частных нужд.
Сеть автомобильных дорог России развивалась неравномерно
в течение длительного времени (рис. 1.1). При этом темпы разви-
тия дорожной сети в течение многих лет существенно отставали
от темпов роста численности автопарка.
Максимальные темпы развития дорожной сети были достигну-
ты в 1986 — 1990 гг., когда ежегодные объемы строительства и ре-
конструкции дорог общего пользования составляли 8... 12 тыс. км.
В последующее десятилетие объемы строительства новых до-
рог общего пользования уменьшились до 6 тыс. км в год, а после
8
Рис. 1.1. Динамика изменения протяженности и структуры сети автомо-
бильных дорог общего пользования России:
1 — общая протяженность; 2 — грунтовые дороги; 3 — дороги с твердым по-
крытием
2001 г. произошло обвальное сокращение объемов строительства
до 1 тыс. км в год. Ежегодный прирост сети дорог с твердым
покрытием за счет нового строительства составлял 0,1...0,3 %.
Увеличение протяженности сети дорог общего пользования про-
исходило путем передачи ведомственных и сельскохозяйствен-
ных дорог с твердым покрытием в сеть дорог общего пользова-
ния. Ежегодно передавалось 8... 15 тыс. км дорог и более. Одна-
ко такая передача не увеличивает общую протяженность дорог в
стране.
По состоянию на 01.01.2004 г. протяженность всей сети авто-
мобильных дорог России составляла 897,8 тыс. км, в том числе
общего пользования — 598,6 тыс. км, из которых 46,8 тыс. км
федеральных и 551,8 тыс. км территориальных дорог.
Кроме того, в общую протяженность входило 299,2 тыс. км
ведомственных и частных дорог.
Протяженность дорог общего пользования с твердым покры-
тием составляла 544,2 тыс. км, в том числе 61 % — дороги с по-
крытием из асфальтобетона и других материалов, обработанных
вяжущим; дороги с цементобетонным покрытием составляли 2 %
протяженности; с покрытием переходного типа (щебеночные, гра-
вийные и др.) — 28 %.
Протяженность грунтовых дорог составляла 9 %, или 53,9 тыс. км.
Сеть дорог общего пользования с твердым покрытием распре-
деляется по категориям в следующем порядке:
9
Категория дороги...........I
Протяженность, тыс. км...4,8
Доля в сети дорог с твердым
покрытием, %.............0,9
II III IV V
27,8 109,8 320,2 81,6
5,1 20 59 15
По расчетам автора, минимально необходимая протяженность
сети автомобильных дорог общего пользования с твердым по-
крытием в России должна составлять 1,5 млн км, при том что
помимо них будет еще 300...500 тыс. км дорог ведомственных и
сельскохозяйственных. Сеть дорог общего пользования с твер-
дым покрытием позволит решить две принципиально важные
задачи:
• социально-политическую, которая состоит в том, чтобы свя-
зать воедино все населенные пункты страны хотя бы одной по-
стоянно действующей дорогой и обеспечить конституционные
права каждого гражданина на свободу передвижения;
• экономическую, которая состоит в том, чтобы соединить на-
дежными автотранспортными связями все грузо- и пассажирооб-
разующие пункты, создав сеть федеральных и территориальных
дорог с высокими потребительскими свойствами, позволяющую
выбирать оптимальные маршруты перевозок без перепробега ав-
томобилей.
Такая сеть дорог позволит ликвидировать бездорожье и создаст
основу для дальнейшего последовательного увеличения плотно-
сти дорожной сети по мере развития экономики страны и каждой
территории.
Указанные объемы строительства дорог служили ориентиром
при разработке многочисленных программ развития и модерни-
зации транспортной инфраструктуры. К сожалению, ни одна из
этих программ не была выполнена в полном объеме.
В 2005 г. введен в действие новый стандарт на автомобильные
дороги. В этом стандарте введены понятия классов и категорий
дорог, а также категорий 1в для обозначения дорог обычного типа.
Класс дороги назначают в зависимости от условий доступа к
ней, т. е. от возможности въезда на дорогу и съезда с нее транс-
портных средств, определяемой типом пересечения или примы-
кания.
Различают три класса автомобильных дорог — автомагистрали,
скоростные дороги и дороги обычного типа (нескоростные до-
роги).
Кроме того, различают семь категорий автомобильных дорог в
зависимости от характеристик, отражающих принадлежность ав-
томобильной дороги соответствующему классу и определяющих
технические параметры автомобильной дороги. Таким образом,
в новом стандарте все автомобильные дороги общего пользования
подразделяются на автомагистрали категории 1а, скоростные до-
10
роги категории 16 и дороги обычного типа (нескоростные дороги)
категорий 1в, II, III, IV и V. В стандарте указаны их основные
характеристики и условия применения того или иного класса и
той или иной категории.
Потребуется значительно увеличить объемы работ по строи-
тельству, реконструкции, модернизации, ремонту и содержанию
автомобильных дорог для того, чтобы обеспечить надежную авто-
транспортную инфраструктуру России.
Реализация новых программ станет задачей будущих поколе-
ний инженеров-дорожников.
1.2. Состояние дорог и технико-экономические
показатели работы автомобильного транспорта
Многие годы, когда в транспортном потоке подавляющую часть
составляли грузовые автомобили, основными технико-экономи-
ческими показателями работы автомобильного транспорта счита-
ли производительность автомобилей, себестоимость перевозок,
расход топлива, износ шин и др.
Все эти показатели напрямую связаны с техническими пара-
метрами и характеристиками дорог, такими как ширина проез-
жей части, продольные уклоны и радиусы кривых в плане, а так-
же прочность дорожной одежды, ровность и сцепные качества
покрытий и др.
В современных условиях, когда доля легковых автомобилей в
составе транспортных потоков составляет 70...85 %, на первое ме-
сто при оценке эффективности работы автомобильного транспорта
на дороге выходят затраты времени на поездку пассажиров или
перевозку грузов, которые непосредственно связаны со скорос-
тью движения.
Расчеты показывают, что повышение скорости движения за счет
улучшения состояния дороги дает существенную экономию вре-
мени на поездку или перевозку грузов до 20 тыс. авт.-ч и более на
каждый километр улучшенной дороги.
Одной из наиболее частых причин снижения скорости движе-
ния является ухудшение ровности покрытия (рис. 1.2).
К этому нужно добавить время простоя в заторах из-за пере-
грузки дорог движением, перерывов движения во время метелей,
снегопадов или запрещения проезда тяжеловесных автомобилей в
весенний период из-за недостаточной прочности дорожных одежд.
Годовая производительность автомобиля также зависит от до-
рожных условий.
От состояния дорожной сети во многом зависит время работы
автомобиля на линии. При плохом состоянии сети автомобили
часто простаивают из-за поломок, снежных заносов на дорогах,
11
Рис. 1.2. Зависимость средней скорости транспортного потока от ровно-
сти дорожного покрытия
ограничения проезда тяжелых автомобилей в весенний период
по дорогам с недостаточной прочностью дорожной одежды или
не могут быть использованы из-за недостаточной прочности
мостов.
Фактическое число часов работы автомобиля в году может
колебаться в пределах 1000 ...4000 ч, а годовая производитель-
ность автомобиля за счет изменения числа часов работы меняет-
ся в несколько раз. Значительно большее влияние на производи-
тельность автомобиля оказывает грузоподъемность и средняя ско-
рость его движения. За счет увеличения грузоподъемности, на-
пример, с 3 до 10 т, производительность может быть увеличена
более чем в 3 раза. За счет увеличения средней скорости движе-
ния с 30 до 90 км/ч производительность может быть увеличена
почти в 2,4 раза.
Однако грузоподъемность автомобиля прямо зависит от допус-
тимой осевой нагрузки, а следовательно, от прочности дорожной
одежды и несущей способности мостов.
Скорость движения зависит от геометрических параметров до-
роги, ровности и сцепных качеств дорожного покрытия и его со-
стояния, инженерного оборудования дороги и организации дви-
жения, т.е. от уровня содержания дороги.
Эффективность работы автомобильного транспорта характери-
зуется себестоимостью перевозок.
Расчеты показывают, что себестоимость грузовых перевозок
минимальна при средней скорости движения 60 ...80 км/ч. Если
12
180
Ровность дорожного покрытия, см/км
Рис. 1.3. Зависимость расхода топлива грузового автомобиля от ровно-
сти дорожного покрытия и скорости движения (цифры на кривых —
средняя скорость движения грузового автомобиля, км/ч)
принять эту себестоимость за единицу, то с уменьшением сред-
ней скорости коэффициент увеличения себестоимости перевозок
резко возрастает, особенно при скорости ниже 40 км/ч:
Средняя скорость
движения, км/ч..........60...80 40...60 20...40 10...20
Коэффициент повышения
стоимости перевозок..... 1,00 1,10 1,30 3,5
Большое влияние оказывает на расход топлива при движении
автомобиля состояние дороги. При этом, чем выше скорость дви-
жения, тем больше увеличивается расход топлива при ухудшении
ровности (рис. 1.3).
О влиянии состояния дорог на эффективность работы автомо-
билей свидетельствуют данные о стоимости содержания транс-
портных средств при работе автомобилей на дорогах с различной
ровностью, полученные по материалам Европейского банка раз-
вития и реконструкции (ЕБРР), где ровность покрытия приведе-
на в международных единицах IRI, измеряемых в метрах на 1 км
(м/км).
Из этих данных следует, что при ухудшении ровности от 1 до
8 м/км экономические затраты на транспортные средства возрас-
тают для легковых автомобилей с 8 до 15 центов США на 1 км, а для
тяжелых грузовых автомобилей с 26 до 27 центов США на 1 км.
Таким образом, без значительного повышения технического
уровня и эксплуатационного состояния существующих дорог нельзя
решить задачу повышения эффективности работы всего автомо-
бильного транспорта.
13
1.3. Состояние дорог и безопасность движения
Существенной издержкой автомобилизации являются дорож-
но-транспортные происшествия (ДТП), многие из которых про-
исходят из-за недостаточно высокого состояния автомобильных
дорог. По данным Всемирной организации здравоохранения
(ВОЗ) ежегодно в мире на дорогах и улицах городов гибнет почти
1,2 млн чел., ранения различной тяжести получают до 50 млн чел.
Общий социально-экономический ущерб составляет до 3 % вало-
вого национального продукта.
На дорогах и улицах городов Европы ежегодно происходит свы-
ше 2 млн. ДТП, в которых гибнет 127 тыс. чел. и 0,4 млн получа-
ют травмы или становятся инвалидами.
В 2004 г. на территории Российской Федерации было зарегис-
трировано 208,6 тыс. ДТП, в результате которых погибли 34,5 тыс.
и получили ранения 251,4 тыс. чел.
Российская Федерация занимает одно из первых мест в мире
по тяжести последствий ДТП. Число погибших на 100 ДТП в Рос-
сии в 8 —10 раз больше, чем в США, Канаде и других странах с
высоким уровнем автомобилизации. Такое же соотношение ха-
рактерно для числа погибших на 100 тыс. ед. транспортных
средств. На каждые 100 тыс. чел. населения ежегодно погибает в
ДТП 25—28 чел. при уровне автомобилизации около 200 авт. на
1000 чел. населения.
В Европе при уровне автомобилизации около 600 авт. на 1 тыс.
чел. населения ежегодно погибает 15 чел. на 100 тыс. чел. насе-
ления.
Это свидетельствует о наличии больших резервов в решении
проблемы безопасности дорожного движения в России.
Наибольшее число ДТП происходит в городах и других насе-
ленных пунктах. На автомобильных дорогах происходит 28,4 % от
всех ДТП (табл. 1.1).
По данным официальной статистики основной причиной ДТП
является нарушение водителями правил дорожного движения. Доля
ДТП в 2004 г. по причине неудовлетворительного состояния улиц
и дорог составила 24,4 %, а из-за технической неисправности транс-
портных средств — 1,8 %.
Таблица 1.1. Структура ДТП
Места совершения ДТП Число ДТП в 2004 г. Доля, %
Города и другие населенные пункты 148713 71,3
Автомобильные дороги, всего 59175 28,4
В том числе федеральные 19783 9,5
Другие места 670 0,3
14
Результаты отечественных и зарубежных исследований свиде-
тельствуют, что значительная часть ДТП — следствие влияния
отдельных неблагоприятных факторов дорожных условий или их
сочетаний. Установлено, что влияние дорожных условий на про-
цесс возникновения ДТП следует рассматривать в качестве фак-
тора, стимулирующего ошибки водителей в выборе режима дви-
жения автомобиля, снижение надежности его работы ввиду не-
верного восприятия дорожных условий.
Самыми частыми причинами ДТП, обусловленными состояни-
ем дорог, являются скользкость, недостаточная ровность покрытия
и другие факторы, зависящие от уровня содержания дорог.
Более полное представление о роли дорожных условий дают
специальные обследования дорог группами специалистов с ис-
пользованием передвижных дорожных лабораторий. Такие обсле-
дования в широких масштабах выполнены сотрудниками МАДИ,
РосдорНИИ и многих других институтов. Их анализ позволяет
разделить причины каждого происшествия на группы по степени
влияния: главная или основная причина, оказавшая наибольшее
влияние на возникновение ДТП; активные причины или факто-
ры (их обычно несколько), в значительной мере способствующие
его возникновению; косвенные или второстепенные (их тоже, как
правило, несколько), оказывающие незначительное влияние. Ис-
следования показывают, что ошибки водителей в управлении ав-
томобилем и нарушения Правил дорожного движения действи-
тельно являются главной причиной большинства происшествий.
Но эти ошибки и нарушения очень часто связаны с недостатками
автомобильных дорог и неблагоприятными погодными условия-
ми, которые в 50... 80 % случаев являются одной из активных или
косвенных причин, а в 15...20 % случаев — главной причиной
происшествий.
Роль технического уровня и состояния дорог в безопасности
движения особенно четко проявляется в неблагоприятные перио-
ды года. Существуют определенные закономерности распределе-
ния числа ДТП по сезонам года.
Минимальное число происшествий отмечается зимой. Весной
начинается их рост, который продолжается все лето и достигает мак-
симума осенью, когда высокая интенсивность движения сочетается
с неблагоприятными погодными условиями (рис. 1.4).
Количество происшествий при неблагоприятном состоянии
дорог, вызванном действием различных метеорологических фак-
торов, колеблется в широких пределах и зависит как от климата,
так и от технического уровня и уровня содержания дорог.
В табл. 1.2 приведены данные по областям, находящимся при-
мерно на одной долготе и расположенным по территории России
с юга на север. Из табл. 1.2 видно, что чем севернее расположена
территория, тем больше погодные условия влияют на ДТП.
15
Рис. 1.4. Распределение ДТП и числа погибших в результате ДТП по
месяцам:
1 — число ДТП; 2 — число погибших на 100 ДТП
Наиболее опасными являются условия движения во время дож-
дя, снегопада, ограниченной видимости (туман, пасмурно) и силь-
ном ветре.
Возрастающие объемы автомобильных перевозок, увеличение
скоростей, интенсивности движения и связанный с ними рост
числа ДТП, предъявляют новые, более высокие требования к тех-
ническому совершенству существующих автомобильных дорог, их
инженерному оборудованию, транспортно-эксплуатационным ха-
рактеристикам и организации движения в процессе эксплуатации.
Сознавая, что развитие и состояние автомобильно-дорожной
сети играет огромную роль в социально-экономической жизни
страны и ее экономическом развитии, Государственная Дума и
Таблица 1.2. Влияние состояния дорожных покрытий на ДТП
по регионам России
Регион Доля, %, ДТП, произошедших при состоянии дорожного покрытия
сухом мокром, гряз- ном, скользком снежном накатанном обледе- нелом
Ростовская область 80,4 16,5 1,2 1,9
Самарская область 71,9 13,8 11,3 3,0
Московская область 65,4 20,7 7,8 6,1
Мурманская область 41,0 10,0 33,0 16,0
16
Совет Федерации 08.11.2007 приняли специальный Федеральный
закон № 257-ФЗ «Об автомобильных дорогах и дорожной дея-
тельности в Российской Федерации и о внесении изменений в
отдельные законодательные акты Российской Федерации».
В этом законе определены цели и задачи развития и содержа-
ния сети автомобильных дорог страны, даны основные понятия,
классификация автомобильных дорог, полномочия федеральных
органов государственной власти и субъектов Федерации в области
использования автомобильных дорог и осуществлении дорожной
деятельности. В законе имеются специальные главы, посвящен-
ные содержанию и ремонту автомобильных дорог. В законе рас-
смотрены многие вопросы дорожного хозяйства. Особое значение
имеют главы, в которых рассмотрены и решены вопросы финан-
сирования дорожной деятельности.
Несомненно, что этот закон имеет большое значение в даль-
нейшем развитии и совершенствовании сети автомобильных до-
рог и их технико-эксплуатационного состояния.
Контрольные вопросы
1. Как развивается автомобильный транспорт России в последние
годы?
2. Какова структура и протяженность автомобильных дорог в России?
3. Какая сеть дорог необходима в России и какие задачи она решает?
4. Как влияет состояние дорог на технико-экономические показатели
работы автомобильного транспорта?
5. Как влияет состояние и протяженность автомобильных дорог на
аварийность на автомобильном транспорте?
Глава 2
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ЭКСПЛУАТАЦИИ ДОРОГ
И УПРАВЛЕНИЮ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕМ
2.1. Автомобильные дороги как составная часть
автомобильно-дорожной системы
Автомобильный транспорт в целом состоит из следующих основ-
ных элементов: подвижной состав или парк автомобилей, т.е. ав-
томобили всех видов; путевое хозяйство или автомобильные до-
роги со всеми устройствами и сооружениями; материально-тех-
ническая база дорожного хозяйства.
С позиций системного анализа все эти элементы могут быть
объединены в единую автомобильно-дорожную систему. Под сис-
темой в общем смысле понимают комплекс взаимодействующих,
взаимосвязанных, взаимообусловленных объектов материального
мира, объединенных единством цели. Отдельные объекты (части)
системы называют подсистемами. Подсистемы для входящих в нее
более мелких частей могут рассматриваться как самостоятельные
системы и, наоборот, системы могут рассматриваться как подсис-
темы для более сложных или больших объектов (комплексов), в
которые они входят. Подвижной состав и автомобильные дороги
представляют собой главные элементы автомобильно-дорожной
системы, конечным продуктом взаимодействия которых являют-
ся автомобильные перевозки, т. е. доставка грузов и пассажиров, а
основным производственным процессом — движение автомоби-
лей по дорогам.
Все инженерные сооружения рассчитывают на определенные
критические условия работы или критические нагрузки, при ко-
торых они должны обладать необходимым запасом прочности и
устойчивости.
Современная автомобильная дорога является сложным и доро-
гостоящим сооружением и для обеспечения высокой скорости и
безопасности движения должна сохранять определенный мини-
мум транспортно-эксплуатационных качеств в любых условиях
эксплуатации.
В условиях роста интенсивности движения успешно обеспе-
чить перевозочный процесс возможно лишь при непрерывном со-
вершенствовании дорожного движения. В связи с этим необходи-
мо знать закономерности формирования транспортных потоков в
различных дорожных условиях.
18
Следовательно, необходимо непрерывное управление развити-
ем сети дорог, их техническим уровнем и состоянием в целях обес-
печения требуемого уровня эффективности работы дорог как со-
ставной части автомобильно-дорожной системы. Эффективное
функционирование автомобильного транспорта возможно, когда
количественное развитие, качественный уровень и техническое
состояние автомобильных дорог соответствуют требованиям,
предъявляемым к ним со стороны транспортного потока. В свою
очередь эффективное развитие и состояние дорожной сети воз-
можно, когда технический уровень и эксплуатационные характе-
ристики автомобилей соответствуют установленным к ним требо-
ваниям, учитывающим параметры существующих дорог. С пози-
ции системного анализа эффективность развития и эксплуатации
дорожной сети необходимо оценивать по степени конечных це-
лей функционирования дорожной системы: удовлетворение по-
требностей дорожного хозяйства и населения в перевозках грузов
и передвижения пассажиров с высокой экономической эффек-
тивностью, удобством и безопасностью движения.
2.2. Модель взаимодействия комплекса
водитель — автомобиль — дорога — среда
Перемещение грузов и пассажиров по автомобильным дорогам —
сложный производственный процесс с участием людей, автомо-
билей, дорожных сооружений и обустройств, на которые суще-
ственно влияют погодно-климатические условия. Эта совокупность
может быть объединена в комплекс водитель—автомобиль—до-
рога—среда (ВАДС). В его структурной схеме можно выделить
12 прямых и обратных связей (1 —12): водитель—автомобиль (ВА),
автомобиль —водитель (АВ), автомобиль—дорога (АД), дорога —
автомобиль (ДА) и другие (рис. 2.1, а).
В некоторых случаях приведенную совокупность расширяют и
превращают в комплекс человек —автомобиль—дорога —среда
(ЧАДС), имея в виду участие в дорожном движении не только
водителей, но и пешеходов, пассажиров, работников дорожной
службы, службы регулирования движения и т.д. Такое расшире-
ние вполне допустимо, но мало полезно для анализа сути дорож-
ного движения, поскольку главным участником этого процесса из
всех перечисленных является водитель.
Комплекс ВАДС представляет собой иерархическую систему, в ко-
торой кроме парных связей между элементами и подсистемами суще-
ствуют множественные связи, например ДАВ, СДА и т.д. (рис. 2.1, б).
Эти связи описывают взаимные воздействия элементов систе-
мы. При системном анализе взаимодействия комплекса ВАДС при-
няты следующие понятия и определения.
19
Дорожные условия (ДУ) — совокупность геометрических пара-
метров и транспортно-эксплуатационных качеств дороги, имею-
щих непосредственное отношение к движению. Дорожные усло-
вия подразделяют на постоянные и переменные (временные и
кратковременные) параметры и факторы.
Рис. 2.1. Комплекс ВАДС и иерархия его элементов и подсистем:
а — структура комплекса; б — иерархия элементов и подсистем; в — укрупнен-
ная структура взаимодействия комплекса ВАДС и системы ДУ—ТП; 1—12 —
связи; А — автомобиль; В — водитель; Д — дорога; ДУ — дорожные условия; С —
среда; ТП — транспортный поток; Р — режим движения
20
К постоянным отнесены параметры и характеристики дорог, не
меняющиеся в процессе эксплуатации или изменяющиеся очень
редко (при реконструкции или капитальном ремонте): параметры
продольного профиля, радиусы кривых в плане, длина прямых и
кривых и др.
К переменным (временным или сезонным) отнесены парамет-
ры и характеристики дорог, изменяющиеся в результате сезонных
колебаний метеорологических условий и качества содержания до-
роги: ровность и сцепные качества покрытия, фактическая шири-
на проезжей части и обочин, наличие и состояние съездов и пере-
сечений, инженерного оборудования, видимость в плане и др.
К переменным кратковременным отнесены факторы, влияющие
на режим и безопасность движения в течение краткого времени —
от нескольких часов до одного месяца: осадки, туман, гололед,
ветер, метеорологическая видимость и др.
С позиций восприятия дороги водителем термин «дорожные
условия» полнее отражает объект его восприятия, тем более что
каждый автомобиль проезжает по многим дорогам с различными
характеристиками.
Транспортный поток (ТП) — совокупность отдельных движу-
щихся по дороге автомобилей, управляемых водителями.
Состояние окружающей среды (С) — совокупность метеороло-
гических или погодных условий в данный момент. Правильнее
рассматривать здесь всю окружающую природную среду, включая
рельеф местности, ландшафт, растительность и животный мир,
что существенно усложняет анализ. По отношению к каждому
автомобилю дорожные условия, транспортный поток и окружаю-
щая среда составляют условия движения.
Условия движения (УД) — реальная обстановка на дороге, в
которой движется автомобиль в данный момент: дорожные усло-
вия, транспортный поток и состояние окружающей среды.
С учетом изложенного можно представить укрупненную схему
структуры взаимодействия комплекса ВАД С, в которой главная
роль принадлежит системе дорожные условия — транспортные
потоки — систему ДУ — ТП (рис. 2.1, в), каждый элемент кото-
рой отдельно и все вместе находятся под влиянием окружающей
среды С.
Дорожное движение — результат взаимодействия комплекса
ВАДС как единого целого.
Режим движения характеризуется скоростью одиночных авто-
мобилей и всего потока, интервалами между автомобилями в по-
токе (плотностью потока), числом обгонов, перестроений и их
траекториями, режимом разгонов и торможений. Режим движе-
ния — главная выходная характеристика функционирования все-
го комплекса, которая интегрально отражает его эффективность и
качество.
21
Режим движения /-го автомобиля можно представить как функ-
цию
Р, =/(В,; А,; Д; С),
где В„ А„ — параметры, характеризующие данные водителя и ав-
томобиля; Д, С — параметры, характеризующие соответственно
дорогу и среду.
В условиях возрастающей интенсивности движения успешно
обеспечить перевозочный процесс можно лишь при непрерывном
совершенствовании организации дорожного движения. В связи с
этим необходимо знать закономерности формирования транспорт-
ных потоков в различных дорожных условиях.
Объединение элементов дорожной и транспортной составляю-
щих в подсистемы и единый комплекс позволяет анализировать
роль каждого элемента в обеспечении надежного и эффективного
функционирования всего комплекса.
2.3. Теоретические основы управления состоянием
и функционированием автомобильных дорог
Основой теории управления состоянием и функционированием
дорог служит качественное и количественное описание сущности
и закономерностей взаимодействия элементов и систем комплекса
ВАДС. Методическую базу теории эксплуатации дорог и организа-
ции движения составляет системный подход, позволяющий опре-
делить функциональные взаимосвязи и характеристики отдельных
элементов и подсистем и их роль в транспортном процессе и в
воздействии на состояние дороги в процессе ее эксплуатации.
Подсистема водитель — автомобиль (ВА) характеризует эрго-
номическую связь человека с автомобилем. Ее изучение позволя-
ет установить оптимальные условия для водителя и пассажира в
процессе движения автомобиля, а также в выборе режима этого
движения. От условий, в которых работает водитель, зависит его
работоспособность, а следовательно, и эффективность работы ав-
томобиля. В то же время от психофизиологического состояния
водителя и его профессионального мастерства зависит не только
режим движения, но и работоспособность автомобиля.
Подсистема автомобиль — дорога (АД) и ее обратная связь
являются важнейшим звеном всего комплекса с позиции изуче-
ния влияния на состояние дороги в процессе эксплуатации и эф-
фективности этого взаимодействия. Это исследование позволяет
оценить напряженно-деформируемое состояние дорожной одеж-
ды, образование деформаций и разрушений и составляет основу
теории эксплуатации дорог.
Анализ подсистемы АД позволяет прежде всего углубить наши
знания о динамике взаимодействия автомобиля с неровной ездо-
22
вой поверхностью и установить зависимость скорости движения
от амплитудно-частотной характеристики автомобиля и статисти-
ческих характеристик микропрофиля покрытий. Изучение этой
зависимости позволяет оценить влияние ровности покрытий в
различных природных условиях на скорость движения и обосно-
вать допустимую ровность для дорог различных категорий.
Изучение подсистемы АД дает возможность совершенствовать
одну из важнейших проблем эксплуатации дорог — изучение при-
чин образования деформаций и разрушений одежд с учетом дина-
мических нагрузок, частоты и времени их действия, усталостных
явлений в слоях одежды и обосновать предельное состояние одежд
и покрытий, при котором движение автомобилей с заданными
скоростями и нагрузками становится невозможным или неэконо-
мичным. Критерии предельного состояния позволяют установить
причины разрушений одежд и покрытий и нормировать различ-
ные ремонты в разных условиях службы дорог.
Установление зависимостей от режима движения автомобилей,
конструкции и прочности одежд, типа покрытий, климатических
и гидрогеологических условий позволит обосновать надежные
методы назначения видов ремонтных работ и их периодичность.
Анализ подсистемы АД является основой для совершенствова-
ния такой важной проблемы, как работоспособность и межремонт-
ные сроки службы. Нормирование этих сроков имеет народно-
хозяйственное значение. От периодичности ремонтов зависит
эффективность распределения и использования капиталовложе-
ний, планирование и финансирование работ по содержанию, ре-
монту и реконструкций.
Теоретические методы расчета межремонтных сроков службы
еще недостаточно достоверны.
Эффективным принципом изучения проблемы межремонтных
сроков является моделирование службы дорожных одежд на спе-
циальных стендах. Следует решить вопрос о создании нескольких
стендов в научных центрах страны.
Подсистемы дорога — водитель (ДВ) и среда — водитель (СВ)
базируются на психофизиологических особенностях водителей и
исследовании влияния дороги и окружающей среды на их состо-
яние в процессе движения автомобилей. Каждый элемент дороги
и окружающей среды несет ту или иную информацию и вызывает
у водителей эмоциональную реакцию Э„ которая суммируется в
общее эмоциональное напряжение Эо. Водитель, анализируя си-
туацию, избирает такой режим движения, который обеспечивает
минимальное напряжение и максимальную безопасную скорость v.
Поэтому изучение зависимости v = /(Эо) позволит решать различ-
ные задачи по рациональному обустройству дорог — расстановке
дорожных знаков, уширению проезжей части, архитектурному
оформлению и др.
23
Анализ этих подсистем открывает перспективу совершенство-
вания одной из важнейших проблем эксплуатации дорог — без-
опасности движения. На основе исследования зависимости ско-
рости от эмоционального напряжения можно установить макси-
мальные безопасные скорости движения в различных дорожных
ситуациях и погодных условиях и обосновать системы показате-
лей оценки этих условий.
Подсистемы ВС, АС и ДС отображают воздействия человека,
автомобиля и дороги на окружающую среду. Анализ этих подси-
стем имеет огромное значение для изучения таких важных про-
блем, как транспортный шум, загрязнение воздуха, охрана при-
роды и др.
Подсистемы СД и СА являются тепломассообменными моде-
лями системы. Они базируются на анализе взаимодействия при-
родных комплексов (прежде всего климата) с дорогой и автомо-
билем. Исследование подсистемы СА представляет интерес в пер-
вую очередь для автомобилистов. Для дорожников большое зна-
чение имеет исследование подсистемы СД, поскольку воздей-
ствие климата вызывает снижение ровности, прочности, эксплу-
атационных качеств, устойчивости дорог, безопасности движе-
ния. Исследования подсистемы СД позволяют решать различ-
ные практические задачи для региональных условий, возникаю-
щие при содержании, ремонте и реконструкции дорог: устанав-
ливать возвышение бровки полотна, рассчитывать глубину про-
мерзания и оттаивания, определять толщину гидро- и термоизо-
ляционных, дренажных слоев и др. Исследование водно-тепло-
вого режима дорог для специфических региональных условий
остается пока актуальной проблемой эксплуатации. Изучение
этого режима позволит решать актуальные для практики вопро-
сы трещиноустойчивости, сдвигоустойчивости, пучиноустойчи-
вости одежд.
Анализ подсистемы СД является основой для совершенство-
вания такой важной проблемы, как снегозащита дорог. Опыт эк-
сплуатации показал, что существующие придорожные лесона-
саждения не всегда эффективно защищают дорогу от снега, а во
многих местах, наоборот, способствуют снегоотложению на про-
езжей части дорог. Необходима разработка общей теории снего-
переноса и снегоотложений и системы снегозащитных мероприя-
тий.
Анализируя функционирование комплекса ВАДС с теоретико-
операционных позиций, необходимо отметить его некоторые наи-
более важные особенности.
Главная особенность — децентрализация взаимодействия си-
стем ВАДС, так как комплекс охватывает многочисленные само-
стоятельно действующие элементы и факторы, решения и управ-
ляющие воздействия, принятые изолированно друг от друга.
24
Вторая особенность комплекса ВАДС — во многом случайный
(стохастический) характер функционирования, поскольку все его си-
стемы подвержены воздействию неблагоприятных факторов клима-
та. По стохастическим законам формируется и транспортный поток.
К основным управляемым элементам комплекса относят до-
рожные условия и транспортные потоки, а также их взаимодей-
ствие, поскольку параметры подсистемы ВА изменяются менее
динамично и на определенном этапе могут быть приняты средне-
статистическими .
Исходя из анализа взаимодействия систем комплекса ВАДС в
качестве теоретической базы управления состоянием и функцио-
нированием дорог можно выделить следующие положения:
• несмотря на существенные изменения, происходящие в про-
цессе функционирования как в отдельных элементах комплекса
ВАДС, так и во взаимодействиях его систем, конечные результа-
ты (производительность, пропускная и провозная способность
дорог, себестоимость перевозки, удобство и безопасность движе-
ния) могут быть постоянными или колебаться в заданных преде-
лах в любых природно-климатических условиях;
• взаимодействие систем комплекса ВАДС — управляемый про-
цесс, причем управляемым является общее функционирование
комплекса и взаимодействие его отдельных систем;
• эксплуатационные качества системы «дорожные условия» так-
же управляемы и могут быть обеспечены в заданных пределах
независимо от природно-климатических условий;
• транспортно-эксплуатационные характеристики дорог опре-
деляются на этапе проектирования и должны поддерживаться на
заданном уровне в процессе эксплуатации.
В процессе функционирования имеются широкие возможно-
сти перевода комплекса ВАДС из одного состояния в другое, ис-
пользуя соответствующие управляющие воздействия на отдель-
ные подсистемы (например, на параметры, характеристики и со-
стояние дорог, на распределение транспортных потоков по сети
дорог, на интенсивность и состав транспортного потока) или на
несколько подсистем одновременно.
2.4. Комплекс ВАДС как система
массового обслуживания
В управлении функционированием комплекса ВАДС и его ос-
новных подсистем может быть использована теория массового
обслуживания. Автомобильная дорога может быть рассмотрена как
аппарат обслуживания, а процесс обеспечения дорожными усло-
виями движения транспортных потоков — как процесс обслужи-
вания (рис. 2.2).
25
Рис. 2.2. Граф комплекса ВАДС как систе-
мы массового обслуживания:
----► — I уровень обслуживания; > — II уро-
вень обслуживания;---------взаимодействия;
---------помехи со стороны окружающей сре-
ды; Д — дорожно-эксплуатационная служба и
другие виды обслуживания; остальные обозначе-
ния см. на рис. 2.1
На существующей дороге:
посредством: аппарата обслуживания Д происходит самообслу-
живание клиентов АВ, т.е. автомобилей, водителей и пассажиров;
в процессе обслуживания происходит ухудшение параметров
всех участников процесса, т. е. износ аппарата обслуживания Д и
расход ресурса в подсистеме АВ (утомление водителя, расход топ-
лива, износ автомобиля и повышение вероятного спроса на тех-
ническое обслуживание автомобиля);
среда изменяет (как правило, ухудшает) параметры аппарата
обслуживания и характер процесса обслуживания;
главным источником улучшения параметров системы с факти-
ческими характеристиками является деятельность дорожно-эксп-
луатационной службы и других видов обслуживания (автосервис,
ГИБДД МВД России и др.) Д, компенсирующая расход ресурсов
во всех подсистемах.
Если процесс самообслуживания, износ аппарата обслуживания
и влияние среды происходит самопроизвольно, то улучшение па-
раметров систем происходит сознательно, планово. При этом бы-
товое обслуживание пополняет ресурсы водителя (В), различные
виды технического обслуживания пополняют ресурсы автомобиля
(А), организация движения способствует улучшению взаимодей-
ствия автомобилей в транспортном потоке (ТП). И, наконец, до-
рожная служба улучшает характеристики аппарата обслуживания
(дорожных условий — ДУ) мероприятиями по текущему содержа-
нию и ремонту или реализует крупные мероприятия, требующие
единовременных затрат, т.е. осуществляет реконструкцию дороги.
Сказанное позволяет считать комплекс ВАДС двухуровневой
децентрализованной системой обслуживания: обслуживание дви-
жения (I уровень) и компенсация расхода ресурса во всех подси-
стемах (II уровень).
Каждому взаимодействию I или II уровня присущ свой вектор
пропускных способностей аппарата обслуживания (мощность или
производительность, т.е. ресурсы):
26
Л.(Д=>ТП) — пропускная способность дороги при данном со-
ставе транспортного потока в эталонных условиях;
Х(Д =>Д) — возможности (производительность) дорожной служ-
бы по проведению работ определенного вида (например, снего-
очистка, борьба с гололедом и др.);
Х(Д =>А) — пропускные способности различных линий техни-
ческого обслуживания автомобилей;
Х(Д =>В) — пропускные способности различных видов бытово-
го обслуживания;
Л(Д=>ТП) — возможности дорожных служб по проведению
различных мероприятий по организации движения.
Взаимодействие, обозначенное => — помехи от среды и расход
ресурса — вызывает необходимость в обслуживании уровня II.
Причем, если поток этих заявок превосходит пропускную спо-
собность (ресурсы) соответствующей линии, происходит ухудше-
ние качества обслуживания на уровне I. В целях упрощения моде-
ли можно опустить взаимодействия А<=>В, т.е. управление авто-
мобилем утомляет водителя (=>), водитель способен осуществить
некоторые виды технического обслуживания своего автомобиля
(<=), поскольку эти взаимодействия не относятся к компетенции
дорожной службы.
Считая известными затраты на приведение параметров дороги
в соответствие с требованиями движения и затраты на улучшение
содержания дороги для пропуска транспортного потока с расчет-
ной, как правило, возрастающей интенсивностью и располагая
экономическими показателями комплекса ВАДС — можно сфор-
мулировать технико-экономическую задачу об оптимальных ус-
ловиях функционирования комплекса ВАДС. Зависимость этих
функций от года t связана с изменением погодных условий и па-
раметров транспортного потока. Функция распределения пара-
метров автомобилей также зависит от t, так как происходит по-
стоянное совершенствование и обновление парка автомобилей.
Чтобы выбрать оптимальную программу капиталовложений, не-
обходимо учесть единовременные затраты на совершенствование
дорог и последовательные затраты на ее содержание.
Решение этой экстремальной задачи в принципе дает возмож-
ность оптимизировать параметры всех систем комплекса с учетом
возмущающих воздействий окружающих условий по принятому
критерию достижения конечной цели — снижению издержек на
транспортный процесс. Так же как программы по развитию и со-
вершенствованию других систем, программа деятельности по стро-
ительству, реконструкции, ремонту и содержанию дорог будет
оптимальной, если она соответствует минимуму приведенных (дис-
контированных) затрат. Для решения этой задачи требуется де-
тальная исходная информация о составляющих комплекса и их
совместном распределении.
27
Имеются предпосылки для оценки эффективности мероприя-
тий по повышению технического уровня и уровня содержания
конкретной дороги или ее участка и для сравнения вариантов
мероприятий. Эту задачу можно решать в следующей последова-
тельности:
1) производят параметризацию и разбиение пространства (ТП,
С), т.е. определяют, какими параметрами следует характеризо-
вать транспортный поток и окружающую среду, возможные пре-
делы их колебаний и степень детализации их членения.
Например, пространство (ТП, С) может быть описано коорди-
натами аь а2, Сь С2, С3, С4и т.д., где а] — интенсивность движе-
ния; а2 — доля легковых автомобилей в потоке; С] — фактор тем-
ператур воздуха; С2 — фактор гололеда; С3 — фактор дождя; С4 —
фактор снегопада и т.д.;
2) оценивают численные значения (ТП, С), т.е. описывают
изменения интенсивности движения по сезонам года и по состо-
янию погоды внутри сезонов;
3) намечают конкурирующие варианты мероприятий на данном
участке дороги и определяют стоимости для каждого варианта, вклю-
чая и нулевой. Для существующей дороги за нулевой принимают
вариант без дополнительных капиталовложений, а для проектиру-
емой — вариант с минимальными капитальными затратами;
4) приращение штрафной функции AF в каждой точке про-
странства (ТП, С) определяют с учетом потерь от снижения ско-
ростей движения и от увеличения ДТП при ухудшении условий
по сравнению с эталонными);
5) выбрав сроки сравнения и коэффициенты приведения, оп-
ределяют значения приведенных (дисконтированных) затрат.
Таков путь определения технико-экономической эффективно-
сти мероприятий по улучшению взаимодействия комплекса ВАДС
и его подсистем, а также путь эффективного управления транс-
портными потоками и транспортно-эксплуатационными характе-
ристиками дорог.
Улучшения функционирования дороги можно добиться также
оперативными методами — с помощью управляющих воздействий
на транспортный поток (например, регламентированием скоростей
движения, состава потока, рядности, управлением въездами и др.).
2.5. Модель управления системой
дорожные условия —транспортные потоки
Комплекс ВАДС и систему ДУ—ТП можно рассматривать как
децентрализованную систему обслуживания со случайными сто-
хастическими входами. К этим входам относят спрос на пользова-
ние дорогами со стороны транспортного потока, т.е. его интен-
28
сивность и состав движения N = /(ТП), а также возмущающие
воздействия окружающей среды <о = /(С). Модель двухуровневого
управления функционированием системы ДУ—ТП включает в себя
стратегическое, или программное, и оперативное, или текущее,
управление. Модель состоит из следующих основных блоков
(рис. 2.3): 1 — нормативные характеристики параметров дороги
(НПД); 2 — проектные характеристики параметров дороги (ППД);
3 — сумматор (сравнитель) первого уровня управления; 4 — блок
выбора оптимальных управляющих решений I уровня (ОУ1); 5 —
нормативные характеристики состояния дорог (НСД); 6 — фак-
тические характеристики состояния дороги (ФСД); 7 — сумматор
II уровня управления; 8 — блок выбора оптимальных решений
II уровня (ОУП).
Iуровень управления (стратегическое, или программное) систе-
мой ДУ—ТП состоит в назначении и выборе параметров и харак-
теристик дороги на стадии проектирования и полноте реализации
этих решений в процессе строительства или реконструкции. Сюда
же входит обоснование мощности и ресурсов дорожно-эксплуата-
ционной службы для обеспечения требуемого уровня содержания
дороги исходя из принятых проектных решений в конкретных
условиях эксплуатации дороги.
Рис. 2.3. Модель двухуровневого управления функционированием си-
стемы ДУ—ТП
29
IIуровень управления (оперативное, или текущее) состоит в на-
значении и реализации мероприятий по содержанию и ремонту
дороги, организации и обеспечению безопасности движения в
период эксплуатации. Большое влияние на эффективность второ-
го уровня управления оказывают основные параметры и характе-
ристики дороги, принятые на первом уровне (х[ и х* — принятые
на I уровне и влияющие на фактическое состояние и норматив-
ные требования к состоянию дороги).
Выходными характеристиками модели управления являются
конечные показатели функционирования комплекса ВАДС и си-
стемы ДУ—ТП: приведенные затраты (£), себестоимость перево-
зок (5), производительность автомобилей (П), скорость (ц), без-
опасность движения (K^) и др.
Алгоритм управления системой ДУ—ТП состоит в следующем.
На основе анализа многолетнего опыта работы дорог с различной
интенсивностью движения в различных природно-климатических
условиях разрабатывают технические нормативы и требования
проектирования дорог (ГОСТ, СНиП), которые должны обеспе-
чивать принятые в нормах выходные характеристики функциони-
рования системы ДУ—ТП (вектор х,). Эти выходные характерис-
тики могут быть обеспечены только при определенных нормати-
вах содержания дорог и организации движения (НСД), которые
принимаются в проекте. На стадии проектирования исходя из
перспективной интенсивности и состава движения (вектор N =
=ДТП)) и погодно-климатических условий (вектор со = /(C)) опре-
деляют фактические проектные параметры дороги (ППД), кото-
рые должны обеспечивать проектные выходные параметры функ-
ционирования комплекса (вектор х). Проектирование обычно идет
методом подбора оптимального варианта и определения рассо-
гласования Д1 = хн - х, т.е. отличия проектных значений выход-
ных параметров от нормативных. При наличии этого рассогласо-
вания принимают оптимальное управляющее воздействие I уров-
ня ОУ1, т. е. вносят коррективы в проектные решения. Перемен-
ными I уровня управления являются основные технические пара-
метры и характеристики дорожно-эксплуатационной службы.
Особое место на первом уровне управления занимает этап со-
здания дороги с принятыми проектными показателями, т. е. этап
строительства. От полноты и точности реализации проектных ре-
шений, их улучшения или ухудшения в процессе строительства во
многом зависит качество будущей дороги.
На II уровне управления исходя из фактического технического
уровня построенной дороги (векторы xb х{, xf), фактической ин-
тенсивности и состава движения, реальных погодно-климатичес-
ких условий и уровня содержания дороги формируется ее факти-
ческое состояние (ФСД) и выходные характеристики функцио-
нирования комплекса ВАДС (вектор у). Сравнивая эти характе-
30
ристики с нормативными (вектор уф), в блоке 7 определяют рас-
согласование второго уровня управления Д"П = ун - уф. В зависи-
мости от его величины назначают управляющее воздействие вто-
рого уровня (t7n) или первого уровня (t7j).
К числу переменных второго уровня относят характеристики со-
стояния дороги, организации движения и уровня содержания
(прочность, ровность сцепные качества, разметка, знаки, скольз-
кость, снежные отложения и т.д.). Многие рассогласования могут
быть устранены средствами содержания дорог, т. е. воздействия-
ми II уровня. При возрастании интенсивности движения и воз-
действий погодно-климатических условий, которые, постепенно
накапливаясь, приводят к ухудшению состояния дороги, управля-
ющие воздействия II уровня не обеспечивают нормального функ-
ционирования. Требуется управляющее воздействие I уровня —
ремонт или реконструкция дороги, что приводит к изменению
постоянных параметров и основных транспортно-эксплуатацион-
ных характеристик дороги, т. е. параметров аппарата обслужива-
ния. При отсутствии управляющих воздействий в начальной ста-
дии происходит самоуправление или саморегулирование, которое
выражается в изменении скорости движения транспортного пото-
ка и пропускной способности. Между выходными характеристи-
ками и вектором спроса N есть обратная связь Z. Чем лучше доро-
га, тем больше она привлекает водителей, и наоборот.
Математическая модель задачи управления системой ДУ—ТП
относится к классу задач о принятии решения в условиях неопре-
деленности, поскольку успех управления зависит от трех групп
факторов и условий:
• заранее известные условия (например, район проложения
дороги, его природные условия);
• условия, зависящие от управляющего органа, или задавае-
мые им элементы решения, которые могут изменяться в заранее
заданных пределах (геометрические параметры дороги, уровень
ее содержания и т.д.);
• неизвестные в каждый данный момент факторы (например,
метеорологические условия, интенсивность и состав движения
ит.д.).
Как следует из модели и алгоритма управления функциониро-
вания системой ДУ—ТП, основным этапом формирования каче-
ства этого функционирования является проектирование дороги.
Однако во многих случаях при проектировании дорог условия
их будущей эксплуатации учитывают плохо, параметры и харак-
теристики дорог рассчитывают только на обеспечение движения
в теплое время года, а условия движения в неблагоприятные осен-
не-весенние и зимние периоды не учитывают. Проектные орга-
низации освобождены от ответственности за транспортно-эксп-
луатационные характеристики дорог в процессе эксплуатации. Не-
31
достаточная изученность всего многообразия реальных условий
работы дорог, их неполный учет или пренебрежение ими при про-
ектировании и строительстве наносят значительный ущерб транс-
портно-эксплуатационным показателям дорог в процессе эксплуа-
тации.
Дорожно-эксплуатационная служба вынуждена устранять не
только закономерно возникающие изменения в дороге, но и ошиб-
ки и упущения проектировщиков и строителей, поскольку на нее
возлагается вся ответственность перед потребителями за качество
и состояние дороги, независимо от того, когда и как она была
построена.
Необходимо изучать особенности работы дорог в различных
условиях с тем, чтобы совершенствовать методы проектирования,
строительства и эксплуатации дорог.
В этом отношении происходит определенный прогресс. Так,
в СНиП 2.05.02—85 впервые предусмотрен ряд требований, на-
правленных на более полный учет условий и эксплуатации при
проектировании, введена обязательная оценка проектных реше-
ний по показателям обеспеченности скорости, безопасности дви-
жения в неблагоприятные периоды года с учетом затрат на ре-
монт и содержание дорог. Введено принципиально новое поня-
тие расчетной скорости. Под расчетной понимают максимальную
обеспеченную по условиям безопасности движения, взаимодей-
ствия с дорогой и динамическим характеристикам скорость лег-
кового автомобиля на увлажненном покрытии в эталонных усло-
виях погоды, которым соответствует летний период года при тем-
пературе воздуха 20 °C, его относительной влажности 50 %, отсут-
ствии ветра и атмосферном давлении 1013 МПа (760 мм рт. ст.).
В неблагоприятных погодно-климатических условиях допус-
кается снижение максимальной обеспеченной скорости по срав-
нению со скоростью, принятой при проектировании элементов
плана и продолжительного профиля, но не более 25 % в расчет-
ные по условиям движения в осенне-весенний и зимний периоды
и, как исключение, не более 50 % в зимний период при гололеде,
метелях и сильных снегопадах. Исходя из этих требований долж-
ны приниматься проектные решения.
Контрольные вопросы
1. Как взаимодействуют элементы комплекса ВАДС?
2. Что представляет собой комплекс ВАДС как система массового
обслуживания?
3. Что представляет собой модель двухуровневого управления систе-
мой ДУ-ТП?
Глава 3
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АВТОМОБИЛЕЙ С ДОРОГОЙ
3.1. Основные показатели взаимодействия
автомобиля с дорогой
Взаимодействие автомобиля и дороги представляет собой слож-
ный процесс, результатом которого является движение автомо-
биля.
Вопросы взаимодействия автомобилей с дорогой в широком
плане рассмотрены в дисциплине «Изыскания и проектирование
автомобильных дорог». В учебнике по дисциплине «Эксплуата-
ция автомобильных дорог» рассматриваются только вопросы вза-
имодействия автомобилей с поверхностью дороги, воздействия ав-
томобилей на ее состояние и обратное воздействие транспортно-
эксплуатационных характеристик дороги и ее состояния на ре-
жим работы автомобилей.
Таблица 3.1. Динамические показатели режима работы автомобиля
Динамические показатели
Режим работы автомобиля Скорость движения Ускоре- ние Крутящий момент Угловая ско- рость враще- ния колес
Остановка или стоянка 0 0 0 0
Трогание с места и разгон в в в в
Выбег (свободное каче- ние) у; п; в у; п; в; 0 п у; п; в
Качение с пробуксовыва- нием у; п у; о У; п; в; 0 у; п; в; 0
Полное пробуксовывание 0 0 У; п; в; 0 0
Торможение: без скольжения с проскальзыванием скольжение без качения (полная блокировка) У У У У У У у; п у; п 0 У У 0
Примечание, у — уменьшается; п — постоянное; в — возрастает; 0 —
равно нулю.
33
Указанное взаимодействие можно характеризовать следующи-
ми основными показателями: размером нагрузки; средним давле-
нием по площади отпечатка колеса; частотой приложения нагруз-
ки; прогибом дорожной одежды; сопротивлением качению; сцепле-
нием колеса с покрытием, ровностью покрытия и его состоянием.
В движении автомобиль многократно повторяет определенный
набор состояния: стоянка или остановка, разгон, режим тяги или
выбега (свободного качения), режим торможения и т.д.
Каждое из этих состояний характеризуется свойственным ему
сочетанием таких показателей, как скорость движения, ускоре-
ние (положительное или отрицательное), крутящий момент на валу
двигателя, угловая скорость вращения колес и др. (табл. 3.1).
В реализации любого режима движения и состояния автомо-
биля участвует автомобильная дорога, от транспортно-эксплуата-
ционного состояния и характеристик которой зависит эффектив-
ность реализации режимов и состояний автомобиля.
3.2. Схема сил, передаваемых на дорогу от колеса
автомобиля и сопротивления качению
На дорогу от колес автомобиля передаются статические на-
грузки при остановке автомобилей и кратковременные или ди-
намические при движении. При статическом загружении (ос-
тановка автомобиля) колесо передает на покрытие нагрузку Q
(рис. 3.1, а). Нормальная реакция дороги R = Q приложена в
центре следа колеса. В этом случае взаимодействие автомобиля
с дорогой можно характеризовать колесной нагрузкой Q, пло-
щадью отпечатка пневматического колеса S, средним контакт-
ным давлением р= Q/ S.
Различают площадь отпечатка колеса по контуру в форме эл-
липса и по выступам протектора. Для упрощения в расчетах при-
нимают площадь отпечатка не в форме эллипса, а в форме крута
с приведенным по площади отпечатка диаметром D = 1,13
. Эти
две основные характеристики р и D или их произведение pD опре-
деляют взаимодействие автомобилей с дорогой.
. Под действием вертикальной нагрузки шина колеса деформи-
руется, при этом величина сжатия U пропорциональна величине
колесной нагрузки:
U= K'XQ,
где К'ж — коэффициент, учитывающий упругость шины колеса.
Чем выше U, тем больше площадь отпечатка и меньше удель-
ное давление.
34
a
Рис. 3.1. Схема сил, передаваемых на покрытие от колес:
а — неподвижного; б — ведущего; в — ведомого; р — удельное давление на
покрытие от колеса автомобиля; ртах — максимальное удельное давление на по-
крытие от колеса автомобиля; и — сжатие автомобильной шины; / — прогиб
дорожной одежды под колесом автомобиля; е — смещение точки приложения
реакции R\ D — условный диаметр круга отпечатка, заменяющего эллипс в зоне
контакта шины с покрытием; Рк — сила тяги на ободе колеса автомобиля; Т —
сила трения; Р — сила сопротивления качению
При движении ведущего колеса на него, кроме нагрузки Q и
нормальной реакции R, действует крутящий момент Мк, вызыва-
ющий в плоскости следа окружную силу (силу тяги) Рк, направ-
ленную в сторону, обратную движению:
р
Гк
где гк — радиус качения шины колеса.
Сила Рк вызывает горизонтальную реакцию Т = Рк, вследствие
чего происходит движение (рис. 3.1, б). Это реактивная сила, или
сила трения.
Сопротивление качению. На горизонтальном участке основная
часть силы тяги расходуется на преодоление сил сопротивления
качению Р, которые оцениваются затратой энергии на деформи-
рование I дорожной конструкции и сжатие шины колеса U.
Показателем сопротивления качению считается коэффициент
сопротивления качению/= F/Q. Эту величину можно определить
следующим образом (рис. 3.1, в). Ввиду того что шина колеса об-
ладает эластичностью, точка приложения нормальной реакции R
смещена вперед по ходу движения. Это смещение характеризует
35
сопротивление качению. Коэффициент сопротивления качению
может быть вычислен по формуле
где I — смещение точки приложения нормальной реакции.
Величина f зависит от колесной нагрузки Q, давления воздуха
в шинах рв, размеров колес и эластичности шины, скорости дви-
жения, прочности одежды, ровности покрытий и является важ-
ной характеристикой взаимодействия автомобиля с дорогой.
При низких скоростях движения величина f почти не меняется
и для скоростей до 20 км/ч ее можно принять постоянной.
Дальнейшее увеличение скорости вызывает повышение коэф-
фициента /, так как шина в зоне контакта с покрытием не успева-
ет полностью распрямиться и колесу возвращается меньшая доля
энергии, затраченной на деформирование шины.
Кроме того, при увеличении скорости деформации возрастает
внутреннее трение в шине. Значение коэффициента сопротивления
качению для любой скорости может быть определено по формуле
Л =f20 + Kf(v -20),
где /20 — коэффициент сопротивления качению при скорости
20 км/ч; Kf — коэффициент повышения сопротивления качению,
зависящий от скорости движения автомобиля. Для легковых авто-
мобилей Kf= 0,00025, для грузовых Kf= 0,0002; v — скорость, для
которой определяют коэффициент сопротивления качению, км/ч.
Тип покрытия, его прочность, ровность и шероховатость, на-
личие разрушений, трещин, влаги, пыли и грязи, снега и гололеда
существенно влияют на коэффициент сопротивления качению
колеса автомобиля и коэффициент сцепления его с покрытием.
На малопрочном покрытии сопротивление качению возрастает за
счет деформирования поверхности качения.
Поверхность покрытия всегда имеет неровности, которые ока-
зывают большое влияние на условия движения автомобилей и
водителей и, как следствие, на скорость движения.
Одна из причин снижения скорости — рост сопротивления
качению, которое может возрастать на неровных покрытиях в 2 —
3 раза. Увеличение шероховатости покрытия приводит к росту
коэффициента сопротивления качению в среднем на 4 % на 1 мм
высоты неровностей шероховатости на асфальтобетонных покры-
тиях и на 13 % на цементобетонных.
По данным А. К. Бируля, коэффициент сопротивления каче-
нию при движении автомобиля по неровной поверхности
/= 0,01 + 1,2 • 10-85cv2,
36
где Sc — показатель ровности по толчкомеру, см/км; v — средняя
скорость автомобиля, км/ч.
Наличие воды на покрытии приводит к увеличению сопро-
тивления качению примерно на 5 % на каждый миллиметр ее тол-
щины:
/=/0(1 + 0,05Ав),
где /о — коэффициент сопротивления качению сухого покрытия;
hB — толщина слоя воды и грязи на покрытии, мм.
Несмотря на большое влияние сопротивления качению на ре-
жим движения автомобиля, расход топлива, себестоимость пере-
возок и даже на назначение продольного уклона дороги, в руко-
водящих документах до сих пор не разработаны требования к до-
пустимому размеру коэффициента сопротивления качению для
покрытий.
3.3. Коэффициент трения и коэффициент
сцепления колеса автомобиля с покрытием
Реализация силы тяги Т ведущим колесом зависит от значения
трения между шиной колеса и поверхностью дороги:
Т = или Т = (рт0к,
где <рт — коэффициент трения протектора шины по дорожной по-
верхности; QK — нагрузка на колесо автомобиля.
Сила трения при торможении колеса может быть определена
через площадь контакта шины с покрытием:
где Т — сила трения колеса с покрытием; S — площадь контакта
колеса с покрытием; <рт — коэффициент трения протектора шины
с покрытием; Кж — коэффициент жесткости шины; рв — давление
воздуха в шине.
В дорожной практике вместо понятия силы сцепления приме-
няют понятие коэффициента сцепления:
Т
Коэффициентом сцепления называют отношение реактивной силы,
действующей на колесо автомобиля в плоскости его контакта с
покрытием, к вертикальной нагрузке, передаваемой колесом на
покрытие. По физической сущности коэффициент сцепления пред-
ставляет собой коэффициент трения пары резина протектора авто-
мобильной шины — покрытие проезжей части дороги.
37
Рис. 3.2. Зависимость адгезионной (Тв) и деформационной (Td) долей
силы трения (Т) от шероховатости покрытия:
а — на сухом покрытии; б — на мокром покрытии; z — высота выступов шеро-
ховатости
Отличие этих довольно близких понятий состоит в соотноше-
нии адгезионной (То) и гистерезисной (Trf), или деформацион-
ной, долей, силы трения — сцепления (рис. 3.2).
Адгезионные силы — это силы слипания (склеивания) поверх-
ностей двух разнородных твердых тел, в данном случае поверхно-
сти шины колеса и дорожного покрытия.
Адгезионная составляющая является результатом молекуляр-
ного взаимодействия контактирующих материалов. Ее значение
зависит от материала дорожного покрытия (например, асфальто-
бетон или цементобетон) и продолжительности контакта (т.е. ско-
рости движения взаимодействующей пары относительно друг
друга).
Деформационная составляющая формируется в результате зат-
рат энергии на взаимную деформацию контактирующих тел вы-
ступами неровностей, находящимися на их поверхности. На су-
хих дорожных покрытиях сила трения в контакте шины формиру-
ется в основном за счет молекулярной составляющей. На покры-
тиях, имеющих на своей поверхности пленку воды, автомобиль-
ного масла или топлива, пыли, сила трения в основном формиру-
ется ее деформационной составляющей. Молекулярная составля-
ющая появляется только после разрыва пленки смазки неровно-
стями на поверхности контактирующих тел и вступления их в не-
посредственное соприкосновение.
При скольжении одного гладкого твердого тела по другому ос-
новную роль играют адгезионные силы, т.е. собственно трение.
При движении эластичной шины по дорожному покрытию ха-
рактер взаимодействия меняется. Дорожная поверхность всегда
имеет шероховатости и поэтому доля гистерезисной (деформаци-
онной) составляющей значительно больше, чем адгезионной. Та-
кое взаимодействие характеризуется силой сцепления.
38
Коэффициент сцепления зависит от многих факторов:
• свойств покрытия — микро- и макрошероховатости, каче-
ства каменных и вяжущих материалов, качества работ по устрой-
ству покрытия, ровности покрытия, однородности свойств покры-
тия, температуры материала;
• свойств автомобиля — системы тормозов, размеров колес, вида
и степени изношенности протектора, давления воздуха в шинах;
• условий взаимодействия — скорости движения, режима дви-
жения (разгон, торможение), температуры воздуха, силы ветра,
наличие на покрытии влаги, воды, льда, снега.
Наибольшее влияние на коэффициент сцепления оказывают
тип, ровность и состояние поверхности покрытия, а также ско-
рость движения.
При движении автомобиля по неровной поверхности с возрас-
танием скорости деформация шины происходит не полностью.
Если принять коэффициент сцепления (р при высокой ровно-
сти за 100 %, то при увеличении неровности покрытий $с сцепле-
ние снижается:
5С по толчкомеру, см/км.......50 100 200 300
Уменьшение <р, %..............5 10 25 40
Зависимость коэффициента сцепления <р„ от скорости v может
быть выражена формулой
Ф» = Ч>20 - Рф(г> - 20),
где (р2о — коэффициент сцепления при скорости измерения 20 км/ч;
Рф — коэффициент изменения сцепных качеств при изменении
скорости, зависит от типа и состояния покрытия.
В нормативных документах обычно приведены значения ко-
эффициента сцепления при скорости 60 км/ч. Чтобы перейти к
другой скорости, эти значения нужно пересчитывать по формуле
ф« = Фео - 0Ф(г> - 60).
Рисунок и площадь протектора, степень его изношенности зна-
чительно влияют на коэффициент сцепления колеса автомобиля
с покрытием. При торможении скорость движения колес замед-
ляется, происходит их проскальзывание, степень которого оцени-
вают соотношением частот вращения колес при свободном каче-
нии п{ и с частичным торможением п2,
а = («! - n2)ni.
Торможение с проскальзыванием эффективнее, чем с полной
блокировкой. Коэффициент сцепления, измеренный при проскаль-
зывании, на 100... 200 % выше, а время до полной остановки авто-
мобиля на 25... 30 % меньше, чем при торможении с полной бло-
кировкой колес.
39
Коэффициент оцепления достигает наибольшего значения при
частичном проскальзывании, пробуксовке колес на 20...30 %.
В настоящее время коэффициент сцепления измеряют на мок-
ром покрытии колесом с гладкой шиной или с шиной, имеющей
выступы протектора.
Для мокрого покрытия значения коэффициента сцепления для
гладкой шины всегда меньше, чем для шины с протектором. Между
этими значениями коэффициента сцепления существует корре-
ляционная связь:
Фгл = 0,7<Рпр или фпр = 1,43фгл,
где фгл — коэффициент сцепления, измеренный гладкой шиной;
Фпр ~ то же, шиной с протектором.
Обычно значения коэффициента сцепления измеряют дина-
мическим прицепом с гладкой шиной и для различных покрытий
они приведены в справочниках.
Различают два вида коэффициента сцепления: коэффициент
продольного сцепления фь соответствующий началу пробуксовы-
вания или проскальзывания колеса при его качении в плоскости
движения, и коэффициент поперечного сцепления ф2, возникаю-
щий при боковом заносе, когда колесо одновременно вращается
и скользит вбок (боковое скольжение).
В большинстве случаев под понятием коэффициента сцепле-
ния подразумевают коэффициент продольного сцепления.
Значения поперечного коэффициента сцепления колеблются в
пределах ф2 = (0,5...0,85)ф].
Чтобы обеспечить высокую скорость, минимальный расход
топлива, а также безопасность движения, дорожное покрытие дол-
жно обладать как можно более высокими сцепными качествами и
как можно более низким сопротивлением качению.
Во многих случаях неблагоприятное соотношение сцепных ка-
честв покрытия и сопротивления качению является причиной
снижения скорости движения.
Это следует из анализа уравнения тягового баланса автомобиля
и уравнения основного условия движения. Уравнение тягового
баланса автомобиля может быть записано в виде
Рк = GJ ± Gai ± ,
g 3,62
где Рк — сила тяги на ведущих колесах автомобиля; Ga — полная
масса автомобиля; f— коэффициент сопротивления качению; I —
продольный уклон; 8 — коэффициент инерции вращающихся масс;
ja — ускорение автомобиля; g — ускорение свободного падения;
К— коэффициент обтекаемости; F— лобовая площадь автомоби-
ля; v — скорость движения автомобиля.
40
Правая часть этого уравнения представляет собой сумму до-
рожных сопротивлений £РД. Тогда все уравнение может быть за-
писано в виде
РК>£РД.
Это уравнение называют основным уравнением движения. Оно
может быть сформулировано так: для того чтобы движение ав-
томобиля было возможным, необходимо, чтобы сила тяги, обра-
зуемая на ободе колеса, была больше суммы дорожных сопротив-
лений.
Это условие является главным, но не достаточным для того,
чтобы автомобиль мог двигаться. Для этого нужно соблюдать вто-
рое условие: необходимо, чтобы сила сцепления ведущих колес
в зоне контакта была равна или больше силы тяги:
Т > Р
Это условие называют основным условием движения.
Отношение массы автомобиля, приходящейся на ведущие ко-
леса GB, к общей массе автомобиля Ga называют коэффициентом
сцепной массы'.
Значение коэффициента сцепной массы колеблется в пределах
0,5 ...0,65 для различных типов автомобилей.
Тогда Tmax = w<pCa.
Отсюда
/шр6а > Рк.
Поставив вместо Рк формулу уравнения тягового баланса и раз-
делив левую и правую часть уравнения на Ga, получим уравнение
основного условия движения:
т<р >/+ i±jy+fB,
где jy — коэффициент удельной силы ускорения, приходящийся
на единицу массы автомобиля; fB — удельное сопротивление воз-
душной среды, приходящееся на единицу массы автомобиля.
Степень соответствия покрытия требованиям движения можно
оценить по показателю взаимодействия колеса с покрытием'.
к т<р
f + i + jy+fB
Движение автомобиля в тяговом режиме возможно при Kvf> 1.
Анализ этого показателя позволяет сделать очень важный вы-
вод о том, что при определенных соотношениях характеристик
сцепных качеств, сопротивления качению и продольного уклона
41
движение по дороге в тяговом режиме будет невозможно незави-
симо от динамических качеств автомобиля, поскольку колеса ав-
томобиля будут проскальзывать по покрытию. Максимально воз-
можная скорость движения по соотношению сцепных качеств
покрытия и сопротивления качению
„ _^Фбо-/б+6п
уфтах - о +ои-
«Р<р + ^/
Исходя из этого дорожная служба должна стремиться обеспе-
чивать максимальные значения коэффициента сцепления и ми-
нимальные значения коэффициента сопротивления качению.
Коэффициент сцепления колеса автомобиля с дорогой можно
получить путем измерения величины силы тяги и вычисления по
формуле
Тк
Фг =~,
О»
где <р„ — коэффициент сцепления при данной скорости измере-
ния; Тк — сила трения при тех же условиях; Ga — масса измери-
тельного аппарата вместе с нагрузкой, приходящейся на него.
На этом принципе основаны многие измерительные установки
для измерения коэффициента сцепления.
Нормативные значения коэффициента продольного сцепле-
ния для вновь строящихся автомобильных дорог I —III категорий
установлены СНиП 2.05.02—85 в зависимости от условий дви-
жения.
Предельно допустимые значения коэффициента сцепления для
эксплуатируемых дорог установлены ГОСТ Р 50597—93 «Автомо-
бильные дороги и улицы. Требования к состоянию, допустимому
по условиям обеспечения безопасности дорожного движения»
и составляют 0,3 при измерении шиной без рисунка протектора
и 0,4 — шиной, имеющей рисунок протектора.
3.4. Шероховатость дорожного покрытия
и ее роль в обеспечении сцепных качеств
Поверхность дорожных покрытий всегда имеет неровности раз-
личных форм и размеров: от микроскопических, невидимых не-
вооруженным глазом и не ощущаемых при движении автомоби-
лей до крупных, после проезда через которые автомобиль испы-
тывает толчки и колебания на подвеске. К неровностям поверх-
ности относится и шероховатость.
Шероховатость поверхности (в теории трения — текстура) до-
рожного покрытия представляет собой совокупность неровностей,
не вызывающих низкочастотных колебаний автомобиля на под-
42
Рис. 3.3. Типы шероховатости покрытия и ее параметры:
а — равномерная; б — шипованная; 1 — макрошероховатость; 2 - микрошеро-
ховатость; z — высота выступов; h — глубина впадин; I — шаг шероховатости; а —
угол при вершине
веске и не влияющих на работу его двигателя. Шероховатость
подразделяют на две группы: макро- и микрошероховатость. К мак-
рошероховатости относят неровности длиной более 2 мм и высо-
той более 0,2 мм, обычно формируемые частицами (зернами) щеб-
ня, используемого при строительстве покрытий дороги или в ре-
зультате специальной его обработки. К микрошероховатости от-
носят меньшие неровности, как правило, обусловленные собст-
венной шероховатостью поверхности зерен щебня (рис. 3.3). Раз-
личные каменные материалы обладают различной микрошерохо-
ватостью, поэтому для устройства верхних слоев покрытия пред-
почтительнее каменные материалы, имеющие более крупную мик-
рошероховатость.
На мокрых покрытиях наибольшую роль в обеспечении сцеп-
ных качеств имеет макрошероховатость. Поэтому практически
макрошероховатость принимают за всю шероховатость дорожно-
го покрытия.
Макрошероховатость (шероховатость) покрытия характеризу-
ют тремя основными параметрами:
V z
средней высотой выступов, мм: Rz = ;
п
средней глубиной впадин, мм: Ясо
п
jj
коэффициентом шага шероховатости Кш =
Смежные выступы и впадины шероховатого покрытия могут
быть примерно одного размера и создавать равномерно шерохо-
ватую поверхность. Однако во многих случаях размеры смежных
выступов и впадин значительно отличаются друг от друга и от-
дельные выступы выделяются над средней поверхностью как шипы.
Такую поверхность шероховатого покрытия называют шипован-
ной. С учетом этого существует подробная классификация до-
43
Таблица 3.2. Классификация дорожных покрытий в зависимости
от параметров шероховатости поверхности
Тип шероховатых покрытий Параметры шероховатости, мм
Средняя высота выступов Средняя глубина впадин
Гладкие 0,1...0,5 0,02...0,25
Мелкошероховатые 0,5...3,0 0,25...2,5
Среднешероховатые 3,0...6,0 1,0...5,0
Крупношероховатые 6,0... 9,0 2,0... 7,0
рожных покрытий в зависимости от параметров шероховатости,
впервые предложенная Л. Г. Паниной, Л. Г. Марьяхиным, А. Я. Эра-
стовым и А. П. Васильевым (табл. 3.2).
Сцепные качества покрытий обеспечиваются сочетанием мак-
ро- и микрошероховатости, но нормируется только макрошеро-
ховатость, которую обычно принимают за общую.
Роль шероховатости в обеспечении сцепных качеств сухого по-
крытия. Шероховатость существенно влияет на отличие факти-
ческой площади контакта шины с покрытием от контурной, а
через него и на сцепление колеса с покрытием. Контурная пло-
щадь — это площадь контакта по выступам протектора шины. Она
зависит от конструкции шины, ее жесткости, давления воздуха в
шинах и нагрузки на колесо:
5 = —б-,
KOKXPS’
где Ко — коэффициент контактности, учитывающий конструк-
цию шины, для легковых автомобилей Ко = 1,3 ...1,8, для грузо-
вых— Ко = 0,9... 1,7; К* — коэффициент жесткости шины.
Фактическая площадь контакта меньше контурной и тем в
большей степени, чем больше неровности макрошероховатости,
из-за которых резина выступов протектора не везде касается ма-
териала покрытия. В результате увеличения неровностей макро-
шероховатости происходит не только количественное, но и каче-
ственное изменение деформации протекторной резины. При не-
больших значениях высоты выступов наблюдается «чистое» вне-
дрение неровностей макрошероховатости в резину без их воздей-
ствия на каркас шины. Начиная с некоторой высоты неровности,
внедряющиеся в шину, начинают воздействовать на ее каркас.
При большой высоте неровности уже не вдавливаются в резину
протектора и шина перекатывается по ним (рис. 3.4).
При увеличении высоты выступов шероховатости уменьшает-
ся площадь контакта и происходит уменьшение абсолютного зна-
чения адгезионной составляющей. Одновременно увеличивается
44
Рис. 3.4. Роль шероховатости поверхности покрытий в обеспечении сцеп-
ных качеств:
а — мелкошероховатое покрытие; б — среднешероховатое покрытие; в — круп-
ношероховатое покрытие
гистерезисная составляющая вследствие возрастания потерь энер-
гии на деформацию шины. Поскольку снижение адгезии опере-
жает рост гистерезисной составляющей происходит уменьшение
суммарной силы трения, т.е. уменьшение коэффициента сцепления.
Однако на сухих чистых покрытиях суммарная сила трения (сцеп-
ления) практически всегда достаточна для безопасного движения
автомобилей.
С возрастанием скорости движения на сухом покрытии коэф-
фициент сцепления снижается потому, что уменьшается факти-
ческая площадь отпечатка колеса. На неровной поверхности эта
площадь уменьшается еще больше.
Кроме снижения коэффициента сцепления на сухом покры-
тии увеличение шероховатости приводит к росту коэффициента
сопротивления качению в среднем на 4 % на 1 мм высоты неров-
ностей шероховатости на асфальтобетонных покрытиях и на 13 %
на цементобетонных покрытиях, а также к увеличению шума,
повышению износа шин и расхода топлива на движение.
На мокрых, грязных или заснеженных покрытиях сцепные ка-
чества снижаются, особенно с увеличением скорости. В этом слу-
чае не помогает даже макрошероховатость, поскольку грязь или
снег забивают впадины между выступами и поверхность мало от-
личается от гладкой поверхности.
Шероховатость поверхности асфальтобетонных покрытий со-
здается путем строительства шероховатых слоев износа или стро-
ительства покрытий из многощебенистых асфальтобетонных сме-
сей. На цементобетонных покрытиях шероховатость создается в
процессе строительства путем соответствующей обработки поверх-
ности свежеуложенного бетона.
В процессе эксплуатации покрытия происходит уменьшение —
износ шероховатости его поверхности. Износ проявляется в умень-
шении высоты и шлифовке неровностей шероховатости. На ха-
рактер и интенсивность этого процесса влияют интенсивность
движения автомобилей и состав транспортного потока; размер
45
щебня, использованного для строительства слоя износа; содержа-
ние щебня в асфальтобетонной смеси; погодно-климатические
условия. Уменьшение макрошероховатости покрытия вызвано воз-
действием колес проходящих автомобилей и протекает в два эта-
па. На асфальтобетонных покрытиях после открытия движения
транспорта макрошероховатость быстро уменьшается в результате
погружения щебня, формирующего неровности макрошерохова-
тости. Ввиду небольшой продолжительности первого этапа эф-
фект шлифовки не успевает проявиться в должной мере. На вто-
ром этапе, характеризующемся замедлением, а затем и прекраще-
нием погружения щебня, основной причиной уменьшения шеро-
ховатости покрытия становится шлифовка неровностей макроше-
роховатости, в результате которой объем выступающей части зе-
рен щебня постепенно уменьшается, а сами они приобретают ока-
танную форму.
Погружение щебня поверхностного слоя покрытия происхо-
дит под воздействием колес проходящих по дороге автомобилей.
Чем выше интенсивность движения и чем больше в транспорт-
ном потоке тяжелых автомобилей, тем интенсивнее идет этот про-
цесс. Однако большое значение имеет и динамическое воздей-
ствие колес на выступы неровностей шероховатости (рис. 3.5).
Твердость покрытия характеризует сопротивление покрытия
погружению щебня, формирующего неровности макрошерохова-
тости, и оценивается по глубине погружения иглы специального
прибора — твердомера. Установлено, что уменьшение макроше-
роховатости слоя износа в результате погружения щебня линейно
Число прошедших автомобилей
Рис. 3.5. Зависимость уменьшения макрошероховатости &Rz от числа
прошедших автомобилей грузоподъемностью 30 т при различной круп-
ности щебня (данные проф. М. В. Немчинова):
7 — 5... 10 мм (втапливание щебня, начальная глубина впадин макрошероховато-
сти 2,3 мм); 2 — 15...20 мм; 3— 20...25 мм; 4— 25...35 мм (поз. 2— 4— поверхно-
стная обработка с начальной глубиной впадин макрошероховатости 7,5 мм)
46
связано с глубиной погружения иглы твердомера. В зависимости
от твердости асфальтобетонные покрытия подразделяют на пять
групп: очень твердые — с глубиной погружения иглы твердомера
0...2 мм,,твердые — 2...5 мм, нормальные — 5...8 мм, мягкие —
8... 12 мм, очень мягкие — 12...21 мм. Твердость асфальтобетон-
ных покрытий зависит от содержания щебня в минеральной час-
ти асфальтобетонной смеси: чем больше щебня, тем выше твер-
дость. Однако повышение температуры покрытия приводит к сни-
жению его твердости и, соответственно, к усилению погружения
щебня слоя износа в покрытие под воздействием колес автомо-
билей.
Уменьшение микрошероховатости, обусловленное шлифующим
воздействием колес автомобилей, определяется свойствами исход-
ной горной породы (зернистостью, количественным и качествен-
ным соотношением минералов в ней, степенью выветрелости по-
роды), количеством абразива на покрытии (пыли и продуктов из-
носа самого покрытия), наличием воды и характеристиками транс-
портного потока. Так же, как и в случае макрошероховатости,
рост интенсивности движения тяжелых грузовых автомобилей
приводит к ускорению процесса шлифовки зерен щебня.
Многофункциональность неровностей шероховатости на по-
верхности дорожных покрытий заставляет нормировать их пара-
метры: минимальную допустимую глубину впадин макрошерохо-
ватости, максимальную высоту выступов, максимальное расстоя-
ние между выступами шероховатости. Однако главным показате-
лем сцепных качеств покрытия является коэффициент сцепле-
ния, исходя из которого назначают начальную макрошерохова-
тость покрытия (т. е. шероховатость в момент сдачи дороги в экс-
плуатацию после строительства или ремонта) в зависимости от
условий движения, категории дороги, климатического района и
применяемого способа устройства шероховатости. Во избежание
усиления вибрации автомобилей во время движения расстояние
между соседними выступами шероховатости не должно быть бо-
лее 40 мм.
Шероховатость поверхности дорожных покрытий оказывает
влияние не только на их сцепные качества. Шероховатость увели-
чивает уровень транспортного шума от автомобилей (минималь-
ный уровень шума от легковых автомобилей наблюдается при глу-
бине впадин шероховатости 1 мм), и уровень вибрации в салоне
автомобиля. Для отечественных легковых автомобилей значение
вертикальной составляющей виброускорения на рабочем месте
водителя превосходит санитарную норму уже при глубине впадин
более 6 мм — при скорости движения 80 км/ч и более.
При качении колес автомобиля неровности шероховатости не
увеличивают износ протектора автомобильных шин. Однако при
резком торможении и блокировке колес неровности шероховато-
47
сти не только деформируют резину протектора шин, но способны
вызвать ее повреждение (царапины).
Роль равномерного распределения шероховатости пог ширине
покрытия. При наличии слоя воды или снежных отложений на
поверхности дороги на безопасность движения существенно вли-
яет равномерность распределения коэффициента сцецления по
ширине проезжей части и сцепления по ширине проезжей части
и обочин. Необходимо, чтобы под левым и правым колесами
автомобиля значение коэффициента сцепления было одинако-
вым. В противном случае при резком торможении произойдет
разворот автомобиля. Из теории автомобиля известно, что пер-
вым блокируется то колесо, которое катилось по более скольз-
кой полосе, а поворот автомобиля происходит в сторону перед-
него блокируемого колеса, движущегося по покрытию с более
высоким коэффициентом сцепления. Угол поворота увеличива-
ется с ростом скорости движения перед торможением и разно-
сти коэффициента сцепления под правыми и левыми колесами.
Так, при Дф = 0,25...0,30 угол поворота возрастает от 5° при v =
= 20... 25 км/ч до 30° при v = 50 км/ч. При торможении со скоро-
стью 120 км/ч уже при Дф = 0,1 угол поворота может составить
100° и более, а при Дф = 0,3 автомобиль разворачивает на 360° и
более (рис. 3.6). В связи с этим очень важно иметь однородную
по шероховатости проезжую часть и укрепленную обочину.
Занос автомобиля на высокой скорости может произойти из-за
резкого перехода с одной полосы движения на другую при обго-
не, повороте, порыве ветра или неровности покрытия. Лужи на
покрытии также являются частой причиной заносов. Опасным яв-
ляется чередование участков покрытия с различными коэффици-
ентами сцепления.
Рис. 3.6. Углы поворота ав-
томобиля при развороте:
1 — экспериментальные дан-
ные, полученные В. В. Алексе-
евым (<рп = 0,3, <рл = 0,55); 2,3—
экспериментальные данные
при торможении только зад-
них колес автомобиля, полу-
ченные в США (2— <рп = 0,2,
Фл = 0,4; 3 — фп = 0,2; фл = 0,6);
4 — то же, при применении
антиблокировочных устройств;
Фп, Фл — коэффициент сцеп-
ления под правыми и левыми
колесами в момент начала тор-
можения
48
Таблица 3.3. Углы разворота автомобилей при резком торможении
Тип Автомобиля Ширина проезжей части, м
7,0 7,5 7,0 7,5
Угол разворота без заезда на обочину, ...° Угол разворота с заездом на обочину, ...°
Автобус 6 11 10 13
Грузовой автомобиль 9 16 14 20
Легковой автомобиль среднего класса 23 29 90 и более
Легковой автомобиль малого класса 27 33 90 и более
Обоснование требований к допускаемой разнице коэффициен-
тов сцепления по ширине покрытия и обочин. Плавное изменение
сцепных качеств по ширине покрытия и обочин предотвратит
многие ДТП, связанные с заносом автомобилей при резком тор-
можении. За критерий при определении допускаемого соотноше-
ния коэффициентов сцепления по ширине предлагается принять
угол разворота автомобиля на проезжей части, при котором он не
выходит за пределы полосы движения. Для двухполосных дорог
необходимо рассматривать также случай заезда правого колеса
автомобиля на обочину.
Результаты расчетов, выполненных по предлагаемой методике
для различных типов машин, ширины проезжей части при движе-
нии только по проезжей части и с выездом на обочину, приведе-
ны в табл. 3.3.
Для обеспечения безопасности движения встречных автомоби-
лей, а также автомобилей, движущихся по смежным полосам на
многополосных дорогах, должны быть предъявлены весьма жест-
кие требования к изменению коэффициента сцепления по шири-
не покрытия.
Расчеты показывают, что допустимый угол разворота для авто-
бусов составляет всего 6... 1Г, для грузовых типа ЗИЛ-130 9... 16°,
для легковых 23...33°. При возможности безопасного выезда на
обочину эти углы для автобусов и грузовых автомобилей несколь-
ко возрастают. Чем длиннее автомобиль, тем меньше можно до-
пустить угол разворота. Легковые автомобили при смещении тра-
ектории движения к кромке покрытия могут вращаться вокруг
центра тяжести, не выходя на полосу встречного движения. Одна-
ко при большом угле разворота автомобиль может легко опроки-
нуться. Поэтому исходя из обеспечения устойчивости допускае-
мый угол разворота легковых автомобилей целесообразно ограни-
чить углом 60°.
49
Таблица 3.4. Требования к допускаемым изменениям коэффициентов
сцепления по ширине покрытия, определенным на скорости 60 км/ч
Кате- гория дороги Скорости, прини- маемые при рас- чете элементов поперечного профиля, км/ч Допускаемые изменения коэффициентов сцепления
В пределах проезжей части На краевых укрепленных полосах и прикромочных полосах обочин
I 120 0,05...0,10 0,10...0,15
II 100 0,10 0,15...0,20
III 90 0,10...0,15 0,20
IV 80 0,15 0,25
Обеспечение допускаемых изменений коэффициентов сцепле-
ния по ширине покрытия позволит существенно сократить число
ДТП из-за заноса автомобилей при резком торможении (табл. 3.4).
Аналогичные, но еще более жесткие требования предъявляются и
к тормозным системам автомобилей. Неравенство тормозных мо-
ментов по колесам у одной оси допускается не более 15 %. Требу-
емые соотношения коэффициентов сцепления должны преду-
сматриваться при проектировании шероховатости покрытия, пе-
реходных полос и обочин.
3.5. Ровность покрытия и ее влияние
на движение автомобилей
Характерные виды неровностей. Ровность дороги — это харак-
теристика поверхности дороги, определенная наличием неровно-
стей или отклонений фактической поверхности от проектной,
вызывающих при проезде автомобиля колебания его колес и ку-
зова. Различают продольную и поперечную ровность.
К основным причинам образования неровностей покрытия
относят:
• высокую транспортную нагрузку;
• недостаточную прочность и сдвигоустойчивость дорожных
одежд, применение слабопрочных материалов в конструктивных
слоях покрытия;
• нарушение требований к ровности покрытий при строитель-
стве и низкое качество работ по возведению земляного полотна
и дорожной одежды;
• необеспеченный водоотвод и пучинообразование;
• износ, деформации и разрушения покрытия под действием
транспорта и климатических факторов и несвоевременные рабо-
ты по устранению этих дефектов.
50
Неровности имеют различные размеры и формы. Их распреде-
ление по поверхности носит случайный характер, за исключени-
ем гравийных и щебеночных покрытий, где неровности в виде
гребенки распределяются, как правило, равномерно по длине по-
крытия.
В реальных условиях автомобиль при движении взаимодействует
с неровной поверхностью покрытия.
Неровности покрытия вызывают вертикальные, продольные и
поперечные колебания колес, кузова и других частей автомобиля,
которые передаются водителю.
Ровность покрытий значительно влияет на скорость движения,
межремонтные пробеги автомобилей, расход топлива и износ шин,
производительность автомобилей, себестоимость перевозок и без-
опасность движения.
По влиянию на колебания автомобиля неровности можно раз-
делить на три группы: макронеровности, микронеровности и ше-
роховатость.
Макронеровности состоят из длинных плавных неровностей с
длиной волны 5 м и более. Макронеровности влияют на работу
двигателя автомобиля и режим его движения, но практически не
вызывают колебаний автомобиля на подвеске. Фактически это
продольный профиль дороги и при анализе ровности его не рас-
сматривают.
Микронеровности формируют микропрофиль поверхности, со-
стоят из неровностей длиной от 10 см до 50 м, которые вызывают
значительные колебания автомобиля на подвеске. Это и есть соб-
ственно характеристики ровности.
Шероховатость — это совокупность неровностей с длиной вол-
ны до 10 см, которые не вызывают низкочастотных колебаний
автомобиля на подвеске, так как их воздействие поглощают шины.
Поэтому при анализе ровности шероховатость не учитывают.
Таким образом все основные неровности относятся к микро-
профилю поверхности покрытия. Это выбоины, выступы, впади-
ны, сдвиги, волны, наплывы, трещины и т.д. Значительная часть
этих неровностей формируется уже на стадии строительства, ког-
да фактический профиль поверхности покрытия отличается от
проектного на величину допустимых просветов под рейкой дли-
ной 3 м (рис. 3.7). В процессе эксплуатации дороги число неров-
ностей и их размеры увеличиваются. На асфальтобетонных и це-
ментобетонных покрытиях дорог высших категорий высота (или
глубина) неровностей может достигать 20 мм, на щебеночных и
гравийных, обработанных вяжущими материалами, — 40 мм; на
гравийных и щебеночных — 50 мм. Каждому покрытию характер-
ны определенные виды неровностей. Для асфальтобетонных и по-
крытий из битумоминеральных смесей характерными неровно-
стями являются выкрашивание, выбоины, волнистость, колеи; для
51
li li
Рис. 3.7. Параметры ровности покрытий:
1 — шероховатость покрытия; 2 — микронеровности; 3 — измерительная план-
ка; /, — расстояния между неровностями или длина волны; Л, — глубина впадин
или высота неровностей
цементобетонных — шелушение, выкрашивание, выбоины, раз-
рушения стыков, разрушения плит; для щебеночных и гравий-
ных, не укрепленных вяжущими, — волнистость (гребенка), вы-
боины, просадки, колеи.
Микропрофиль покрытий может быть оценен статистически-
ми характеристиками: числом т выступов или впадин на 1 км;
суммарной высотой выступов и глубиной впадин на 1 км
средней величиной выступов и впадин на 1 км — Лср; среднеквад-
ратичным отклонением о величин выступов и впадин; коэффи-
циентом вариации ровности ц.
Значения средней величины выступов и впадин на 1 км опре-
деляют по формуле
Среднеквадратичное отклонение
g _ ~ м
V /и — 1
Коэффициент вариации ровности
5
И = т--
Л:р
Продольный профиль дорожного покрытия математически
можно представить в виде непрерывной функции, содержащей
целый спектр синусоидальных волн (рис. 3.8).
Неровности дорожного покрытия распределяются по нормаль-
ному закону распределения (закону Гаусса). Впадины и выступы
этих неровностей равновероятны.
Автомобиль, движущийся с некоторой скоростью по неровной
поверхности покрытия, можно представить в виде механической
динамической системы, которая подвергается случайным воздей-
ствиям неровностей как возмущающей функции во времени, пре-
52
Рис. 3.8. Математическое
разложение профиля на со-
ставляющие синусоиды:
а — вертикальная проекция не-
ровностей с длиной волны 30 м;
б — вертикальная проекция
неровностей с длиной волны
15 м; в — вертикальная проек-
ция неровностей с длиной вол-
ны 10 м; г — вертикальная про-
екция неровностей с длиной
волны 7,5 м; д — суммарная
вертикальная проекция; по вер-
тикальной оси откладываются
вертикальные проекции неров-
ностей в миллиметрах
Расстояние между смежными неровностями, мм
3 - +
о ____----------
"3 6 12 18 24 30
Расстояние между смежными неровностями, мм
б
з" +
0 ---------------
-3 6 12 18 24 30
Расстояние между смежными неровностями, мм
3 -
о —
-3-------1----1-----1-----1-----1----►
6 12 18 24 30
Расстояние между смежными неровностями, мм
г
Расстояние между смежными неровностями, мм
д
образуясь в другую выходную функцию времени — колебания ав-
томобиля, характеризуемую определенной передаточной функцией.
По относительным перемещениям системы можно судить о мик-
ропрофиле автомобильной дороги, т.е. о ее ровности.
Статистические свойства стационарных случайных процессов,
рассматриваемых в теории вероятности, характеризуются корре-
ляционной функцией R(-t) и спектральной плотностью s(co).
Корреляционная функция является основной характеристикой
микропрофиля дороги и отражает характер неровностей (их вы-
соту, форму, длину) и скорость движения автомобиля:
Ш = 2 °j\s(co)cos®rda); у (со) = — j/?(T)cos«ndT,
о 71 о
где ю — частота; т — время корреляционной связи.
Для анализа неровностей строят график спектральной плотно-
сти уклона и превышения или графики спектральной плотности
системы дорога—автомобиль.
53
б
Рис. 3.9. Колебания автомоби-
ля при взаимодействии с доро-
гой:
а — неустановившиеся; б — уста-
новившиеся; 1 — неровности доро-
ги; 2 — амплитуда колебаний; t —
время
Колебания автомобиля, возникающие при движении по неров-
ной поверхности, разделяют на неустановившиеся и установив-
шиеся (рис. 3.9). Неустановившиеся колебания возникают при
наезде на единичные неровности или повторяющиеся неровности
различных размеров и очертаний. Это наиболее распространен-
ный случай. Установившиеся колебания возникают при наезде на
регулярно повторяющиеся неровности (волны, гребенка, стыки
бетонных плит и т.д.).
Колебания автомобиля характеризуются амплитудой колеба-
ний z, частотой колебаний т|, ускорением колебаний z и суммар-
ной амплитудой колебаний 5С. С увеличением скорости автомо-
биля все эти показатели увеличиваются.
Ровность покрытия эксплуатируемых дорог чаще всего изме-
ряют суммой амплитуд колебания подрессоренной массы или мас-
сы автомобиля при проезде неровностей на участке дороги и из-
меряют в сантиметрах на километр. В этом случае применяют толч-
комеры различных конструкций типа ТХК-2 и его модификаций,
которые устанавливают в кузове различных автомобилей. В Рос-
сии широкое распространение получил метод измерения суммар-
ной величины амплитуд подрессоренной массы специального
прицепа к автомобилю ПКРС-2У.
Максимально возможную скорость гд011, км/ч, в зависимости
от ровности по толчкомеру ТХК-2 определяют по формуле А. И. Би-
руля
при измерении ровности установкой ПКРС-2У максимально воз-
можную скорость 1?доп, км/ч, определяют по формуле А. П. Ва-
сильева
54
7500
доп V^ + 0,155c’
где 5С — ровность покрытия, см/км.
Во многих странах мира принят международный индекс ров-
ности IRI (International Roughness Index), в котором показатели
ровности оценивают расчетной суммой амплитуд колебаний под-
рессоренной массы, выраженной в метрах на 1 км.
Этот показатель является интегральным, поскольку он оцени-
вает ровность во всем диапазоне длин неровностей, на которое
реагирует автомобиль при определенной скорости движения. По-
казатель IRI является косвенным, так как непосредственно не
связан с данными измерения продольного микропрофиля дороги,
а вычисляется по относительному перемещению масс эталонного
автомобиля.
Таким образом, показатель IRI — это расчетный показатель,
получаемый «прокатыванием» двухмассовой линейной модели
автомобиля по продольному профилю дороги. Благодаря тому что
параметры модели точно заданы, получается эталонное автотран-
спортное средство (АТС). Входным возмущением для этой моде-
ли при расчете IRI служит продольный микропрофиль поверхно-
сти дороги, полученный непосредственным измерением его гео-
метрических параметров, например короткошаговым нивелиро-
ванием через 0,25 ...0,5 м или измерением продольных уклонов
через каждые 0,05 ...0,5 м длины.
Для этого используют динамический преобразователь профи-
ля (ДПП), в виде одноколесного устройства с пневматической
шиной на прицепе к автомобилю, которое при проезде по дороге
записывает ординаты точек дорожной поверхности с определен-
ным шагом. По этим записям вычисляют на ЭВМ статистические
характеристики микропрофиля покрытия, которые называют по-
казателями ровности на каждом километре, и преобразуют их в
математическую модель. Однако из основных характеристик глав-
ной является функция спектральной плотности дисперсии орди-
нат микропрофиля.
Затем по этому микропрофилю на ЭВМ «прокатывают» двухмас-
совую модель автомобиля со скоростью 80 км/ч и получают числен-
ные значения IRI в метрах на километр или в миллиметрах на метр.
Требования к ровности дорожных покрытий. При разработке
требований к ровности покрытий исходят из допустимых ампли-
туд и ускорений колебаний автомобилей при расчетной скорости
движения. Выделяют четыре критерия, по которым оценивают
допустимость тех или иных колебаний автомобиля:
• удобство езды и комфортность для водителя и пассажиров;
• устойчивость грузов в кузове автомобиля;
55
• надежность и долговечность работы рессор, шин и других
частей автомобиля;
• надежность и долговечность работы дорожной конструкции.
Установлено, что решающим является критерий обеспечения
удобства и комфортности для водителя и пассажиров.
Исследованиями Р. В. Ротенберга и другими учеными установ-
лено, что при движении по неровной поверхности ощущение ко-
лебаний водителем начинается с момента, когда ускорения коле-
баний достигнут z = 0,5 м/с2. По мере возрастания скорости дви-
жения автомобиля и неровностей ездового профиля возникают
беспокоящие колебания. Этому состоянию ориентировочно соот-
ветствуют ускорения z = 2,5...3 м/с2. При длительном действии
z = 3... 5 м/с2 колебания переходят в неприятные и непереносимые.
Единичные большие и длительные среднего значения колебания
влияют на функциональное состояние водителя, снижают его ра-
ботоспособность.
Существенное влияние на состояние человека оказывает и ча-
стота колебаний автомобиля. Установлено, что при колебании
кузова автомобиля с частотой 0,7...4 Гц пассажиры испытывают
неприятные ощущения, а при 5... 20 Гц создается критическое со-
стояние для человека.
Практическое значение имеют линейные вертикальные коле-
бания кузова (покачивание), его угловые колебания в продольной
плоскости автомобиля (галопирование), угловые колебания в по-
перечной плоскости (пошатывание), колебание осей (мостов) в
вертикальной плоскости.
Частота возмущающей силы при периодическом воздействии
неровностей дороги на колеса автомобиля
2лу
"3^65’
где v — скорость движения, км/ч; S — длина неровности, м.
Связь между частотой возмущающей силы, размерами неров-
ностей проезжей части и скоростью движения Р. В. Ротенберг ре-
комендует устанавливать по характеристике плавности хода авто-
мобиля.
С учетом влияния ускорения и частоты колебаний автомобиля
на функциональное состояние водителей разработаны норматив-
ные требования к продольной ровности эксплуатируемых дорог с
учетом интенсивности движения, категории дороги и типа по-
крытия для каждого метода и измерительного прибора.
В табл. 3.5 приведены требования к ровности при проведении
измерений динамометрическим прицепом ПКРС-2У и толчкоме-
ром ТХК-2.
Система оценки ровности дорожного покрытия по междуна-
родному индексу ровности IRI приведена в табл. 3.6.
56
Таблица 3.5. Требования к ровности при проведении измерений
динамометрическим прицепом ПКРС-2У и толчкомером ТХК-2
Интен- сивность движения, авт./сут Катего- рия дороги Тип дорожной одежды Предельно допустимые показате- ли продольной ровности, см/км
по прибору ПКРС-2У по толчко- меру ТХК-2 на УАЗ-2206 ПО толчко- меру ТХК-2 на ГАЗ-31022 «ГАЗ ель»
Более 7000 I Капитальный 540 100 220
3000-7000 II » 660 120 270
1000-3000 III » 860 170 350
Облегченный 240 460
500-1000 IV » 1100 265 500
200-500 IV Переходной 1200 340 510
До 200 V Низший — 510 720
Поперечная ровность определяется наличием неровностей или
отклонений фактической поверхности от проектной в попереч-
ном сечении дороги.
К неровностям и отклонениям, формирующим характеристи-
ки продольной ровности в поперечном направлении добавляется
еще один специфический вид дефектов — колейность.
Колея — это особый вид деформирования дорожной конструк-
ции (земляного полотна, дорожной одежды с покрытием), в ре-
Таблица 3.6. Система оценки ровности дорожного покрытия
по международному индексу ровности IRI
Оценка состояния Значения IRI, м/км Характеристика состояния покрытия
Отличное До 1,5 Дефекты покрытия отсутствуют, требуется лишь содержание
Хорошее 1,5...4,0 В основном дефектов нет, требуется лишь содержание и текущий ремонт
Удовлетво- рительное 3,0...6,0 Существенные дефекты, срочно требуется замена покрытия или его усиление во из- бежание выхода из строя
Плохое Более 6,0 Крупные дефекты, дорожная одежда вы- шла и выходит из строя, требуется рекон- струкция
57
зультате которого на поверхности проезжей части образуются уг-
лубления вдоль дороги по полосам наката без гребней выпирания
или с гребнями выпирания по одной или обеим сторонам этих
углублений. Колея может охватывать как слой покрытия, так и
все другие слои дорожной одежды и грунты активной зоны зем-
ляного полотна.
Колеи могут образоваться на всех видах покрытий и дорож-
ных одежд, но интенсивность их образования и глубина колей
различны.
По форме поперечного профиля проезжей части можно вы-
делить колеи в виде углублений по полосам наката; углублений
по полосам наката с одним гребнем или горбом выпирания; уг-
лублений по полосам наката с двумя и тремя гребнями выпира-
ния; углублений по полосам наката с общим проседанием по-
верхности проезжей части и др. (рис. 3.10). Общая глубина ко-
леи может колебаться в широких пределах — 2... 150 мм и более.
При прочном земляном полотне и основании на асфальтобетон-
ном покрытии колея может образоваться за счет ускоренного
износа материала верхнего слоя покрытия по полосам наката и
за счет накопления пластических деформаций в слоях асфальто-
бетона. В реальных условиях результат этих процессов колееоб-
разования суммируется.
Наиболее часто колея образуется на нежестких дорожных одеж-
дах с покрытием из асфальтобетона и других битумоминеральных
смесей, однако колея истирания может формироваться и на це-
ментобетонных покрытиях.
Как и большинство других деформа-
—, ций, колея образуется при неблагопри-
77^-J / I ятном сочетании двух групп факторов:
• внешние факторы — воздействия
I I нагрузки, климатические факторы, осо-
• 2 । бенно температура воздуха и солнечная
радиация, а также условия увлажнения
грунта земляного полотна;
I I • внутренние факторы — физико-
J механические характеристики дорож-
ной конструкции: сдвигоустойчивость,
| ; структурное состояние, прочность и
I 4 I степень уплотнения дорожной одежды
I I Рис. 3.10. Виды колеи:
_ I_ I 7, 2 — углубления по полосам наката; 5, 4 —
—г—углубления с одним и двумя гребнями выпира-
и*151; 5 — углубления с общим проседанием по-
верхности проезжей части; 6 — ось дороги
58
Рис. 3.11. Основные па-
раметры колеи:
1, 2 — линия поверхности
покрытия после строитель-
ства и после образования
колеи соответственно; 3 —
измерительная рейка
и земляного полотна, тип грунта и его свойства. Самым важным
из всех факторов образования колей является воздействие тяже-
лых многоосных автомобилей.
Процесс образования колей начинается одновременно с откры-
тием движения по дороге. Вначале он идет медленно, затрагивая
только верхний слой покрытия, а затем распространяется на дру-
гие слои дорожной одежды и на земляное полотно.
Основной характеристикой колеи является ее глубина йк. Об-
щая глубина колеи может быть определена исходя из схемы, при-
веденной на рис. 3.11:
Йк = ^у.к
где Лук — углубление на поверхности дорожной одежды за счет
накопления остаточной деформации в слоях дорожной одежды и
в земляном полотне, мм; — средняя высота гребней
выпора (йл — высота выпора с левой и hn — правой сторон), обра-
зующихся за счет пластических деформаций в слое асфальтобето-
на и земляном полотне, мм.
Значение углубления в общем случае составляет
Йу,к Йду + Йи + ^аб + + ^г>
где — глубина колеи за счет доуплотнения дорожной одежды и
грунта земляного полотна, мм; й„ — глубина колеи за счет износа
(истирания), мм; йаб — глубина колеи за счет пластических дефор-
маций в слоях асфальтобетона, мм; й0 — глубина колеи за счет струк-
турных деформаций в слоях основания, мм; hr — глубина колеи за
счет накопления остаточных деформаций в земляном полотне, мм.
Для измерения геометрических параметров колес применяют
большое число приспособлений, приборов и установок. Все они
основаны на применении двух основных методов:
1) измерение просветов между низом рейки, лежащей на боко-
вых краях или гребнях выпора, и дном колеи, так называемый
упрощенный метод',
2) измерение отметок поверхности (глубины) колеи от гори-
зонтальной линии на уровне краев (гребней) колеи — метод вер-
тикальных отметок.
59
По первому методу измерительную рейку укладывают на по-
верхность гребней выпора колеи или на поверхность покрытия,
если колея без гребней выпора, и от низа рейки измеряют просве-
ты до дна колеи.
По второму методу рейку устанавливают в горизонтальное по-
ложение и от низа рейки определяют просветы (глубина колеи)
относительно левого и правого края или гребня выпора колеи.
В последние годы проблема борьбы с колеями стала одной из
важнейших задач на дорогах России.
Это объясняется тем, что в составе транспортного потока про-
исходит увеличение доли тяжелых многоосных автомобилей, ко-
торые ускоряют процесс образования колей и доли легковых бы-
строходных автомобилей, для которых колеи представляют наи-
большую опасность.
Глубокая колея затрудняет маневры автомобиля при обгоне,
вызывает поперечное скольжение, боковые колебания и потерю
устойчивости при выезде из колеи, что приводит к снижению ско-
рости движения и повышению аварийности.
Исследования А. Н. Нарбута и Ю. В. Кузнецова показывают, что
опасным является смена полос движения автомобилей с переез-
дом колеи в момент наезда колеса автомобиля на боковые стенки
и гребни выпоров колеи. Особенно опасен момент, когда при вы-
сокой скорости движения передние колеса переезжают гребни
выпора и движутся по одним стенкам колеи, а задние — наезжают
на другие стенки, имеющие противоположный поперечный ук-
лон (рис. 3.12). При этом передняя и задняя оси автомобиля дви-
жутся под углами к вектору скорости поступательного движения,
направленными в разные стороны, а продольная ось автомобиля
Рис. 3.12. Движение автомобиля с переездом гребней выпоров колеи
передними колесами:
I, II — положение колес автомобиля перед переездом выпора колеи и после
переезда выпора колеи соответственно; R — равнодействующие сил, действую-
щих на колеса автомобиля до и после переезда через выпоры колеи; Rx — на-
правление горизонтальных сил, действующих на колесо автомобиля до и после
переезда выпоров колеи; а,, а2 — углы наклона граней колеи
60
смещается на некоторый угол относительно продольной оси по-
лосы движения дороги.
Наибольшее влияние на скорость и безопасность движения
колеи оказывают в период дождей, снегопадов и метелей, когда в
них скапливается вода или снег. Исходя из условий движения
автомобилей в этих случаях допустимая глубина колеи строго ог-
раничивается.
3.6. Влияние состояния покрытия
на взаимодействие автомобиля с дорогой
Под воздействием влажности воздуха, осадков в виде дождя
или снега, тумана, мороси и других метеорологических факторов,
а также в зависимости от вида покрытия, интенсивности движе-
ния и уровня дорожное покрытие может находиться в различном
состоянии.
Сухим считают покрытие, микроповерхность материала кото-
рого не имеет сплошной пленки воды. Это состояние наблюдает-
ся при относительной влажности воздуха до 90 %. Влажным счи-
тают покрытие, микроповерхность материала которого покрыта
сплошной пленкой связанной воды. Такое состояние покрытия
наблюдается при относительной влажности воздуха 90... 100% и
положительной температуре покрытия. При отрицательной тем-
пературе в этих условиях образуется микрогололед. Мокрым счи-
тают покрытие, на микроповерхности материала которого имеет-
ся слой свободной воды. Заснеженным считают покрытие с нали-
чием рыхлого снега на поверхности. Снежный накат — наличие
слоя снега, уплотненного движением автомобилей. Снежный на-
кат может быть сухим и обладать определенными сцепными свой-
ствами, а может быть оледеневшим, скользким. Зимняя скольз-
кость включает в себя все виды скользкости: гололедицу, гололед,
рыхлый снег и накат.
Состояние покрытия оказывает большое влияние на взаимо-
действие его с колесом автомобиля, поскольку тип покрытия,
его прочность, ровность и шероховатость, наличие ямочности,
трещин, влаги, пыли и грязи, снега или гололеда на поверхно-
сти существенно влияют на коэффициент сопротивления каче-
нию колеса автомобиля и коэффициент сцепления его с покры-
тием.
При движении автомобиля по малопрочной одежде сопротив-
ление качению возрастает за счет деформирования поверхности
качения.
Возрастающая температура покрытия способствует снижению
вязкости битума в асфальтобетоне, что приводит к меньшему со-
противлению верхнего слоя покрытия тормозной силе. Большое
61
влияние на коэффициент сцепления оказывает резина протекто-
ра автомобильных шин, которая также изменяет свои физические
и механические свойства при повышении температуры, в том числе
эластичность и твердость.
Установлено, что с возрастанием температуры асфальтобетон-
ного покрытия на 1 °C коэффициент сцепления снижается при-
мерно на 0,01.
Взаимодействие с влажным и мокрым покрытием и роль шеро-
ховатости. Если на сухом покрытии основную часть силы сцепле-
ния (до 90 %) составляет адгезия (молекулярное взаимодействие),
то на влажной или мокрой поверхности эта часть резко снижает-
ся, поскольку на ней образуется слой смазки в виде пленки воды,
перемешанной с остатками масел, бензина и грязи. Чтобы обес-
печить достаточное сцепление колеса автомобиля с покрытием,
его поверхность должна иметь шероховатую структуру, позволяю-
щую разорвать эту пленку и обеспечить непосредственный кон-
такт резины протектора с поверхностью покрытия. Выступы ше-
роховатости вдавливаются в протектор, увеличивая деформаци-
онную составляющую силы трения.
Это первый фактор шероховатого покрытия. Другой не менее
важный фактор состоит в том, что шероховатость покрытия обра-
зуют систему дренирующих ходов, по которым вода отжимается
из зоны контакта, что улучшает условия взаимодействия колеса
автомобиля с покрытием.
Исследования М. В. Немчинова показали, что на мокрых по-
крытиях при невысоких скоростях с увеличением шероховатости
коэффициент сцепления снижается, а с возрастанием скорости
сначала стабилизируется (рис. 3.13, а, б), а затем даже повыша-
ется с увеличением средней высоты выступов до 5,5 мм (рис. 3.13, в).
Отмечено, что на шероховатых мокрых покрытиях коэффициент
сцепления с возрастанием скорости снижается значительно мень-
ше, чем на гладких (рис. 3.14).
Поэтому устройство шероховатых покрытий является одной из
самых эффективных мер по повышению безопасности движения
в период выпадения дождей и мокрого снега, когда покрытие мо-
жет быть мокрым.
На мокрых, грязных или заснеженных покрытиях сцепные ка-
чества резко снижаются, особенно с увеличением скорости дви-
жения. В этом случае не помогает даже макрошероховатость, по-
скольку грязь забивает впадины между выступами и свойства по-
верхности мало чем отличаются от гладких поверхностей. Поэто-
му покрытие необходимо очищать от пыли и грязи.
Аквапланирование или глиссирование автомобиля на мокром
покрытии. При наличии слоя воды на поверхности покрытия и
высокой скорости движения процесс взаимодействия колеса ав-
томобиля с покрытием принципиально изменяется из-за возник-
62
Рис. 3.13. Зависимость коэффициента продольного сцепления ф от мак-
рошероховатости ЛсР асфальтобетонного покрытия при сухом (фс) и мок-
ром (фм) его состоянии, температуре воздуха +20...+22°C и разной ско-
рости скольжения полностью блокированного колеса (шина с новым ри-
сунком протектора):
а — 40 км/ч; б — 60 км/ч; в — 80 км/ч
Рис. 3.14. Зависимость коэффициента сцепле-
ния фм от скорости движения v (шина с про-
тектором):
1, 2, 3 — средняя высота выступов 1,41; 0,71 и
0,19 мм соответственно
Рис. 3.15. Схема действия сил на
колесо автомобиля при динамиче-
ском аквапланировании:
1 — колесо; 2 — покрытие; 3 — слой
жидкости; 4 — головная волна жидкости;
Р — нагрузка на колесо автомобиля; Y—
вертикальная реакция, или подъемная
сила, действующая на колесо; R — сум-
марная реакция, действующая на коле-
со; Гсопр — горизонтальная реакция, дей-
ствующая на колесо (сила сопротивле-
ния движению); » — направление
движения
новения явления глиссирования, или аквапланирования. При этом
существенно повышается роль шероховатости покрытия.
В этом случае в плоскости контакта колеса с мокрым покрытием
можно выделить три зоны: зона неразорванной пленки воды, где
образуется гидродинамическое давление воды на колеса, зона час-
тично разорванной пленки жидкости, где наблюдаются отдельные
соприкосновения протектора шины с покрытием, и зона непо-
средственного контакта шины с дорогой, где свободная вода полно-
стью удалена и осуществляется сухой контакт шины с покрытием.
Физическая сущность аквапланирования состоит в том, что при
движении колеса при наличии на покрытии сплошного слоя жид-
кости (вода, слякоть) глубиной не менее критической величины
йкрПод колесами в зоне расположения головной волны (рис. 3.15)
возникает жидкостный клин, оказывающий гидродинамическое
давление R на колесо. С увеличением скорости движения это дав-
ление возрастает и при определенной скорости, называемой кри-
тической скоростью аквапланирования vaKB, вертикальная состав-
ляющая Удавления сравнивается по величине с вертикальной на-
грузкой на колесо Р. С этого момента колеса как бы «всплывают»
и начинают скользить по слою жидкости. Это и есть явления глис-
сирования, или аквапланирования.
На возникновение аквапланирования влияют глубина слоя и
плотность жидкости, давление в шинах колес, рисунок и степень
износа протектора пневматиков, а также структура поверхности
покрытия. Выступы шероховатости уменьшают активную толщи-
ну слоя воды Лакт, которая действует на колесо автомобиля и тем
самым снижает гидродинамическую подъемную силу. Активная
толщина слоя воды (рис. 3.16) вычисляется как
^акг ^ст
где Лст — толщина слоя воды на поверхности, мм; Rz — средняя
высота выступов, мм; — глубина вдавливания выступов шеро-
ховатости в шину, мм.
64
5
2
Рис. 3.16. Шероховатость и взаимодействие колеса автомобиля с мок-
рым покрытием:
1 — шероховатая поверхность; 2 — слой воды; 3 — колесо автомобиля; Лст —
толщина слоя воды на поверхности покрытия; Авд — глубина.вдавливания высту-
па шероховатости в шину; Лакт — активная толщина слоя воды; Rz — шерохова-
тость покрытия
Критическую глубину слоя жидкости на поверхности йкр, мм,
и скорость аквапланирования гакв, км/ч, вычисляют по форму-
лам, предложенным А. П. Васильевым с поправками Б. Соловчук:
, 0,727k а -7Г / \ п с
К? = ------------= + 0,7 Lh (g) + 7,6;
L 2,35p/36¥
V Р I v J
Рв______
0,72J?z\
. Аист ~ 8 /
где йкр — критическая толщина слоя воды, мм; Rz — шерохова-
тость асфальтобетонного покрытия, Rz = 0,1... 3 мм; р — давление
в шинах колес легковых автомобилей, р = 0,127...0,196 МПа; р —
плотность жидкости на покрытии, р = 1,002 г/см3 для жидкости в
первые минуты дождя, когда частицы резины, пыли и изношен-
ного покрытия уже удалены; v — скорость движения, км/ч; g —
глубина рисунка протектора, g = 2...8 мм.
Аквапланирование может возникнуть при глубине слоя воды
или слякоти более 2 мм уже при скорости движения более 100 км/ч.
При глубине слоя свыше 10 мм и скорости движения более
120 км/ч его трудно избежать даже на шероховатом покрытии и
при шинах с хорошим протектором.
Роль колей в формировании критической глубины слоя воды. Колеи
особенно опасны для движения в период дождей и таяния снега,
когда в колеях образуется слой воды, в результате чего происходит
снижение сцепных качеств покрытия, создаются предпосылки воз-
никновения аквапланирования с потерей управляемости автомо-
65
биля. Во время оттепелей и заморозков в колее образуется лед, во
время метелей и снегопадов откладывается и уплотняется снег,
который трудно удалить снегоочистительными машинами.
Во время дождя слой воды образуется даже на идеально ров-
ной поверхности дороги, а при небольших деформациях дорож-
ной одежды, как в продольном так и в поперечном сечении вода
собирается в любых впадинах, и в первую очередь в колеях.
Установлено, что вода, собираясь в колеях, создает узкий или
широкий поток, который зависит:
• от интенсивности и продолжительности дождя;
• формы (глубины колеи, ширины между гребнями) и типа
колеи — одиночная, двойная или тройная;
• продольного и поперечного уклона дороги;
• шероховатости покрытия и типа укрепления, состояния не-
укрепленных обочин.
Важную роль играют интенсивность движения автомобилей и
температура воздуха, которые непосредственно влияют на раз-
брызгивание воды колесами автомобилей и испарение; в неко-
торых случаях большое значение имеет также скорость ветра и
его направление относительно направления движения. Напри-
мер, если ветер дует попутно движению, то толщина слоя воды
уменьшается.
Шероховатость покрытия создает микровпадины, по которым
вода стекает с поверхности покрытия. Положение и состояние
неукрепленных обочин обусловливает водоотвод воды с дороги.
Как правило, прежде всего наполняется водой внешняя колея
и тем быстрее, чем больше ее глубина. При интенсивном движе-
нии автомобилей наполнение происходит медленнее, поскольку
вода в колеях в большой степени разбрызгивается колесами ав-
томобилей и не успевает наполнить колею до критической глу-
бины.
Осадки в виде дождя могут вызвать критическое наполнение
водой внешней колеи при определенных соотношениях интен-
сивности и продолжительности дождя, а также глубины колеи
(табл. 3.7).
Анализ показывает, что проливной дождь может наполнить во-
дой внешние колеи уже в течение 1,5... 3 мин, а внутренние колеи —
в течение 5 мин.
Взаимодействие с заснеженным и оледеневшим покрытием и роль
шероховатости. Состояние поверхности дороги зимой значитель-
но изменяет величины f и <р. Наличие на покрытии даже сухого
снега приводит к тому, что сопротивление качению увеличивает-
ся в 10—15 раз в зависимости от толщины снежных отложений
по сравнению с движением по чистому покрытию (рис. 3.17). Дви-
жение колес автомобилей по снежному накату также сопровожда-
ется образованием колей и увеличением сопротивления качению.
66
Таблица 3.7. Время наполнения водой внешней колеи до критической
глубины в зависимости от интенсивности дождя
Интенсивность дождя, л/(с • га) Глубина колеи, мм Время наполнения водой колеи до критической глубины, мин
54 15 5
20 4
30 3,5
40 3
46 15 6
20 5
30 4
40 3,5
В сухом чистом состоянии все покрытия зимой обеспечивают
достаточно высокие сцепные качества. При наличии рыхлого снега
на покрытии коэффициент сцепления мало зависит от параметров
шероховатости, но существенно зависит от толщины слоя, плотно-
сти, влажности и температуры снега. Значения f и <р при одной и
той же толщине снега могут колебаться в широких пределах в зави-
симости от сочетания температуры, влажности и плотности снега.
Сцепные качества уплотненного слоя снега на покрытии так-
же зависят от прочности снега, которая в свою очередь зависит от
его плотности и температуры. Ориентировочные значения коэф-
фициента сцепления при скоростях измерения 40...60 км/ч и тем-
пературе воздуха -10...-20°C составляют:
Прочность снега, МПа......0,2
Коэффициент сцепления..0,30—0,45
Прочность снега, МПа......0,8
Коэффициент сцепления..0,17—0,25
0,4 0,6
0,25...0,35 0,20...0,30
1,2
0,15-0,21
Рис. 3.17. Зависимость коэффициентов сцепления <р (2) и сопротивле-
ния качению снега/го (7) от толщины снежных отложений Лс
67
Вследствие большого сопротивления качению и низких сцеп-
ных качеств на заснеженном и оледенелом покрытиях происхо-
дит снижение скоростей движения и даже остановки транспорта.
На гладком покрытии слой уплотняемого снега имеет однород-
ную структуру. На шероховатых покрытиях снег, уплотняемый
между выступами каменных частиц, содержит значительное ко-
личество воздуха, имеет пористую структуру. Пористая структура
снега облегчает удаление ледяного слоя, однако для удаления льда
и снега, оставшегося во впадинах между каменными частицами,
требуется большее количество хлоридов, чем для удаления льда и
снега с гладких поверхностей. Поэтому вопрос об эффективности
работы шероховатых поверхностей в зимних условиях не имеет
однозначного ответа и требует дальнейших исследований.
При определенных соотношениях температуры и плотности
снега, интенсивности, состава и скорости движения транспорт-
ного потока на шероховатых покрытиях наблюдается процесс бы-
строго разрушения снежного слоя. Происходит самоочистка по-
крытия от снега. Самоочистка дорог от снега нарастает с увеличе-
нием высоты выступов до 1,5 мм. Дальнейшее увеличение высоты
выступов шероховатости на очистку покрытия под движением
автомобилей практического влияния не оказывает. Поэтому с по-
зиции работы покрытий в зимний период года наиболее целесо-
образной следует считать величину выступов макрошероховато-
сти 1,5...2,0 мм.
Важное значение при назначении требований к сцепным каче-
ствам покрытий и их шероховатости имеют погодно-климатичес-
кие условия. Высокая шероховатость покрытия нужна только для
обеспечения сцепных качеств на мокром покрытии. Продолжи-
тельность мокрого состояния покрытия колеблется от 10 % от го-
довой продолжительности для районов с жарким сухим климатом
до 35 % для районов с влажным умеренным климатом. Это зна-
чит, что в течение 65...90 % времени крупношероховатая поверх-
ность покрытия бесполезна. Поэтому требования к шероховато-
сти дорожных покрытий необходимо дифференцировать с учетом
региональных климатических условий.
Для среднеевропейских климатических условий могут быть ре-
комендованы следующие требования к сцепным качествам и па-
раметрам шероховатости дорожных покрытий:
• предельно допустимое значение коэффициента сцепления для
гладкой шины:
для дорог с вновь построенным покрытием <р60 = 0,35... 0,40;
в процессе эксплуатации <р60 = 0,30;
• средняя глубина впадины шероховатости для дорог с вновь
построенным покрытием при движении с расчетной скоростью:
120 км/ч и более Rz = 2...3,5 мм;
80... 100 км/ч Rz = 1,5... 2,0 мм;
68
• предельная глубина впадин шероховатости для дорог, нахо-
дящихся в эксплуатации при движении с расчетной скоростью:
120 км/ч и более Rz = 0,40...0,45 мм;
80... 100 км/ч Rz = 0,35... 0,40 мм.
Контрольные вопросы
1. Каковы основные показатели взаимодействия автомобиля с дорогой?
2. Какова схема сил, передаваемых от колеса автомобиля на дорогу?
3. Что называют коэффициентом сцепления колеса автомобиля с до-
рогой?
4. Каковы основное уравнение и основное условие движения?
5. Какую роль играет шероховатость дорожного покрытия в обеспе-
чении сцепных качеств?
6. В чем состоит роль равномерного распределения шероховатости по
ширине покрытия?
7. Как влияет ровность покрытия на движение автомобиля?
Глава 4
ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ
ФАКТОРОВ НА СОСТОЯНИЕ ДОРОГ
И УСЛОВИЯ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ
4.1. Воздействие природных факторов на дорогу
Основные понятия и определения. Климат и погода — состав-
ные части природных факторов, которые существенно влияют на
транспортно-эксплуатационные характеристики дорог, на режим
и безопасность движения, т. е. на условия движения по дороге и
режим ее функционирования. Автомобильные дороги подверже-
ны постоянному и разнообразному воздействию природных фак-
торов. Эти воздействия можно разделить на два вида:
• воздействие на состояние земляного полотна и дорожные
одежды как на несущую конструкцию, в результате которого из-
меняется ее прочность, долговечность и работоспособность;
• воздействие на состояние поверхности дороги как поверхно-
сти качения, в результате которого изменяется состояние этой
поверхности, сопротивление качению, сцепные качества и, как
следствие, ухудшается взаимодействие автомобиля с дорогой.
Кроме того, природно-климатические факторы воздействуют
на состояние автомобиля и водителя, а также на всю окружаю-
щую обстановку, т. е. на все условия движения.
При анализе различают следующие понятия и определения.
Погода, погодные условия, условия погоды и метеорологические
условия используются как синонимы и означают состояние ат-
мосферы, которое характеризуется совокупностью значений ме-
теорологических явлений, факторов или элементов в данном ме-
сте, в данный момент.
Климатические или метеорологические явления, элементы (фак-
торы) — это отдельные характеристики состояния атмосферы,
которые наблюдаются на метеостанциях (атмосферное давление,
температура, влажность воздуха, ветер, осадки, туман, метель и т.д.,
а также их сочетания).
Каждый метеорологический фактор характеризуется вероятно-
стью появления (повторяемостью), продолжительностью действия
и последействия, интенсивностью. Данные о вероятности появ-
ления, продолжительности действия и интенсивности приведены
в климатических справочниках или могут быть получены на бли-
жайшей к дороге метеостанции.
70
Климат (климатические условия) — статистический режим ус-
ловий погоды за длительный период времени (от одного года до
многих десятилетий), т.е. это закономерная последовательность
атмосферных процессов в данной местности, обусловливающая
характерный для этой местности режим погоды. Микроклимат —
климат небольшой территории, возникающий под влиянием раз-
личий рельефа, растительности, состояния почвы, наличия водо-
емов, застройки и т.д. Воздействие метеорологических факторов
на условия движения передается через состояние поверхности
дороги, взаимодействие автомобиля с дорогой и восприятие усло-
вий движения водителем.
Транспортные средства воздействуют на дорогу обычно од-
новременно с факторами, зависящими от природно-климати-
ческих условий (водой, температурой, ветром, солнечной ради-
ацией).
Из всего разнообразия природно-климатических факторов наи-
большее влияние на состояние дорог и на условия движения ав-
томобилей оказывают грунтово-геологические и гидрологические
условия, рельеф и ландшафт местности, а также природно-кли-
матические условия или факторы.
Из грунтово-геологических и гидрологических факторов выде-
ляют тип и характеристики грунтов земляного полотна и подсти-
лающих слоев, глубину промерзания, глубину и характер залега-
ния грунтовых вод, условия стока поверхностных вод.
Воздействие природно-климатических факторов формирует вод-
но-тепловой режим земляного полотна (ВТР), под которым по-
нимают закономерные сезонные изменения в земляном полотне
и слоях одежд влажности и температуры.
В дорожной конструкции (дорожная одежда + земляное полот-
но) происходят сложные процессы: нагревание, охлаждение, про-
мерзание, оттаивание, испарение, конденсация, сублимация, об-
лимация. В результате в дорожной конструкции систематически
происходят диффузионные процессы тепломассопереноса или теп-
ловлагообмена (ТВО), обусловливающие колебание влажности и
температуры.
Изменение характеристик ВТР существенно влияет на проч-
ность, долговечность полотна и дорог, приводит к снижению транс-
портно-эксплуатационных свойств дорог.
Степень действия среды на дорогу в конечном итоге определя-
ется видом и мощностью источников увлажнения дорожной кон-
струкции и интенсивностью температурных воздействий.
Основные источники увлажнения дорожной конструкции
(рис. 4.1):
• атмосферные осадки, просачивающиеся через трещины в по-
крытии, обочины (особенно в местах сопряжения с проезжей ча-
стью);
71
1
Рис. 4.1. Схема источников увлажнения дорожной конструкции:
1 — атмосферные осадки; 2 — вода в канавах; 3 — подземная вода и парообраз-
ное увлажнение; 4 — песчаное основание; УГВ — уровень грунтовых вод
• вода, застаивающаяся на поверхности полотна, в боковых ре-
зервах и кюветах вследствие затрудненного поверхностного стока
и увлажняющая грунт земляного полотна в процессе молекуляр-
ного и капиллярного передвижения;
• подземная вода, поднимающаяся по капиллярам, особенно
при промерзании конструкции и близком к поверхности дороги
залегании подземных вод;
• парообразная вода, перемещающаяся от теплых слоев к бо-
лее холодным.
Зимой при промерзании конструкции вода может передвигаться
снизу вверх и концентрироваться у фронта промерзания, повы-
шая влажность грунта.
Интенсивность температурных воздействий. Степень опасности
водно-теплового режима по этому виду воздействий характеризуют:
• продолжительность морозного периода в днях Тх, равная пе-
риоду между датами перехода температуры воздуха через О °C осе-
нью и весной;
• минимальная ZminA или средняя tb температура воздуха за хо-
лодный период;
• среднемаксимальная температура воздуха tm,Mb в наиболее жар-
кие месяцы;
• комплексные температурные показатели — морозный индекс
^Txtb и размах R, = tmax - /min. Чем выше значения морозного ин-
декса (изменяются в пределах 50...2000), размаха и чем больше
продолжительность морозного периода, тем опаснее морозное воз-
действие среды на дорогу.
Физическая теория тепловлагообмена в дорожных конструкци-
ях. Воздействие факторов внешней среды на дорогу вызывает теп-
ловлагообмен в полотне и слоях одежды. Это сложный и взаимо-
связанный процесс. Изменение температуры вызывает миграцию
(медленное движение) влаги. Влагонакопление и переход влаги в
иную форму способствуют теплообмену. Поэтому процессы теп-
ло- и влагообмена необходимо рассматривать во взаимосвязи.
72
Установлено, что грунты и слои одежд воздухопроницаемы,
поры в них сообщаются между собой. Следовательно, в земляном
полотне и слоях одежды имеются условия для массообмена: воз-
духообмена и парообмена. Обмен возможен в случае, если влаж-
ность грунта меньше его полной влагоемкости, т. е. W> Wn B. При
полной влагоемкости все поры грунта заполнены жидкой фазой и
воздухо- и парообмен прекращается.
В водоненасыщенных грунтах влага содержится в двухфазном
состоянии: Жп — водяной пар всегда в насыщенном состоянии
(относительная влажность внутрипарового воздуха 8 = 100 %) и —
жидкая фаза. Соотношение фаз постоянно изменяется и зависит
от общей влажности грунта.
В мерзлых грунтах дополнительно возникает твердая фаза —
лед, количество которой пропорционально величине Ть. При тем-
пературе грунта /г ниже 0 °C не вся жидкая фаза переходит в лед
вследствие частичного засоления и действия молекулярных сил,
исходящих от грунтовых частиц. Температура льдообразования /л
в зависимости от минералогического состава грунта находится в
пределах -0,5 °C для песков^ до -2,5 °C для глин. Даже при очень
низкой температуре грунта при tT = -20 ...-50 °C часть жидкой фазы
не промерзает. Поэтому в течение всего морозного периода про-
исходит диффузия водяного пара, миграция жидкой фазы и льдо-
образование. Жидкая фаза испаряется и замерзает, водяной пар
конденсируется на жидкой или твердой фазах.
Теплообмен в дорожных конструкциях происходит за счет трех
составляющих. Основная часть теплоты передается от частицы к
частицам за счет теплопроводности (кондукции). Вторая состав-
ляющая теплообмена — это теплота фазовых превращений при
промерзании —оттаивании, конденсации — испарении, облима-
ции —сублимации. Третья, конвективная составляющая теплооб-
мена, — незначительная (2...3 %), и ею можно пренебречь.
Влагообмен протекает за счет наличия потенциалов концент-
рации жидкой фазы и теплоты. Водяной пар диффундирует от
мест с большим парциальным давлением в места с меньшим
давлением р2. Поскольку водяной пар находится в насыщенном
состоянии и р = /(4), то он диффундирует от теплых мест к холод-
ным (термодиффузия).
Жидкая фаза мигрирует за счет наличия двух потенциалов —
концентрации и температуры. За счет первого потенциала жидкая
фаза мигрирует от мест с большой влажностью к местам с мень-
шей влажностью (концентрационная миграция). Этот потенциал
является преобладающим в миграции жидкой фазы (95...98 %). За
счет второго потенциала происходит термомиграция жидкой фазы
в количестве 2...5 %.
Грунт обволакивают пленки жидкой фазы. Свободные поры
заполняют насыщенный пар. Объяснение процесса миграции жид-
73
кой фазы в условиях двухфазовой миграции дает гидротермоди-
намическая гипотеза, в соответствии с которой давление р в плен-
ке воды, обусловливающее концентрационную миграцию влаги
по обволакивающим пленкам:
о
Р = Рп--,
где р„ — парциальное давление водяного насыщенного пара в по-
рах; а — поверхностное натяжение водяной пленки, обволакива-
ющей грунтовые частицы или агрегаты; г — радиус кривизны плен-
ки влаги в контакте с паровоздушной смесью.
Приведенное выражение объясняет сущность тепломассообмена.
Так, если соприкасаются две зоны грунта с одинаковой темпера-
турой, но разной влажностью (И7, > Й^), то миграция будет про-
исходить от мест с большей влажностью (И7,) в места с меньшей
влажностью (И^). Это можно объяснить следующим образом. С уве-
личением влажности И7, толщина водной пленки увеличивается,
при этом о уменьшается, г увеличивается, а давление пара рп,
сжимаемого водной пленкой, возрастает. При этом рх увеличива-
ется. Поскольку pi > р2, влага мигрирует из зоны в зону Ж2.
Если соприкасающиеся зоны грунта имеют разную температу-
ру — /1 > t2, то в теплой зоне давление пара рп) > рп2, поверхност-
ное натяжение о будет меньшим вследствие меньшей вязкости и
Pi > Ръ т. е. жидкая фаза и водяной пар будут мигрировать из теп-
лой зоны в холодную t2.
В результате ухудшения водно-теплового режима могут прояв-
ляться следующие негативные явления:
• избыточное влагонакопление в отдельных зонах полотна
вследствие инфильтрации воды через трещины в покрытии, через
обочины и откосы после дождей или поверхностного стока;
• увлажнение грунтового основания от горизонта близкого за-
легания грунтовых вод или от длительного застоя воды в боковых
канавах, коллекторах, что наблюдается в районах болот, орошае-
мых районах;
• повышенное увлажнение грунта в верхней части земляного
полотна к концу морозного (холодного) периода;
• образование пучин на участках интенсивного морозного вла-
гонакопления;
• весеннее (или в период зимних оттепелей) разрушение до-
рожных одежд вследствие переувлажнения грунта и потери проч-
ности;
• разрушение откосов, прежде всего высоких насыпей, от пе-
реувлажнения;
• разрушение высоких насыпей от скопившейся в теле воды.
При быстрых понижениях температур с переходом ниже О °C
образуются температурные трещины в дорожной одежде. Интен-
74
сивный прогрев солнечными лучами в летний период приводит к
повышению пластичности асфальтобетона, что способствует об-
разованию сдвигов, волн и наплывов на покрытии.
4.2. Закономерности водно-теплового режима
земляного полотна
Водно-тепловым режимом (ВТР) дорожной конструкции на-
зывают закономерные изменения в течение года влажности и тем-
пературы в придорожном слое воздуха, в слоях дорожной одежды
и грунте земляного полотна, обусловленные особенностями дан-
ной дорожно-климатической зоны и местных гидрогеологичес-
ких условий. Он существенно влияет на прочность и морозоус-
тойчивость дорожной конструкции и в конечном итоге на сте-
пень ровности покрытия.
Наиболее значительные сезонные изменения влажности и тем-
пературы происходят в земляном полотне.
Годовой цикл ВТР земляного полотна включает в себя четыре
основных характерных периода (рис. 4.2):
Рис. 4.2. Сезонное изменение водно-теплового режима земляного по-
лотна:
1 — предзимний период; 2 и 3 — периоды морозного влагонакопления и зим-
него равновесного состояния соответственно; 4 и 5 — периоды весенний отта-
ивания и просыхания грунта соответственно; 6 — летнее равновесное состоя-
ние; I—V, XI, XII — месяцы года; Е — модуль упругости дорожной конструк-
ции; I — морозное пучение; W — относительная влажность грунта; z — глубина
промерзания
75
• предзимний период — первоначальное накопление влаги осе-
нью;
• морозный период — промерзание, перераспределение и на-
копление влаги в земляном полотне зимой;
• весенний период — оттаивание земляного полотна и переув-
лажнение грунта весной;
• летний период — просыхание земляного полотна летом.
Предзимний период, или период первоначального накопления
влаги осенью, характерен охлаждением и интенсивным увлажне-
нием полотна и одежды атмосферными осадками, поднятием уров-
ня грунтовых вод, медленным нарастанием влажности, разуплот-
нением грунта и снижением прочности дорожной одежды. Влаж-
ность может достигать 0,7 WT (WT — влажность на пределе текуче-
сти грунта).
В отдельные годы наблюдаются резкие смены температур от
положительных к отрицательным. Такие температурные удары
вызывают линейные сокращения покрытий, скорость которых
выше, чем для нижележащих оснований. Это приводит к образо-
ванию поперечных температурных трещин.
Морозный период, или период промерзания, перераспределе-
ния и накопления влаги в земляном полотне зимой, может быть
разделен на две характерные части: период морозного влагона-
копления и период зимнего равновесного состояния. В первой
части морозного периода наблюдается снижение температуры грун-
та, его промерзание, дальнейшее увеличение влажности и сниже-
ние плотности.
Это очень важный период. Влага из нижних слоев полотна,
особенно парообразная и жидкообразная, интенсивно мигрирует
снизу вверх и частично со стороны обочин к оси дороги. В зави-
симости от продолжительности холодного периода, мощности ис-
точников увлажнения и скорости промерзания к концу холодного
периода в верхней части полотна может накопиться значительное
количество влаги. При скорости промерзания до 2,5 см/сут про-
исходит интенсивное накопление влаги и образование льда в грунте
за счет миграции воды из нижележащих слоев. При быстром про-
мерзании, когда его скорость больше 4 см/сут, вода из нижележа-
щих слоев поступить не успевает и влажность грунта может быть
несколько меньше. К концу этого периода может происходить
вымерзание влаги из песчаного подстилающего слоя и устанавли-
вается зимний период равновесного состояния влаги в грунте земля-
ного полотна или постепенное увеличение влаги до уровня
(0,7 ...0,8) И^. Вследствие замерзания воды в порах грунта образу-
ются линзы и прослойки льда. Во многих случаях в холодный
период возникают зимние оттепели, которые сопровождаются ча-
стичным оттаиванием грунта и резким снижением прочности про-
езжей части. Интенсивные влагонакопление и промерзание могут
76
привести к образованию пучин. Однако прочность грунта и до-
рожной одежды в холодный период очень высокая.
Весенний период — период оттаивания грунта и насыщения его
свободной водой. Это самый опасный период, принимаемый за
расчетный для дорожных одежд и земляного полотна. Скопив-
шийся в ледяных линзах и прослойках лед в верхней части земля-
ного полотна оттаивает, и поры грунта заполняются свободной
водой, которая скапливается над мерзлым, еще не оттаявшим грун-
том земляного полотна (донник). Возникшее мокрое корыто на
некоторый период сохраняет максимальную влажность W =
= (0,85... 1,0) Wr, минимальную плотность и прочность грунта. Под
действием нагревающегося воздуха и проезжающего транспорта
часть воды отжимается в дренирующий слой, часть — в грунт обо-
чин и нижележащих слоев по мере их оттаивания. Количество
воды в порах грунта зависит от скорости оттаивания. При мед-
ленном оттаивании, когда скорость оттаивания не превышает
4 см/сут, часть воды успевает отжаться и испариться. При быст-
ром оттаивании со скоростью больше 7 см/сут происходит интен-
сивное влагообразование и накопление воды в порах грунта. В этот
расчетный по состоянию грунта период (обычно в марте — апре-
ле—мае) могут возникнуть просадки одежды, в первую очередь
на пучинистых местах. Прочность дорожной конструкции мини-
мальна. Продолжительность наиболее неблагоприятного расчет-
ного состояния грунта Тр весной (или в период зимних оттепе-
лей), в течение которого наблюдается минимальная сезонная проч-
ность грунта полотна:
= ^кр/^отт»
где — критическая глубина оттаивания, ориентировочно для
дорог I—III категорий йкр < 50 см и III —IV категории йкр < 70 см;
v„n — средняя скорость оттаивания грунта полотна, v„n = 2... 5 см/сут.
За начало расчетного периода (ZH) ориентировочно можно при-
нимать дату перехода температуры воздуха весной через 0 °C. То-
гда дата окончания периода
ZK = ZH + Тр.
Дорожная служба должна для каждого района устанавливать
эти важные даты. По эпюрам влажности можно судить для наибо-
лее характерных периодов года об устойчивости земляного полот-
на и дорожных одежд.
Влажность и плотность определяют прочность грунта. Так, мо-
дуль упругости грунта, МПа, можно вычислить по зависимости
E=C0/W”,
где Со — коэффициент, принимаемый в зависимости от вида грун-
та, Со = 8... 12; п — коэффициент, назначаемый в зависимости от
коэффициента уплотнения, п = 2,5...3,0.
77
Во второй половине весеннего периода начинается активное
просыхание грунта земляного полотна, которое заканчивается в
летний период.
После полного оттаивания полотна происходит постепенное
просушивание грунта, снижение влажности до наименьшего се-
зонного значения ~ 0,5 и постепенное возрастание плот-
ности и прочности грунта земляного полотна.
В неблагоприятный для службы дорог расчетный период наи-
большего ослабления дорожной конструкции ее прочность долж-
на соответствовать требованиям автомобильного движения, кро-
ме того, дорожная конструкция должна обладать необходимой
морозоустойчивостью.
Фактическую влажность грунта земляного полотна эксплуа-
тируемых дорог можно получить в результате непосредственных
наблюдений за ВТР земляного полотна. Однако далеко не всегда
эта влажность будет соответствовать расчетной.
Ввиду временной (по сезонам и годам) изменчивости влажно-
сти грунта земляного полотна и необходимости оценивать проч-
ность дорожной конструкции с заданным уровнем надежности
расчетную влажность грунта устанавливают вероятностным мето-
дом. Под расчетной влажностью грунта Wp в этом случае подразу-
мевают максимальное значение средней влажности грунта в пре-
делах активной зоны земляного полотна, наблюдающееся в наи-
более неблагоприятный период (время, в течение которого грунт
активной зоны наиболее увлажнен) хотя бы в одном году за срок
между капитальными ремонтами дорожной одежды.
Активной зоной считают верхнюю часть земляного полотна от
низа дорожной одежды до глубины 1,3... 1,6 м от поверхности по-
крытия. В этой зоне распространяются значительные напряже-
ния от временных нагрузок, а ВТР и состояние грунта наиболее
зависимы от погодно-климатических условий.
4.3. Пучины на автомобильных дорогах
Пучины и процесс их образования. Одними из наиболее опас-
ных деформаций и разрушений дорожных конструкций являются
пучины. Пучины — это деформации и разрушения дорожной одеж-
ды в виде бугров и сетки трещин, возникающие в результате пу-
чинообразования. Под пучинообразованием (пучением) понимают
неоднородные по площади проезжей части взбугривания дорож-
ной одежды. Пучины образуются при одновременном сочетании
трех факторов:
• интенсивное морозное влагонакопление, при котором мак-
симальная относительная влажность грунта в верхней части зем-
ляного полотна IKtnax > 0,75 WT;
78
• промерзание грунта под дорожной одеждой на глубину Лпр >
> 0,5 м;
• наличие мелких пылеватых песков и супесей, пылеватых суг-
линков или других пучинистых грунтов.
При отсутствии любого из этих факторов пучины не образу-
ются.
Величина пучения зависит от многих факторов, но главным
образом от влажности грунта, глубины промерзания, продолжи-
тельности холодного периода и прочности дорожной конструк-
ции. Величина неравномерного морозного пучения (высота буг-
Таблица 4.1. Классификация условий образования пучин
Пучины (по генети- ческому характеру увлажнения грунтов) Связь с грунтовыми и поверхностными водами Характеристика процессов увлажнения
Гидрогео- логиче- ские Связаны преимущественно с высоким стоянием грун- товых вод. Накопление вла- ги происходит за счет ка- пиллярного поднятия грун- товых вод преимущественно в осенний и частично в зим- ний периоды Резкое поднятие горизонта грунтовых вод в начале осенне-зимнего периода и высокое стояние его вес- ной. Резкое возрастание влажности верхнего слоя грунтов насыпи в начале зи- мы с последующим затухани- нием процесса к концу зимы
Темпера- турные Связаны с перемещением грунтовых вод к зоне про- мерзания под действием значительных температур- ных градиентов и длитель- ными сроками их действия Циклическое изменение влажности верхней части грунтов земляного полотна. Интенсивное накопление ледяных прослоек у границы промерзания
Поверх- ностные Связаны с длительным сто- янием поверхностных вод, обильным выпадением ат- мосферных осадков и их проникновением через тре- щины покрытия в грунт зем- ляного полотна в осенне- зимний период, плохой ор- организацией работ по сне- гоочистке дорог Переувлажнение обочин и откосов в начале осенне- зимнего периода. Переме- щение влаги от обочин и от- косов в конце зимы к более холодной проезжей части в результате перемещения снега с проезжей части на обочины
Смешан- ные Ранее перечисленные в данной таблице, в разных соот- ношениях и комбинациях
79
ров на поверхности дороги) может достигать 80... 100 мм, что су-
щественно снижает скорость движения автомобилей.
Классификация условий образования пучин приведена в табл. 4.1.
Физическая сущность пучинообразования состоит в накопле-
нии, перераспределении, замерзании и оттаивании воды в порах
грунта, которые происходят при сезонных изменениях ВТР зем-
ляного полотна и дорожной одежды.
В грунтах земляного полотна, которые представляют собой ка-
пиллярно-пористые тела, происходит непрерывный тепло- и мас-
сообмен.
Грунты земляного полотна и слои дорожной одежды всегда
имеют капилляры и поры, заполненные воздухом, водяным па-
ром, а также пленочной, рыхлосвязанной или свободной водой в
различных состояниях.
При этом вода непрерывно меняет свое фазовое состояние.
Есть два основных закона, которым подчиняется перемещение
водяного пара и воды в грунте земляного полотна: они перемеща-
ются от влажного грунта к сухому и от теплого грунта к холодно-
му (рис. 4.3).
Воздух в порах всегда перемещается от холодных участков к
теплым.
Воздух и водяной пар, перемещаясь в порах грунта (диффузи-
руя), периодически замещают один другого.
В связи с изменением температуры различных слоев грунта и
дорожной одежды по сезонам года происходит и изменение на-
правлений перемещения воздуха и воды в различных состояниях.
С понижением температуры свободносвязанная вода замерзает
при 0 °C, пленочная и рыхлосвязанная вода при -3 °C, прочносвя-
занная вода и вода в капиллярах замерзает при более низкой тем-
пературе (-10...-30°C). При промерзании грунта возникает тем-
пературный градиент (перепад температур), что вызывает термо-
диффузию (перемещение) воды, воздуха и водяного пара, которые
перемещаясь, замещают друг друга в порах. Незамерзшая часть
Рис. 4.3. Схема перемещения влаги и воз-
духа при промерзании грунта:
1 — частицы грунта; 2 — пленочная вода; 3 —
свободная и рыхлосвязанная вода; 4 — воздух
и пар в порах грунта; 5 — капиллярное подня-
тие воды; 6 — направленное перемещение пара
и пленочной воды; 7 — направленное переме-
щение воздуха
80
жидкой фазы воды перемещается от теплых слоев грунта к холод-
ным, т. е. снизу вверх. Процесс миграции воды происходит до тем-
пературы -5 °C. При более низкой температуре гидравлическая
связь между тонкими водными пленками нарушается и миграция
жидкой фазы прекращается.
Однако, пока есть температурный градиент, происходит тер-
модиффузия пара, который всегда перемещается от теплых слоев
грунта к холодным.
В то же время воздух перемещается от холодных слоев к теп-
лым. Таким образом дальнейшее влагонакопление и льдообразо-
вание происходит за счет термодиффузии водяного пара. В зоне
льдообразования возникают вначале кристаллы, а далее линзы льда.
Водяной пар, охлаждаясь, превращается в воду, увеличивая плен-
ку воды на частичках грунта и кристаллах льда и замерзает. Про-
цесс продолжается до тех пор, пока существует градиент темпера-
тур и приток водяных паров с нижних теплых слоев. Льдообразо-
вание сопровождается увеличением объема на 9 % и значитель-
ным давлением в земляном полотне, что и вызывает поднятие
дорожной одежды. На пучинистых участках происходит взбугри-
вание (неравномерное поднятие) в виде эллиптических неодно-
родных возвышений с трещинами ромбического очертания в пла-
не. Это и есть процесс пучинообразования. Его начало совпадает
с понижением температуры воздуха осенью и в начале зимы, ког-
да верхние слои грунта имеют более низкую температуру, чем
нижние. При дальнейшем понижении температуры граница про-
мерзания грунта опускается, причем под дорожной одеждой про-
мерзание происходит быстрее, чем под обочинами. В теле земля-
ного полотна образуется зона междуфазового перехода, где грунт
уже имеет отрицательную температуру, а вода в его порах нахо-
дится в жидком состоянии (рис. 4.4).
В результате льдообразования в теле земляного полотна под-
нятие верхней его части и дорожной одежды происходит всегда,
Рис. 4.4. Промерзание земляного полотна зимой:
1 — снежный покров; 2 — поднятие поверхности дорожной одежды; 3 — линия
промерзания земляного полотна; 4 — зона межфазового перехода грунта; 5 —
линзы и прослойки льда; УГВ — уровень грунтовых вод
81
но величина и равномерность его различны. Если объем льда не-
большой и поднятие равномерное, пучины не образуются.
Внешними признаками пучинистых мест в зимний период яв-
ляются неравномерное поднятие участков покрытия, взбугрива-
ние отдельных мест покрытия или образование группы взбугри-
ваний, развитых по площади проезжей части с различной степе-
нью интенсивности. Значительная часть из них, как правило, при-
водит к образованию в дорожной одежде сетки трещин, концент-
рирующейся у вершины бугров пучения, и разрушению покрытия
на отдельные куски различных площади и формы. Иногда пучи-
ны в большей степени развиваются на обочинах, и их поднятие
может оказаться большим, чем в зоне проезжей части.
В весенний период после схода снега на пучинистых участках
могут появляться влажные пятна, наблюдается иногда выход вме-
сте с водой мелких частиц дренирующего слоя или грунта земля-
ного полотна, а также волнообразные колебания дорожной кон-
струкции при наезде транспортных средств.
Весной грунт в первую очередь оттаивает под дорожной одеж-
дой. В этот момент лед превращается в жидкую фазу, которая
под действием потенциала влажности и собственной массы миг-
рирует сверху вниз и задерживается на мерзлом, практически
водонепроницаемом грунте. Спустя несколько дней над мерзлой
поверхностью грунта — донником — в верхней части полотна
под дорожной одеждой возникает переувлажненное состояние
(рис. 4.5). Дорожная одежда теряет прочность, под действием
транспорта разрушается, ее материал перемешивается с разжи-
женным грунтом. Такие разрушения обычно и называют пучи-
нами.
При наезде на пучину колес автомобилей вода через трещины
из донника выплескивается на поверхность проезжей части. На-
ступает период так называемого фонтанирования пучины.
По мере оттаивания грунта влага мигрирует в нижние слои по-
лотна. Влажность начинает снижаться, прочность грунта увеличи-
вается, а просадки стабилизируются. Пучины «закрываются».
Рис. 4.5. Земляное полотно в момент оттаивания грунта:
1 — разжиженный грунт; 2 — оставшийся донник; 3 — линия промерзания грун-
та; УГВ — уровень грунтовых вод
82
Рис. 4.6. Схема морозного пучения дорожных одежд:
1пуч — общее пучение; — равномерное пучение; /н — неравномерное пучение; р —
давление пучения; Нт — толщина дорожной одежды; В — ширина проезжей
части
Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость. Пу-
чение вызывает растягивающие напряжения в верхних слоях до-
рожных одежд. Эти напряжения особо опасны в холодный пери-
од года, когда материал покрытий становится хрупким и легко
возникают трещины. В первую очередь такой опасности подвер-
жены покрытия, построенные с применением органических вя-
жущих.
Исследования А.Я. Тулаева, А.И.Шеслера и других ученых
показали, что особо опасны неоднородные пучения (рис. 4.6),
которые являются основной причиной образования трещин. По-
этому при расчете дорожных одежд на морозоустойчивость в це-
лях повышения надежности необходимо допускаемое морозное
общее пучение 1пуч определять с учетом неоднородности пуче-
ния.
Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено ус-
ловие
4туч — ^доп>
где /пуч — расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного по-
лотна; /доп — допускаемое для данной конструкции пучение грун-
та (табл. 4.2).
Расчет на морозоустойчивость необходимо выполнять для ха-
рактерных участков или групп характерных участков дороги, сход-
ных по грунтово-гидрологическим условиям, имеющим одну и ту
же конструкцию дорожной одежды и схему увлажнения рабочего
слоя земляного полотна.
При предварительной проверке на морозоустойчивость возмож-
ное морозное пучение следует определять по формуле
83
Таблица 4.2. Допускаемое пучение грунта
Тип дорожных одежд Вид покрытия Допустимое пучение /доп, см
Капитальные Асфальтобетонное 4
Облегченные » 6
Переходные Переходное 10
Примечание. В восточных районах II —III дорожно-климатических зон
значения /доп следует увеличивать на 20...40 % (большие значения — для облег-
ченных и переходных дорожных одежд).
*пуч “ 4пуч.срЛу.г.вЛплЛгрЛнагрЛвл5
где /пуч.ср — морозное пучение при осредненных условиях, опре-
деляемое по рис. 4.7 в зависимости от толщины дорожной одеж-
ды (включая дополнительные слои основания), группы грунта по
степени пучинистости и глубины промерзания дпр; Ку г в — коэф-
фициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания
уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод; при
отсутствии влияния грунтовых или длительно стоящих поверхно-
стных вод следует принимать: для супеси тяжелой и пылеватой и
суглинка Куг в = 0,53; для песка и супеси легкой и крупной Ку г в =
Рис. 4.7. Графики для определения морозного пучения при осредненных
условиях /пучср:
кривые II— V выбирают в зависимости от группы грунта увлажнения рабочего
слоя; Нт — толщина дорожной одежды; znp — глубина промерзания грунта
84
= 0,43; Апл ~ коэффициент, зависящий от степени уплотнения
грунта рабочего слоя; K,v — коэффициент, учитывающий влияние
гранулометрического состава грунта основания насыпи или вы-
емки; Анагр — коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от
собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промер-
зающем слое и зависящий от глубины промерзания; Аш — коэф-
фициент, зависящий от расчетной влажности грунта.
Уточненный расчет толщины морозозащитного слоя выполня-
ют по термическому сопротивлению конструкций. Для этого не-
обходимо иметь следующие исходные данные:
• географическое местоположение рассматриваемого участка
дороги;
• конструкцию дорожной одежды (наименование и толщина
слоев), необходимую по условиям прочности и дренирования;
• схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна и расчет-
ную глубину залегания подземных вод от поверхности покрытия;
• наименование грунтов земляного полотна;
• расчетный срок службы дорожной одежды.
Основные направления и меры борьбы с пучинами состоят в
том, чтобы максимально ускорить оттаивание и просыхание в
первую очередь боковых частей земляного полотна, предохранить
покрытие от разрушения, а там, где этих мер недостаточно, пере-
строить пучинистые участки с использованием прослоек из ру-
лонных геосинтетических материалов.
На отдельных участках, где дорожная одежда обладает малой
прочностью, движение переносят на объезд или ограничивают
скорость движения и грузоподъемность автомобилей. Борьбу с
пучинами прекращают, когда грунт земляного полотна полностью
оттает и просохнет.
4.4. Воздействия погодно-климатических факторов
на состояние поверхности дороги и условия
движения автомобилей
Условия движения в период действия неблагоприятных метео-
рологических явлений значительно сложнее, чем при сухом чис-
том покрытии и обочинах. Различия определяются рядом факто-
ров, основными из которых являются:
• снижение сцепных качеств покрытия, изменение взаимодей-
ствия автомобиля с дорогой, ухудшение ровности покрытия под
влиянием осадков, гололеда, тумана, повышенной влажности воз-
духа и других факторов;
• увеличение сопротивления движению из-за отложений сне-
га, грязи, гололеда, неровностей на дороге, в результате чего сни-
жается свободная мощность двигателя автомобиля;
85
• изменение очертания и внешнего вида проезжей части и обо-
чин, параметров поперечного профиля из-за снежных отложений
и образования полос наката, что приводит к изменению восприя-
тия дороги водителем;
• уменьшение метеорологической видимости в период тума-
нов, осадков, пурги, пыльных бурь, слепящего действия солнца,
изменяющих восприятие условий движения водителем;
• ухудшение эксплуатационно-технических качеств автомоби-
ля, прежде всего систем, обеспечивающих удобство и безопас-
ность движения, к которым относят тормоза, рулевое управление,
обзорность, видимость, сигнальную систему.
Дорожно-эксплуатационные организации должны вниматель-
но анализировать изменения условий движения автомобилей в
различных условиях погоды. Этот анализ позволяет обоснованно
принимать долгосрочные и оперативные меры по обеспечению
требуемого транспортно-эксплуатационного состояния дорог и
безопасности движения автомобилей.
Степень влияния метеорологических явлений на режим и без-
опасность зависит от интенсивности метеорологического явления
и скорости движения автомобиля (табл. 4.3).
Каждому периоду года соответствуют свои характерные усло-
вия погоды, оказывающие существенное влияние на формирова-
ние состояния поверхности дороги и условий движения.
К зимнему относят период, характеризующийся устойчивой
средней суточной температурой воздуха ниже О °C (рис. 4.8). В не-
которых случаях под зимним подразумевают период с начала об-
разования устойчивого снежного покрова до момента его схода.
На большей части территории России зимний период самый дли-
тельный, продолжительность его колеблется в пределах 20 —
260 дней в году.
Переходные периоды — весенний и осенний с неустойчивой
погодой, при которой наблюдаются осадки всех видов (твердые,
жидкие и смешанные). Весенним считается период со средней
суточной температурой воздуха от 0 до +15 °C. В целом этот пери-
од, отличающийся резкими переходами от потепления к похоло-
даниям, длится 30 — 80 сут.
Осенним принято считать период, характеризующийся пони-
жением температуры от +15 до 0°С. Общее количество осадков
осенью меньше, чем летом, но продолжительность их выпадения
значительно больше. Длительность осеннего периода на террито-
рии страны колеблется в широких пределах (70—120 сут).
Летний период ограничен датами перехода средней суточной
температуры через +15 °C. Летом увеличивается количество осад-
ков, но сокращается продолжительность их выпадения.
В разные периоды года состояние дорог и условия движения
значительно отличаются друг от друга. Наиболее удобные и без-
86
Таблица 4.3. Метеорологические факторы и условия движения на автомобильных дорогах
Метеорологические факторы Коэффициент обеспеченности расчетной скорости ХрС Степень опас- ности метео- рологических условий Интенсивность метеорологических факторов различной степени опасности для расчетной скорости, км/ч
150 120 100 80 60
Метель, м/с 1,0...0,75 МО 0...3 0...3 0...3 0...3 0...3
0,7 ...0,5 О 3...9 3...9 3...9 3...9 3...9
Менее 5 00 Более 9 Более 9 Более 9 Более 9 Более 9
Гололед 1,0...0,75 МО — — — — —
0,75.„0,5 О — 0,2...0,4 0,15.„0,35 0,20.„0,30 0,20
Менее 5 оо Менее 0,3 Менее 0,2 Менее 0,15 Менее 0,15 Менее 0,15
Осадки, мм/мин: ДОЖДЬ 1,0...0,75 МО Менее 0,2
0,75...0,5 О Менее 0,2 Менее 0,2 Менее 0,2 Менее 0,2 0,2... 1,2
Менее 5 оо Более 0,2 Более 0,2 Более 0,2 Более 0,2 Более 1,2
снегопад 1,0...0,75 МО — — Менее 0,1 Менее 1,5 Менее 1,5
0,75...0,5 О Менее 0,1 Менее 0,1 0,1... 1,0 0,15... 1,5 1,5...2,5
Менее 5 оо Более 0,1 Более 0,1 Более 1,0 Более 1,5 Более 2,5
Туман, види- 1,0...0,75 МО Более 350 Менее 500 Более 250 Более 200 Более 100
мость, м 0,75.„0,5 О 170... 350 200...500 150...250 100 ...200 70... 100
Менее 0,5 оо Менее 170 Менее 200 Менее 150 Менее 100 Менее 70
Ветер, м/с 1,0.„0,75 МО 7 Менее 10 Менее 15 Менее 20 Менее 30
0,75...0,5 О 7... 12 10...20 15...20 20... 30 30
Менее 0,5 оо Более 12 Более 20 Более 20 Более 30 Более 30
Окончание табл, 4,3
Метеорологические факторы Коэффициент обеспеченности расчетной скорости ХрС Степень опас- ности метео- рологических условий Интенсивность метеорологических факторов различной степени опасности для расчетной скорости, км/ч
150 120 100 80 60
Температура воздуха, °C: положительная 1,0... 0,75 МО 0...30 0...30 0...30 0...30 0...30
0,75...0,5 О 30...40 30.„40 30 ...40 30 ...40 30.„40
Менее 0,5 00 Более 40 Более 40 Более 40 Более 40 Более 40
отрицательная 1,0...0,75 МО 10.„30 10...30 10 ...30 10 ...30 10.„30
0,75...0,5 О 0...10 0... 10 0...10 0...10 0...10
Менее 0,5 оо Менее 40 Менее 40 Менее 40 Менее 40 Менее 40
Относительная
влажность воз- 1,0...0,75 МО 50.„90 50 ...90 50 ...90 50.„90 90... 100
духа, % 0,75...0,5 О 90... 100 90 ...100 90 ...100 90 ...100 90... 100
Примечания: 1. МО — малоопасные; О — опасные; 00 — очень опасные.
2. Для гололеда вместо величины ХрС даны значения коэффициента сцепления АсЦ.
и
Рис. 4.8. Продолжительность характерных периодов года:
7 — зимний период; 2 — осенний и весенний переходные периоды; 3 — летний
период
опасные условия движения автомобилей на дороге приняты за
эталонные. Под эталонными условиями движения понимают соче-
тания таких параметров, транспортно-эксплуатационных харак-
теристик дорог, их состояния, параметров расчетного автомоби-
ля, характеристик климата и погоды, которые обеспечивают бла-
гоприятные и безопасные условия движения с расчетной скорос-
тью при оптимальной нервно-эмоциональной напряженности во-
дителя. За эталонные условия для двухполосных дорог принято
движение одиночного автомобиля на прямом горизонтальном уча-
стке дороги с шириной проезжей части 7,5 м, укрепленной обо-
чиной шириной 2,5 м, видимостью встречного автомобиля 750 м,
с шероховатым покрытием, коэффициент сцепления которого в
мокром состоянии для шин без протектора не ниже 0,45, ров-
ность по ПКРС-2 не больше 300 см/км, а коэффициент сопро-
тивления качению 0,01 ...0,02. Состояние погоды при этом сухое,
летнее время, температура воздуха 20 °C, ветер отсутствует, а ме-
теорологическая дальность видимости больше 750 м. Любое ухуд-
шение условий движения по сравнению с эталонным ведет к сни-
жению максимально возможной или максимально допустимой
скорости движения.
Для большинства районов страны наиболее трудные условия
движения в зимний и осенне-весенний периоды, а для районов с
жарким и сухим климатом — в летний период. Наиболее трудные
периоды года и должны быть приняты за расчетные при выборе
методов и средств обеспечения удобства и безопасности движения.
В летний период наиболее часто наблюдается сухое чистое по-
крытие, сухие обочины и в целом благоприятные условия движе-
89
ния. В переходные периоды года наиболее часто наблюдается влаж-
ное и мокрое покрытие и грязные, деформированные обочины.
При выпадении осадков в виде дождя на поверхности покры-
тия образуется слой воды, который начинает заметно влиять на
сцепные свойства уже при толщине пленки более 0,2 мм, снижая
адгезионную составляющую силы трения. Коэффициент сцепле-
ния резко снижается в начальный период дождя, когда образуется
густая смазка на поверхности. После того как грязь с поверхности
покрытия смыта дождем, коэффициент сцепления несколько уве-
личивается.
В зимний период состояние поверхности дороги может коле-
баться в наибольших пределах. Поверхность дороги зимой может
быть сухой и чистой от снега, покрыта слоем сухого рыхлого сне-
га (заснеженной), снежным накатом, мокрым снегом или коркой
в виде гололеда или искусственной скользкости, образующейся
путем уплотнения и оплавления снега под влиянием движущихся
автомобилей.
Изменение ширины проезжей части и обочин по сезонам года.
Фактически используемая для движения автомобилей ширина
проезжей части и ширина обочин на одном и том же участке до-
роги является величиной переменной и колеблется в широких
пределах в различные сезоны года в зависимости от погодно-кли-
матических условий, конструктивных особенностей земляного
полотна, проезжей части, краевых полос, обочин, а также от уровня
содержания дороги (рис. 4.9). Фактически используемую ширину
чистой укрепленной поверхности определяют по формуле
В]ф = Вар + 2b — 2/>i,
где Бпр — проектная ширина проезжей части, м; Ь — ширина кра-
евой укрепленной полосы, м; Ьх — ширина полосы загрязнения
краевой укрепленной полосы или прикромочной полосы проез-
жей части, м.
Летом в сухую погоду во всех климатических зонах в основном
сохраняются проектные параметры поперечного профиля дорог и
движение происходит по всей ширине проезжей части. Обочины
в этот период находятся в сухом плотном состоянии.
В переходные периоды года и особенно осенью изменения фак-
тической ширины проезжей части начинаются с выпадением дож-
дей, понижением и увеличением относительной влажности воз-
духа, а весной — при таянии снега. Это происходит за счет загряз-
нения проезжей части, которое зависит от типа грунта обочин, их
ширины и типа укрепления, общей ширины проезжей части, на-
личия въездов и съездов без твердого покрытия. Занесенная транс-
портом на проезжую часть грязь под действием движения переме-
щается к кромкам и откладывается на прикромочной полосе про-
езжей части (рис. 4.10).
90
«1
bx
«1
«1^0, fr> Pn«i.
'b'l
^Z^/^Z^z^z^z^Z^Z^/^z^Z/^z
^z^Z^/^z^^/^^/^Z^Z^/^Z^,
Рис. 4.9. Характерные поперечные профили дорог в различные периоды
года:
а — летом; б — осенью и весной при неукрепленных обочинах; в — зимой на
участках, не имеющих помех для снегоочистки; г — зимой на участках, имею-
щих помехи для снегоочистки; д, е — при неполной очистке снега; 1 — уплот-
ненный снег; 2 — рыхлый снег; 3 — колеи наката; aQ — ширина загрязненных
полос осенью и весной; at — ширина обочин; а2 — фактическая ширина обочин
зимой; by — ширина проезжей части; Л2 — ширина чистой проезжей части; Ь3 —
используемая ширина проезжей части; с — ширина полос наката из снега или
льда; By — ширина земляного полотна; В2 — ширина дороги зимой
Рис. 4.10. Характерные состояния обочин в переходные периоды года:
а — при наличии краевых укрепленных полос; б — укрепление на всю ширину;
в — без укрепления; 1 — чистая поверхность; 2 — слой пыли или грязи; 3 —
колеи и неровности на обочине
91
Рис. 4.11. Параметры
и состояние обочин
зимой:
а — при тщательной очист-
ке снега; б — при образо-
вании вала снега на участ-
ках ограждений, сигнальных
столбиков; ап — проектная
ширина обочины; аф — фак-
тическая ширина обочины
При отсутствии укрепленных обочин сокращение проезжей
части из-за загрязнения составляет 0,6... 1,2 м. На участках с ук-
репленными на всю ширину обочинами сокращения ширины про-
езжей части почти не происходит. Характерным для зимних усло-
вий является исчезновение четких очертаний границ земляного
полотна и сглаживание его форм. В районах с длительным зим-
ним периодом, частыми снегопадами и метелями при регулярной
снегоочистке на прикромочных полосах обочин и проезжей части
образуется ровный плотный слой снега шириной 0,2...0,6 м и тол-
щиной 2... 10 см, по которому может происходить движение авто-
мобилей (рис. 4.11). Фактическая ширина проезжей части, ис-
пользуемая для движения на дорогах с хорошим зимним содержа-
нием, как бы увеличивается. Поэтому на отдельных участках до-
рог зимой могут быть лучшие условия для движения, чем летом.
Средняя ширина фактически используемой полосы движения со-
ставляет 8...8,5 м, т.е. больше, чем ширина проезжей части. Ин-
тересно отметить, что эту ширину водители выбирают в течение
всей зимы и, по-видимому, она является наиболее предпочти-
тельной для двухполосного движения. Ширина прикромочных
полос уплотненного снега колеблется в пределах 0,2... 2,5 м с каж-
дой стороны. При отсутствии регулярной снегоочистки факти-
ческая (чистая) ширина проезжей части резко сокращается или
исчезает полностью и движение осуществляется по слою рыхлого
или уплотненного снега.
В районах, где зимы теплые, малоснежные, снег зимой часто
тает и полосы наката на кромках проезжей части не образуются.
Характерной особенностью состояния дорог в зимний период яв-
ляется значительное колебание ширины чистой проезжей части
по длине дороги и во времени. Большие сужения происходят на
92
снегозаносимых участках дорог, участках установки ограждений,
парапетов и направляющих столбиков, которые способствуют об-
разованию снежных отложений и мешают уборке снега. Особен-
но неблагоприятные условия создаются на кривых малого радиу-
са (до 300 м) в плане, на которых устанавливают ограждения, за-
трудняющие и без того сложные условия снегоочистки, на развяз-
ках дорог в одном и разных уровнях.
Продолжительность различных состояний дорог. Продолжитель-
ность различных состояний дорог в течение года зависит от кли-
мата данного района, технического уровня дороги и уровня ее
содержания.
Каждый метеорологический фактор характеризуется вероят-
ностью появления (повторяемостью), продолжительностью дей-
ствия и последействия. Продолжительность действия — это про-
должительность самого метеорологического явления (дождя, сне-
гопада и т.д.). Продолжительность последействия — это время с
момента прекращения данного метеорологического явления до
прекращения или ликвидации действия его последствий на со-
стояние дорог и условия движения (например, время просыха-
ния поверхности дороги после прекращения дождя). Продолжи-
тельность последействия может быть получена только путем на-
блюдений за состоянием дорог в различные периоды года.
Ряд метеорологических факторов практически не обладает по-
следействием. Это температура и влажность воздуха, ветер и ту-
ман. Средняя продолжительность их действия составляет: поло-
жительная температура воздуха определенной величины — 4... 6 ч;
отрицательная — 10... 12 ч; относительная влажность воздуха —
8... 10 ч; ветер 8... 12 ч; туман — 4...8 ч. Продолжительность того
или иного состояния поверхности дороги, ч, вычисляют по фор-
муле
Т = P(x)(ti + t2),
где Р(х) — вероятность появления климатического фактора, оп-
ределяющего характерное состояние поверхности дороги (дождь,
снегопад, метель, гололед); — продолжительность действия, ч;
t2 — продолжительность последействия, ч.
В осенне-весенний период время просыхания покрытия и обо-
чин во много раз больше времени выпадения дождя или мокрого
снега, особенно при температуре воздуха от 0 до +7 °C. В этот
период дожди даже небольшой интенсивности имеют последей-
ствие в 3 — 5 раз больше, чем ливневые дожди летом.
Большой разброс продолжительности последействия метеоро-
логических факторов наблюдается в зимний период, что объясня-
ется разнообразием условий снегозаносимости на дорогах и уров-
ней содержания дорог.
93
Средние значения продолжительности действия и последей-
ствия метеорологических факторов на состояние дорог приведе-
ны в табл. 4.4.
Продолжительность различных z-х состояний поверхности до-
роги в течение года можно определять по формуле
7} = XftDn + A,to.BZ)0.B + "Kj3D3,
где Xfo.B, Хй — коэффициенты длительности состояний (сухого,
мокрого, заснеженного, снежного наката, гололеда) в летний, осен-
не-весенний и зимний периоды; Рл, 7)0.в, Д — продолжительность
этих периодов в данной зоне, сут.
Коэффициент X, комплексно учитывает влияние климатичес-
ких факторов, интенсивности движения, технического уровня и
качества содержания дороги (табл. 4.5).
Продолжительность периодов года определяют по многолет-
ним данным изменения среднесуточной температуры воздуха,
получаемым из климатических справочников.
Расчетные состояния поверхности дорог. Каждому периоду года
соответствует характерное состояние поверхности. За расчетные
могут быть приняты следующие состояния поверхности.
В зимний период1.
а) слой рыхлого снега на покрытии и обочинах лежит только
во время снегопадов и метелей в перерывах между проходами сне-
гоочистительных машин;
б) проезжая часть чистая, без снега, уплотненный снег и лед
имеется на прикромочных полосах, а рыхлый — на обочинах;
в) проезжая часть покрыта слоем плотного снежного наката,
на обочинах — слой рыхлого снега;
г) на поверхности покрытия гололед;
д) поверхность дороги влажная, имеется рыхлый мокрый снег
или слой снега и льда, растворенного хлоридами.
Состояния а), б), г), д) служат расчетными для дорог I—III
категорий, состояния б), в) — для дорог III и IV категорий. Рас-
четную толщину слоя рыхлого снега на покрытии принимают в
зависимости от защищенности дороги от снежных заносов и ос-
нащенности дорожной службы машинами для зимнего содержа-
ния, но не менее 10 мм.
В осенне-весенние переходные периоды:
а) вся поверхность мокрая чистая;
б) проезжая часть мокрая чистая, прикромочные полосы за-
грязнены;
в) проезжая часть мокрая загрязненная.
Состояние а) принимают за расчетное для дорог I и II катего-
рий с обочинами, укрепленными на всю ширину каменными ма-
териалами с применением минеральных или органических вяжу-
щих. Состояния б) — для дорог или участков с укрепленными
94
Таблица 4.4. Продолжительность действия и последействия метеорологических факторов на состояние дорог
Метеорологический фактор Продол- житель- ность действия, ч Продолжительность последействия1, ч, на дорогах
I и II категорий III и IV категорий
на покрытии на укреплен- ных обочинах на неукреплен- ных обочинах на покрытии2 на укреплен- ных обочинах на неукреплен- ных обочинах
Снегопад (рыхлый снег, снежный накат) 4... 12 6... 10 6... 10 Всю зиму 10...100 16...200 10...200 Всю зиму
Метель (рыхлый снег, снежный накат) 6...9 6...24 6...24 То же 400...100 16...250 40...250 То же
Гололед, искусственный лед 3...6 1...4 2...24 Не удаляется 2-12 4...24 24 и более Не удаляется
Дождь, мокрый снег, мокрое состояние 2 — 6 2... 12 2... 12 3...10 3... 12 4...15 6...30
1 Продолжительность последействия принимают с учетом оснащенности дорожной службы машинами и оборудованием: мини-
мальные значения при 100%-ной оснащенности, средние — при 60%-ной, максимальные — при 30%-ной оснащенности.
2 В числителе условной дроби — для дорог III категории, в знаменателе — для дорог IV категории.
40
Таблица 4.5. Значения коэффициента длительности состояний X
Категория дороги Состояния покрытия и периоды года
Летний Осенне- весенний Зимний
Сухое Мокрое Сухое Мокрое Сухое чистое Мокрое Рыхлый снег Снежный накат Искус- ственный гололед Естест- венный гололед
I 0,80...0,85 0,15-0,20 0,6-0,70 0,30-0,40 0,55-0,65 0,08-0,15 0,04-0,05 о,1 0,10 0,02
II 0,80... 0,85 0,15-0,20 0,6-0,70 0,30-0,40 0,50-0,6 0,09-0,13 0,04-0,06 0,12-0,16 0,12 0,03
III 0,80...0,85 0,15...0,20 0,5-0,60 0,40-0,50 0,25-0,48 0,10-0,15 0,06-0,12 0,20-0,25 0,12-0,14 0,04
IV 0,80...0,85 0,15-0,20 0,5-0,60 0,40-0,50 0,20-0,40 0,06-0,10 0,15-0,20 0,25-0,35 0,09-0,10 0,05
Примечания: 1. Большие значения X для сухого покрытия (соответственно меньшие — для мокрого) в летний и переходные
периоды принимают при наличии краевых укрепленных полос или укрепленных обочин.
2. Для зимнего периода коэффициент X назначают с учетом уровня оснащения службы эксплуатации машинами и оборудова-
нием для зимнего содержания, принятого в проекте. Минимальное значение для мокрого покрытия, рыхлого снега, снежного
наката и гололеда на покрытии принимают при 100%-ной оснащенности по сравнению с нормативной, соответственно максималь-
ные значения X принимают при оснащенности, не превышающей 50 %.
краевыми полосами и неукрепленными обочинами или имеющим
обочины, укрепленные щебеночными и гравийными материала-
ми без вяжущих. Состояние в) относится к дорогам без укреплен-
ных краевых полос и обочин.
В летний период: сухие и чистые покрытие и обочины.
Каждому расчетному состоянию покрытия соответствуют оп-
ределенный коэффициент сопротивления качению и коэффици-
ент сцепления, ширина чистой, фактически используемой для дви-
жения поверхности дороги, которые непосредственно влияют на
скорость, удобство и безопасность движения автомобилей.
4.5. Районирование территории
по условиям движения на дорогах
Вероятность появления, интенсивность и длительность метео-
рологических факторов в различных регионах различна. Регио-
нальный характер изменения погодно-климатических условий на
территории страны приводит к тому, что автомобильные дороги
одинаковых технических характеристик в одних регионах обеспе-
чивают круглогодичное удобное и безопасное движение с высо-
кими скоростями, а в других — на таких же дорогах в отдельные
периоды года наблюдается движение с пониженными скоростями
и повышенной аварийностью.
Для комплексной оценки климата различных регионов автор
предложил показатель влияния климата на условия движения ав-
томобилей
где Кр С — коэффициент обеспеченности расчетной скорости на эта-
лонном участке дороги в эталонных метеорологических условиях;
^с.г— среднегодовой коэффициент обеспеченности расчетной ско-
рости на эталонном участке дороги с учетом влияния на состояние
поверхности дороги и режим движения всего комплекса погодно-
климатических факторов, характеризующих климат данного района.
Физический смысл этого показателя заключается в том, что он
показывает долю среднегодового снижения максимальной скоро-
сти движения на эталонном участке дороги под воздействием по-
годно-климатических факторов. Чем больше показатель влияния
климата на условия движения, тем значительнее отрицательное
воздействие климата на режим движения транспортных потоков.
Таким образом, этот показатель позволяет количественно срав-
нивать климат различных регионов страны по степени влияния
на условия движения.
Аналогично может быть оценено и изменение условий движе-
ния автомобилей в одном и том же регионе, но в различные пери-
97
оды года. При этом необходимо учесть неравномерность измене-
ния интенсивности движения по этим периодам:
(А?с - к™) дсезлги
ТТ \ P-V р.и у и
где — среднесезонный коэффициент обеспеченности расчет-
ной скорости на эталонном участке дороги; Дсез — длительность
сезона, сут; Хи — коэффициент учета неравномерности движения
по сезонам года.
Чем больше показатель влияния сезонных погодно-климати-
ческих факторов на условия движения, тем более трудным для
движения является этот период, а сумма сезонных показателей
дает показатель влияния климата данного региона, т. е.
Пк = Пл + П3 + Пп,
где Пл, П3, Пп — показатели влияния сезонных погодно-климати-
ческих факторов соответственно для летнего, зимнего и переход-
ных периодов.
Показатель влияния климата и сезонных погодно-климатичес-
ких условий позволяет осуществить районирование страны по ус-
ловиям движения, т. е. выделить районы с различными расчетны-
ми периодами. Для большинства районов нашей страны наиболее
трудные условия движения наблюдаются в зимний и осенне-ве-
сенний периоды, а для районов с жарким и сухим климатом —
летний период. Наиболее трудные периоды года по условиям дви-
жения и должны быть приняты за расчетные при выборе методов
и средств обеспечения удобства и безопасности движения. На ос-
новании выполненных исследований предложено районирование
территории страны по влиянию климата на состояние поверхно-
сти дорог и условия движения (рис. 4.12).
Зона I с зимним расчетным периодом включает в себя районы,
где зимний период составляет не менее 125 сут в году. Расчетным
для этой зоны является движение по заснеженному, скользкому
покрытию при наличии суженной проезжей части.
В пределах I зоны выделены подзоны с некоторыми отличи-
тельными признаками.
Подзона IA характеризуется тем, что здесь зимний расчетный
период является единственным, поскольку переходные периоды
очень короткие (20 — 60 сут в году) и ими можно пренебречь.
Скользкость покрытия определяется только гололедом и наличи-
ем накатанного или рыхлого слоя снега на покрытии.
Подзона 1Б характерна тем, что ее зимний расчетный период
дополняется значительным по длительности (60—100 сут) пере-
ходным периодом. Следовательно, в подзоне 1Б необходимо кон-
структивные и организационные мероприятия дополнять меро-
98
Рис. 4.12. Районирование территории России и стран ближнего зарубе-
жья по условиям движения на автомобильных дорогах
приятиями, рассчитанными на обеспечение удобства и безопас-
ности в переходные периоды года.
Подзона IB близка по характерным особенностям к зоне II, так
как длительность переходного периода достигает 120 сут. Расчет-
ными условиями являются скользкость и сужение проезжей части
из-за наличия гололеда, снежных отложений, выпадения осадков
и грязных обочин, т.е. в этой подзоне необходимы мероприятия,
характерные для зимнего и переходных периодов.
Зона П с расчетными переходными периодами характерна тем,
что расчетными являются переходные периоды, которые длятся
40—110 сут, а зимний период 40—125 сут. Зимы в этих районах
малоснежные с частыми оттепелями, поэтому расчетным состоя-
нием дорог можно считать повышенную скользкость покрытия
из-за увлажнения и загрязнения покрытия на обочинах и пере-
ходных полосах.
Зона III с летним расчетным периодом характеризуется лет-
ним расчетным периодом, так как зимний и осенне-весенний пе-
риоды весьма короткие и вместе составляют 90—110 сут. Основ-
ными расчетными условиями являются движение в период высо-
кой температуры воздуха, а поверочными — условия движения в
период выпадения дождей. К зоне III могут быть отнесены юж-
ные районы Кавказа и районы Средней Азии.
Для горных районов расчетный период рекомендуется опреде-
лять для каждого характерного участка дороги по высоте, так как
99
в зависимости от высоты местности над уровнем моря погодно-
климатические условия значительно изменяются.
Районирование по условиям движения коррелируется с дорож-
но-климатическим районированием. Однако границы зон отли-
чаются одна от другой. Так, зона I по условиям движения включа-
ет в себя зону I, II и III дорожно-климатического районирования.
Зона II районирования по условиям движения примерно соответ-
ствует зоне IV дорожно-климатического районирования, а зона
III соответствует зоне V.
Контрольные вопросы
1. Как воздействуют погодно-климатические факторы на состояние
дорог и условия движения?
2. Какова продолжительность последствий метеорологических фак-
торов?
3. В чем состоит теория тепловлагообмена в дорожных конструкциях?
4. Покажите и поясните закономерности водно-теплового режима
земляного полотна.
5. Что представляют собой пучины на автомобильных дорогах?
6. Как зависит состояние дороги от сезона года и как это учитывают
при проектировании дорог?
Глава 5
ПРОЦЕСС ДЕФОРМИРОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
И ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
АВТОМОБИЛЕЙ И ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ
5.1. Основные факторы, влияющие на состояние
дорог в процессе эксплуатации
Дорожные одежды и дорожная конструкция. Дорожная одежда,
как правило, состоит из нескольких слоев, каждый из которых
выполняет определенную функцию в работе всей одежды.
Под совместным воздействием многократно повторяющихся на-
грузок от автомобилей и природных факторов в земляном полот-
не и в дорожной одежде возникают напряжения и деформации,
которые, постепенно накапливаясь, могут привести к их разру-
шению. При деформациях и разрушениях земляного полотна не-
избежно деформируется и разрушается дорожная одежда. Под де-
формацией понимают изменение размеров или формы тела без
уменьшения его массы и без потери сплошности. Разрушение —
это изменение размеров и формы тела с изменением (уменьше-
нием), его массы или потерей сплошности. В практической дея-
тельности все виды деформаций и разрушений часто относят к
дефектам состояния дороги, которые включают в себя также от-
ступления от проектных решений или нормативных требований
по геометрическим параметрам, инженерному оборудованию и
обустройству дорог, организации и безопасности движения, экс-
плуатационному состоянию дорог и др.
На правильно спроектированной, построенной и эксплуати-
руемой дороге в пределах межремонтных сроков службы дорож-
ных одежд и покрытий не должно быть разрушений (кроме из-
носа покрытий), но могут быть деформации в допустимых пре-
делах.
Основные факторы, являющиеся причинами образования и
накопления деформаций и появления разрушений конструктив-
ных элементов автомобильных дорог в процессе эксплуатации,
можно разделить на внешние, не зависящие от дороги, и внутрен-
ние, непосредственно зависящие от дороги.
Главными из них являются внешние факторы, к которым отно-
сят воздействие автомобильной нагрузки и природно-климати-
ческих условий:
• нагрузки на ось автомобиля и большое давление в автомо-
бильных шинах;
101
• число повторных приложений тяжелой нагрузки при высо-
кой интенсивности движения и короткие интервалы между эти-
ми приложениями, особенно при проходе многоосных автомо-
билей;
• продолжительность приложения каждой нагрузки и суммар-
ная продолжительность, которая зависит от скорости движения
автомобилей на сложных участках дороги (кривые малого радиу-
са, крутые подъемы, пересечения, сужения проезжей части и др.),
а также при высокой плотности транспортных потоков, задерж-
ках и заторах;
• температура воздуха и солнечная радиация, под воздействи-
ем которых повышается или понижается температура покрытия и
изменяются физико-механические свойства асфальтобетона, би-
тума и битумоминеральных смесей;
• система водоотвода и водопонижения, тип грунта земляного
полотна и условия его увлажнения грунтовыми и поверхностны-
ми водами, поскольку при повышении влажности грунтов выше
оптимального уровня значительно снижается вязкость и увеличи-
вается пластичность грунтов, что способствует накоплению оста-
точных деформаций в земляном полотне и во всей дорожной
одежде.
В летний период особенно заметно влияние внешних факто-
ров на накопление остаточных деформаций в слоях дорожной
одежды из асфальтобетона и битумоминеральных смесей, кото-
рое объясняется термопластическими и вязкоупругими свойства-
ми этих материалов. При повышенной температуре асфальтобе-
тона энергия сил взаимодействия Ван-дер-Ваальса между части-
цами битума ослабевает, вязкость уменьшается, модуль упруго-
сти снижается, а остаточные деформации увеличиваются. Этот
эффект возрастает при плохом составе смеси, когда введено чрез-
мерное количество вяжущего, использован битум с недостаточ-
ной вязкостью, занижено содержание заполнителя по отноше-
нию к дозировке вяжущего, а также при недостаточном уплот-
нении смеси.
К внутренним факторам относят физико-механические харак-
теристики дорожной конструкции и материалов ее слоев, вклю-
чая слои дорожной одежды и грунты активной зоны земляного
полотна, а также показатели напряженно-деформированного со-
стояния этих слоев и материалов под действием нагрузки от колес
автомобилей и изменения ВТР.
К наиболее важным внутренним факторам можно отнести:
• недоуплотнение или неравномерное уплотнение в попереч-
ном направлении слоев нежестких дорожных одежд и земляного
полотна;
• неравномерный износ (истирание) покрытия под действием
колес автомобилей;
102
• образование пластических деформаций в асфальтобетонных
покрытиях и слоях из битумоминеральных смесей, особенно в
периоды нагревания этих покрытий до высокой температуры, при
которой значительно снижается вязкость битума, прочность на
сдвиг и деформативные характеристики асфальтобетона и может
произойти боковое выпирание материала слоя. В холодный пери-
од, наоборот, вязкость битума возрастает, увеличивается прочность
и жесткость асфальтобетона, происходит образование температур-
ных трещин;
• появление структурных разрушений и накопление остаточ-
ных деформаций в покрытии и других слоях дорожной одежды,
когда вертикальные или горизонтальные напряжения, возникаю-
щие от воздействия колес тяжелых автомобилей, превысят допус-
тимые значения и начнется нарушение сплошности или структу-
ры материала одного или нескольких слоев;
• накопление остаточных деформаций в грунте земляного по-
лотна под действием нагрузки от тяжелых грузовых автомобилей,
особенно в период наибольшего увлажнения грунта, когда их не-
сущая способность снижается до минимальных значений.
Накопление деформаций в конструктивных элементах дороги
в процессе эксплуатации происходит неравномерно. Можно ус-
ловно выделить несколько характерных периодов изменения транс-
портно-эксплуатационного состояния дороги во времени.
Первый период — после завершения строительства и ввода ав-
томобильной дороги в эксплуатацию; характерен очень высоким
уровнем состояния дороги. В этот период происходит медлен-
ный, малозаметный износ покрытия. В результате действия дви-
жущихся автомобилей происходит доуплотнение слоев дорож-
ной одежды и земляного полотна и формирование их устойчи-
вой структуры. Отдельные деформации возникают вследствие де-
фектов строительства, ремонта или содержания. Для их устране-
ния достаточно выполнять систематические работы по содержа-
нию дороги.
Второй период характерен достаточно хорошим уровнем состо-
яния дороги. Однако заметно увеличивается износ покрытия, сни-
жаются его сцепные качества и ровность, появляются трещины и
выбоины. Степень и скорость развития этих деформаций зависят
прежде всего от интенсивности и состава транспортного потока.
Особенно большое разрушающее воздействие оказывают тяжелые
грузовые автомобили, автопоезда, сочлененные и многоосные
транспортные средства.
Для устранения накопившихся деформаций и других дефектов
необходимо своевременно выполнять работы по ремонту дороги.
Промедление с выполнением восстановительных работ при-
водит к значительному ускорению темпов нарастания дефор-
маций.
ЮЗ
Третий период характерен накоплением деформаций не толь-
ко в покрытии, но и в других слоях дорожной одежды, а также в
земляном полотне. Как правило, к этому периоду значительно
возрастает интенсивность движения, в том числе и число тяже-
лых грузовых автомобилей. Начинает проявляться эффект старе-
ния и деградации структуры материалов слоев дорожной одеж-
ды; накапливаются усталостные явления. В результате увеличи-
вается площадь деформаций дорожной одежды, появляются ее
разрушения.
Четвертый период — состояние дороги быстро переходит от
удовлетворительного к плохому. Требуется немедленный капиталь-
ный ремонт с усилением дорожной одежды или реконструкция.
Важно отметить, что продолжительность того или иного со-
стояния дороги в значительной степени зависит от уровня эксп-
луатационного содержания и своевременности выполнения работ
по предупреждению и устранению возникающих деформаций и
разрушений.
5.2. Воздействие автомобильных нагрузок
на дорожную одежду и земляное полотно
Воздействие автомобильных нагрузок. Автомобильные нагруз-
ки — главная причина деформаций и разрушения дорог. При дви-
жении автомобиля по горизонтальному участку дороги с ровной
поверхностью его колеса передают на дорожную одежду и земля-
ное полотно вертикальные (нормальные) и горизонтальные (ка-
сательные) усилия.
Напряжения, возникающие в дорожной одежде при проезде
автомобиля от действия нормального и тангенциального усилий,
затухают с глубиной (рис. 5.1).
Воздействие автомобиля на дорожную одежду характеризуется
нагрузкой, приходящейся на ось, удельным давлением в зоне кон-
такта колеса автомобиля с покрытием, временем приложения на-
грузки, частотой ее повторения и динамичностью приложения.
Значение осевой нагрузки зависит от грузоподъемности авто-
мобиля, числа осей и схемы их расположения.
Время приложения нагрузки зависит от скорости движения
автомобиля, а число приложений и интервал между ними непо-
средственно зависят от интенсивности движения и ее распределе-
ния по часам суток.
На ровном покрытии дорожные одежды испытывают давление
от колес как кратковременную статическую нагрузку. Продолжи-
тельность ее действия колеблется в пределах 0,01... 0,5 с; в зависи-
мости от скорости движения нагрузки от колес грузовых автомо-
билей могут повторяться через каждые 1,5...6 с.
104
Рис. 5.1. Напряжения от колес автомобилей в многослойной дорожной
одежде:
а — эпюра вертикальных напряжений а2; б — эпюра горизонтальных напряже-
ний ох; 1 — покрытие; 2 — основание; 3 — дополнительный слой основания; 4 —
подстилающий грунт; 5 — напряжения в дорожной одежде; 6 — напряжения в
однородном грунте
Исследования В. Ф. Бабкова показали, что при движении транс-
портных средств по неровной поверхности давление колеса на
покрытие то возрастает по сравнению со статическим, то убывает.
Отношение напряжения (деформации), вызванного динамическим
действием нагрузки, к напряжению (деформации), вызванному
статическим действием той же нагрузки, называют коэффициен-
том динамичности нагрузки или динамическим коэффициентом'.
*ст
где ld, 1„ — упругий прогиб дорожной одежды под действием со-
ответственно динамической и статической нагрузок (динамиче-
ский коэффициент). Зависимость динамического коэффициента
от скорости для различных покрытий показана на рис. 5.2 и 5.3.
В качестве расчетного используют наиболее тяжелый автомо-
биль из систематически обращающихся по дороге, доля которого
составляет не менее 10 % с учетом перспективы изменения соста-
ва движения к концу межремонтного срока. Расчетной схемой
нагружения дорожной одежды колесом автомобиля является гиб-
кий круговой штамп диаметром D, передающий равномерно рас-
пределенную нагрузку Р.
Расчетное удельное давление колеса на покрытие р и расчет-
ный диаметр D приведенного к кругу отпечатка расчетного колеса
принимают с учетом параметров расчетных автомобилей.
105
Рис. 5.2. Зависимость динами-
ческого коэффициента IJb от
скорости движения v автомоби-
ля на покрытии с неровной по-
верхностью (данные В. Ф. Баб-
кова)
Для оценки разрушающего действия автомобилей с различной
осевой нагрузкой проф. Б. С. Радовский предложил формулу сум-
марного коэффициента приведения:
т 44
*cyMM=Z(Q/G,)’,
1=1
где т — число осей; Qi — нагрузка на ось; Qp — расчетная нагруз-
ка на ось.
Установлено, что проезд одного автомобиля с осевой нагруз-
кой 100 кН равноценен 5,2 проезда автомобиля с осевой нагруз-
кой 70 кН.
Статические и динамические вертикальные (нормальные) и
касательные (тангенциальные) силы, передаваемые колесами
транспортных средств через дорожную одежду на земляное по-
лотно, вызывают напряжения и деформации в его теле, вслед-
ствие чего земляное полотно изнашивается и разрушается.
Наряду с вертикальными нагрузками на покрытие воздейству-
ют горизонтальные (тангенциальные) усилия. Они вызываются
трением шины о покрытие при передаче тягового усилия и тор-
можении автомобиля, ударами колес при наездах на неровности
покрытия и трением о покрытие шины при неподвижном авто-
Рис. 5.3. Зависимость динамического коэффициента /д//стот скорости
движения v автомобиля по дорогам с разными типами покрытия (дан-
ные В. Ф. Бабкова):
1 — асфальтобетонное покрытие; 2 — обработанное битумом щебеночное по-
крытие с неровной поверхностью; 3 — щебеночное покрытие с выбоинами; 4 —
булыжная мостовая
106
мобиле. Наибольшего значения горизонтальное усилие Fmax до-
стигает при резком торможении автомобиля и хорошем сцепле-
нии шины с покрытием. В этом случае
^max = Qi^m,
где т — коэффициент, учитывающий режим движения автомоби-
ля, т = 1,1... 1,4.
Напряжения в дорожной конструкции, обусловленные действи-
ем касательных усилий на покрытие, сравнительно быстро зату-
хают по мере удаления от поверхности в глубину и наиболее опасны
в пределах верхних слоев. Поэтому касательные усилия учитыва-
ют лишь при оценке прочности и сдвигоустойчивости самого по-
крытия.
Расчет дорожных одежд на перегонных участках ведут на крат-
ковременное (динамическое) и многократное действие подвиж-
ной нагрузки. Продолжительность действия нагрузки для средних
условий современных скоростей автомобиля и размеров отпечат-
ка колеса принимают равной 0,1 с. В этом случае значения моду-
ля упругости и прочностных характеристик материалов и грунта
также соответствуют длительности действия нагрузки 0,1 с.
Напряженно-деформированное состояние дорожных конструк-
ций и процесс их разрушения. Под нагрузкой от каждого колеса
автомобиля дорожная одежда прогибается, а затем постепенно
восстанавливается (рис. 5.4, а). Прогиб от колеса тяжелого грузо-
вого автомобиля распространяется во все стороны, образуя чашу
прогиба радиусом до 4 м, которая перемещается по ходу движе-
ния автомобиля. Чаши прогиба от колес автомобиля частично
перекрывают одна другую и охватывают всю ширину полосы дви-
жения. При этом в слоях одежды возникают напряжения сжатия,
растяжения, изгиба и сдвига (рис. 5.4, б). Чрезмерные напряже-
ние. 5.4. Схема образования чаши прогиба и разрушения нежестких до-
рожных одежд под колесом автомобиля:
1 — колесо; 2 — прогиб дорожной одежды; 3 — сжатие шины; 4 — дорожная
одежда; 5 — земляное полотно; 6 — чаша прогиба; 7 — зоны растяжения и тре-
щины в одежде; 8 — выпирание грунта; 9 — направление сжатия грунта
107
ния от транспортных нагрузок приводят к возникновению тех или
иных деформаций.
В зависимости от конструкции, прочности и состояния дорож-
ной одежды под действием повторных нагрузок в отдельных сло-
ях и в конструкции дорожной одежды в целом могут проявляться
либо только упруговязкие деформации, либо одновременно упру-
говязкие и вязкопластичные деформации, которые, постепенно
накапливаясь, могут достичь недопустимых величин.
Наиболее опасными напряжениями для слоев одежды из мо-
нолитных материалов являются растягивающие, возникающие в
слое при изгибе, а для слоев из слабосвязных материалов (зерни-
стых) — напряжения сдвига (касательные). Максимальные растя-
гивающие напряжения в усовершенствованном покрытии (асфаль-
тобетонном и ему подобном) возникают на его нижней поверхно-
сти по оси действующей нагрузки.
Основным видом нарушения сплошности грунтов и слабосвяз-
ных материалов дорожной одежды под действием транспортных
нагрузок является сдвиг. Критическое состояние по прочности
(напряжениям) в какой-либо точке грунтового массива или слое
одежды наступает, когда касательное напряжение, действующее
по площадкам скольжения, достигает предела сопротивления грун-
та или материала сдвигу.
Развитию деформаций способствует также влияние природно-
климатических факторов, вызывающих увлажнение, перегрев или
промерзание конструкции, что в свою очередь приводит к сниже-
нию прочности и ухудшению деформационных свойств грунта,
одежды в целом и отдельных ее слоев, а также к потере монолит-
ности покрытия.
Работоспособность покрытия во многом зависит от продолжи-
тельности приложения нагрузок, т. е. от скорости движения авто-
мобилей. С повышением скорости движения действие растягива-
ющих напряжений в покрытии уменьшается, а вместе с этим умень-
шаются удельные повреждения, возникающие от движения транс-
портных средств. Однако это происходит только на ровных по-
крытиях. При наличии неровностей разрушения возникают из-за
динамического воздействия нагрузки.
Горизонтальные (тангенциальные) сжимающие и растягивающие
напряжения являются причиной пластических деформаций, а также
и разрушений в верхних слоях дорожной одежды в виде сдвигов,
волн, наплывов, поперечных трещин и колей по полосам наката.
Такие деформации чаще наблюдаются на покрытиях толщи-
ной менее 8 см. При большей толщине покрытий сдвиговые де-
формации наблюдаются реже. Это объясняется тем, что напряже-
ния, вызываемые в дорожной конструкции тангенциальными уси-
лиями F, приложенными на поверхности покрытия, сравнитель-
но быстро затухают по глубине (рис. 5.5).
108
Рис. 5.5. Эпюра распределе-
ния касательных напряже-
ний по глубине (размеры
даны в сантиметрах):
^тих — максимальное тангенци-
альное усилие; р — распреде-
ленная нагрузка на покрытие
Критическим периодом работы дорожной одежды является ве-
сенний, когда в результате снижения прочности грунта земляного
полотна прогиб дорожных одежд максимальный, а температура
покрытия часто колеблется в пределах О...+1О°С. При этом осо-
бое значение приобретает повторное воздействие на покрытие
нагрузок от транспортных средств, в результате которого одежда
многократно прогибается и подвергается растягивающим напря-
жениям, нередко приводящим к появлению трещин, в том числе
усталостных, в основном на полосах наката.
5.3. Влияние структуры материала слоев
на деформации дорожной одежды
Деформации дорожной одежды, возникающие под действием
транспортных нагрузок и природно-климатических факторов, во
многом зависят от вида и структуры материалов слоев, составля-
ющих эту одежду. Слои дорожных одежд могут иметь структуру
контактного, коагуляционного или кристаллизационного типа.
При контактном типе структуры, характерном для слоев из
щебня, гравия и песка, минеральные частицы взаимодействуют
между собой непосредственно. Такие слои не обладают связно-
стью и практически не проявляют вязких свойств. Для покрытий
с контактным типом структуры наиболее характерными являются
деформации в виде волн, выбоин, а также повышенный износ.
Для нижних слоев из материалов контактного типа характерными
являются просадки, которые происходят за счет доуплотнения и
дезинтеграции (размельчения) фракций.
При каждом прогибе дорожной одежды отдельные зерна ми-
неральных материалов’ взаимно действуя друг на друга, истира-
ются, обламываются, раскалываются, что приводит к их размель-
чению и образованию мелких частиц и зерен. Раскалывание (дроб-
ление) щебенки происходит потому, что в точках контакта ще-
бенки друг с другом возникают (концентрируются) большие на-
пряжения сжатия, которые могут превышать предел прочности
109
каменного материала на сжатие или раскалывание. Особенно ин-
тенсивно происходят эти процессы в слоях дорожных одежд из
малопрочных каменных материалов.
В частицах размерами менее 0,071 мм, образующихся при раз-
мельчении крупных зерен щебня, может наблюдаться капилляр-
ное поднятие и длительное удержание воды. Превращаясь во влаж-
ную пластическую массу между отдельными твердыми зернами,
мелкие частицы вместе с водой действуют как смазка, облегчая
перемещение зерен, увеличивая размеры прогиба одежды под ко-
лесами автомобилей и вызывая более ускоренное дальнейшее из-
мельчение материалов.
В слоях дорожной одежды, устроенных из материалов коагуля-
ционного типа, минеральные частицы покрыты пленками органи-
ческого вяжущего. К таким материалам относят укрепленные орга-
ническим вяжущим грунты, битумоминеральные смеси и асфаль-
тобетон. Материалы, обработанные органическим вяжущим, от-
личаются повышенной связностью и под действием нагрузки про-
являют как упругие, так и вязкие свойства.
Особенностью дорожных одежд, построенных с применением
органических вяжущих материалов, является то, что их эксплуа-
тационные характеристики в течение срока службы подвержены
непрерывным изменениям, обусловленным нестационарностью
температурного режима и воздействием транспортных нагрузок,
а также непрерывным изменением свойств вяжущего в процессе
эксплуатации, носящим обратимый и необратимый характер.
В зависимости от температуры, свойств вяжущих и характера
воздействия транспортных средств покрытия с органическими
вяжущими будут обладать свойствами упругих, упруговязких или
упруговязкопластичных сред. Чем ниже температура и менее про-
должительность действия нагрузки, тем выше упругие свойства
покрытия. По мере повышения температуры и увеличения про-
должительности действия нагрузки все больше начинают преоб-
ладать пластические свойства покрытия (рис. 5.6).
При отрицательных температурах покрытия из материалов, со-
держащих органическое вяжущее, приобретают свойства хрупко-
го тела. Значительно повышаются модули упругости и сопротив-
ление сжатию, но одновременно снижается их способность де-
формироваться без нарушения сплошности при невозможности
изменения размеров. По данным Н. Н. Иванова и Н. М. Распопова,
колебания предельных значений относительных удлинений ас-
фальтобетона при О °C находятся в пределах 0,006 — 0,002, а при
-20 °C — в пределах 0,0015 — 0,0006. Большие значения получены
для мелкозернистых смесей с менее вязким битумом, а меньшие
значения — для крупнозернистых смесей с более вязким битумом.
Для пористых смесей, а также материалов, обработанных жидким
битумом, предельные относительные удлинения будут выше.
110
Рис. 5.6. Зависимость модуля упругости асфальтобетона от его темпера-
туры (данные А.О.Салля):
а — продолжительность действия нагрузки 1 с; б — продолжительность действия
нагрузки 0,1 с; 1, 2, 3 — для асфальтобетона на битуме марки БНД 60/90, БНД
90/130, БНД 30/200 соответственно
Поэтому при оценке прочности существующих дорожных одежд
необходимо принимать за расчетные значения модулей упругости
и сопротивления растяжению при изгибе асфальтобетонов и дегте-
бетонов, приведенные в нормативных документах по расчету проч-
ности дорожных одежд. Их назначают в зависимости от характера
действия транспортной нагрузки (кратковременное, длительное) с
учетом расчетной для данной зоны температуры воздуха и покрытия.
Для слоев с коагуляционным типом структуры наиболее харак-
терны разрушения в виде усталостных и температурных трещин и
деформации в виде сдвигов и наплывов. Физико-механические
свойства материалов, обработанных битумом, определяются осо-
бенностями связей, возникающих между отдельными минераль-
ными зернами, и зависят от свойств битума, толщины его пленки,
покрывающей минеральные зерна, а также от изменения со вре-
менем химического состава битума, т.е. перехода части масел в
смолы, а части смол — в асфальтены.
Наибольшую опасность представляет резкое понижение темпе-
ратур и покрытия зимой, а также медленное и глубокое промерза-
ние дорожной конструкции, способствующее неравномерному пу-
чению земляного полотна и поднятию проезжей части, особенно
на участках с неблагоприятными грунтово-гидрологическими ус-
ловиями. Указанные явления при недостаточном предельном от-
носительном удлинении покрытия приводят к образованию в нем
трещин независимо от характера и интенсивности движения.
Существенное влияние на деформативные свойства слоев до-
рожной одежды из материалов с органическими вяжущими в про-
цессе эксплуатации оказывает процесс старения вяжущего и уве-
личения его вязкости, которая может возрастать в слое покрытия
на порядок.
111
Основным фактором, определяющим интенсивность старения
битума в покрытии в процессе эксплуатации, является пористость
дорожного покрытия. При пористости асфальтобетона менее 2 %
старение битума можно не учитывать, так как изменение свойств
в этом случае незначительно по сравнению с изменениями, про-
исходящими на этапе приготовления смеси и ее укладке.
На процесс старения вяжущих влияют также адсорбция и аб-
сорбция их компонентов минеральными материалами, вызываю-
щие нарушение структуры вяжущего.
При старении материалов типа асфальтобетона под действием
воды и кислорода воздуха выявляются три стадии (рис. 5.7).
На первой стадии в течение длительного времени происходит
нарастание прочности, водостойкости и уменьшение деформатив-
ных свойств материала. Это происходит за счет уменьшения ко-
личества масел, увеличения смол и особенно асфальтенов, а так-
же за счет повышения вязкости и когезии битума в результате
процессов взаимодействия битума с минеральными материалами.
На второй стадии старения снижается водо- и морозоустойчи-
вость битумоминерального материала без заметного изменения его
прочности. Третья стадия сопровождается резким снижением
прочности материала, повышением его водонасыщения, набуха-
ния и уменьшением водо- и морозоустойчивости. Это приводит к
коррозии покрытия, усиленному выкрашиванию минеральных ча-
стиц и образованию выбоин и разрушений.
При одном прогибе дорожных одежд, минеральный материал
которых обработан органическими вяжущими, эти изменения могут
быть бесконечно малыми. Однако за время службы одежды число
прогибов измеряется миллионами, поэтому величины остаточных
деформаций возрастают.
Рис. 5.7. Влияние старения битума на долговечность покрытий (данные
Ю.В.Слободчикова):
а — изменение группового химического состава битума: 1 — масла; 2 — асфаль-
тены; б — изменение когезионной прочности битума (3) и прочности покрытия
с применением битума (4); К и С — точки резкого падения прочности покрытий
112
Кристаллизационный тип структуры характерен для цементо-
бетонов, каменных материалов и грунтов, укрепленных цементом
и другими минеральными вяжущими. Связь между частицами ма-
териала осуществляется в результате спаек, образованных крис-
таллами вяжущего.
Для таких материалов характерна повышенная жесткость и
прочность, упругие свойства выражены достаточно четко. Наибо-
лее опасными напряжениями для слоев одежды из монолитных
материалов являются растягивающие, возникающие в слое при
изгибе, а для слоев из слабосвязных материалов (зернистых) —
напряжения сдвига (касательные).
Для слоев и покрытий с кристаллизационным типом наиболее
характерными являются восстанавливающиеся упругие деформа-
ции, а также разрушения в виде трещин и сколов. На покрытиях
возникают преимущественно разрушения — трещины, проломы,
шелушение, истирание.
Существенные напряжения в цементобетонных покрытиях воз-
никают от воздействия нагрузок и изменяющейся температуры.
При изменении температуры воздуха, сопровождающемся нагре-
ванием или охлаждением покрытия, оно стремится изменить свои
размеры, но из-за сопротивления сил трения нижней поверхности
покрытия о грунт (или другой материал основания) это становит-
ся затруднительным и в покрытии возникают температурные на-
пряжения. К температурным относят также напряжения, возни-
кающие в покрытии в результате неравномерного распределения
в нем температур по толщине, обусловливающего стремление его
к короблению и противодействия этому собственной массы. Кро-
ме того, температурными можно условно считать напряжения, воз-
никающие при неравномерном поднятии покрытия в процессе
зимнего вспучивания земляного полотна. Температурные напря-
жения совместно с напряжениями от воздействия нагрузок от
транспортных средств приводят к образованию и развитию тре-
щин в бетонном покрытии.
Кроме перечисленных причин деформаций и разрушений до-
рожных одежд и покрытий могут быть отступления от норматив-
ных требований к технологии и организации работ при строи-
тельстве или ремонте, нарушения требований к материалам и со-
ставам смесей и т.д.
5.4. Причины образования трещин,
ямочности и колеи
Трещины являются наиболее распространенным видом дефек-
тов дорожных одежд. Основной причиной образования трещин
является возникновение растягивающих и изгибающих напряже-
113
ний в слоях дорожной одежды, возникающих под действием на-
грузки от автомобилей и температурных колебаний и особенно
при совместном действии этих факторов.
Трещины зарождаются там, где нормальные растягивающие
напряжения в слое покрытия или дорожной одежды превышают
предел прочности на растяжение материала соответствующего слоя.
Трещины на покрытиях становятся заметными при ширине
0,2... 1 мм и длине не менее 10 см. Более мелкие трещины или
микротрещины визуально неразличимы.
Основная часть трещин, возникающих по полосам наката от
действия нагрузки, является результатом усталостного разруше-
ния слоя дорожной одежды.
Механизм усталостного разрушения. Хотя растягивающие на-
пряжения при проходе одного автомобиля значительно меньше
критических, из-за неоднородности материала локальные на-
пряжения могут существенно отклоняться от среднего значе-
ния. В местах, где они превышают предел упругости пленок
битума, связи рвутся. Повторные приложения нагрузок приво-
дят к накоплению разорванных связей. В результате через опре-
деленное число циклов приложения нагрузок в нижней части
покрытия по полосам наката возникают продольные волося-
ные трещины, объединяющиеся затем в большие, образуется
сетка трещин. Трещины растут одновременно в двух направле-
ниях: вверх и по длине. При дальнейших нагружениях трещина
проходит сквозь покрытие и становится видимой на его поверх-
ности.
Другая часть трещин зарождается на поверхности покрытия или
другого слоя и развивается сверху вниз. Это температурные тре-
щины и трещины, возникающие в зоне выпуклого изгиба покры-
тия под действием колес автомобилей.
Большую долю трещин на поверхности покрытия составляют
отраженные трещины. Это трещины старого покрытия, на кото-
ром уложен новый слой асфальтобетона. Опыт показывает, что
трещины старого покрытия в процессе эксплуатации начинают
проявляться уже через 1 — 2 года, а по истечении 5 — 7 лет могут
полностью повториться на новом покрытии.
Существует много причин образования трещин:
• недостаточная прочность дорожной одежды и земляного по-
лотна, не соответствующая фактическим нагрузкам от автомоби-
лей, вследствие чего возникают большие прогибы и растягиваю-
щие напряжения в слоях дорожной одежды;
• большие перепады температур от положительных к отрица-
тельным, при которых возникают знакопеременные напряжения;
особенно опасны низкие отрицательные температуры, которые
сопровождаются возникновением очень высоких растягивающих
напряжений в слоях дорожной одежды;
114
• недостаточная трещиностойкость асфальтобетонных покры-
тий, обусловленная несоответствием деформативных свойств би-
тума реальным температурным условиям работы покрытий;
• различие теплофизических свойств материалов слоев смеж-
ных покрытий, вследствие чего возникают дополнительные на-
пряжения по плоскостям сопряжения слоев при температурных
перепадах;
• неравномерное уплотнение земляного полотна и слоев до-
рожной одежды;
• образование пучин, сопровождающееся возникновением сетки
трещин в дорожной одежде.
Появление и развитие трещин не имеет взрывного характера,
но происходит достаточно быстро. Исключение составляют тре-
щины в местах образования пучин, которые возникают зимой в
момент поднятия бугра при промерзании дорожной одежды и
земляного полотна, или весной в момент полного оттаивания
грунта, когда проезжающие автомобили могут полностью разру-
шить ослабленную дорожную одежду. В этом случае сетка тре-
щин может образоваться в течение одного зимне-весеннего пе-
риода.
В условиях континентального климата первыми, как правило,
появляются зимой температурные поперечные трещины на рас-
стоянии 40...50 м одна от другой. Они могут появляться уже в
первый год службы дорожной одежды или покрытия. Продоль-
ные трещины, трещины по полосам наката и трещины произ-
вольного направления возникают обычно через 4 года и чаще на
новом покрытии. Отраженные трещины могут появиться через
1 — 2 года после устройства нового слоя.
Наиболее быстро развиваются трещины весной и осенью, а наи-
более широко раскрываются зимой и весной. В летний период
многие мелкие трещины закрываются за счет размягчения битума
и расширения материала в покрытии или закатываются колесами
автомобилей.
Трещины в цементобетонных покрытиях образуются в разное
время, в различных местах плит, имеют разное очертание и на-
правление, а также неодинаковую глубину.
Число, протяженность и ширина трещин пропорциональны
сроку службы покрытия.
Трещины имеют различные размеры по ширине, длине и глу-
бине. Однако общепринятая классификация трещин отсутствует.
Наиболее часто разделяют трещины по ширине, при этом в раз-
ных странах критерии отнесения трещин к тому или иному клас-
су различаются. Обобщая различные источники, можно предло-
жить следующую классификацию трещин по ширине: узкие — до
5 мм; средние — 5... 10; широкие — 10...30 и очень широкие —
более 30 мм.
115
В начальной стадии образования трещины практически не ока-
зывают влияния на условия движения автомобилей до тех пор,
пока трещины не переходят в выбоины.
Наличие трещин на покрытии и в дорожной одежде оказывает
очень большое влияние на прочность и срок службы дорожной
одежды по следующим причинам:
• трещины нарушают целостность и монолитность дорожной
одежды, разделяя ее на отдельные, не связанные между собой бло-
ки. В результате нагрузка от колеса автомобиля передается на зна-
чительно ослабленную конструкцию, распределяется на меньшую
площадь, создавая в них повышенные напряжения и деформации;
• через трещины вода проникает в основание и земляное полот-
но и значительно ослабляет их прочность и несущую способность;
• при наезде колес на кромки трещины отдельные части по-
крытий обламываются, стенки трещины перемещаются одна от-
носительно другой в вертикальной плоскости. В результате кром-
ки обламываются и разрушаются, стенки раскрашиваются и по-
степенно трещина превращается в выбоину. Процесс превраще-
ния трещин в выбоины неизбежен, если не предпринять своевре-
менных мер по ремонту трещин. Важно и то, что попавшая в
раскрытую трещину вода при замерзании увеличивает темп роста
трещин по ширине и длине.
Таким образом каждая, своевременно не устраненная, трещи-
на, а тем более сетка трещин рано или поздно превратится в вы-
боину.
С позиций восприятия водителем состояния поверхности по-
крытия и его влияния на условия движения автомобиля к выбои-
нам и ямочности можно отнести местные посадки, проломы, ме-
ста с сильным выкрашиванием материала покрытия, а также круп-
ные трещины.
Причины образования ямочности и выбоин. Одной из главных
причин является недостаточная прочность дорожной одежды, а
наличие широких трещин и тем более сетки трещин служит яв-
ным признаком этого.
Опыт показывает, что с уменьшением прочности дорожной
одежды площадь ямочности в процессе эксплуатации резко уве-
личивается (рис. 5.8). Как следует из этого графика, среднегодо-
вая площадь ямочности на 8-й год эксплуатации дорожной одеж-
ды капитального типа с асфальтобетонным покрытием при коэф-
фициенте запаса прочности 1,5 составляет около 0,1 % от общей
площади, а при коэффициенте запаса прочности 1,0 составляет
около 2 %, т.е. в 20 раз больше.
В большинстве случаев начальная стадия возникновения вы-
боин и ямочности совпадает с периодом неблагоприятных погод-
ных условий, особенно с весенним периодом частого перехода от
положительной к отрицательной температуре воздуха, избыточ-
116
6,4
Продолжительность службы покрытия, годы
Рис. 5.8. Среднегодовая ямочность в зависимости от коэффициента проч-
ности одежды Кх с асфальтобетонным покрытием (данные М. Б. Корсун-
ского)
ного увлажнения грунта земляного полотна и слоев дорожной
одежды.
Вода, попадая в трещины, усиливает коррозионные физико-
химические процессы в материалах дорожной одежды, а при за-
мерзании оказывает растягивающее действие на стенки трещин и
отдельные частицы материалов.
В сочетании с динамическим воздействием от транспортных
нагрузок материал покрытия в зоне образования трещины начи-
нает разрушаться и выбиваться, а трещина быстро перерастает в
выбоину. Поэтому незаделанная трещина всегда является потен-
циальным источником появления выбоин.
Другим источником возникновения выбоин являются неров-
ности дорожного покрытия, начиная от неровностей, допущен-
ных при устройстве слоев дорожной одежды, когда не соблюда-
ются требования к ровности и однородности в процессе разрав-
нивания и уплотнения материалов, и включая неровности в виде
трещин, сдвигов и наплывов, которые возникают в процессе экс-
плуатации асфальтобетонных покрытий из смесей с повышенной
пластичностью.
Сразу после проезда колеса автомобиля через выступ неровно-
сти в виде трещины или выбоины возникает динамический удар
на покрытие на некотором расстоянии за выбоиной (рис. 5.9).
Многократное повторение такого удара приводит к расшатыва-
нию структуры материала, появлению и развитию еще более круп-
ных трещин или выбоины, которые затем сливаются в одну боль-
117
шую выбоину. Еще одним источником образования выбоин слу-
жат участки покрытия, где происходит шелушение и выкрашива-
ние каменного материала.
В любом случае выбоины и ямы необходимо заделывать на ран-
ней стадии их образования. Опыт показывает, что каждая незаде-
ланная выбоина увеличивается в размерах и способствует появле-
нию новых выбоин. Вначале этот процесс идет медленно, а затем
приобретает лавинообразный характер. Если стоимость работ по
ямочному ремонту, выполненному ранней весной, принять за еди-
ницу, то с опозданием ремонта на 2—3 мес эта стоимость может
возрасти в 3—5 раз.
Условия образования колеи. Колея — это деформирование по-
перечного профиля проезжей части с образованием углублений и
гребней выпора вдоль полос наката вследствие неравномерного
износа и накопления пластических деформаций в покрытии, а
также остаточных деформаций в слоях дорожной одежды и зем-
ляного полотна, происходящее при многократном воздействии ко-
лес автомобилей.
Прежде всего колея может образовываться за счет доуплотне-
ния слоев дорожной одежды по полосам наката, если они не были
достаточно уплотнены при строительстве. Колея по этой причине
образуется в первый год эксплуатации. Опыт показывает, что до-
уплотнение дорожной одежды завершается после прохода 300 тыс.
стандартных осей грузового автомобиля.
Доля недостаточного уплотнения слоев дорожной одежды со-
ставит 5... 10 % от общего числа причин образования колей.
Износ (истирание) покрытия под действием колес автомобиля
происходит при торможении и при движении в режиме тяги за
5
счет неизбежного проскальзывания
шины в зоне контакта колеса с покры-
тием. Износ происходит примерно оди-
наково в течение года, если зимой не
применяются шины с шипами. Учиты-
вая это обстоятельство, можно считать,
что в странах с короткой зимой доля
колеи по причине износа покрытия со-
ставляет около 5 %. Однако при высо-
Рис. 5.9. Пример перехода трещин или ра-
ковин в выбоины:
1, 2 — трещины или раковины при выкрашива-
нии; 3 — расклинивающее действие воды и льда
и образование трещин в зоне повторного удара;
4 — вторичный удар колеса; 5, 6 — развитие
смежных выбоин и их объединение
118
кой интенсивности движения и достаточной прочности дорож-
ной одежды эта причина может быть главной.
Пластические деформации покрытия являются причиной
15... 20 % случаев образования колеи на асфальтобетонных покры-
тиях, которые состоят в накоплении вертикальных остаточных де-
формаций вследствие повышения пластичности, т.е. снижения
структурной вязкости асфальтобетона при высоких температурах,
которое в свою очередь происходит из-за снижения вязкости би-
тума или вязкого сопротивления битума сдвигу.
Одновременно с вертикальными накапливаются и горизонталь-
ные остаточные деформации, когда под действием сдвигающих
напряжений происходит выдавливание частиц асфальтобетона в
стороны. Эти деформации при многократных повторных прило-
жениях нагрузки непрерывно возрастают, в результате чего по
бокам колеи появляются гребни или валы.
Накопление пластических деформаций в асфальтобетонном
покрытии происходит летом при температуре воздуха выше 30 °C,
при которой температура покрытия повышается до 40 °C и выше.
Расчетной принимают температуру асфальтобетона 40... 50 °C и вы-
ше в зависимости от вязкости битума.
Глубина пластической колеи зависит от исходной вязкости
битума, состава асфальтобетона, числа приложений нагрузки и ее
величины, толщины слоя асфальтобетона.
Структурное разрушение и остаточные деформации покрытия
и слоев основания. Под действием многократно прилагаемых на-
грузок в слоях дорожной одежды могут сложиться такие усло-
вия, когда вертикальные или горизонтальные напряжения пре-
высят местные предельно допустимые значения напряжений и
начнется разрушение сплошности или структуры материала слоя
с потерей прочности и сдвигоустойчивости. Следствием этого
является ускоренное накопление остаточных деформаций и фор-
мирование колеи, которая появляется после критического для
данной конструкции дорожной одежды числа приложений тя-
желой нагрузки.
Структурные разрушения покрытия происходят примерно оди-
наково в течение всего года, а в слоях основания они накаплива-
ются больше всего весной, когда прочность дорожной одежды
наименьшая. Глубина колеи за счет структурного разрушения за-
висит от прочности дорожной одежды, трещиностойкости, сдви-
гоустойчивости, срока службы покрытия, загруженности и т.д.
Из общего числа случаев образования колеи структурные раз-
рушения отмечаются в 25...35 % случаев. Всегда, когда материал
какого-то слоя дорожной одежды плохо уплотнен или имеет низ-
кую прочность и сдвигоустойчивость, остаточные деформации в
этом слое накапливаются и проявляются на поверхности покры-
тия в виде колеи.
119
Неравномерные остаточные деформации в грунтах земляного
полотна являются причиной образования колеи в 20... 30 % случа-
ев. Накопление остаточных деформаций в земляном полотне наи-
более активно происходит в весенний период. На кривой зависи-
мости глубины и формы колеи от сопротивления грунта вдавли-
ванию и сдвигу можно выделить фазу сжатия и уплотнения, фазу
местных сдвигов и фазу выдавливания или выпучивания грунта в
стороны.
Наибольшее влияние на местное выдавливание и выпучивание
грунта оказывает повышенная влажность грунта в местах с не-
обеспеченным отводом поверхностных или грунтовых вод.
Чтобы найти правильное решение по устранению тех или иных
деформаций в каждом конкретном случае, необходимо выполнить
глубокий анализ причин их образования.
Нет и не может быть одного решения, пригодного во всех слу-
чаях. Это должен быть широкий спектр конструктивных и техно-
логических решений, позволяющих выбрать наиболее эффектив-
ное в каждом конкретном случае.
5.5. Износ дорожных покрытий и его причины
Износом называется процесс уменьшения толщины слоя по-
крытия в результате потери материала под истирающим воздей-
ствием колес транспортных средств в сочетании с погодными
факторами.
Одновременно под износом понимают и собственно величину
этого уменьшения, измеряемую в миллиметрах.
Износ дорожных покрытий происходит на всех дорогах без ис-
ключения, однако темпы и величина износа зависят от многих
факторов.
Наибольшее влияние на износ покрытий оказывают движущи-
еся автомобили. Под нагрузкой, передаваемой на колесо, шина
деформируется (рис. 5.10). При этом на участке входа шины в
зону контакта с покрытием в шине происходит сжатие, а на выхо-
де из контакта — расширение. Путь, проходимый точкой на шине
в плоскости контакта /, меньше, чем вне его lt на 5... 10 %. Поэто-
му в плоскости контакта точка шины движется с ускорением, боль-
шим по сравнению с тем, как она двигалась до входа в контакт с
покрытием. В то же время угловая скорость а в секторах практи-
чески одна и та же. Поэтому точка проходит по покрытию путь
определенной длины с проскальзыванием вместо одного качения.
Под действием этих усиленных касательных напряжений в плос-
кости следа происходит истирание покрытия и шины автомоби-
ля. Наибольшие касательные усилия и наибольший износ возни-
кают при торможении автомобиля. Износ покрытия при движе-
120
Рис. 5.10. Деформации шины коле-
са, способствующие износу покры-
тия:
А — зона сжатия; Б — зона растяжения;
/ь / — путь, проходимый точкой на шине
вне зоны и в зоне контакта шины с по-
крытием соответственно; а — угловая
скорость; р — угол, на который распро-
страняются деформации шины
нии грузовых автомобилей примерно в 2 раза больше, чем при
движении легковых.
Большое влияние на процесс износа асфальтобетонного по-
крытия оказывают неоднородность материала покрытия, из кото-
рого в процессе износа происход ит истирание и выбивание зерен
песка и щебня, отрыв и удаление мелкозернистой фракции (мельче
0,05 мм) вместе с битумом или без него, вымывание или удаление
битума при наличии воды или агрессивных растворов и т.д.
Чем прочнее материал покрытия, тем меньше и равномернее
по ширине износ покрытия. На покрытиях из малопрочных мате-
риалов интенсивность износа значительно выше, чаще образуют-
ся колеи и выбоины. Применение изверженных пород для щебня
взамен осадочных уменьшает износ на 60 %. Увеличение содер-
жания битума с 5 до 7 % снижает износ на 50 ...80 %.
Износ покрытия в пределах проезжей части и толщины по-
крытий происходит неравномерно и на покрытии образуются ко-
леи истирания по полосам наката, глубина которых может коле-
баться от нескольких миллиметров до 50 мм и более. В таких ко-
леях во время дождя создается значительный слой воды, что приво-
дит к снижению сцепных качеств покрытия и аквапланированию.
Средний износ по всей площади покрытия Лср, мм:
^ср =
где к — коэффициент неравномерности износа, в среднем к =
= 0,6...0,7; hH — величина износа в полосе наката, мм.
Для усовершенствованных покрытий износ измеряют в мил-
лиметрах, а для покрытий переходного типа также и по объему
потери материала в кубических метрах на километр.
Особенности износа шероховатых дорожных покрытий. Износ
шероховатой поверхности дорожных покрытий проявляется в
уменьшении высоты и в шлифовании неровностей макрошерохо-
ватостей. Уменьшение макрошероховатости покрытий под дей-
121
станем колес автомобилей происходит в два этапа. На первом этапе
сразу после окончания строительства шероховатость покрытия
уменьшается за счет погружения зерен щебня слоя износа в ни-
жележащий слой покрытия. Величина этого погружения зависит
от интенсивности и состава движения, размера щебня и твердо-
сти покрытия. Твердость покрытия оценивают глубиной погру-
жения иглы твердомера, и асфальтобетонные покрытия подразде-
ляют на очень твердые — 0...2 мм погружения иглы; твердые —
2...5 мм; нормальные — 5...8 мм; мягкие — 8... 12 мм; очень мяг-
кие — 12... 18 мм. Цементобетонные покрытия обладают абсо-
лютной твердостью.
На втором этапе после погружения щебенок в покрытие про-
исходит собственно износ — истирание покрытия. По данным
М. В. Немчинова, общее уменьшение макрошероховатости R<.p мо-
жет быть описано уравнением
Дер = аеЬт + с,
где т — число прошедших автомобилей; а,Ь,с — коэффициенты,
зависящие соответственно от размера щебня, твердости покрытия
и состава транспортного потока.
Влияние на износ покрытия шин с шипами. В последние годы
для повышения устойчивости движения автомобилей начали при-
менять шины с шипами или цепями. Опыт показывает, что это
резко увеличивает износ покрытий на дорогах.
В момент соприкосновения с покрытием каждый шип наносит
удар с большой скоростью. Шип имеет очень маленькую массу,
но многократное повторение этих ударов по одному месту спо-
собствует ослаблению верхнего слоя покрытия. Большее истира-
ющее воздействие оказывает шип, выходящий из зоны контакта,
где шина вместе с шипом проскальзывает по поверхности покры-
тия, истирая его.
Опыт показывает, что шины с шипами эффективны для пользо-
вателей дорог при движении по дорогам с обледенелой или по-
крытой снежным накатом проезжей частью. На чистом от льда и
снега покрытии шины с шипами ничего кроме вреда дорожному
покрытию не приносят. Но зимняя скользкость на дорогах на-
блюдается лишь 20—30 дней в году. При этом скользкие участки
дорог чередуются со свободными от снега и льда. Таким образом,
большую часть зимнего периода шипы контактируют с дорожным
покрытием, вызывая его повышенный износ.
Опыт 6-летнего использования шин с шипами в штате Минне-
сота (США) показал, что износ цементобетонных покрытий до-
стигает 8 мм после проезда 1,7 млн автомобилей, а асфальтобе-
тонных за тот же период — 10 мм после проезда 1 млн автомоби-
лей. Исследования динамики износа показали, что у цементобе-
тонных покрытий наиболее интенсивно изнашивается поверхно-
122
стный слой, состоящий из раствора. Износ дорожных покрытий
особенно заметен при высоких скоростях движения автомобилей,
чему, помимо динамического воздействия шипов на покрытие,
способствует их нагрев до 150 °C.
Установлено, что на прямолинейных участках дорог при рав-
номерном (без резких ускорений и торможений) движении авто-
мобилей на шинах с шипами срок службы покрытия сокращается
примерно на 20 % от общей продолжительности. Наблюдается так-
же повышенный износ линий разметки, срок службы которой
уменьшается в 3—4 раза. Шипы могут отрывать от поверхности
покрытия зерна крупного заполнителя достаточно больших раз-
меров, которые при разлете представляют опасность для проезжа-
ющих автомобилей и пешеходов.
Опыт Германии показывает, что продолжительность износа
асфальтобетонных покрытий при эксплуатации шин с шипами
сокращается в 2—3 раза. Даже на покрытиях из высокопрочного
литого асфальтобетона на автомагистралях Германии, по кото-
рым движутся автомобили, оснащенные шинами с шипами, через
1 — 2 года образуются колеи по полосам наката глубиной до 10 мм.
Поэтому в условиях эксплуатации дорог России использова-
ние шин с шипами и цепями противоскольжения на дорогах об-
щего пользования должно быть строго ограничено.
Вместе с тем исключительную важность приобретает дальней-
шее совершенствование зимнего содержания дорог в нашей стра-
не, разработка и внедрение таких методов борьбы с гололедом,
которые бы полностью предотвращали его образование.
Успешное решение проблемы борьбы с зимней скользкостью
обеспечит безопасность движения без применения шипов проти-
воскольжения и, следовательно, без увеличения потребности в
автомобильных шинах (при использовании шипов на каждый ав-
томобиль требуется два комплекта шин — зимний и летний). Это
позволит значительно уменьшить износ дорог и, следовательно,
сократить дополнительные затраты на их ремонт и содержание.
Допустимый износ. В качестве критерия предельного состоя-
ния дорожного покрытия по износу может быть принят допусти-
мый износ: для асфальтобетонных покрытий 10...20 мм; для ще-
беночных и гравийных, обработанных органическими вяжущими —
30...40 мм; щебеночных из прочного щебня — 40... 50 мм, гравий-
ных — 50...60 мм.
Исходя из этого дорожно-эксплуатационные организации при
приемке дорог после строительства или ремонта с усилением дол-
жны требовать от строителей, чтобы покрытие имело толщину йп,
мм, больше расчетной h„ р из условия прочности на величину до-
пустимого износа Ли, т. е.
= ^п.р + ^и-
123
Определение и прогнозирование износа покрытий расчетом. Сред-
нее значение уменьшения толщины дорожных покрытий в год
вследствие износа может быть определено по формуле М. Б. Кор-
сунского*:
h = а + ЬВ,
или
, bN
где h — годовой износ покрытия, мм; а — параметр, зависящий в
основном от погодоустойчивости покрытия и климатических ус-
ловий; b — показатель, зависящий от качества (в основном проч-
ности) материала покрытия, степени его увлажнения, состава и
скорости движения; В— грузонапряженность движения, млн брут-
то-тонн в год; N— интенсивность движения, авт./сут, N- 0,0015.
Износ покрытия за Тлет с учетом изменения состава и интен-
сивности движения в перспективе по геометрической прогрессии
можно определить по формуле
hj1
аТ. ю,
1000 Кд,-1 '
где hT — износ покрытия за Глет, мм; jVi — интенсивность дви-
жения в исходном году, авт./сут; К — коэффициент, учитываю-
щий изменение в составе движения, К= 1,05... 1,07; qx — показа-
тель ежегодного роста интенсивности движения, qx > 1,0.
Значения параметров а и b приведены в табл. 5.1.
Более современный метод расчета и прогнозирования износа
асфальтобетонных покрытий разработан в МАДИ (ГТУ) В. П. Но-
совым и М.Ф. Джалиловым.
Их исследования показали, что на износ асфальтобетонных
покрытий существенно влияет влажность и температура асфаль-
тобетона.
Зависимость износа асфальтобетона от влажности w, %, выра-
жается формулой
hw = аеЬш.
Значения коэффициентов а и b составляют соответственно
а = 0,38... 0,79; b = 0,32... 0,07 в зависимости от типа асфальтобетона.
Зависимость износа, мм, от температуры имеет вид
ht = а + bt,
где t — температура асфальтобетона, °C.
* Следует отметить, что указанные исследования выполнялись более 50 лет
тому назад и количественные значения их результатов мало применимы к совре-
менным дорогам и автомобилям.
124
Таблица 5.1. Значения параметров для расчета износа покрытий
Покрытия а, мм Ь, мм/млн брутто-тонн Годовой износ покрытия с учетом неравномерности его истирания, мм
Асфальтобетонные 0,4...0,6 0,25...0,55 10
Щебеночные и гравийные, обработанные вязкими ор- ганическими вяжущими, восстанавливаемые: двойной поверхностной обработкой одиночной поверхност- ной обработкой 1,3 ...2,7 1,4... 2,8 3,5...5,5 4,0...6,0 25 12
Щебеночные: из прочного камня из слабопрочных камен- ных материалов 4,5 ...5,5 5,5 ...6,5 15,0... 20,0 19,0... 25,0 40 50
Гравийные: из прочного гравия из слабопрочного гравия 3,0...4,0 4,0...6,0 16,0...22,0 20,0... 30,0 50 70
Примечания: 1. Средние значения а и b принимают для дорог, распо-
ложенных в зоне умеренного увлажнения (III дорожно-климатическая зона) и
построенных из каменных материалов, удовлетворяющих требованиям стан-
дартов.
2. Для дорог с усовершенствованными покрытиями, расположенных в зоне
избыточного увлажнения (II дорожно-климатическая зона), принимают верхние
пределы, а для дорог, расположенных в районах с сухим климатом (IV и V до-
рожно-климатические зоны), — нижние пределы значений а и Ь.
3. Для дорог с щебеночными и гравийными покрытиями, расположенных
в зоне избыточного увлажнения, принимают нижние пределы, а в районах с су-
хим климатом — верхние пределы а и Ь.
4. Если ширина проезжей части превышает 7,0 м, то значение b уменьшают
на 15 %, а если она меньше 6,0 м, то b увеличивают на 15 %.
Значения коэффициентов а и b находятся в пределах а = 0,39...
0,70; b = (0,2... 0,8) • 10-2 для асфальтобетонов типа А и Б на разных
битумах. Поэтому методика расчета учитывает изменение состава
и интенсивности движения, особенности температурного режима
и влажности покрытия в процессе эксплуатации, а также распре-
деления следов автомобилей по ширине проезжей части и полосы
движения.
За основной параметр, определяющий износ, принято число
проездов автомобилей и число осевых воздействий за расчетный
125
период, приходящихся на полосу движения. Эта величина опре-
деляется путем суммирования движения за этот период:
ЛГ(Т) = 365^2 Л?5",
<=1
где N(T) — общее число осевых воздействий за период Тлет; KN —
доля общей интенсивности, приходящейся на полосу движения;
п
пс=?Р‘К° — приведенное число осей одного автомобиля; Р, —
доля автомобилей с различным числом осей; К'о — число осей
автомобилей; Л^сут — суточная интенсивность движения в /-й год.
Износ асфальтобетонного покрытия определяют по формуле
m
К (t,y) = Kr^K^NiT^K^
z=i
где Кт — коэффициент температурных условий; Kw — коэффици-
ент влажности; Ку — коэффициент распределения следов колеса;
Ер — расчетный единичный износ асфальтобетонного покрытия
от проезда автомобиля (принимают по табл. 5.2); m — число ти-
пов автомобилей в составе потока; К‘с — коэффициент учета со-
става движения; К(,р — коэффициент приведения по касательным
напряжениям.
Значение коэффициента приведения по касательным напря-
жениям для каждой группы автомобилей определяют по формуле
^пр =
где Rj — касательные напряжения, создаваемые z-й группой ав-
томобилей; Rp — расчетное значение касательных напряжений в
зоне контакта от воздействия «условного» легкового автомобиля.
Значения единичного износа асфальтобетонного покрытия при-
ведены в табл. 5.2.
При определении износа покрытия по ширине полосы движе-
ния для вычисления коэффициента распределения следов авто-
мобилей Ку используют уравнения, описывающие характер рас-
пределения износа.
Таблица 5.2. Определение расчетного единичного износа Ср-10“*
Группа износа намеченного материала Тип асфальтобетона, содержание щебня в смеси
Тип А, более 50 % Тип Б, 40...50 % Тип В, менее 40 %
I 1,3 1,37 1,43
II 1,43 1,51 1,57
III 1,56 1,64 1,72
126
Рис. 5.11. Прибор для измерения
износа покрытия конструкции:
1 — индикатор; 2 — компас; 3 — опор-
ная площадка с тремя ножками; 4 —
место для пробки; 5 — металлический
стаканчик-репер
Рис. 5.12. Измерение износа с по-
мощью марок-реперов:
а — марка в разрезе; б — марка в пла-
не; в — схема расчета износа; I — пер-
воначальная длина марки; — длина
марки, измеренная при износе; Н —
первоначальная толщина покрытия; h —
истирание покрытия; ho — оставшаяся
толщина покрытия
Измерение износа. Ежегодный износ в долях миллиметра це-
ментобетонных, асфальтобетонных и других монолитных покры-
тий измеряют при помощи реперов, закладываемых в толщу по-
крытия, и износомера (рис. 5.11). При этом способе измерения
износа в покрытие предварительно закладывают стаканчики-ре-
перы 5 из латуни. Дно стаканчика служит поверхностью, от кото-
рой выполняют отсчет по индикатору 1. Во избежание засорения
стаканчик закрывают резиновой пробкой. Износ определяют как
разность значений данного и предыдущего замеров.
Износ определяют также с помощью пластин (марок) трапеце-
идальной формы из известняка или мягкого металла, заделывае-
мых в покрытие и истирающихся совместно с ним (рис. 5.12).
Полуразность между длиной ребра пластины 1Х на поверхности
покрытия, измеренной после истирания, и первоначальной дли-
ной / и характеризует износ. Истирание покрытия h за данный
отрезок времени определяют по формуле
h = H-ho,
где Н — первоначальная толщина; ho — оставшаяся толщина по-
крытия.
127
Лазерный источник
Фотодиоды
Оптический
преобразователь
Уровень 1
Уровень 2
Рис. 5.13. Принцип работы лазерного анализатора дорожной конструкции
Могут быть использованы электрические и лазерные приборы,
применяемые для измерения толщины слоев в слоистых полупро-
странствах. Электромагнитный прибор для измерения толщины
покрытия — стратотест, основанный на принципе отражения
электромагнитных волн, был разработан в Ленинградском фили-
але СоюздорНИИ (рис. 5.13).
Для работы с этим прибором необходимо заранее, еще при
строительстве покрытия, между слоями дорожной одежды укла-
дывать в определенных местах металлическую пленку (фолыу),
которая служит отражателем.
Контрольные вопросы
1. Какие факторы влияют на состояние дорог в процессе эксплуата-
ции?
2. Как воздействует автомобильная нагрузка на состояние дорог?
3. Как формируется напряженно-деформированное состояние дорож-
ных конструкций?
4. Как влияет структура материала на деформации дорожной одежды?
5. В чем состоят причины образования трещин, ямочности и колей в
дорожных одеждах?
6. Что называют износом покрытия и каковы методы его определения?
Глава 6
ДЕФОРМАЦИИ, РАЗРУШЕНИЯ И ДЕФЕКТЫ
СОСТОЯНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
6.1. Общие положения
Под действием автомобильного движения, собственной массы
и погодно-климатических факторов в элементах и в теле автомо-
бильной дороги в процессе ее эксплуатации происходят и накап-
ливаются дефекты в виде деформаций, разрушений и дефектов
состояния, т. е. несоответствие ее состояния проектным или нор-
мативным требованиям.
Деформации земляного полотна связаны с грунтово-гидрологи-
ческими условиями, воздействием климатических факторов, ус-
ловиями эксплуатации дороги, а в ряде случаев — и с технологией
строительства и своевременностью проведения мероприятий по
содержанию автомобильной дороги, которые определяют условия
увлажнения грунтов земляного полотна. Наиболее часто исполь-
зуемые для сооружения земляного полотна связные грунты с уве-
личением влажности из твердого или полутвердого состояния пе-
реходят в пластичное, пластично-текучее и текучее. Эти переходы
сопровождаются уменьшением прочностных и деформативных ха-
рактеристик во много раз, что приводит к потере прочности и
устойчивости земляного полотна и образованию различных видов
деформаций.
К типичным деформациям земляного полотна относят осадки,
расползание и сдвиг насыпи, пучины, деформации обочин и от-
косов (рис. 6.1 и 6.2). К наиболее характерным разрушениям зем-
ляного полотна относят обрушение, сползание, сплыв откосов
насыпей и выемок, размывы откосов, выдувание обочин и отко-
сов из несвязанных и слабосвязанных грунтов и др.
Осадка земляного полотна — равномерное или неравномерное
понижение поверхности насыпи, вызванное недостаточным уп-
лотнением или переувлажнением грунтов. Часто возникают в ме-
стах повышенного увлажнения, применения недоброкачествен-
ных грунтов при возведении высоких насыпей.
Расползание насыпи — дефект, в результате которого наруша-
ется форма и размеры насыпей и откосов, происходит оседание,
теряется общая устойчивость. Причиной расползания насыпи яв-
ляется неправильное выполнение строительных работ (смешение
129
Рис. 6.1. Основные виды деформаций и разрушений насыпей:
а — осадка; б — просадка; в — расползание (растекание); г — осадка насыпи
и деформация откосов
растительного и глинистого грунтов, отсыпки насыпи из мерзло-
го или переувлажненного грунта и т.д.).
Сдвиг или сползание насыпи по основанию происходит на косо-
горных участках из-за недостаточного сопротивления сдвигу ос-
нования насыпей или на оползневых участках. Причинами этих
деформаций являются недоброкачественная подготовка основа-
ния (отсутствие уступов, недостаточное уплотнение), наличие в
основании слабопрочных грунтов, повышенное увлажнение и не-
доуплотнение нижних слоев насыпи.
Пучины — поверхностные деформации земляного полотна, воз-
никающие вследствие интенсивного накопления влаги и промер-
зания верхних слоев насыпей, сложенных из пылеватых, пучини-
стых грунтов (см. подразд. 4.3).
Просадка земляного полотна — локальное перемещение на раз-
личную глубину, обусловленное неоднородностью грунта и его
уплотнения, укладкой мерзлого грунта при возведении насыпи.
Рис. 6.2. Основные виды разрушения откосов:
а — насыпей; б — выемок
130
На высоких насыпях просадка может возникнуть при неудовлет-
ворительном уплотнении грунта на откосах.
Особенно часто просадки насыпей происходят на участках со
слабыми подстилающими грунтами — на болотах, просадочных
грунтах, карстах и т.д.
Обрушения, сползания (сплыв) откосов — отделение откосной
части грунта земляного полотна и перемещение его вниз по кри-
вой скольжения.
Нарушение общей устойчивости откосов характеризуется сме-
щением значительных масс грунта, частичным или полным раз-
рушением земляного сооружения (насыпи, откосной части выем-
ки) в результате изменения напряженного состояния в грунтовом
массиве, т.е. достижения сдвигающимися напряжениями предель-
ных значений.
При этом сплывами называют, по сути, локальные оползни. Они
выражаются глубокими деформациями откосов, охватывающими
значительные массивы на глубину до 3 м и более. Такие сплывы
откосов характерны для высоких насыпей и глубоких выемок.
Оплывинами называют поверхностные сплывы с захватом грунта
мощностью до 1 м с сохранением общей устойчивости откосов.
Сползание откосов наблюдается при применении слабых грун-
тов, их переувлажнении и недоуплотнении. Наиболее часто спол-
зания возникают при отсутствии укреплений и интенсивном ув-
лажнении атмосферными осадками или поверхностной водой.
Кроме того, причиной сползания является превышение норм кру-
тизны откосов, присыпка земляного полотна при его уширении
без устройства уступов или с недостаточным уплотнением.
Подтопляемые откосы имеют, как правило, укрепления. Их
деформации (разрушение) определяются конструкцией укрепле-
ния и интенсивностью воздействия (помимо общих) агрессивных
факторов, специфичных для подтопляемых откосов (высота и дли-
тельность подтопления, скорость течения воды, вдоль обноса и т.д.).
Однако вне зависимости от вида укрепления могут иметь место
размывы оснований (подошвы откосов) насыпей течением вод-
ного потока при критических значениях его скорости и объема
перемещаемой воды.
6.2. Дефекты состояния, деформации
и разрушения обочин и разделительных полос
Характерными дефектами состояния, деформациями и разру-
шениями обочин и разделительных полос являются зарастание
травой и древесной растительностью, а также колеи и выбоины,
возникающие от наезда автомобилей на неукрепленные обочины,
особенно при их увлажнении и недостаточном уплотнении. Еще
131
одним видом характерных дефектов состояния обочин является
образование обратного уклона. Особенно часто такие дефекты
наблюдаются на участках установки парапетов, ограждений и сиг-
нальных столбиков, мешающих планировке обочин в процессе
содержания.
Все эти дефекты состояния, деформации и разрушения долж-
ны быть немедленно устранены, так как согласно Техническим
правилам ремонта и содержания автомобильных дорог не допуска-
ется зарастание травой и древесно-кустарниковой растительно-
стью обочин, разделительных полос и откосов земляного полотна.
Размывание и выдувание обочин и откосов происходит вслед-
ствие водной и ветровой эрозии, когда земляное полотно возведе-
но из несвязных или слабосвязных грунтов при отсутствии или
недостаточной эффективности укрепления откосов и обочин.
6.3. Деформации и разрушения нежестких
дорожных покрытий и одежд
Различают деформации и разрушения как отдельно покрытий,
так и всей дорожной одежды в целом. К первым относят износ,
шелушение, выкрашивание, выбоины, сдвиги, волны, гребенки и
трещины покрытия (рис. 6.3). Ко вторым — трещины, пучины,
просадки, проломы, колеи и разрушения кромок дорожных одежд.
Наиболее часто на проезжей части наблюдаются деформации и
разрушения дорожных покрытий.
Износ покрытия (истирание) — уменьшение толщины слоя
покрытия в результате потери материала под действием колес ав-
томобилей и природных факторов (см. подразд. 5.5).
Шелушение (рис. 6.3, а) — отделение чешуек и частиц материала
толщиной 2...5 мм или разрушение поверхности покрытия под
действием колес автомобилей, воды и отрицательной температу-
Рис. 6.3. Деформации и разрушения дорожных покрытий:
а — шелушение; б — выкрашивание; в — выбоины; г — сдвиг; д — волны; е —
гребенка
132
ры воздуха с образованием микронеровностей глубиной до 5 мм.
Основной причиной шелушения является недостаточное сцепле-
ние пленки вяжущего с поверхностью минерального материала
(применение вяжущих повышенной вязкости, обработка увлаж-
ненного минерального материала и др.). Хлориды усиливают ше-
лушение покрытий, способствуя выделению скрытой, теплоты
плавления льда на покрытии, в результате чего оно оттаивает, а по-
том снова замерзает. Особенно заметно влияние хлоридов на
цементобетонных покрытиях с большим содержанием поверхно-
стных пор.
Выкрашивание покрытий (рис. 6.3, б) — отделение зерен мине-
рального материала покрытия и образование мелких раковин на
его поверхности глубиной от нескольких миллиметров до 20 мм.
Постепенно развиваясь, выкрашивание распространяется на зна-
чительную площадь и является признаком начала поверхностного
разрушения покрытия. Остановить этот процесс можно укладкой
нового защитного слоя.
Выбоины (ямочность) (рис. 6.3, в) — местные разрушения по-
крытия глубиной 20... 100 мм и более с резко очерченными краями.
Причины выкрашивания покрытий и образования выбоин во мно-
гом совпадают. Они возникают прежде всего из-за недостаточной
связи между минеральными материалами и органическим вяжу-
щим, недоуплотнения покрытия, загрязнения, использования не-
доброкачественных материалов (пережог асфальтобетонной смеси,
попадание необработанного щебня или песка в смесь и т.д.).
Касательная сила вызывает колебание щебенок вокруг точки
их упора. При многократном воздействии щебенки постепенно
расшатываются и вырываются из покрытия, преодолевая силы
трения.
Особенно активно процесс образования выбоин развивается в
весенний период, чему способствуют чередование положитель-
ных и отрицательных температур воздуха и покрытия, наличие
воды в порах материала покрытия. Проникая в раковины и мик-
ротрещины покрытия под давлением колес автомобиля, вода ока-
зывает расклинивающее воздействие, которое значительно увели-
чивается при замерзании ее в лед. Связи между частицами мате-
риала ослабляются, и под действием колес автомобиля образуется
выбоина, которая может быстро увеличиваться в размерах.
Сдвиги (рис. 6.3, г) — неровности, вызванные смещением ма-
териала покрытия. Сдвиги образуются чаще всего в местах тормо-
жения автомобилей (места остановки, перекрестки). Под действием
касательных сил происходит сдвиг в материалах верхнего слоя либо
его сдвиг по поверхности нижнего слоя с образованием попереч-
ных трещин в покрытии на полосах наката. Этому способствует
повышенная пластичность материала верхнего слоя (избыток вя-
жущего или недостаточная теплоустойчивость при высоких тем-
133
пературах). Смещаемый колесом поверхностный слой образует
складки и наплывы.
Волны (рис. 6.3, д) и гребенки (рис. 6.3, ё) — неровности в виде
поперечных гребней и впадин с пологими краями, закономерно
чередующиеся через 0,4...2,0 м вдоль покрытия и вызванные сме-
щением верхнего слоя. Волны формируются, как и сдвиги, в мес-
тах торможения автомобилей практически на всех типах покры-
тий, кроме цементобетонных. Основными причинами волнообра-
зования являются излишняя пластичность материалов, избыток
вяжущего или недостаточная теплоустойчивость смеси, дефекты
уплотнения, а также систематическое воздействие на покрытие ав-
томобилей одинаковой массы при одинаковой скорости движения.
На покрытиях переходного типа, преимущественно гравийных,
поперечные волны образуют гребенку — правильные четко выра-
женные поперечные выступы, чередующиеся с углублениями.
Трещины бывают различных размеров и формы (рис. 6.4).
По глубине большинство трещин распространяется на толщи-
ну слоев покрытия. Однако при недостаточной прочности дорож-
ных одежд трещины могут распространяться и в слои основания.
Трещины на асфальтобетонных и других видах покрытий из
материалов с органическими вяжущими могут быть одиночные
поперечные, продольные и косые или в виде сетки трещин. Раз-
личают одиночные трещины, расположенные на расстоянии бо-
лее 10 м одна от другой; редкие поперечные и косые трещины
через 4... 10 м не связанные между собой; частые, поперечные тре-
щины через 2...4 м и косые через 1 ...2 м; сетки трещин, которые
образуют замкнутые фигуры. Причины и механизм развития тре-
щин изложены в подразд. 5.4.
Трещины поперечные сквозные на всю ширину покрытия (темпе-
ратурные) возникают на покрытии осенью и в начале зимы вслед-
ствие резких перепадов температур воздуха и недостаточной со-
противляемости температурным напряжениям. Они закономерно
Рис. 6.4. Трещины и разрушения покрытия и дорожной одежды:
1 — продольные трещины по оси дороги; 2 — поперечные трещины; 3 — косые
трещины; 4 — частые поперечные трещины на всю ширину; 5 — продольные
трещины по полосам наката; 6 — двойная трещина по полосам наката; 7 — сетка
трещин на пучинистых участках; 8 — обломы кромок
134
располагаются на проезжей части на определенном расстоянии
одна от другой (5... 10 м).
Продольные трещины, отстоящие одна от другой на 20...40 см
на полосах наката в сочетании с поперечными трещинами через
1 ...4 м на всю ширину проезжей части, наблюдаются на покрыти-
ях, содержащих органическое вяжущее, устроенных на основани-
ях из грунтов или каменных материалов, укрепленных минераль-
ными вяжущими (цемент, известь, золы уноса) при недостаточ-
ной прочности этих оснований.
Продольные трещины на асфальтобетонных покрытиях часто
появляются в месте стыка двух полос укладки покрытия из-за
плохого сопряжения этих полос. Продольные трещины по поло-
сам наката возникают при интенсивном движении автомобилей
из-за недостаточной прочности отдельных слоев одежды и грун-
тового основания (недоуплотнение, переувлажнение), превыше-
ния нагрузок и интенсивности движения по сравнению с расчет-
ными.
Косые трещины возникают главным образом вследствие недо-
статочной прочности дорожной одежды, недоуплотнения грунтов
полотна и последующей осадки, особенно на участках с высокой
насыпью, а также над трубами.
Сетка трещин с мелкими ячейками на полосах наката разме-
ром сторон 10... 20 см возникает на дорожном покрытии, как пра-
вило, при недостаточной прочности основания на участках оттаи-
вания переувлажненного грунта в весенний период и пучинооб-
разования. При большом числе трещин поверхность покрытия ста-
новится похожа на кожу крокодила, из-за чего она получила в
некоторых странах название «аллигатор». Основная часть трещин
(до 70 %) на покрытии возникает в весенний период. Зародыша-
ми трещин являются микротрещины, образующиеся на границе
вяжущее — каменный материал. Главной причиной большинства
трещин является усталость дорожных одежд, их недостаточная
прочность.
Трещина рано или поздно превращается в выбоину, если она
вовремя не «залечена» (рис. 6.5).
Деформации и разрушения всей конструкции дорожной одеж-
ды — это пучины, просадки, проломы, разрушение кромок, колеи
И др.
Пучины — взбугривание проезжей части, вызванное влагона-
коплением и последующим промерзанием в земляном полотне.
В месте взбугривания образуется сетка трещин с характерной ром-
бической формой отдельностей (см. подразд. 4.3).
Просадки — деформации одежды в виде впадин глубиной
50... 100 мм и более с пологой поверхностью, но без выпучивания
и образования трещин на прилегающих участках. Возникают в
местах пониженной прочности слоев одежды и грунта при увлаж-
135
Рис. 6.5. Трещины на дорожном покрытии:
а — сетка трещин; б — превращение трещины в выбоину
б
нении. Просадки могут наблюдаться в первые годы эксплуатации
дороги при неблагоприятных грунтово-гидрологических услови-
ях, вследствие недостаточного уплотнения земляного полотна и
слоев одежды, а также при появлении в составе движения тяже-
лых автомобилей, на которые дорожная одежда не была рассчитана.
Проломы — разрушения одежды в виде более или менее длин-
ных прорезей глубиной до 100 мм по полосам наката и выпучива-
ний сбоку высотой 50... 100 мм. Различают мокрые проломы, ко-
торые образуются вследствие переувлажнения и пластического те-
чения материала слоев основания и грунта, и сухие — прорезание
всех слоев одежды под действием вертикальной силы при недо-
статочной толщине конструкции и слабом уплотнении слоев и
грунтов земляного полотна.
Разрушение кромок — отдельные трещины и сетки трещин вдоль
кромок, откол, искажение поперечного профиля прикромочных
полос. Разрушение кромок происходит вследствие пониженной
прочности прикромочных полос проезжей части (заниженная тол-
щина слоев одежды у кромок, повышенная влажность грунта ос-
нования под кромкой) и отсутствия укрепительных полос со сто-
роны обочин.
Колеи — это деформации дорожной одежды в виде углублений
по полосам наката без образования или с образованием гребней
выпора вдоль колес (см. гл. 3). Колеи образуются под действием
интенсивного движения автомобилей, особенно тяжеловесных, за
счет доуплотнения слоев дорожной конструкции, неравномерно-
го износа верхнего слоя покрытия, накопления остаточных де-
формаций в слоях дорожной одежды и земляного полотна. В ре-
альных условиях все вертикальные деформации суммируются и в
136
явном виде проявляются на поверхности проезжей части (см. под-
разд. 5.4).
При интенсивном движении и недостаточной прочности до-
рожной одежды колеи могут превратиться в проломы.
Наличие деформаций и разрушений всей конструкции дорож-
ной одежды чаще всего свидетельствует о недостаточной прочно-
сти дорожной одежды и земляного полотна, о превышении фак-
тической интенсивности движения над расчетной.
6.4. Деформации и разрушения
цементобетонных покрытий
Цементобетонные покрытия работают в условиях сложного
напряженного состояния под действием повторных динамичес-
ких нагрузок от автомобилей и переменных температурно-влаж-
ностных полей.
При изменении температуры по толщине цементобетонного
покрытия плиты коробятся выпуклостью вниз (ночью) или вверх
(днем) в зависимости от направления теплового потока. При не-
состоявшихся деформациях коробления в плитах также возника-
ют температурные напряжения, значения которых зависят от соб-
ственной массы плит покрытия и их геометрических размеров.
Условия работы цементобетонного покрытия в разных его зо-
нах (в центре, на краю, на торце, на углу плиты, на полосе наката
и т.д.) являются существенно неоднородными. Это создает усло-
вия для накопления остаточных деформаций оснований под пе-
риферийной частью плит покрытия по всему периметру и для
частичного нарушения контакта их нижней поверхности с осно-
ванием, особенно в зонах края и поперечных швов. В результате
образуются зависающие участки плиты, в которых резко возрас-
тают отрицательные изгибающие моменты при расположении
нагрузки над швом.
К характерным деформациям и разрушениям цементобетон-
ных покрытий относятся шелушение и выкрашивание поверхно-
стного слоя бетона, выбоины и раковины, трещины, отколы уг-
лов и краев плит, вертикальные смещения плит, коробление, раз-
рушение стыковых соединений и заполнителей швов.
Основной причиной шелушения и выкрашивания покрытий
является нарушение связности и прочности сцепления цементно-
го камня и заполнителя в бетоне. Это может быть следствием на-
рушения технологии укладки бетона (укладка и твердение бетона
при температуре ниже +5 °C, заглаживание поверхности свеже-
уложенной смеси с добавлением воды, цемента или песка, из-
лишнее вибрирование смеси, неправильный уход за свежеуложен-
ным цементобетоном), а также низкое качество материалов.
137
Другой причиной шелушения и выкрашивания может быть
многократное приложение тяжелых нагрузок в одном и том же
месте в сочетании с резкими перепадами температуры на поверх-
ности при частом замораживании и оттаивании в зимний и осен-
ний периоды года.
Шелушение и выкрашивание поверхности покрытия являются
наиболее распространенными видами дефектов. Они опасны тем,
что задерживают воду на поверхности, что способствует дальней-
шему разрушению покрытия в период заморозков и оттаивания, а
также тем, что создают участки покрытия с различными сцепны-
ми качествами.
Выбоины — местные разрушения в виде углублений различных
форм и размеров в плите глубиной до 10 см. Причиной их образо-
вания может стать недостаточная прочность поверхностного слоя
на отдельных участках покрытия, а также дальнейшее развитие
уже имеющихся поверхностных разрушений (выкрашивание) в
результате воздействия часто повторяющихся динамических на-
грузок от колес автомобилей, которые могут возрастать до 50 % от
статической.
Раковины — это разрушения поверхности покрытия, по своему
виду похожие на выбоины, только меньших размеров. Они обра-
зуются как результат развития процесса выкрашивания при попа-
дании в верхний слой неморозостойких крупных заполнителей
или инородных материалов, которые быстро разрушаются и вы-
биваются из покрытия. Раковины могут образовываться из-за недо-
уплотнения цементобетонной смеси и плохой отделки покрытия.
Трещины цементобетонных покрытий могут быть поперечными,
продольными и косыми; волосными, поверхностными и сквозными.
Волосные трещины хорошо заметны при влажном покрытии,
образуются преимущественно вследствие усадки цементобетона
при его твердении из-за плохо подобранного состава смеси и не-
правильного ухода за свежеуложенным цементобетоном, а также
в результате скопления и замерзания влаги в мельчайших порах
верхнего слоя покрытия. Поверхностные трещины бывают уса-
дочного и температурного происхождения. Последние могут воз-
никнуть при короблении плит.
Сквозные трещины появляются в результате перенапряжения
при недостаточной несущей способности покрытия.
Поперечные сквозные трещины образуются при больших рас-
стояниях между швами и в тех случаях, когда произошло сцепле-
ние бетонных плит с основанием и они не могут перемещаться
при температурных изменениях. Это температурные трещины.
Продольные сквозные трещины возникают при неоднородно уп-
лотненном земляном полотне, когда края, уплотненные меньше,
начинают давать осадку. Косые трещины проявляются над мест-
ными пустотами, осадками земляного полотна и при недостаточ-
138
Рис. 6.6. Схема разрушения бетонного покрытия в шве:
1 — направление движения транспорта; 2 — арматура; 3 — уступ; 4 — трещина;
5 — деформация основания; 6 — разлом
но прочных покрытиях. Наличие сквозных трещин в цементобе-
тонных покрытиях обычно служит признаком недостаточной проч-
ности и начала разрушения.
Опасность сквозных трещин состоит в том, что они снижают
несущую способность цементобетонных покрытий и создают ус-
ловия для проникновения воды в грунтовое основание.
Отколы углов и краев плит происходят в результате воздей-
ствия нагрузок и температуры при недостаточной прочности уг-
ловых и краевых участков плит. Причинами отколов углов и кра-
ев являются недоуплотнение цементобетонной смеси на этих уча-
стках, неправильная установка штырей (перекос или размещение
в разных уровнях), ослабление прочности основания вследствие
проникания воды через швы или через обочины (рис. 6.6). На
армированных плитах отколы особенно опасны, так как при этом
обнажаются верхние концы арматуры, которые могут разорвать
шины колес автомобилей.
Отколы углов и краев плит в зоне швов и стыков возникают из-
за недостаточной прочности верхнего слоя краевых участков плит
под действием нагрузок от колес автомобилей. Откалывание уг-
лов и краев плит может происходить летом при высоких темпера-
турах, когда плиты сильно удлиняются, а их кромки сближаются
вплотную настолько, что происходит коробление, в кромках плит
возникает перенапряжение и происходит скол кромок.
Локальное или местное скалывание кромок плит часто проис-
ходит при засорении швов щебнем, гравием и т. п.
6.5. Дефекты состояния поверхности дорог
и особые случаи разрушения дорог
К дефектным состояниям поверхности дорог относят наличие
пыли, грязи, воды, выпотевшего битума и снежных отложений на
поверхности проезжей части обочин и откосов автомобильных дорог.
Почти все эти дефекты свидетельствуют в первую очередь о
низкой культуре работы дорожно-эксплуатационной службы.
139
Пыль и грязь на поверхности дорог образуется чаще всего на
участках неукрепленных въездов или пересечений и примыканий
местных дорог и на участках с неукрепленными обочинами.
Вода на поверхности дорог чаще всего собирается в местах, где
имеются трещины, ямочность, проломы, колея и обратные укло-
ны обочин.
На местных дорогах с гравийным или щебеночным покрытием
часто наблюдается «катун» — отдельные частицы гравия или ще-
бенки, которые вырваны из покрытия и должны быть удалены.
Наиболее характерным дефектом состояния поверхности грун-
товых дорог, а также дорог с гравийным, щебеночным, улучшен-
ными различными добавками покрытиями является образование
большого количества пыли, которая при проезде автомобиля под-
нимается в воздух и образует шлейфы большой длины.
Пыль образуется в результате износа верхнего слоя покрытия
под воздействием автомобилей и климатических условий, а также
при загрязнении покрытий, въезжающих на проезжую часть с не-
укрепленных обочин и грунтовых дорог.
Наиболее эффективным способом борьбы с пылью на поверх-
ности автомобильных дорог является их обработка обеспыливаю-
щими материалами, обеспечивающими уменьшение износа, со-
хранение первоначальных ровностей, снижение загрязнения ат-
мосферы, улучшение условий движения автомобилей и санитар-
но-гигиенического состояния дорог, особенно прилегающих и
проходящих через населенные пункты.
Служба эксплуатации дорог должна в течение лета постоянно
бороться с пылью посредством регулярного мытья дорог, усовер-
шенствованием покрытия, обработкой гравийных и других дорог
гигроскопическими материалами или органическими вяжущими,
срок действия которых составляет от 1 ч до 90 сут.
На «черных» покрытиях, устроенных с применением битума,
последний часто в жаркие летние дни выступает на поверхность
покрытия, особенно по полосам наката. Дорожно-эксплуатаци-
онные организации должны подсыпать на таких участках мелкий
щебень, песок или минеральный порошок.
Одним из распространенных дефектов состояния поверхности
покрытия является образование снежных отложений на дорогах.
Особенно часто это отмечается на автобусных остановках и заезд-
ных карманах.
В период весеннего паводка и летних ливневых дождей, когда
уровень воды в реках, ручьях или суходолах намного превышает
расчетный, может произойти подтопление размытого земляного
полотна дорожных одежд.
Одновременно с размывом земляного полотна могут быть вы-
мыты, разрушены и удалены водой водопропускные трубы и мос-
ты, регуляционные и укрепительные сооружения.
140
Закупорка или заливание отверстий труб и мостов происходит,
если потоки воды несут упавшие деревья, остатки разрушенных
строений, большие массы грунта и т.д.
Разрушение дороги или искусственных сооружений может про-
изойти при оползне, осыпи или камнепадах.
Селевые разрушения происходят на горных дорогах при сходе
селей.
Разрушения дорог могут быть в результате землетрясений или
террористических действий.
Предупредить или уменьшить возможные разрушения при чрез-
вычайных ситуациях можно, если заранее рассмотреть возмож-
ные варианты природных или организационных воздействий на
работоспособность дороги в особых случаях.
Контрольные вопросы
1. Как и от чего происходят деформации и разрушения земляного
полотна?
2. Какие бывают состояния, деформации и разрушения обочин?
3. Какие виды деформаций асфальтобетонных покрытий вы знаете?
4. В чем заключаются деформации и разрушения цементобетонных
покрытий?
5. Какие бывают дефекты состояния поверхности дорог и особые слу-
чаи ее разрушения?
РАЗДЕЛ II. МОНИТОРИНГ, ДИАГНОСТИКА
И ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Глава 7
ТРЕБОВАНИЯ К ТРАНСПОРТНО-
ЭКСПЛУАТАЦИОННОМУ СОСТОЯНИЮ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
7.1. Потребительские свойства
как основные показатели состояния дороги
Современная автомобильная дорога представляет собой сложное
инженерное сооружение, которое состоит из конструктивных элемен-
тов, сооружений обустройств и характеризуется большим числом гео-
метрических параметров, физических свойств и эксплуатационных
характеристик, а также транспортно-эксплуатационных показателей.
Функциональное назначение дороги состоит в обеспечении не-
прерывного, удобного и безопасного движения автомобилей с вы-
сокими скоростями, допустимыми габаритами, осевыми нагруз-
ками и общей массой в любое время года и в любых условиях
погоды. Дороги предназначены для обслуживания интересов по-
требителей, пользователей дорожных услуг — водителей, пасса-
жиров, владельцев автотранспортных средств и автотранспортных
предприятий, которые пользуются дорогами для поездок или пе-
ревозок грузов и пассажиров и платят за это налоги, сборы и дру-
гие отчисления в той или иной форме.
Дорожные сооружения, входящие в состав автомобильной до-
роги, — это ее основные конструктивные элементы:
• земляное полотно и дорожная одежда;
• искусственные сооружения (мосты, путепроводы, эстакады,
трубы, тоннели и др.);
• защитные сооружения (снегозащитные лесонасаждения, по-
стоянные снегозащитные заборы, шумозащитные и ветрозащит-
ные устройства, устройства для защиты дорог от снежных лавин,
обвалов, оползней и др.);
• элементы обустройства дорог (остановочные площадки и ав-
топавильоны для пассажиров, площадки отдыха, специальные
площадки для остановки и стоянки автомобилей и др.).
Автомобильная дорога характеризуется техническим уровнем
и эксплуатационным состоянием.
142
Технический уровень — степень соответствия постоянных (не
меняющихся в процессе эксплуатации или меняющихся только
при реконструкции и капитальном ремонте) геометрических па-
раметров, характеристик дороги и ее сооружений нормативным
требованиям. Это проектная ширина проезжей части и земляного
полотна, длины прямых и кривых, протяженность и крутизна
подъемов и спусков, высота насыпи и глубина выемки, габариты
и грузоподъемность мостов и путепроводов, элементы обустрой-
ства и др.
Эксплуатационное состояние — степень соответствия перемен-
ных параметров и характеристик дороги, инженерного оборудо-
вания, организации и условий движения, изменяющихся в про-
цессе эксплуатации в результате воздействия транспортных средств,
метеорологических условий, и уровня содержания нормативным
требованиям. Это прочность дорожной одежды, состояние поверх-
ности дороги и фактически используемая ширина проезжей части
и обочин, сцепные качества и ровность покрытия, состояние инже-
нерного оборудования, разметки дорог, въездов и переездов и т.д.
Качество дороги — степень соответствия всего комплекса пока-
зателей технического уровня, эксплуатационного состояния, ин-
женерного оборудования и обустройства, а также уровня содер-
жания дороги нормативным требованиям.
Элементы дороги, ее состояние и свойства описываются боль-
шим числом параметров, характеристик и показателей, которые
имеют определенные различия.
Параметр — это величина, характеризующая какое-либо ос-
новное свойство дороги, процесса. Например, ширина проезжей
части, радиус кривой в плане и т.д.
Характеристика — понятие, близкое к понятию параметра,
означает описание характерных, отличительных качеств предмета
или явления. Например, шероховатость дорожного покрытия.
Показатель — величина или оценка, по которой можно срав-
нивать и судить о количественных или качественных достоин-
ствах предмета или явления.
Критерий — количественный или порядковый показатель, вы-
ражающий предельную меру оцениваемого параметра или харак-
теристики при выборе принимаемого решения. Другими слова-
ми, это мерило оценки или суждения.
Показателями технического уровня и эксплуатационного со-
стояния могут быть абсолютные значения параметров и характе-
ристик дорог или коэффициенты, т. е. относительные величины.
В абсолютной форме эти показатели хорошо раскрывают физи-
ческую сущность оцениваемых параметров, но затрудняют срав-
нительную оценку. Показатели в относительной форме сразу по-
зволяют сделать вывод о соответствии того или иного параметра
установленным требованиям.
143
Различают технико-эксплуатационные качества или характе-
ристики дороги, транспортно-эксплуатационное состояние и
транспортно-эксплуатационные показатели дороги, а также тех-
нико-экономические показатели работы автомобильного транс-
порта на данной дороге.
Технико-эксплуатационные качества или характеристики ав-
томобильной дороги (ТЭК АД или ТЭХ АД) — это характеристики
надежности и работоспособности дороги как искусственного со-
оружения и его технического состояния в процессе эксплуатации.
К ним относят прочность дорожной одежды, ровность, шерохова-
тость и сцепные качества покрытий, устойчивость земляного по-
лотна, показатели наличия инженерного оборудования и обуст-
ройства (знаков, ограждений, автобусных остановок, автозапра-
вочных станций, мотелей) и т.д.
Транспортно-эксплуатационное состояние автомобильной до-
роги (ТЭС АД) — это комплекс фактических параметров и харак-
теристик технического уровня и эксплуатационного состояния на
момент обследования и оценки, обеспечивающих ее потребитель-
ские свойства.
Транспортно-эксплуатационные показатели автомобильной до-
роги (ТЭПАД) — это показатели свойств дороги как транспортно-
го сооружения и ее потребительских свойств, т.е. тех свойств,
которыми должна обладать дорога, чтобы удовлетворять запросы
пользователей, потребителей дорожных услуг.
С позиций потребителя наиболее важным являются обеспечен-
ные дорогой транспортно-эксплуатационные показатели: непрерыв-
ность, скорость, удобство и безопасность движения, пропускная
способность и уровень загрузки, допустимые габариты, осевые на-
грузки и общая масса автомобилей, уровень дорожного сервиса,
экологические, эргономические и эстетические свойства дороги.
Указанные свойства приняты за потребительские свойства до-
роги, поскольку от них зависят все показатели работы автомо-
бильного транспорта, и прежде всего производительность авто-
мобилей, себестоимость перевозок, время доставки грузов и пас-
сажиров, расход топлива и износ шин, расходы на ремонт и об-
служивание автомобилей и т.д.
Потребительские свойства дороги — совокупность ее транс-
портно-эксплуатационных показателей, непосредственно влияю-
щих на эффективность и безопасность работы автомобильного
транспорта, отражающих интересы пользователей дорог и влия-
ние на окружающую среду.
Технико-экономические показатели дороги — это технико-эко-
номические показатели совместной работы автомобильного транс-
порта и данной дороги.
К таким показателям относят среднюю скорость транспортно-
го потока, производительность автомобилей, расход топлива и из-
144
нос шин, себестоимость перевозок, число дорожно-транспортных
происшествий на дороге и т.д.
Технико-экономические показатели зависят от транспортно-
эксплуатационных показателей дороги и от технико-эксплуата-
ционных показателей работы автомобилей.
Таким образом, технико-экономические показатели дороги, по
существу, характеризуют эффективность функционирования сис-
темы дорожные условия — транспортные потоки. Исходя из этого
применение средней скорости транспортного потока в качестве
транспортно-эксплуатационного показателя дороги можно счи-
тать условным, поскольку интенсивность и состав транспортного
потока могут оказывать на среднюю скорость большее влияние,
чем собственно качества дороги. Показатель обеспеченной ско-
рости очищен от этого влияния.
В дорожных экономических расчетах технико-экономические
показатели работы автомобильного транспорта на данной дороге
принимают за технико-экономические показатели дороги.
Главным потребительским свойством и транспортно-эксплуа-
тационным показателем является обеспеченная дорогой скорость
движения, которая может быть оценена эксплуатационным коэф-
фициентом обеспеченности расчетной скорости. Данный коэф-
фициент представляет собой отношение фактической максималь-
ной скорости движения одиночного легкового автомобиля, обес-
печенной дорогой по условиям безопасности движения или взаи-
модействия автомобиля с дорогой на каждом участке г>фтах, к рас-
четной скорости для данной категории дороги и рельефа местно-
сти урасч:
р- _ max
Лр.с.э ~
^расч
В благоприятных условиях погоды (отсутствие дождя, снегопа-
да, метели, гололеда, сильного ветра, пыльной бури, тумана) до-
рога должна обеспечивать величину Кр с> 1. В неблагоприятных
погодно-климатических условиях допускается снижение обеспе-
чиваемой скорости, но не более чем на 25 % в осенне-весеннее и
зимнее время (Ар.с.э > 0,75) и, как исключение, не более чем на
50 % во время сильных дождей, туманов, пыльных бурь, штор-
мовых ветров, а также гололеда, метели и сильных снегопадов
(Арсэ>0,50).
Коэффициент обеспеченности расчетной скорости — отноше-
ние (Уфтах) К базовой расчетной скорости (fpacq)'
V _ Уф max
рс ~ v6
^расч
За базовую расчетную скорость принята скорость г?расч =120 км/ч.
145
Тогда
В практических расчетах рекомендуют пользоваться коэффи-
циентом обеспеченности расчетной скорости. Соотношение ука-
занных коэффициентов определяют по формулам
г = 120^р с.
Лр.С.Э ?
^расч
{л _ ^расч^р.с.э
рс" 120 '
Под расчетной скоростью понимают максимальную обеспечен-
ную по условиям безопасности движения, взаимодействия с до-
рогой и динамическим характеристикам скорость легкового авто-
мобиля на увлажненном покрытии в эталонных условиях погоды,
которым соответствует летнее время при температуре воздуха 20 °C,
относительной влажности воздуха 50%, отсутствии ветра и при
атмосферном давлении 1013 МПа.
Полностью эталонные значения параметров, принятые в сис-
темах комплекса ВАДС, приведены в табл. 7.1.
При проектировании дорог в технико-экономических расчетах
при организации движения автомобильных перевозок, а также при
оценке транспортно-эксплуатационного состояния дорог исполь-
зуют различные понятия и значения скоростей.
Таблица 7.1. Эталонные значения параметров, принятые в системе
комплекса ВАДС
Параметры систем комплекса ВАДС Эталонные значения параметров
Параметры дороги: прямой горизонтальный участок, продольный уклон, %о ширина полосы движения, м ширина краевой укрепленной полосы, м ширина обочины, м в том числе укрепленной, м геометрическая видимость встречного автомобиля, м 0 3,75 0,75 3,75 2,50 750
Состояние покрытия шероховатое: коэффициент сцепления сухого покрытия коэффициент сцепления увлажненного покрытия ровность (просвет под трехметровой рейкой), мм сумма неровностей по ПКРС-2, см/км коэффициент сопротивления качению 0,7 0,6 5 300 0,01 ...0,02
146
Окончание табл. 7.1.
Параметры систем комплекса ВАДС Эталонные значения параметров
Условия погоды: период года температура воздуха, °C относительная влажность воздуха, % интенсивность осадков, мм/мин скорость ветра, м/с метеорологическая дальность видимости, м давление, МПа/мм рт. ст. Лето 20 50 0 0 Более 750 1013/760
Расчетный автомобиль: тип максимальная скорость, км/ч ширина колеи, мм габаритная ширина, мм длина кузова, мм максимальная мощность двигателя, кВт полная масса, кг Легковой 140... 160 1365... 1470 1620... 1820 4128...4735 56...70 1430... 1820
Для проектирования автомобильных дорог наибольшее значе-
ние имеют расчетная, или проектная, и фактическая средняя ско-
рость транспортного потока.
Все элементы дороги и их сочетания должны быть запроекти-
рованы так, чтобы одиночный или отдельный автомобиль имел
возможность безопасно двигаться на всех участках дороги с рас-
четной скоростью при расчетном состоянии погоды и поверхнос-
ти дороги.
Расчетная скорость движения оказывает непосредственное вли-
яние на количественные значения геометрических параметров
дороги и строительную стоимость, а также на требования к ее
транспортно-эксплуатационному состоянию и затраты на содер-
жание и ремонт в процессе эксплуатации.
Фактическая средняя скорость транспортного потока опреде-
ляет все основные показатели эффективности автомобильных пе-
ревозок: время доставки грузов и пассажиров, производительность
автомобилей, себестоимость перевозок и т.д. Наибольшее влия-
ние на фактическую среднюю скорость транспортного потока на
существующей дороге оказывает расчетная скорость, предопреде-
лившая ее геометрические параметры и требования к транспорт-
147
но-эксплуатационному состоянию, а также интенсивность и со-
став движения, от которых зависит диапазон колебания скорос-
тей и взаимные помехи в транспортном потоке.
С другой стороны, фактическая скорость движения интеграль-
но отражает влияние всех геометрических параметров и транс-
портно-эксплуатационных характеристик дороги, а также транс-
портного потока и состояния погоды в данный момент времени
на условия и режим движения автомобилей.
Поэтому коэффициент обеспеченности расчетной скорости
позволяет определить как технический уровень запроектирован-
ной дороги, так и ее транспортно-эксплуатационное состояние в
процессе эксплуатации.
7.2. Требования к основным потребительским
свойствам дорог в процессе их эксплуатации
Требования к обеспечению основных потребительских свойств
эксплуатируемых дорог установлены в ГОСТ Р 50597—93 «Авто-
мобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному
состоянию, допустимому по условиям безопасности дорожного
движения» и в Технических правилах ремонта и содержания авто-
мобильных дорог.
В соответствии с этими нормативными документами автомо-
бильные дороги общего пользования должны обеспечивать не-
прерывное в течение года (в том числе и в расчетный весенний
период) движение автомобилей и автопоездов с нормативными
нагрузками и общей массой, установленными для транспортных
средств, предназначенных для эксплуатации на дорогах общего
пользования, со скоростями, верхние пределы которых регла-
ментированы Правилами дорожного движения Российской Фе-
дерации.
В неблагоприятных погодно-климатических условиях допус-
кается снижать максимальную обеспеченную скорость по сравне-
нию со скоростью, принятой для проектирования элементов пла-
на и продольного профиля, но не более 25 % в расчетные по усло-
виям движения осенне-весенний и зимний периоды и, как ис-
ключение, не более 50 % в зимний период при гололеде, метелях
и сильных снегопадах.
С учетом этого на дорогах и участках дорог, для которых рас-
четная скорость ниже разрешенной Правилами дорожного дви-
жения, обеспеченная скорость должна быть не менее приведен-
ных в табл. 7.2 значений.
Требования к обеспеченной скорости установлены с учетом
рельефа местности, в котором проложена дорога, и для различ-
ных условий погоды.
148
Таблица 7.2. Допустимые значения обеспеченной в процессе
эксплуатации скорости движения вне населенных пунктов, км/ч
Условия погоды и рельеф местности Категория дороги
1а, 16 1в, II' II", III IV V
При благоприятных условиях погоды: на основном протяжении дороги но 90 90 80 60
на трудных участках горной местности 60 60 50 40 30
При неблагоприятных условиях погоды: на основном протяжении дороги 90 80 75 60 45
на трудных участках горной местности 45 45 40 30 20
При особо неблагоприятных условиях погоды: на основном протяжении дороги 60 50 50 40 30
на трудных участках горной местности 30 30 25 20 20
Примечание. Дороги II' и II" — дороги обычного типа с четырьмя и дву-
мя полосами движения соответственно.
При этом к трудным участкам горной местности относят участки
перевалов через горные хребты и участки горных ущелий со слож-
ными, сильноизрезанными или неустойчивыми склонами.
По степени влияния на состояние поверхности дорог и усло-
вия движения автомобилей условия погоды разделяются на бла-
гоприятные, неблагоприятные, особо неблагоприятные.
Условия погоды благоприятные — сухо, ясно, отсутствие ветра
или ветер со скоростью до 10 м/с, отсутствие тумана, относитель-
ная влажность воздуха до 90 %, температура воздуха в пределах от
-30 до +30 °C в тени.
Условия погоды неблагоприятные — отдельное и совместное дей-
ствие следующих факторов: осадки в виде дождя или снегопада ин-
тенсивностью до 0,1 мм/мин, метель со скоростью более 3 м/с, ветер
со скоростью более 10 м/с, туман с метеорологической дальностью
менее 500 м, относительная влажность воздуха более 90 %, положи-
тельная и отрицательная температуры воздуха от ±(30... 40) °C в тени.
Условия погоды особо неблагоприятные — осадки в виде дождя
и снегопада интенсивностью более 0,1 мм/мин, гололедица и го-
лолед, метель со скоростью ветра более 9 м/с, ветер со скоростью
более 20 м/с, туман видимостью менее 200 м, температура воздуха
летом выше 40 °C в тени и зимой ниже -40 °C.
В зависимости от условий погоды на дороге могут формиро-
ваться нормальные, трудные, очень трудные и недопустимые или
допустимые в особых случаях условия движения автомобилей,
а состояние дорог может оцениваться как нормальное, удовлетво-
рительное, неудовлетворительное или аварийное (табл. 7.3).
149
Таблица?.3. Основные показатели оценки условий движения и уровня содержания дорог в неблагоприятные периоды года
Оцениваемые показатели Коэффициент обеспечения расчетной скорости для дорог
I — III категорий IV, V категорий
1,0...0,75 0,75...0,50 0,5...0,25 Менее 0,25 0,67...0,5 0,5...0,33 0,33...0,17 Менее 0,17
Условия дви- жения Нормаль- ные Трудные Очень трудные Недопусти- мые, допусти- мые в особых случаях Нормаль- ные Труд- ные Очень трудные Допустимые в особых слу- чаях
Состояние до- рог в неблаго- приятных ус- ловиях погоды Нормаль- ное Удов- летвори- тельное Неудовлет- воритель- ное Аварийное Нормаль- ное Удовле- твори- тельное Неудов- летвори- тельное Аварийное
Метеорологи- ческие явле- ния и условия Неопас- ные (мало- опасные) Опасные Особо опасные Особо опас- ные, стихий- ное бедствие — — — —
Требуемый уровень работ по содержа- нию Нормаль- ный Усилен- ный Аварийный с привлече- нием всех собствен- ных средств Полная моби- лизация с при- влечением средств сто- ронних орга- низаций Нормаль- ный Усилен- ный Аварий- ный с при- влечением всех соб- ственных средств Полная моби- лизация или закрытие дви- жения
Фактический уровень содер- жания Нормаль- ный Удов- летвори- тельный Неудовлет- воритель- ный Недопустимый или допусти- мый в особых случаях Нормаль- ный Удовле- твори- тельный Неудов- летвори- тельный Недопустимый или допусти- мый в особых случаях
С учетом этого должен осуществляться соответствующий уро-
вень работ по содержанию дорог, позволяющий выдерживать тре-
бования к обеспеченной в процессе эксплуатации скорости дви-
жения, указанные в табл. 7.2.
Под непрерывностью движения автомобилей понимают отсут-
ствие задержек движения, вызванных несоответствием парамет-
ров или состояния дороги и дорожных сооружений нормативным
требованиям (не учитывают остановки и перерывы движения из-
за технической неисправности автомобилей, состояния перевози-
мого груза, остановки на железнодорожных переездах и у свето-
форов).
Недопустимы необоснованные ограничения и задержки дви-
жения по дорожным условиям. При этом под ограничением дви-
жения понимают временное запрещение движения по дороге от-
дельных типов транспортных средств, а под задержкой движения —
вынужденную кратковременную остановку движения, связанную
с дорожными условиями продолжительностью до 1 ч.
Обоснованными являются ограничения движения:
• в период весенней распутицы — при недостаточной прочно-
сти дорожных одежд (на период до 45 сут в зависимости от мест-
ных условий);
• при недостаточной несущей способности мостов — на пери-
од до усиления сооружений.
Обоснованными являются задержки движения:
• при выполнении ремонтных работ в пределах проезжей час-
ти дороги;
• при устранении последствий ДТП;
• в зимний период во время метелей и интенсивных снегопа-
дов.
Пользователи дорог должны быть оповещены о задержках и
ограничениях движения. Все работы по ремонту и содержанию
дорог должны выполняться с минимальными помехами для дви-
жения автомобилей.
Перерывы движения (задержки движения более 1 ч) допускают-
ся в следующих случаях:
• во время стихийных бедствий и других чрезвычайных об-
стоятельств (природные явления, аварии, ДТП, военные действия
и т.д.);
• в весенний период на время паводков и зимой во время силь-
ных снежных метелей и снегопадов;
• в периоды и на сроки, установленные проектной документа-
цией на реконструкцию или ремонт дороги, утвержденной в уста-
новленном порядке.
Органы государственной власти субъектов Российской Феде-
рации в периоды особо неблагоприятных погодных условий мо-
гут устраивать перерывы движения на территориальных и муни-
151
ципальных дорогах с интенсивностью движения до 100 авт./сут с
заблаговременным оповещением об этом пользователей автомо-
бильных дорог через средства массовой информации.
Пропускную способность и уровень загрузки дорог движением
проверяют на дорогах и участках дорог с фактической интенсив-
ностью более 4 тыс. авт./сут в физических единицах при состоя-
нии дорог и условиях движения, характерных для летнего, осен-
не-весеннего и зимнего периодов года. На дорогах и участках до-
рог с меньшей интенсивностью указанные показатели не прове-
ряют.
Уровень загрузки дороги движением — это отношение факти-
ческой интенсивности движения, приведенной к легковому авто-
мобилю (N, авт./ч), к пропускной способности (Р, авт./ч):
Уровень загрузки не должен превышать значений, приведен-
ных в табл. 7.4.
На автомобильных дорогах общего пользования не допускают-
ся заторы по дорожным условиям. Максимальная интенсивность
движения в часы пик не должна превышать 0,7 от пропускной
способности на дорогах I и II категорий, а на остальных дорогах —
не должна превышать более чем в 1,5 — 2 раза верхний предел
интенсивности движения, установленный для данной категории
дороги. При фактическом значении показателя уровня загрузки
более указанного в табл. 7.4 или при максимальной интенсивно-
сти в час пик более указанной, в том числе в неблагоприятные
периоды года, должны быть разработаны мероприятия по повы-
шению пропускной способности.
Таблица 7.4. Уровень загрузки дороги движением Z
Характеристика участков дороги Значение Z, не более
Подъезды к аэропортам, железнодорожным станциям, морским и речным причалам и пристаням (дороги категорий 1а, 16, 1в и II) 0,5
Внегородские автомобильные магистрали (доро- ги категории 1а) 0,6
Входы в города, обходы и кольцевые дороги вокруг больших городов (дороги категорий 16, 1в, II и III) 0,65
Автомобильные дороги II и III категорий 0,7
Примечание. В неблагоприятные периоды года допускается увеличение
уровня загрузки, но не более чем на 15 %.
152
Таблица 7.5. Зависимость показателей безопасности движения
от степени опасности участков дорог
Показатель безопасности движения Участки дорог
Неопасные Мало- опасные Опасные Очень опасные
Коэффициент безопасности Более 0,8 0,6...0,8 0,4...0,6 Менее 0,4
Коэффициент относитель- ной аварийности: вне населенных пунктов в населенных пунктах Менее 0,3 Менее 0,4 0,3...0,7 0,4...0,9 0,7... 1,3 0,9... 1,5 Более 1,3 Более 1,5
Степень соответствия состояния дорог требованиям безопас-
ности движения оценивается по значениям коэффициента отно-
сительной аварийности (или коэффициента происшествий) и ко-
эффициента безопасности для летнего, осенне-весеннего и зим-
него периодов года.
Коэффициент происшествий измеряют числом ДТП на 1 млн
автомобилекилометров и определяют по формуле
и =
M5LN'
где А — число ДТП в год; L — длина участка дороги, км; V —
среднегодовая суточная интенсивность движения, принимаемая
по данным учета движения, авт./сут.
Коэффициент безопасности для каждого периода года опреде-
ляют как отношение максимальной скорости движения на участ-
ке к максимальной скорости въезда автомобилей на этот участок
или как отношение коэффициентов обеспеченности расчетной
скорости на участке и на въезде:
,.уч )Гуч
к = _фтах_ к = Л₽х
0 7.вх 0 Г^ВХ
^фтах лр.с
В процессе эксплуатации существующих дорог показатели без-
опасности движения должны иметь значения, соответствующие
неопасным участкам, в том числе и в неблагоприятные периоды
года (табл. 7.5).
В горной местности на дорогах, проложенных перевальным хо-
дом, и на дорогах, где на большом протяжении имеются продольные
уклоны более 50 %о и кривые в плане радиусом менее 300 м, степень
опасности определяют по соотношению значений сезонного ито-
гового коэффициента аварийности на смежных участках (табл. 7.6).
При превышении указанных показателей производят деталь-
ную оценку безопасности движения с выявлением мест концен-
153
Таблица 7.6. Определение степени опасности участков дорог
Разница между значе- ниями сезонного ито- гового коэффициента относительной ава- рийности на смеж- ных участках, % Характери- стика участка Разница между значе- ниями сезонного ито- гового коэффициента относительной ава- рийности на смеж- ных участках, % Характери- стика участка
До 20 Неопасный 40... 100 Опасный
20... 40 Малоопасный Более 100 Очень опасный
трации ДТП и с разработкой мероприятий по повышению без-
опасности движения средствами ремонта и содержания дорог.
Безопасность движения автомобилей по мостам, путепроводам,
тоннелям и наплавным мостам считается обеспеченной, если их
габариты и состояние покрытия соответствуют требованиям кате-
гории дороги, а ограждения соответствуют техническим требова-
ниям и находятся в исправном состоянии. К тоннелям дополни-
тельно предъявляют требования по обеспеченности необходимым
уровнем освещения и вентиляции, устанавливаемые соответству-
ющими нормативными документами.
Удобство движения характеризуется разницей скорости дви-
жения на смежных участках, которая не должна превышать 20 %,
а также ровностью дорожного покрытия, показатель которой дол-
жен соответствовать требуемой величине.
7.3. Система параметров и характеристик
уровня и эксплуатационного состояния
автомобильных дорог
Чтобы обеспечить высокие потребительские свойства в про-
цессе эксплуатации, автомобильная дорога должна иметь соот-
ветствующие параметры и характеристики технического уровня и
эксплуатационного состояния:
• геометрические параметры — ширина проезжей части и кра-
евых укрепленных полос, ширина обочин, продольные уклоны,
радиусы кривых в плане и профиле, уклоны виражей и расстоя-
ние видимости;
• прочность и состояние дорожной одежды проезжей части и
обочин;
• состояние, ровность и сцепные свойства покрытия проезжей
части и обочин;
• состояние земляного полотна и устойчивость его откосов;
• состояние и работоспособность водоотвода;
154
• наличие и состояние элементов инженерного оборудования
и обустройства дороги.
Геометрические параметры (продольный и поперечный про-
фили, высота насыпи, радиусы кривых, ширина проезжей части и
обочин, габариты искусственных сооружений) должны соответ-
ствовать нормам категории, установленной для данной дороги
(участка дороги). Отклонения фактических размеров не должны
превышать требований соответствующих нормативных документов.
Дорожные одежды на дорогах I и II категорий должны иметь
прочность, обеспечивающую в расчетный период беспрепятст-
венный пропуск автомобилей с осевой нагрузкой 11,5 тс (115 кН),
III и IV категорий — 10 тс (100 кН), а на дорогах V категории с
твердыми покрытиями — до 6 тс (60 кН).
Основным показателем при оценке прочности является коэф-
фициент фактической прочности
Х'Ф
Лпр Е - *♦
^тр
где Еф — фактический модуль упругости, МПа; Др — требуемый
модуль упругости, вычисляемый в зависимости от суммарного
числа приложений расчетной (нормативной) нагрузки, определя-
емого за срок от окончания строительства или реконструкции
дороги до момента испытаний для условий существующего дви-
жения или на перспективу до окончания срока службы дорожной
одежды, МПа.
Коэффициент фактической прочности можно также вычислить
по формуле
Кф =—i>l
Лпр л -
Лф
где Хд и Хф — соответственно допустимый и фактический относи-
тельный прогиб дорожной одежды.
Для одежд с цементобетонными покрытиями и основаниями
коэффициент прочности представляет собой отношение нагруз-
ки, допустимой для данной конструкции 0д (с учетом темпера-
турных напряжений и усталостных явлений), к нагрузке на коле-
со наиболее тяжелого транспортного средства Q:
Q
В связи с тем что проектируемые нежесткие дорожные одежды
до 2001 г. рассчитывали по Инструкции ВСН 46—83, а начиная с
01.01.2001 рассчитывают по ОДН 218.046—01 или МОДН 2—2001,
внесены уточнения в определение понятия коэффициента проч-
ности.
Коэффициент фактической прочности — это отношение фак-
тического модуля упругости в данный момент времени к требуе-
155
мому общему модулю упругости (если дорожная одежда рассчита-
на по Инструкции ВСН 46—83) или к минимальному модулю уп-
ругости (если дорожная одежда рассчитана по ОДН 218.046—01
или МОДН 2-2001).
Прочность дорожной одежды эксплуатируемой дороги оцени-
вают по результатам ее визуального обследования (или видеоком-
пьютерной съемки) в баллах 5ср, которые корреляционно связаны
с коэффициентом фактической прочности Kfi, или непосредствен-
но по коэффициенту прочности, определяемому по результатам
измерений модуля упругости. Значение этих показателей должно
быть не ниже приведенных в табл. 7.7.
На участках, где значения указанных показателей ниже приве-
денных в табл. 7.7, необходимо провести работы по усилению до-
рожной одежды.
Для дорожных одежд с цементобетонными покрытиями допус-
кается использовать в качестве показателя прочности величину
растягивающего напряжения при изгибе покрытия. В этом случае
условие прочности с учетом интенсивности и состава движения
определяется в соответствии с действующей инструкцией по проек-
тированию жестких дорожных одежд.
Кромки покрытия проезжей части, краевых укрепленных по-
лос и укрепленных обочин должны быть ровными в плане, иметь
правильные и четкие очертания без разрушений и деформаций.
Фактические показатели продольной ровности не должны пре-
вышать предельно допустимых значений, приведенных в табл. 7.8.
Показатель ровности дорожных покрытий, или коэффициент
ровности, — это отношение предельно допустимой ровности 5Д
для данной категории дороги, типа дорожной одежды и интен-
сивности движения к фактической ровности 5Ф:
Оф
На покрытии проезжей части не допускается образование ко-
лейности, при которой возникают опасные условия движения и
создаются помехи для очистки от снежных отложений и удаления
Таблица 7.7. Предельно допустимые значения показателей прочности
дорожной одежды в процессе эксплуатации
Категория дороги ^ср
1а, 16, 1в 3,5 0,85
II 3,0 0,80
III, IV 2,5 0,75
V 2,0 0,70
156
Таблица 7.8. Зависимость предельно допустимых значений показателей
ровности от категории дороги и типа дорожной одежды
Категория дороги Тип дорожной одежды Предельно допустимые зна- чения показателей ровности Междуна- родный показатель ровности IRI, м/км Число просве- тов под трех- метровой рей- кой, превыша- ющих указан- ные в СНиП 3.06.03-85, %
по прибору ПКРС-2, см/км по толчкомеру, см/км, на автомобиле
УАЗ ГАЗ, «ГАЗель»
I Капитальная 540 100 220 5,0 6
II » 660 120 270 6,5 7
III » 860 170 350 8,5 9
III Облегченная 1100 240 460 12,0 12
IV » 1200 265 500 12,0 14
IV Переходная — 340 510 — —
V » — 340 510 — —
V Низшая — 510 720 — —
зимней скользкости. Требования к допустимой и предельно допу-
стимой глубине колеи установлены для двух способов измерения
глубины колеи при помощи двухметровой рейки:
• по упрощенной методике, когда рейку укладывают на поверх-
ность покрытия или гребней выпора;
• по способу вертикальных отметок, когда отсчет ведут от рей-
ки, выведенной в горизонтальное положение.
Значения допустимой и предельно допустимой глубин колеи
приведены в табл. 7.9. На дорогах с переходными покрытиями
при интенсивности движения до 200 авт./сут, приведенных к лег-
ковому, допускается колея глубиной до 40 мм.
Участки дорог с глубиной колеи, превышающей предельно до-
пустимые значения, требуют первоочередного проведения работ
по устранению колеи.
Показатель колейности — это отношение допустимой глубины
колеи йд к фактической йф:
h
Участки дорог с глубиной колеи, превышающей предельно до-
пустимую, относят к опасным для движения автомобилей и не-
медленно проводят работы по устранению колеи.
Шероховатость и состояние дорожного покрытия проезжей
части должны обеспечивать требуемое сцепление колеса с покры-
тием, которое характеризует коэффициент сцепления. При этом
157
Таблица 7.9. Зависимость допустимой и предельно допустимой глубин
колеи от расчетной скорости движения
Расчетная скорость движения, км/ч Глубина колеи, мм
Измерения по упрощенной методике Измерения по способу вертикальных отметок
относительно правого выпора относительно левого выпора
Допу- стимая Предельно допустимая Допу- стимая Предельно допустимая Допу- стимая Предельно допустимая
Более 120 4 20 Не допу- скается 4 9 20
120 7 20 3 5 16 25
100 12 20 6 9 27 40
80 25 30 15 18 50 50
60 и менее 30 35 50 50 50 50
коэффициент сцепления должен быть не менее 0,3 при измере-
нии его шиной без рисунка протектора и 0,4 — при измерении
шиной, имеющей рисунок протектора.
Показатель сцепных качеств и шероховатости покрытий, или
коэффициент относительного сцепления колес с покрытием {коэф-
фициент скользкости), вычисляют как отношение фактического
коэффициента сцепления <рф к допустимому значению этого ко-
эффициента <рд:
Кс = > 1.
Фд
Чтобы обеспечить безопасность встречных автомобилей на двух-
полосных дорогах и движущихся автомобилей по смежным поло-
сам многополосных дорог, а также при съездах на укрепленные
полосы или прикромочные зоны обочин, изменение коэффици-
Таблица 7.10. Допустимые пределы разности коэффициентов сцепления
по ширине
Категория дороги В пределах проезжей части На краевых укрепленных полосах и прикромочных зонах обочин по сравнению с проезжей частью
1а 0,04... 0,08 0,08.„О, 10
16, 1в, II 0,08 0,10...0,15
III 0,08...0,10 0,15
IV 0,10 0,20
Примечание. Значение коэффициентов сцепления даны для гладкой шины.
158
™.д
ента сцепления в поперечном профиле дорожного полотна не
должно превышать указанного в табл. 7.10.
В некоторых странах оценивают износ покрытия.
Показатель износа покрытия — это отношение допустимого
износа йи д к фактической величине износа Лиф:
к _ А< д <
На покрытии проезжей части не должно быть выбоин, проло-
мов и просадок с размерами по длине, ширине и глубине более
чем 15x60x5 см, а число более мелких повреждений и дефектов в
весенне-летне-осенний периоды не должно превышать значений,
приведенных в табл. 7.11. Образовавшиеся деформации и разру-
шения должны быть ликвидированы в сроки, установленные
ГОСТ Р 50597-93.
Показатель дефектности покрытий определяет деформативные
и прочностные свойства, которые можно характеризовать коли-
чественно наличием на единице площади разрушений и дефор-
маций. Дефект — это каждое отдельное несоответствие дороги
установленным требованиям. Метод вычисления показателя де-
фектности основан на относительной оценке количества и весо-
мости дефектов, учитываемых коэффициентом дефектности:
1 т
п /=1
где п — объем выборки; ф — число дефектов данного вида в вы-
борке; bt— коэффициент весомости дефекта данного вида, %; т —
суммарное число видов дефектов в выборке.
Неукрепленные обочины и разделительная полоса, не отделен-
ные от проезжей части бордюрами, не должны иметь колеи в ме-
стах сопряжения с проезжей частью и не должны располагаться
ниже ее уровня более чем на 3 см при интенсивности движения
выше 6000 авт./сут, приведенных к легковому, и более чем на 4 см
при меньшей интенсивности.
Состояние поверхности покрытия укрепительных полос по на-
личию дефектов должно соответствовать требованиям, установлен-
ным для покрытия проезжей части, а состояние укрепленных и
неукрепленных обочин,— требованиям, приведенным в табл. 7.10.
Не допускается образование уступов в местах сопряжения про-
езжей части и укрепленных краевых полос или обочин, а также
возвышения обочины и разделительной полосы над проезжей ча-
стью при отсутствии бордюра.
Обочины дороги должны быть укреплены и иметь поперечные
уклоны, способствующие быстрому отводу поверхностных вод.
Прочность конструкции укрепления должна соответствовать со-
ставу транспортного потока и обеспечивать заезд и остановку ав-
159
5^ Таблица 7.11. Допустимые значения дефектов по конструктивным элементам дорог
о _____________________________________________________________________________
Показатели состояния конструктивных элементов дорог Дороги с интенсивностью движения, авт./сут, приведенных к легковому автомобилю
Более 6000 2000-6000 1000-2000 200-1000 Менее 200
Проезжая часть (включая используемые съезды)
Повреждения (выбоины) размером не более 15x60x5 см, площадью, м2/1 ООО м2 покрытия: летом весной 0,3 1,5 1,0 3,0 1,5 4,5 2,0 6,0 2,5 7,0
Отдельные раскрытые необработанные трещины по по- крытии, более 7 мм/1 ООО м2 10 20 30 40 40
Наличие необработанных мест выпотевания битума, м2/1000 м2 покрытия 7 10 15 20 25
Наличие полос загрязнения у кромок покрытия шириной до 0,5 м, площадью (в процентах от общей площади по- крытия), не более Нет 3 5 8 10
Земляное полотно
Наличие отдельных повреждений, просадок и застоя воды на обочинах и разделительной полосе (в весенний период): укрепленных: площадью, м2/1 ООО м2 покрытия глубиной, см неукрепленных: площадью, м2/1 ООО м2 покрытия глубиной, см До 0,3 (1,5) До 5 5,0 До 5 1,0 (3,0) До 5 7,0 До 7 1,5 (4,5) До 5 10,0 До 7 2,0 (6,0) До 5 12,0 До 10 2,5 (7,0) До 5 15,0 До 10
томобилей без разрушения слоев укрепления. Прочность считает-
ся достаточной, если отношение фактического значения модуля
упругости к требуемому по условиям движения в процессе эксп-
луатации составляет не менее 0,85.
Откосы насыпей и выемок должны обладать устойчивостью к
воздействию местных климатических факторов (местная устойчи-
вость). Они должны обеспечивать быстрый отвод поверхностных
вод, укреплены согласно положениям инструктивных докумен-
тов. Откосы, особенно глубоких выемок и высоких насыпей, дол-
жны иметь обеспеченную общую устойчивость, которая представ-
ляет собой отношение безопасной нагрузки для грунта насыпи
(выемки), находящегося в данном состоянии по «плотности-влаж-
ности», к проектной. Общая устойчивость считается обеспечен-
ной, безопасная нагрузка не превышает проектную.
Поверхность покрытия проезжей части и обочин, поверхность
разделительных полос и откосов, посадочных площадок у авто-
бусных остановок, площадок отдыха, пунктов весового контроля
и учета движения, а на участках дорог, проходящих в пределах
населенных пунктов, — и поверхность тротуаров, пешеходных и
велосипедных дорожек должны быть чистыми от пыли, грязи,
посторонних предметов и материалов.
На поверхности неукрепленных обочин и разделительной по-
лосы не допускается наличие древесно-кустарниковой раститель-
ности, а высота травы не должна превышать 15 см.
В полосе отвода допускается наличие древесно-кустарниковой
растительности при условии обеспечения требуемой видимости.
Система и устройства дренирования, сбора и отвода поверхно-
стных и грунтовых вод (водоотводные канавы, кюветы, водосбро-
сы, водобойные колодцы и др.) должны постоянно находиться
в работоспособном состоянии и обеспечивать бесперебойный
сброс и отвод воды от дороги.
Частичное нарушение профиля водоотводных канав допуска-
ется на протяжении до 10 % их общей длины на дорогах с интен-
сивностью движения от 200 до 1 000 авт./сут, приведенных к лег-
ковому, и до 20 % на дорогах с меньшей интенсивностью.
Не допускается наличие неорганизованных въездов и съездов
на дорогах всех категорий.
7.4. Допустимые габариты, осевая нагрузка
и общая масса автомобилей
Технический уровень и эксплуатационное состояние автомо-
бильных дорог в значительной степени определяются принятыми
при проектировании расчетными нагрузками. Превышение до-
пустимых осевых нагрузок автомобилей и автопоездов приводит
161
к резкому ухудшению состояния автомобильных дорог в процес-
се эксплуатации, преждевременному ремонту дорожных одежд
и покрытий. Превышение полной массы транспортных средств чре-
вато катастрофическими последствиями для искусственных со-
оружений. Бесконтрольный проезд по автомобильным дорогам
крупногабаритных транспортных средств приводит к ухудшению
дорожных условий и снижению безопасности движения.
В отношении габаритов дополнительно введены (по сравнению
со СНиП 2.05.02—85) ограничения в отношении максимальной
длины сочлененного транспортного средства — 16,5 м и сочленен-
ного автобуса —18 м. Любое транспортное средство при движении
должно обеспечивать возможность поворота в пределах простран-
ства, ограниченного внешним и внутренним радиусом соответствен-
но 12,5 и 5,3 м. Измерение размеров транспортного средства осу-
ществляют в соответствии со стандартом ISO 612—1978.
При осуществлении межгосударственных перевозок требова-
ния к транспортным средствам устанавливаются Соглашением
государств — участников СНГ.
Указанные стандарты применяют для условий, когда автомо-
бильные дороги по несущей способности отвечают предъявляе-
мым требованиям. При недостаточной несущей способности ав-
томобильных дорог допустимые осевые нагрузки транспортных
средств устанавливают в зависимости от коэффициента прочнос-
ти дорожных одежд.
В настоящее время рассматривают вопрос об использовании при
проектировании, строительстве, реконструкции и ремонте автомо-
бильных дорог I—IV категорий более высокой нормативной на-
грузки — 115 кН на ось транспортного средства. Возможность про-
ектирования дорожных одежд на такую нагрузку в настоящее вре-
мя имеется. Согласно Инструкции по проектированию нежестких
дорожных одежд МОДН 2—2001 в качестве расчетных используют
наиболее тяжелые автомобили, доля которых в составе перспек-
тивного движения составляет не менее 10%. Если в задании на
проектирование расчетная нагрузка не оговаривается, в качестве
расчетных используют осевые нагрузки 100; ПО и 130 кН.
Контрольные вопросы
1. В чем состоят потребительские свойства автомобильных дорог?
Перечислите их и назовите основной показатель.
2. Какие требования предъявляют к основным потребительским свой-
ствам дорог?
3. В чем состоит система параметров и характеристик уровня эксплу-
атационного состояния автомобильных дорог?
4. Какие требования предъявляют к габаритам, осевой нагрузке и
общей массе грузовых автомобилей?
Глава 8
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
8.1. Методы определения скорости
движения автомобиля
Для оценки транспортно-эксплуатационного состояния доро-
ги определяют фактически обеспеченную максимальную скорость
одиночного легкового автомобиля, средние скорости свободного
движения и транспортного потока.
На дорогах IV и V категорий, а также на значительной части
дорог III категории средние скорости свободного движения и
транспортного потока практически совпадают из-за малой плот-
ности движения.
Среднюю скорость свободного движения, км/ч, по результатам
измерения при невысокой интенсивности транспортного потока
определяют по формуле
где vt — мгновенная скорость /-го автомобиля на данном участке,
км/ч; п — число автомобилей, для которых измерены скорости.
С увеличением интенсивности Сдвижения скорость транспорт-
ного потока снижается, причем тем больше, чем больше в потоке
грузовых автомобилей, автобусов и автомобильных поездов. Как
показывают исследования автора, все значения скоростей связа-
ны между собой одной зависимостью (рис. 8.1). Так, средняя ско-
рость свободного движения, км/ч, может быть вычислена по фор-
муле
Ц) = ^фтах ~
где г’фтах — максимально возможная или максимально безопас-
ная, обеспеченная скорость движения одиночного легкового ав-
томобиля на данном участке дороги при фактическом ее состоя-
нии; t — функция доверительной вероятности или гарантийный
коэффициент; о,.ф — среднеквадратическое отклонение скорости
движения свободного транспортного потока.
Значения t принимают в зависимости от доверительной веро-
ятности при одностороннем ограничении:
163
Рис. 8.1. Связь между максимальной и средней скоростями:
а — границы доверительного интервала; б — кривые распределения скоростей
одиночных автомобилей и транспортного потока; 1,2 — доля значений скорости,
лежащих ниже и выше границ доверительного интервала; 3 — распределение
скоростей одиночных автомобилей; 4 — распределение скорости транспортного
потока; аь а2 — нижняя и верхняя границы доверительного интервала; 1а —
доверительный интервал
Доверительная вероятность, %..85 90 95 99,85
Расчетное значение t..........1,04 1,28 1,64 3,0
Средняя скорость транспортного потока, км/ч, в данном сече-
нии дороги при данном состоянии
v = v0 - Av,
где Av = сфА — снижение скорости автомобилей под воздействи-
ем интенсивности и состава транспортного потока, км/ч; а —
коэффициент, учитывающий влияние интенсивности движения;
р — коэффициент, учитывающий состав транспортного потока
(численно равен доле грузовых автомобилей, автобусов и автопо-
ездов, движущихся по полосе); N— интенсивность движения (су-
точная), авт./сут (для автомобильных магистралей принимается
по каждому направлению отдельно).
Расчетная часовая интенсивность
N4 = yN,
где у — коэффициент пересчета суточной интенсивности в часо-
вую, у= 0,076...0,10.
Значения Av в зависимости от интенсивности и состава движе-
ния приведены на рис. 8.2. Таким образом, общая зависимость,
связывающая между собой значения скоростей движения автомо-
билей на дороге:
V = Уф max - - аРМ
164
Рис. 8.2. Влияние интенсивности и состава движения на снижение сред-
ней скорости:
а — на двухполосных дорогах; б — на четырехполосных автомобильных магист-
ралях с разделительной полосой
ИЛИ
v = 120Ар.с - - Ду,
где Кр с — коэффициент обеспеченности расчетной скорости.
На существующих дорогах эти скорости могут быть получены
на основании непосредственных измерений скорости движения
автомобилей. При этом могут быть применены различные спо-
собы.
1. Измеряют скорости движения одиночных легковых автомо-
билей наиболее распространенных типов, при свободных услови-
ях движения или скорости легковых автомобилей, идущих во гла-
ве группы автомобилей при частично связанных условиях движе-
ния. Для получения объективных данных необходимо сделать не
менее 30 замеров в каждом створе. На основе измерений строят
кумулятивные кривые распределения скоростей, а за фактичес-
кую максимальную скорость принимают скорость легкового авто-
мобиля 85%-ной обеспеченности (рис. 8.3).
2. Измеряют скорости движения всех автомобилей (легковых и
грузовых) и строят кумулятивные кривые распределения скорос-
тей транспортного потока, а за фактическую максимальную при-
нимают скорость 95%-ной обеспеченности.
3. Для предварительной и ориентировочной оценки допускают
определение максимальной скорости методом следования за ли-
дером. При этом скорость на каждом километре и на каждом ха-
рактерном участке определяют по спидометру легкового автомо-
биля, который движется за одиночным или головным легковым
автомобилем. На каждом участке производят не менее 3 проез-
дов, по которым определяют среднюю скорость. Фактическую мак-
симальную скорость принимают на 10...20% выше средней из
этих замеров.
165
Рис. 8.3. Кумулятивные кри-
вые распределения скоро-
стей по уровню обеспечен-
ности:
1 — грузовые автомобили; 2 —
транспортный поток; 3 — лег-
ковые автомобили
Среднеквадратическое отклонение определяют по формулам:
при п > 30
<4 =
при п < 30
(х-х)2
п-1
где х — измеренная скорость; х — среднеарифметическая ско-
рость (из всех измеренных значений); п — число измерений.
4. При отсутствии данных непосредственных измерений мак-
симальная скорость движения на каждом характерном участке мо-
жет быть определена аналитическим путем исходя из схем расчета
требований к геометрическим параметрам и транспортно-эксплу-
атационным характеристикам. Основной задачей при этом явля-
ется обязательный учет влияния метеорологических факторов на
состояние дороги, взаимодействия автомобиля с дорогой и вос-
приятия водителем условий движения.
В этом случае необходимые для определения средней скорости
транспортного потока значения среднеквадратического отклоне-
ния определяют по формуле
= ^0 + ^^фтах-
Значения коэффициентов а0 и b приведены в табл. 8.1.
Максимальные значения огф принимают для двухполосных до-
рог, если в потоке более 70 % грузовых автомобилей, автобусов и
автомобилей с прицепами; минимальные — при их числе менее
40%. Для автомагистралей максимальные значения принимают
для правой крайней полосы, а минимальные — для левой.
166
Таблица 8.1. Расчетные значения коэффициентов а0 и b
при определении среднеквадратического отклонения
Характеристика дорог Максимальные Средние Минимальные
Оо ь «0 ь «0 ь
Двухполосные дороги 3,5 0,001 3,0 0,0008 2,5 0,0006
Автомагистрали с раз- делительной полосой 0 0,00068 0 0,00056 0 0,00041
При определении средней скорости транспортного потока на
стадии проектирования за минимально возможную может быть
принята расчетная скорость для дороги данной категории с уче-
том рельефа местности.
На скорость движения автомобилей помимо транспортно-экс-
плуатационного состояния дороги существенное влияние оказы-
вает интенсивность и состав транспортного потока (рис. 8.4).
В упрощенном виде можно выделить несколько характерных
зон влияния интенсивности на среднюю скорость движения. Бо-
лее детально это деление приводится в подразд. 8.4.
При свободном транспортном потоке водитель каждого авто-
мобиля имеет возможность наиболее полно реализовать желае-
мую скорость движения с учетом реальной дорожной обстановки.
При этом интенсивность движения практически не оказывает вли-
яния на выбор этой скорости. Максимальная скорость в наиболь-
шей степени зависит от дорожных условий, водителя и динами-
Рис. 8.4. Зависимость скорости от интенсивности движения:
I, II, III — зоны соответственно свободного, связанного и насыщенного потока;
^расч, гсР> ^д.ср — соответственно расчетная, средняя и допустимая средняя скоро-
сти движения; Avx — влияние размаха скоростей в свободном потоке, AVj = tb'
Av — влияние интенсивности и состава движения на среднюю скорость, Дг = apJV
167
ческих качеств автомобиля, а средняя скорость зависит от разни-
цы между скоростями отдельных автомобилей.
С увеличением интенсивности образуется связанный поток,
в котором заметно ощущаются взаимные помехи автомобилей, не
позволяющие водителям большей части автомобилей реализовать
желаемую скорость, вследствие чего снижается средняя скорость
движения транспортного потока. При этом возникающие взаим-
ные помехи автомобилей могут превышать влияние дорожных ус-
ловий.
Дальнейшее увеличение интенсивности приводит к образова-
нию плотного или насыщенного потока и еще большему сниже-
нию средней скорости движения, главной причиной которого яв-
ляются взаимные помехи автомобилей, не позволяющие водите-
лям реализовать желаемые скорости, возможные по транспортно-
эксплуатационному состоянию дороги.
Если интенсивность движения превышает пропускную способ-
ность данной дороги, то заторы и пробки неизбежны даже при
самом высоком уровне ее содержания.
Кардинально изменить положение в этой ситуации может сни-
жение интенсивности и выравнивание транспортного потока по
каждой полосе проезжей части, т.е. реконструкция дороги с пере-
водом ее в более высокую категорию или увеличение числа полос
движения.
Наличие объективной функциональной зависимости между
максимально возможной безопасной скоростью отдельного авто-
мобиля, обеспеченной дорожными условиями, средней скоростью
свободного движения автомобилей и средней скоростью транс-
портного потока позволяет обоснованно выбрать критерий оцен-
ки транспортно-эксплуатационного состояния дорог по его влия-
нию на скорость движения.
Таким критерием следует считать максимальную возможную
безопасную скорость в реальных дорожных условиях. Этот крите-
рий наиболее объективно позволяет оценить все достоинства и
недостатки дороги с позиций их истинного влияния на потреби-
тельские свойства дороги.
Средняя скорость транспортного потока не может служить
объективным критерием оценки состояния дороги, поскольку она
во многом зависит от интенсивности и состава транспортного
потока. Это критерий оценки функционирования системы дорож-
ные условия — транспортные потоки.
Тем не менее, учитывая решающее влияние средней скорости
транспортного потока на технико-экономические показатели ра-
боты автомобильного транспорта, в ряде стран нормируется ми-
нимальная средняя скорость, которая должна быть обеспечена
дорогой при соответствующей интенсивности движения. Если сред-
няя скорость опускается ниже этого предела, дорога признается
168
не соответствующей требованиям движения и подлежит реконст-
рукции.
В большинстве технико-экономических расчетов необходимо
знать среднегодовую среднюю скорость движения транспортного
потока.
На каждом характерном /-м участке (прямая, кривая в плане и
профиле, спуск-подъем и т.д.) ее определяют по формуле
^СГ.у ~ jgj (^сух^сух Л + ^етДсн + ^сн.н^сн.н + ’
где vcyx, vM, vCH, vCH H, vT — скорости движения транспортного пото-
ка в одном направлении движения при соответствующем состоя-
нии поверхности покрытия (сухом, мокром, заснеженном, на снеж-
ном накате, гололедице), определяемые по ранее изложенным
методам (см. подразд. 8.1); Гсух, Тм, ТСИ, ТСИ Н, Тт — продолжитель-
ность различных состояний поверхности покрытия (см. обозна-
чения скоростей).
Вычислив среднегодовую среднюю скорость на каждом участ-
ке, определяют среднегодовую средневзвешенную скорость движе-
ния, км/ч, транспортного потока по всей дороге
п
J>cr.y4
77 — ______
где lj — длина каждого характерного участка, км; L — общая дли-
на дороги, км.
Полный учет влияния климата и уровня содержания дороги
позволяет получить фактические технико-экономические показа-
тели работы автомобильного транспорта на эксплуатируемой до-
роге.
В практической деятельности для приблизительных расчетов
можно воспользоваться некоторыми ориентировочными соотно-
шениями скоростей движения автомобилей. По данным наблю-
дений среднюю скорость транспортного потока можно принять
по соотношению
v = (0,7...0,8)г>фтах.
Меньшие значения принимают при гфтах = 100 км/ч и более
или при доле грузовых автомобилей 50 % и более.
Средняя скорость грузовых автомобилей
Fjp = 0,92v;
средняя скорость легковых автомобилей
ол = 1,3й
169
8.2. Оценка влияния параметров и состояния
дороги на скорость движения автомобилей
При оценке транспортно-эксплуатационного состояния дорог
необходимо в первую очередь определить фактическую максималь-
но возможную безопасную скорость движения одиночного рас-
четного автомобиля на каждом характерном участке дороги, а за-
тем определить среднюю скорость транспортного потока, устано-
вив его интенсивность и состав. Все эти показатели могут быть
измерены непосредственно на каждом участке дороги, при каж-
дом ее состоянии для различных интенсивности и состава движе-
ния. Такие измерения многократно проводились исследователями.
На основе анализа и обобщения результатов измерений разра-
ботана методика оценки влияния основных параметров и харак-
теристик состояния автомобильных дорог и транспортного пото-
ка на скорость движения на каждом характерном участке дороги,
которая позволяет выполнить эту оценку аналитическим путем.
На скорость движения и коэффициент обеспеченности расчет-
ной скорости оказывают влияние ширина укрепленной поверх-
ности дороги, ширина и состояние обочин, продольный уклон,
радиусы вертикальной выпуклой кривой, радиусы кривых в плане
и плавность трассы, расстояние видимости, ровность и сцепные
качества покрытий.
Задача оценки степени влияния каждого отдельного параметра
на скорость движения состоит в том, чтобы установить механизм
этого влияния и физический смысл, выбрать расчетную схему и
дать математическое описание, позволяющее определить макси-
мальную скорость расчетного автомобиля. При этом, чтобы ис-
ключить взаимное влияние других параметров и факторов, их ха-
рактеристики принимают равными эталонным. Во многих случа-
ях одна расчетная схема позволяет определить влияние несколь-
ких элементов или факторов (т. е. их совместное влияние) на ско-
рость. Например, расчетная схема определения максимальной
скорости на подъеме позволяет исследовать влияние на нее укло-
на (геометрического параметра дороги), состояния поверхности
дороги через коэффициент сцепления и коэффициент сопротив-
ления качению, а через них и влияние осадков, влажности возду-
ха и других метеорологических факторов.
Все параметры и характеристики дорог определяют непосред-
ственными измерениями и наблюдениями при первом составле-
нии линейного графика комплексного показателя ТЭС АД в тече-
ние одного года: в середине лета, когда определяют все парамет-
ры и характеристики, во второй половине осени и во второй по-
ловине зимы, когда определяют только переменные параметры и
характеристики (ширину чистой фактически используемой укреп-
ленной поверхности и состояние покрытия, ширину и состояние
170
обочин, интенсивность и состав движения, ровность покрытия
и коэффициент сцепления, состояние инженерного оборудова-
ния и обустройства и т.д.). Данные об основных параметрах могут
быть получены из паспорта дороги.
Оценку транспортно-эксплуатационного состояния дорог вы-
полняют, как правило, для трех периодов года: летнего, весеннего
или осеннего и зимнего. Допускается выполнять указанную оценку
для двух периодов: в I—IV дорожно-климатических зонах для ве-
сеннего или осеннего и зимнего, в V зоне — летнего и зимнего.
Каждому периоду года соответствует характерное состояние
поверхности дороги, формирующееся под влиянием метеороло-
гических условий, уровня содержания дороги и транспортного
потока. За расчетные могут быть приняты состояния поверхности
дороги. Каждому расчетному состоянию покрытия соответствуют
определенные значения коэффициента сопротивления качению и
коэффициента сцепления, изменяющиеся в зависимости от ско-
рости.
Основные параметры и характеристики, оказывающие прямое
влияние на скорость движения, оцениваются частными коэффи-
циентами обеспеченности расчетной скорости.
Совокупность всех наиболее важных параметров и характерис-
тик дороги, прямо влияющих на скорость движения, оценивается
итоговым коэффициентом обеспеченности расчетной скорости К^Т
на каждом характерном участке дороги (прямые участки, продоль-
ные уклоны, кривые в плане и профиле, сужения проезжей части
и обочин, участки с ограждениями, направляющими столбиками
или надолбами и другими боковыми помехами, участки с ограни-
ченной видимостью, пересечения и примыкания с другими доро-
гами и т. д.). При выделении характерных участков учитывают зоны
влияния отдельных элементов дороги (табл. 8.2).
Значение итогового коэффициента обеспеченности расчетной
скорости на каждом характерном участке для расчетных периодов
года по условиям движения принимают равным наименьшему из
всех частных коэффициентов на этом участке. Для этого строят
линейный график, на который наносят сокращенный продоль-
ный профиль и план дороги и основные параметры и характери-
стики, частные и итоговые значения коэффициента обеспеченно-
сти расчетной скорости, а также обобщенную оценку ТЭС АД для
каждого периода года. Указанный график является итоговым до-
кументом оценки ТЭС АД.
Значение коэффициентов обеспеченности расчетной скорости
на существующей дороге рекомендуется определять на основании
непосредственных измерений скорости движения одиночного лег-
кового автомобиля.
Учитывая большую трудоемкость непосредственных измере-
ний скорости на всех характерных участках дороги, допускается
171
Табл ица 8.2. Зоны влияния отдельных элементов дороги, м
Элемент дороги Расчетный период года
Зима Осень и весна Лето
Подъемы и спуски За вершиной — 100, у подошвы — 150
Пересечения в одном уровне: при наличии твердо- го покрытия на пе- ресекаемой дороге при отсутствии твер- дого покрытия на пересекаемой дороге По 100 м в каждую сторону По 100 м в каждую сторону По 50 м в каждую сторону По 100...500 м в каждую сто- рону в зависи- мости от типа грунта По 50 м в каждую сторону По 100...500 м в каждую сто- рону в зависи- мости от типа грунта
Пересечения в разных уровнях В пределах между примыканиями переходно- скоростных полос или правоповоротных съездов
Кривые в плане с обеспе- ченной видимостью при радиусах менее 400 м По 50 м от начала и конца кривой
Кривые с необеспе- ченной видимостью при любом радиусе По 100 м от начала и конца кривой
Мосты, трубы и другие сужения По 100 м от начала до кон- ца сужения По 75 м от начала и конца сужения
Автобусные остановки По 100 м в обе стороны
Населенные пункты По 100 м от границ застройки
определять ее аналитическим методом. Для этого необходимо
осуществить диагностику состояния дороги, собрать информа-
цию о геометрических параметрах и физических характеристи-
ках состояния дороги, а затем расчетным путем получить значе-
ния скорости, руководствуясь приводимыми далее рекоменда-
циями.
Для предварительных усредненных расчетов можно восполь-
зоваться поправочными коэффициентами, учитывающими изме-
нения интенсивности движения и характеристик дорог в различ-
ные периоды года (табл. 8.3). При этом поправочные коэффици-
енты для лета приняты за единицу.
Влияние ширины укрепленной поверхности дороги на обеспе-
ченность расчетной скорости оценивают исходя из понятия «шири-
ны психологического коридора». «Психологический коридор» —
это ширина поверхности дороги, которая оказывает психологи-
172
Таблица 8.3. Поправочные коэффициенты, учитывающие изменения
интенсивности движения и характеристик дорог в различные периоды
года
Параметры и характеристики Осень Зима Весна
Сезонные колебания интенсивно- сти движения1 1,2... 1,41 0,7... 1,02 0,8...0,9
Эффективно используемая ширина проезжей части2: при неукрепленных обочинах при укрепленных обочинах 0,95... 1,0 1,0 0,8...0,983 0,95... 1,0 0,95... 1,0 1,0
Уменьшение ширины обочин3: неукрепленных укрепленных 0,5... 1,033 1,0 0,5... 1,03 0,5... 1,03 0,5... 1,03 1,0
Ограничение видимости на кривых в плане 1,0 0,7... 1,0 1,0
Ограничение видимости на прямых участках из-за снегопадов, туманов и метелей4 0,8... 1,0 0,8... 1,0 1,0
Уменьшение ширины проезжей части мостов 0,9... 1,0 0,8... 1,0 1,0
Изменение соотношения интенсив- ности движения по дорогам, пере- секающимся в одном уровне5: в связи с использованием съездов на полевые дороги в связи с колебаниями интенсив- ности движения на основной дороге 1,0... 1,4 1,2 ...1,4 0,9... 1,0 0,7... 1,4 1,0... 1,4 0,8...0,9
Изменение видимости на пересече- ниях в одном уровне 1,0 0,2... 1,05 1,0
Скользкость покрытия6 0,7... 1,0 0,5 ...0,86 0,8... 1,0
1 Верхний предел для дорог I и II категорий, нижний — III и IV категорий.
2 Верхний предел для дорог III и IV категорий, нижний — I и II категорий.
3 Большие размеры принимают при очистке обочин на всю ширину.
4 Расстояние видимости летом по метеорологическим условиям 500 м.
5 Меньшее значение относится к пересечениям, на которых снежные валы из
пределов треугольника видимости не убирают.
6 Верхний предел принимают при 100%-ной обеспеченности дорожной служ-
бы машинами для зимнего содержания, нижний — для 30%-ной обеспеченности
и менее от расчетной потребности.
173
Рис. 8.5. Расчетная схема для опре-
деления ширины укрепленной по-
верхности при встречном движении:
Bi — ширина укрепленной поверхнос-
ти; Вп — ширина психологического ко-
ридора
ческое воздействие на водителя при выборе траектории и режима
движения (рис. 8.5).
Сокращение ширины укрепленной поверхности приводит к
уменьшению ширины психологического коридора. Вместе с этим
снижается и скорость движения. Снижение скорости при умень-
шении ширины укрепленной поверхности существенно зависит
от интенсивности движения. С учетом этих факторов предложе-
ны расчетные формулы для определения максимальной скорости
и коэффициента обеспеченности расчетной скорости, которые
имеют вид
^фшах = ВДф-А,);
Лр.с = аг2(51Ф - вп),
где Кх и К2 — коэффициенты, учитывающие интенсивность и рас-
четную схему движения; Вп — минимальная ширина психологи-
ческого коридора для различных расчетных схем.
Расчетные формулы, значения Кх, К2 и Вп, а также пределы
применимости расчетных формул по интенсивности движения
приведены в табл. 8.4.
Для определения обеспеченной скорости необходимо иметь
данные о фактически используемой для движения ширине укреп-
ленной поверхности дороги Вх^, т.е. ширине чистой проезжей ча-
сти и краевых укрепленных полос. При отсутствии данных непо-
средственных измерений она может быть вычислена по формуле
1?1ф = В + 2Ь — 2/>з,
где В — ширина проезжей части, м; b — ширина краевой укреп-
ленной полосы, м; Ь3 — ширина полосы загрязнения у кромки
проезжей части или краевой укрепленной полосы, м.
Ширина полос загрязнения в зимний и осенне-весенний пе-
риоды зависит от параметров дороги, типа укрепления обочин и
уровня содержания дороги. Ширину полос загрязнения опреде-
ляют проведением непосредственных измерений на каждом ха-
рактерном участке, а при отсутствии данных непосредственных
измерений принимают в зависимости от типа укрепления обочин
(табл. 8.5).
Влияние ширины и типа укрепления обочин на скорость дви-
жения до определенной степени соизмеримо с влиянием ширины
укрепленной поверхности дороги. Однако расчетных формул оцен-
174
Таблица 8.4. Расчетные схемы и формулы определения фактической максимальной скорости и ее коэффициента
обеспеченности при различной интенсивности движения в разные периоды года
Расчетная схема Расчетные формулы Границы применения по интенсивности движения, физические авт./сут
летом в переходные периоды ЗИМОЙ
1. Свободное движение одиночного автомобиля Цртах = ^1(Дф ~ 3,1); *рс = К2(В1ф - 3,1); где * = 40; *2=0,33 Менее 700 Менее 600 Менее 500
2. Движение в частично связан- ном потоке на двухполосной проезжей части при интенсивно- сти движения, авт./сут: 500-1500 1500-4200 ^фтах = “ 4); Крс = Л72(^1ф - 4); где при Б1ф< 7 м К{ = 42,8; К2 = 0,36; при Б1ф > 7 м К\ = 40; К2 = 0,33 ^фтах = “ 4); Кр с = ^(Дф “ 4); где ^=36,4; К2 =0,30 700-1500 1500-4200 600-1200 1200-3600 500-1000 1000-3000
3. Движение при интенсивном встречном потоке на двухполос- ной проезжей части ^фшах = *(*ф - 4); *р.с = К2(В1ф - 4); где *=30,7; *2=0,25 Более 4200 Более 3 600 Более 3000
4. Движение на трехполосной проезжей части: при полной разметке ^Фтах= *(*ф ~ 7,3); *р.с = *(*ф - 7,3); где *1 = 25,7; *2=0,21 Более 7000 Более 6000 Более 5000
Окончание табл. 8.4
Расчетная схема Расчетные формулы Границы применения по интенсивности движения, физические авт./сут
летом в переходные периоды ЗИМОЙ
при отсутствии разметки ^Фтах = Д(Дф ~ 8,5); Кр с = А2(ДФ - 8,5); где при В1ф < 11 м Ki = 38; К2 = 0,32; Более 7000 Более 6000 Более 5000
при 11,1 < Дф< 12,5 м Xi = 26,4; К2= 0,22; при Дф > 12,5 м = 23,2; К2 = 0,19
5. Движение на проезжей части одного направления четырехпо- лосной автомагистрали с разде- лительной полосой:
более 5 м ^фтах= Д(Дф - 4,1); Кр.е = К2(В1ф - 4,1); Менее Менее Менее
где при Дф < 8 м Кх = 36; К2 = 0,30; при 8,1 < Дф < 9,75 м Ki = 30,9; К2 = 0,26 15000 12000 12000
до 5 м ^Фтах = Д(Дф _ 4,1); Арс = Д(Дф - 4,1); Менее Менее Менее
Д=30,9; =0,26 12000 10000 10000
Таблица 8.5. Определение ширины полос загрязнения
Вид укрепления обочины В зимний период В осенне-весенние периоды
А В С D Е
Слой щебня или гравия 0,2-0,4 0,4-0,5 0,3-0,5 0,5...1,0 0,3—0,5 0,6-1,2 0,1-0,3 0,2-0,4 0,1-0,3 0,3-0,5
Засев травой 0,2-0,75 0,3...0,5 0,3-0,5 0,1-0,3 0,1-0,3
0,4-1,0 0,6—1,2 1,2-1,8 0,4-0,6 0,5-1,0
Обочины 0,2-0,75 0,4...0,6 0,4-0,6 0,1...0,5 0,1...0,5
не укреплены 0,4-1,0 1,2...1,8 1,2-2,0 0,6-0,8 1,0-1,5
Примечания: 1. А — на прямых участках и на кривых в плане радиусом
более 600 м при высоте насыпи больше высоты снежного покрова; В — на кри-
вых в плане радиусом 200...600 м при высоте насыпи больше высоты снежного
покрова; С — на снегозаносимых участках, на участках с ограждениями, направ-
ляющими столбиками, тумбами, парапетами; D — на прямых участках и на кри-
вых в плане радиусом более 200 м; Е — на кривых в плане радиусом менее 200 м
и на участках с ограждениями, направляющими столбиками, тумбами, парапетами.
2. В числителе условной дроби приведены значения для дорог I и II катего-
рий, в знаменателе — для дорог III и IV категорий.
3. Ширина полосы загрязнения зависит от оснащения дорожных организа-
ций машинами для содержания дорог. При оснащении, равном 100 % норматив-
ной потребности, ширину полосы загрязнения принимают минимальной, при
60...70% оснащенности принимают средние значения, а при оснащении менее
50 % — максимальные.
4. При устройстве на обочинах покрытия шириной более 1,5 м из асфальто-
бетона, цементобетона или из материалов, обработанных вяжущими, сокраще-
ния ширины укрепленной поверхности не происходит.
ки этого влияния не разработано. Установлено, что наибольшее
влияние оказывает вид и состояние полосы обочины шириной от
кромки проезжей части до 1,5 м. Обработка данных эксперимен-
тальных наблюдений позволила получить зависимость скорости
от ширины обочин (рис. 8.6).
Оценку влияния продольного уклона на обеспеченность рас-
четной скорости выполняют для наиболее характерного (расчет-
ного) состояния покрытия в зимний и осенне-весенний периоды
года, каждое из которых характеризуется коэффициентом сопро-
тивления качению и коэффициентом сцепления.
Различают три расчетные схемы оценки влияния продольного
уклона:
1) по возможной скорости при движении на подъем с учетом
динамических характеристик автомобиля;
2) по возможной скорости с учетом соотношения сил сцепле-
ния и сопротивления движению;
177
Ширина обочин, м
Рис. 8.6. Влияние ширины и типа укрепления
обочин на коэффициент обеспеченности рас-
четной скорости:
1 — обочина укреплена цементобетоном, асфаль-
тобетоном или каменными материалами, обрабо-
танными вяжущим; 2 — обочина укреплена слоем
щебня или гравия; 3 — обочина укреплена засевом
трав; 4 — обочина не укреплена
3) по скорости, допустимой при движении на спуск, исходя из
условий безопасности в зависимости от видимости поверхности
дороги и коэффициента сцепления.
Максимальная скорость д вижения автомобиля на горизонталь-
ном участке и на подъеме может быть определена по динамичес-
кой характеристике автомобиля (рис. 8.7) исходя из условия
Д = i + fv, или Д = у.
Сложность заключается в необходимости учета изменения со-
противления качению с увеличением скорости. Поэтому задачу
решают итерационным методом. Аналогично можно определить
максимальную скорость при движении на подъем для различных
состояний покрытия из уравнения мощностного баланса автомо-
биля, решая его относительно скорости. Однако скорость, полу-
чаемая по тяговой характеристике или мощностному балансу дви-
гателя, далеко не всегда может быть реализована из-за соотноше-
ния сил сопротивления качению и сил сцепления, особенно при
движении на подъем. Скорость, возможную по этим условиям,
определяют по формуле, приведенной в подразд. 3.3. Затем из
178
скоростей, полученных по тяговым характеристикам автомобиля,
и из соотношения сил сопротивления качению и сцепления вы-
бирают меньшее значение и принимают в расчет.
Анализ расчетов показывает, что при движении по заснежен-
ному или обледенелому покрытию скорость чаще ограничена не
тяговыми характеристиками автомобиля, а именно соотношени-
ем сцепных качеств и сопротивления качению.
Максимальная допустимая скорость автомобиля на спуске мо-
жет быть определена из формулы определения видимости поверх-
ности дороги при внезапном торможении:
„ Кэу2
3,6 254(<р±/±/) °’
где v — начальная скорость автомобиля, км/ч; t — время реакции
водителя, / =1 с; А', — коэффициент эксплуатационного состоя-
ния тормозов: для легковых автомобилей принимают Кэ = 1,2; для
грузовых Кэ = 1,3... 1,4; при скоростях движения более 90... 100 км/ч
принимают Кэ = 2,4; /0 — расстояние безопасности перед препят-
ствием, /0= 5... 10 м.
Из этого уравнения для принятой видимости определяют мак-
симально допустимую скорость движения на спуске.
В уравнение входят два основных показателя, характеризующих
условия движения: видимость и коэффициент сцепления, что дает
возможность определить их совместное воздействие при различ-
ных сочетаниях. Сложность точного решения заключается в том,
что значения коэффициента сцепления и сопротивления качению,
входящие в формулу, изменяются с изменением скорости. Поэто-
му точное решение может быть получено методом итерации. Ана-
лиз полученных результатов показывает, что высокая скорость на
спуске может быть обеспечена только на сухом, чистом покрытии.
Оценку влияния видимости поверхности дороги выполняют по
тому же принципу, что и оценку скорости на спуске, решая урав-
нение для горизонтального участка дороги при различных состо-
яниях.
Оценку влияния радиуса вертикальных выпуклых кривых вы-
полняют исходя из необходимого тормозного пути перед препят-
ствием по формуле
v = ,
N \ у
где /?вып — радиус вертикальной выпуклой кривой.
На кривых в плане максимальную обеспеченную скорость дви-
жения с учетом состояния покрытия и уклона виража определяют
по формуле
179
v = А/127/?(ф2±/в),
где R — радиус кривой; (р2 — коэффициент поперечного сцепле-
ния, фг= (0,6...0,8)ф; /в — угол виража.
Поскольку значение сцепления зависит от скорости движения,
решение этого уравнения выполняют итерационным методом.
Влияние коэффициента сцепления на обеспеченную скорость
оценивают, решая уравнение определения видимости при тормо-
жении относительно скорости при принятом значении видимо-
сти и коэффициента сцепления (рис. 8.8).
Влияние ровности на максимальную скорость rmax, км/ч, опре-
деляют в случае измерения ровности Sc, см/км, установкой ПКРС
по формуле А. П. Васильева:
7500
Vmax ^ + 0,155с'
При измерении ровности толчкомером максимальную скорость
определяют по формуле В. М. Сиденко:
850
Цпах ~ г^~ •
Влияние плавности трассы на обеспеченную скорость движе-
ния оценивают исходя из обработки результатов эксперименталь-
ных исследований и измерений, выполненных разными исследо-
вателями на дорогах разных категорий в нескольких странах.
Установлено, что плавность трассы дороги характеризуется со-
четанием многих параметров плана и продольного профиля, из
которых наиболее важными являются сочетание кривизны плана
трассы и среднего продольного уклона.
Рис. 8.8. Зависимость коэффициен-
та обеспеченности расчетной ско-
рости Хр.с от сцепных качеств по-
крытия фбо:
S — расстояние видимости поверхности
180
Для оценки влияния плавности трассы на обеспеченность рас-
четной скорости определяют эти параметры для каждого харак-
терного участка или каждого километра длины дороги:
где а( — угол поворота трассы в плане, ...°; /, — длина участка, км;
L — длина расчетного участка, км; для упрощения L = 1 км.
Тогда расчетная формула для определения кривизны трассы в
плане имеет вид
где п — число поворотов плана трассы на каждом километре
длины.
Средний продольный уклон /ср, %о/км, на каждом километре
определяют по формуле
где I/J — скалярная величина уклона каждого участка прямой в
плане, %о.
При этом уклоны на кривых в плане принимают равными ук-
лонам прямых на подходе и выходе из кривых в продольном про-
филе.
Значения показателя Кр С11, оценивающего плавность трассы,
определяют по табл. 8.6.
Таблица 8.6. Показатель оценки плавности трассы Хр.Си
Средний продольный уклон, %о/км Горизонтальная кривизна трассы, ... °/км
0 90 180 360 540 720 900
Не более 20 1,25 1,10 1,0 0,85 0,65 0,60 0,55
30 1,10 0,90 0,70 0,58 0,48 0,46 0,45
40 0,93 0,79 0,60 0,51 0,43 0,42 0,41
50 0,74 0,68 0,55 0,47 0,41 0,39 0,38
60 0,66 0,60 0,50 0,43 0,38 0,36 0,35
70 0,59 0,51 0,43 0,38 0,35 0,33 0,32
80 0,53 0,46 0,38 0,35 0,33 0,32 0,30
90 0,50 0,39 0,35 0,33 0,30 0,29 0,28
100 0,45 0,33 0,32 0,30 0,28 0,25 0,23
Примечание. Для промежуточных значений использовать линейную ин-
терполяцию.
181
По данным расчетов может быть построен линейный график
обеспеченной скорости, а также определены значения средней
скорости свободного движения и транспортного потока.
8.3. Оценка влияния климатических факторов
на состояние дороги и скорость движения
Условия движения на дорогах в период действия неблагопри-
ятных метеорологических явлений значительно сложнее, чем в
летний период времени при сухом, чистом покрытии и обочинах.
Различия определяются целым рядом факторов, основными из
которых являются:
• снижение сцепных качеств покрытия, изменение механичес-
кого взаимодействия автомобиля с дорогой и ухудшение ровнос-
ти покрытия под воздействием осадков, гололеда, тумана, повы-
шенной влажности воздуха и других факторов;
• увеличение сопротивления движению за счет отложений снега,
грязи, гололеда, появления неровностей на дороге, в результате
чего сокращается свободная мощность двигателя автомобиля;
• изменение очертания и внешнего вида проезжей части и обо-
чин, изменение параметров поперечного профиля за счет снеж-
ных отложений и образования наката, что приводит к изменению
восприятия дороги водителем;
• уменьшение метеорологической видимости в периоды тума-
нов, осадков, пурги, пыльных бурь, слепящего действия солнца,
изменяющее восприятие условий движения водителем;
• ухудшение эксплуатационно-технических качеств автомоби-
ля и прежде всего систем обеспечения удобства и безопасности
движения, к которым относят тормозную систему, рулевое управ-
ление и др.
Чем выше категория дороги, интенсивность и скорость движе-
ния, тем более ощутимо влияние погодно-климатических факто-
ров на режим движения.
Из числа климатических и метеорологических факторов наи-
большее влияние оказывают осадки в виде дождя, сухого или влаж-
ного снега, смешанные снегодождевые осадки, метель, ветер, иней,
гололед, температура и влажность воздуха, туман, солнечная ра-
диация. Большое значение имеет интенсивность воздействия каж-
дого фактора и совместное воздействие нескольких неблагопри-
ятных факторов.
Положение осложняется тем, что на состояние поверхности
дороги и условия движения одновременно воздействует несколь-
ко метеорологических факторов. Поэтому, кроме оценки влияния
на режим движения каждого отдельного метеорологического фак-
тора, необходимо оценивать и их совместное, комплексное влия-
182
ние. Наибольшее влияние на режим движения оказывают метео-
рологические факторы, воздействующие на состояние поверхно-
сти дороги. Оценку их влияния выполняют совместно с оценкой
геометрических параметров и характеристик дорог. Из других ме-
теорологических факторов необходимо оценить влияние метео-
рологической дальности видимости и ветра на скорость движе-
ния.
Метеорологическая дальность видимости относится к факто-
рам, воздействующим на режим движения через водителя. Одна-
ко степень ее влияния во многом зависит от состояния дороги и
прежде всего сцепных качеств. Механизм воздействия метеороло-
гической дальности видимости на режим движения автомобиля с
некоторым допущением может быть принят аналогичным меха-
низму влияния геометрической видимости на дороге. Допущение
заключается в разнице понятий метеорологической дальности
видимости и видимости поверхности дороги.
Дальностью видимости поверхности дороги (геометрическая ви-
димость) считается расстояние, на котором водитель может уви-
деть лежащий на покрытии предмет. Влияние ограниченной гео-
метрической видимости на скорость движения остается постоян-
ным в течение длительного времени, но распространяется на ко-
роткие участки.
Метеорологической дальностью видимости называют наиболь-
шее расстояние, на котором при данной прозрачности атмосферы
абсолютно черный объект с угловыми размерами не менее 20°,
проектирующийся на фоне вблизи горизонта, сливается с фоном
и становится невидимым.
Из формулы определения остановочного пути (см. подразд. 8.2)
определяют степень опасности метеорологических явлений, огра-
ничивающих только видимость, без влияния на коэффициент сцеп-
ления и явлений, ограничивающих видимость и снижающих сцеп-
ные качества покрытий. К первым относят дымку, мглу, дымные
гари, пыльные бури и др.; ко вторым — туман, дождь, снег, ме-
тель и т.д.
Серьезную опасность для движения может представлять ветер,
дующий с большой скоростью. Боковой ветер стремится сместить
автомобиль со своей полосы движения, и водитель вынужден не-
прерывно выравнивать траекторию автомобиля. Под влиянием бо-
кового ветра и увода колес автомобиля траектория движения мо-
жет внезапно измениться, что приведет к аварийной обстановке.
Особенно опасны внезапные порывы ветра, на которые водитель
не успевает среагировать. Воздействие ветра ощущается тем силь-
нее, чем выше скорость движения автомобиля и чем больше его
боковая поверхность. Величина бокового отклонения автомобиля
от заданной траектории зависит в значительной степени от време-
ни реакции водителя, а также от типа автомобиля (расположение
183
Таблица 8.7. Степень опасности метеорологических явлений
при их различной интенсивности
Метеорологические элементы и их характеристики Интенсивность и степень опасности метеорологических явлений
Малоопасные Хрс=1,0...0,75 Опасные Ир.с = 0,75...0,5 Очень опасные 1Грс<0,5
Метель — скорость ветра, м/с 0...3 3...9 Более 9
Гололед, снежный на- кат — коэффициент сцепления — 0,4...0,2 Менее 0,2
Осадки: дождь, мм/мин снегопад, мм/ч — Менее 0,2 Менее 0,1 Более 0,2 Более 0,1
Туман — метеорологи- ческая видимость, м 750 ...500 500...200 Менее 200
Ветер — скорость, м/с 0...10 10...20 Более 20
Температура воздуха, °C: положительная отрицательная 0...30 10...30 30...40 0...10 Выше 40 Выше 40
Относительная влаж- ность воздуха, % 50...90 90... 100 —
центра масс автомобиля и центра давления на боковую поверх-
ность). На кривых в плане боковое давление ветра может совпасть
по направлению с действием центробежной силы, что может при-
вести к боковому скольжению или опрокидыванию автомобиля.
Методика оценки условий движения автомобилей на метео-
опасных участках дорог разработана автором достаточно подроб-
но. Согласно этим методикам можно оценить влияние опасных
для движения метеорологических факторов.
По степени влияния интенсивности метеорологических фак-
торов на скорость движения автомобилей по эталонной дороге
можно выделить три характерных интервала: малоопасный (ЛГР с =
= 1,0...0,75), опасный (ХрС = 0,75...0,5) и очень опасный (Кр с < 0,5).
Им соответствуют нормальные, трудные и очень трудные условия
движения. Значения интенсивности различных метеорологических
факторов, соответствующих этим интервалам, приведены в табл. 8.7.
Наибольшие трудности для состояния дорог и условий движе-
ния представляют гололед, метель, осадки в виде дождя и снега,
туман и ветер. В такой последовательности они могут быть распо-
ложены по степени их воздействия на условия движения.
184
8.4. Пропускная способность
и уровни загрузки дороги движением
Пропускная способность автомобильной дороги — это макси-
мальное количество автомобилей, которое может пропустить
данный участок дороги в единицу времени, а уровень загрузки
дороги движением — это отношение фактической интенсивности
движения, приведенной к пропускной способности легковых
автомобилей.
Методы определения пропускной способности и уровня за-
грузки дороги движением основаны на закономерностях, описы-
вающих связи между тремя характеристиками транспортного по-
тока: интенсивностью N, авт./ч; плотностью движения, т. е. чис-
лом автомобилей на единицу длины полосы движения q, авт./км;
скоростью движения v, км/ч:
# = qv.
Графическое изображение этой зависимости называют основ-
ной диаграммой транспортного полотна. Она обладает рядом
свойств, которые широко используют при организации и регули-
ровании движения.
Различают теоретическую максимальную и практическую про-
пускную способность.
Теоретическая максимальная пропускная способность Ртах —
это пропускная способность для эталонного горизонтального
участка дороги, определяемая расчетом по формулам динами-
ческой теории движения транспортных потоков для идеализи-
рованного колонного движения однотипных легковых автомо-
билей.
В основу расчета теоретической пропускной способности по-
ложены уравнения
_ 1000г> D 3600
Л>ах - —j—, или Pmax - ——,
где v — скорость движения, км/ч; L — динамический габарит
автомобиля, м; t — временной интервал между проходами авто-
мобилей, с.
Следует иметь в виду, что в динамический габарит входит рас-
стояние между автомобилями и длина самого автомобиля:
L = 1Р + ST + la + Iq,
где Ip — путь, проходимый автомобилем за время реакции водите-
ля, м; £ — тормозной путь, м; /а — длина автомобиля, м; /0 —
интервал безопасности до впереди идущего автомобиля, м.
185
После подстановки этих значений в формулу получим
1000г
max v Кэу2 ’
3,6 + 254(<р±г + /) + /а +4
Однако эти уравнения не учитывают наиболее вероятную схе-
му движения автомобилей в пачках или в колонне. С учетом этого
расчетная формула теоретической пропускной способности, авт./ч,
имеет вид
„ _ 3600г
тах"Тй?
где у — оптимальная скорость движения, м/с; /б — расстояние
безопасности между автомобилями в пачке или колонне, м.
Расстояние безопасности /б, м, определяют по формуле
где й] — замедление первого автомобиля при аварийном тор-
можении, м/с2; а2 — замедление второго автомобиля при нор-
мальном торможении, м/с2; tr — время реакции водителя автомо-
биля, с.
Многочисленными исследованиями установлено, что оптималь-
ная средняя скорость транспортного потока, соответствующая
максимальной пропускной способности, колеблется в пределах
40...60 км/ч.
Практическая пропускная способность Р— это наибольшее число
автомобилей, которое может быть пропущено участком дороги в
реальных дорожных и погодно-климатических условиях. Для вы-
числения практической пропускной способности В.В.Сильянов
предложил формулу
Р = ВРтя11,
где В — итоговый коэффициент снижения пропускной способно-
сти, вычисляется как произведение 15 частных коэффициентов,
учитывающих различные параметры и характеристики дорожных
условий, В= 0,3... 1,0.
При увеличении плотности транспортного потока возраста-
ют взаимные помехи между автомобилями, скорость движения
уменьшается, уменьшается и пропускная способность. Абсолют-
ная пропускная способность полосы движения при интервалах
между автомобилями t = 1 с может достигать 3 600 авт./ч. Одна-
ко ее реализация практически невозможна. Поэтому для реаль-
186
ных условий исходят из следующих значений пропускной спо-
собности:
для двухполосных дорог — 2000 авт./ч в обоих направлениях;
для трехполосных — 4000 авт./ч в обоих направлениях;
для многополосных автомагистралей 1250 авт./ч — для край-
ней правой полосы, 1800 авт./ч — для крайней левой полосы и
1500— 1700 авт./ч — для средних полос движения.
Пропускная способность наиболее заметно снижается в небла-
гоприятные для движения осенне-весенний и зимний периоды
года, особенно в периоды действия неблагоприятных погодно-
климатических факторов: во время дождей, снегопадов, гололеда,
тумана и др. В этих условиях чаще всего происходят заторы на
участках дорог с высокой интенсивностью движения, когда тре-
буемые по безопасности движения интервалы между автомобиля-
ми существенно превышают оптимальные по пропускной способ-
ности.
Установлено весьма важное положение: связность транспорт-
ного потока не является величиной постоянной. Она существен-
но изменяется в зависимости от состояния покрытия и условий
погоды.
На сухом шероховатом покрытии взаимное влияние автомоби-
лей начинает ощущаться при интервалах t менее 10 с, т.е. при
интенсивности более 360 авт./ч, на мокром шероховатом покры-
тии — при интервалах менее 11 с, а на снежном накате взаимное
влияние заметно при интервалах меньше 15 с, т.е. при интенсив-
ности более 240 авт./ч, а при гололеде уже при интервалах менее
20 с, т.е. при интенсивности более 180 авт./ч (рис. 8.9). Соответ-
ственно изменяется скорость движения и пропускная способность
(рис. 8.10). Поэтому сезонную пропускную способность Рсез, авт./ч,
Рис. 8.9. Зависимость раз-
меров часто повторяющихся
интервалов t автомобилей от
скорости v и состояния по-
крытия:
1, 2 — шероховатое сухое и мок-
рое соответственно; 3 — частич-
ный гололед; 4 — снежный на-
кат; 5 — гололед; 6 — сырая грязь
187
Рис. 8.10. Зависимость пропус-
кной способности N от скорос-
ти v при разных состояниях по-
крытия:
1, 2 — шероховатое сухое и мокрое
соответственно; 3 — частичный го-
лолед; 4 — снежный накат; 5 — го-
лолед
необходимо определять для осенне-весеннего и зимнего перио-
дов года по формуле
^сез V®^cB?max>
где у — коэффициент, учитывающий движение по встречной по-
лосе, а для многополосных дорог — по соседней полосе (для двух-
полосных дорог принимают \|г = 0,7...0,9, а для многополосных
\|/= 0,8 ...0,9); а — коэффициент, зависящий от дорожных и ме-
теорологических условий; г>св — средняя скорость свободного дви-
жения автомобилей в реальных дорожных и метеорологических
условиях, км/ч; <7тах — максимальная плотность потока, авт./км,
<?тах = 85 — 90 авт./км.
При скорости vCB более 55 км/ч пропускную способность не
рассчитывают, а принимают без расчета.
Значения коэффициента а вычисляют по формуле
а = 0,65 - 0,00425рфтах.
Уровень загрузки в расчетный период года определяется как
отношение
g _ ^сез
^сез«
где N"e3 — интенсивность движения в расчетный период года,
приведенная к легковому автомобилю, авт./ч; п — число полос
движения;
^сез ~ ^сезТср.вз ИЛИ Nce3 — ’
где Nce3 — сезонная интенсивность движения в реальных автомо-
билях, авт./ч; иь п2,..., л, — число автомобилей различных типов в
составе интенсивности движения, авт./ч; уь у2, ..., у( — коэффи-
циенты приведения различных автомобилей к расчетному легко-
вому принимают в соответствии со СНиП 2.05.02—85.
188
Таблица 8.8. Осредненные значения коэффициентов
сезонных колебаний интенсивности движения
Категории дорог Период года
Летний Осенний Зимний Весенний
I и II 1,0 1,1... 1,4 0,7... 1,0 0,8...0,9
III, IV, и V 1,0 1,2 1,0 0,8
В случае, когда известна только среднегодовая интенсивность,
можно воспользоваться осредненными значениями коэффициен-
тов сезонных колебаний интенсивности движения К"е} (табл. 8.8).
Тогда уровень загрузки движением в расчетный период
Ка N
Z сез7 т ср.год
РсезИ
Во многих зарубежных странах вместе с понятием «уровень за-
грузки» было введено понятие и «уровень удобства», которые во
многом имеют близкие значения, хотя второе понятие несколько
отличается от первого тем, что в нем полнее учитывается состоя-
ние потока. Эти два понятия нашли свое применение и в отече-
ственной практике.
Таблица 8.9. Уровень удобства и уровень загрузки движением
для двухполосных дорог в различные периоды года
Уровень удобства Уровень загрузки движением Максимальная интенсивность движения по двум полосам при данном уровне загрузки, авт./ч Коэффициент, учитыва- ющий влияние движения по встречной полосе Состояние потока
Летом В пере- ходные периоды Зимой
А Меньше 0,2 430 360 310 0,9 Свободное
Б 0,2-0,45 430-850 360-720 310-620 0,8 Частично связанное
В 0,45-0,70 860-1260 720-1050 620-890 0,75 Связанное
Г-а 0,4-1,0 1260-1680 1050-1400 890-1190 0,7 Насыщенное
Г-б 0; 0,1 0-1800 0-1700 0-1500 — Плотное на- сыщенное, заторы
189
В связи с тем что пропускная способность дорог при неблаго-
приятных условиях погоды значительно меньше, чем в эталонных
условиях, уровень загрузки движением и состояние транспортно-
го потока при одной и той же фактической интенсивности дви-
жения в различные периоды года могут колебаться в значитель-
ных пределах (табл. 8.9). Исходя из этого может быть установлена
допустимая интенсивность движения для различных категорий
дорог и периодов года.
В табл. 8.10 приведены наиболее желательные допустимые ин-
тенсивности движения при оптимальных уровнях удобства и за-
грузки движением и различной ширине проезжей части и обочин.
Однако даже при самом неблагоприятном составе транспорт-
ного потока в обычных условиях на дорогах III, IV категорий,
построенных в соответствии со СНиП Д.5—72 и СНиП 2.05.02—85,
уровень загрузки не будет превышать расчетный и нет необходи-
мости его оценивать. Исключение составляют участки горных дорог
без укрепленных краевых полос, на которых в зимний и весенне-
Таблица 8.10. Допустимая интенсивность движения для различных
категорий дорог и периодов года
Категория дороги, характеристика проезжей части и обочин Допустимая интенсив- ность движения в двух направлениях при уровне загрузки 0,5—0,7 авт./ч*
Летом В пере- ходные периоды Зимой
II категория: при ширине проезжей части 7,5 м с укреп- ленными обочинами или краевыми полосами при ширине проезжей части 7,5 м без укреп- ленных обочин и краевых полос 1300 1200 1100 900 1000 800
III категория: при ширине проезжей части 7,0 м с укреп- ленными обочинами и краевыми полосами при ширине проезжей части 7,0 м без укреп- ленных обочин и краевых полос 1200 1000 1000 750 850 650
IV категория: при ширине проезжей части 6,0 м с укреп- ленными обочинами и краевыми полосами при ширине проезжей части 6,0 м без укреп- ленных обочин и краевых полос 1000 800 800 600 600 400
* В физических автомобилях при среднем составе транспортного потока.
190
осенний периоды года уровень загрузки может превысить расчет-
ный. Что касается дорог I и II категорий, то проверка их пропус-
кной способности и уровней загрузки обязательна. В первую оче-
редь эту проверку необходимо выполнять для условий работы до-
рог в зимний и переходные периоды года. Особое внимание уде-
ляют оценке пропускной способности на участках дорог вблизи
подходов к городам на расстоянии 30...70 км от городов, которые
обычно перегружены движением. На дорогах с высокой интен-
сивностью движения необходимо проверять возможность и оче-
редность образования заторов при различных метеорологических
условиях.
Анализ данных о размерах интервалов между автомобилями и
пропускной способности показывает, что они в значительной мере
зависят от погодных условий и состояния дорог. Этим объясняет-
ся существенное снижение скоростей движения, пропускной спо-
собности и возникновения заторов на дорогах в неблагоприятных
условиях погоды. Поэтому дорожные организации должны уде-
лять наибольшее внимание состоянию поверхности дорог в этих
условиях.
8.5. Оценка влияния дорожных условий
на безопасность движения
К ДТП, связанным с неудовлетворительным состоянием до-
рог, относятся все ДТП, вызванные несоответствием технических
параметров дороги требованиям современного движения (недо-
статочная ширина проезжей части, малые радиусы кривых в пла-
не и профиле, узкие мосты и т.д.), а также связанные с недостат-
ками в содержании и обустройстве дорог: повышенная скольз-
кость дорожного покрытия, загрязнение покрытия и выбоины на
нем, неудовлетворительное состояние обочин, объездов и примы-
каний, плохое состояние мостов и подъездов к ним, сужение про-
езжей части из-за неполной очистки от снега, ограниченная ви-
димость из-за разросшихся зеленых насаждений, откосов выемок
и прочего, отсутствие виражей и уширения проезжей части на
кривых малого радиуса, отсутствие или неправильная установка
дорожных знаков, разметки, отсутствие ограждений и др.
Существуют несколько способов и критериев оценки безопас-
ности движения на дорогах. Оценка и сравнение разных участков
дорог могут быть выполнены по абсолютному числу ДТП на этих
участках или по покилометровому графику ДТП. Недостаток это-
го способа в том, что он не учитывает интенсивность движения.
Более надежным для эксплуатируемых дорог является оценка
по коэффициенту происшествий, который характеризует число ДТП,
приходящихся на 1 млн авт.-км пробега.
191
Важным показателем безопасности
движения является плавность измене-
ния скорости автомобиля на смежных
участках дороги, которая может быть
оценена коэффициентом безопасности,
предложенным В. Ф. Бабковым.
Коэффициентом безопасности назы-
вают отношение максимальной скоро-
сти движения на участке к максималь-
Рис. 8.11. Схема к опреде- ной скорости въезда автомобиля на этот
лению коэффициента без- участок или такое же отношение коэф-
опасности фициентов обеспеченности расчетной
скорости (рис. 8.11).
Например, чтобы сохранить устойчивость автомобиля на кри-
вой малого радиуса, водитель должен снизить скорость движе-
ния от г’фтах, ДО г’фтах?- Аналогичная ситуация возникает при
подъезде к участку сужения дороги, ограничении видимости в
плане или профиле, когда водитель должен резко снижать ско-
рость движения, чтобы избежать дорожно-транспортное проис-
шествие.
8.6. Методы выявления участков концентрации
дорожно-транспортных происшествий
Дорожно-транспортные происшествия распределяются нерав-
номерно по протяжению дороги и концентрируются на отдель-
ных ее участках.
Методика выявления участков концентрации ДТП разработа-
на под руководством В. В. Чванова группой специалистов ФГУП
РосдорНИИ.
Участки дорог, на которых относительные показатели аварий-
ности за определенный период времени превышают установлен-
ный критический уровень, классифицируют как участки кон-
центрации ДТП. Указанные методы эффективны при наличии
достоверной информации о ДТП за период не менее 3 лет, а так-
же налаженной системы учета интенсивности дорожного дви-
жения.
К участкам концентрации ДТП относят участки дорог с уров-
нем фактической аварийности, превышающим установленные
критические значения, возникновению которых могли способство-
вать неблагоприятные дорожные условия.
Для инженерных расчетов в качестве базовых использованы
следующие средние значения коэффициентов относительной ава-
рийности (число ДТП на 1 млн авт.-км), установленные для дорог
общего пользования Российской Федерации:
192
Автомобильные магистрали.......................0,20
Многополосные дороги с разделительной полосой.0,25
Многополосные дороги без разделительной полосы.0,58
Двухполосные дороги............................0,42
Значение коэффициента относительной аварийности в эталон-
ных дорожных условиях установлено равным 0,08 ДТП на 1 млн
авт.-км. При этом учитывают только ДТП с пострадавшими.
Участки концентрации ДТП выявляют на основе метода по-
следовательных приближений, обеспечивающего наиболее высо-
кую точность определения таких участков при наличии полной
(с точностью до метров) информации о местоположении ДТП
и сведений о среднегодовой суточной интенсивности движения.
Учитывая, что рассматриваемый метод требует большого объема
вычислений, для его применения рекомендуют использовать спе-
циальные компьютерные программы.
Для обеспечения необходимой достоверности коэффициент
относительной аварийности определяют по данным учета ДТП не
менее чем за 3 года для дорог I—III категорий и 5 лет для дорог
IV и V категорий.
При среднегодовой суточной интенсивности движения свыше
3000 авт./сут к участкам концентрации ДТП относят участки до-
рог, на которых абсолютное число ДТП за расчетный период не
менее значений, приведенных в табл. 8.11, а коэффициент отно-
сительной аварийности — не менее 0,3.
Местоположение участков концентрации ДТП устанавливают
следующим образом.
От адреса произвольно выбранного (например, первого от на-
чала дороги) ДТП последовательно откладывают расстояния («шаб-
лон») от больших значений до меньших в пределах диапазонов их
Таблица 8.11. Ивтевсивность дввжевия в мивимальное число ДТП
ва участках их концевтрации за 3 года
Интенсивность движения, авт./сут Минимальное число ДТП за 3 года на участках их концентрации при длине участка, м
до 200 200...400 400...600 600... 800 800... 1200
3000-7000 3 3 3 4 4
7000-11000 3 3 4 4 5
11000-13000 3 3 4 5 5
13000-15000 3 4 4 5 6
15000-17000 3 4 5 5 6
17000-20000 4 4 5 6 7
Свыше 20000 4 4 6 6 8
193
изменения, указанных в табл. 8.11. Для каждого получаемого та-
ким образом отрезка дороги устанавливают за расчетный период
абсолютное число ДТП и рассчитывают значение коэффициента
относительной аварийности. На основе результатов этих расчетов
выявляют отрезок дороги наименьшей длины (из рассмотренных),
на котором имеется концентрация ДТП. Протяженность участка
концентрации ДТП принимают равной расстоянию от первого до
последнего ДТП на рассматриваемом отрезке дороги.
От адреса следующего на дороге ДТП откладывают расстояния
той же величины и для каждого получаемого отрезка дороги про-
водят аналогичные расчеты. На основе результатов этих расчетов
на рассматриваемых участках дороги либо выявляют концентра-
цию ДТП, либо устанавливают ее отсутствие.
Последовательно переходя от одного адреса ДТП к другому,
продолжают осуществлять перечисленные действия. Расчет завер-
шают, когда будет достигнут адрес последнего на рассматривае-
мом участке дороги ДТП.
Если местоположение смежных участков концентрации ДТП
имеет совпадающие зоны, их рассматривают в качестве единого
участка концентрации ДТП.
При необходимости выявления участков концентрации ДТП на
отдельных элементах (характерных участках) дорог с однородными
условиями движения (кривые в плане, подъемы и спуски, зоны
пересечений, железнодорожные переезды, населенные пункты и т.п.)
определяют общее число ДТП на указанных участках (с учетом зон
их влияния) и рассчитывают коэффициенты относительной ава-
рийности. При этом в качестве критических значений показате-
лей, позволяющих выявить участок концентрации ДТП, использу-
ют значения (см. табл. 8.11), соответствующие протяженности рас-
сматриваемого элемента (характерного участка) дороги.
При необходимости выявления участков концентрации ДТП
на дорогах с интенсивностью движения свыше 3000 авт./сут в ус-
ловиях отсутствия полных данных о местоположении ДТП (от-
сутствует метровая привязка) допускается применять упрощен-
ный метод, являющийся частным случаем метода последователь-
ных приближений.
В рассматриваемом случае выявление участков концентрации
ДТП заключается в определении числа ДТП, расчете коэффици-
ента относительной аварийности на последовательно расположен-
ных километровых участках и сравнении их с соответствующими
критическими значениями, указанными в табл. 8.11.
Если на рассматриваемом участке концентрации ДТП расстоя-
ние между километровыми указателями превышает 1200 м (на-
пример, в случае отсутствия километровых указателей), вычисля-
ют удельное число п,- ДТП на длине /, кратной общей длине L
рассматриваемого участка, по формуле
194
nLl
п‘~~ь’
где nL — абсолютное число ДТП на рассматриваемом участке.
Коэффициент относительной аварийности вычисляют на всю
длину рассматриваемого участка длиной L.
Для выявления участков концентрации ДТП на дорогах с ин-
тенсивностью движения менее 3000 авт./сут используют критиче-
ские показатели аварийности, представленные в табл. 8.12. К уча-
сткам концентрации ДТП относят участки дорог, на которых фак-
тическая плотность ДТП (среднее число ДТП в год на 1 км) не
менее значений, указанных в табл. 8.12 при данной среднегодо-
вой суточной интенсивности движения.
Местоположение участков концентрации ДТП в рассматрива-
емых условиях устанавливают следующим образом.
Последовательно рассматривают километровые участки дорог.
Выявляют участки с двумя и более ДТП (каждый из выявленных
участков может состоять из нескольких километровых участков),
имеющие смежные километровые участки, на которых в течение
расчетного периода не было зафиксировано ни одного ДТП. Если
Таблица 8.12. Минимальная плотность ДТП в зависимости
от интенсивности движения
Интенсивность движения, авт./сут Минимальная плотность ДТП на участках их концентрации, число ДТП в год на 1 км
Вне населенных пунктов В пределах населенных пунктов
Менее 1000 0,28 0,38
1000-1200 0,29 0,42
1200-1400 0,30 0,53
1400-1600 0,32 0,60
1600-1800 0,34 0,64
1800-2000 0,36 0,72
2000-2200 0,39 0,85
2200 - 2400 0,43 0,90
2400-2600 0,46 0,94
2600-2800 0,50 1,00
2800-3000 0,54 1,20
3000-3200 0,60 1,25
Примечание. Километровые участки с одним ДТП, совершенным за рас-
четный период, не являются участками концентрации ДТП.
195
в состав какого-либо из выявленных участков попали участки, рас-
положенные как в населенном пункте, так и вне его пределов, то в
дальнейших расчетах они рассматриваются отдельно друг от друга.
Для всех выявленных участков вычисляют фактическую плот-
ность ДТП по формуле
где л, — число ДТП, совершенных на /-м рассматриваемом участ-
ке в течение расчетного периода; протяженность /-го рассмат-
риваемого участка дороги, км.
Если на каком-либо участке фактическая плотность ДТП при
данной среднегодовой суточной интенсивности движения превы-
шает значения, указанные в табл. 8.12, его относят к категории
участков концентрации ДТП.
При отсутствии сведений о фактической интенсивности дви-
жения (например, на территориальных дорогах) на период до по-
лучения таких сведений допускается применять метод выявления
участков концентрации ДТП, основанный на использовании сле-
дующей исходной информации:
• сведения об адресах ДТП (достаточна точность привязки к
указателям километров на дороге), повлекших гибель или ране-
ние людей, совершенных за расчетный период;
• данные о фактических расстояниях между километровыми
столбами на рассматриваемых дорогах.
В этом случае к участкам концентрации ДТП относят участки
дорог, на которых абсолютное число ДТП за расчетный период не
менее значений, указанных в табл. 8.13 при данной фактической
плотности ДТП.
Для повышения точности определения участков с повышен-
ным уровнем аварийности на территориальных дорогах со схожи-
Таблица 8.13. Пределы плотности ДТП на участках их концентрации
Плотность ДТП (число ДТП в год на 1 км) Минимальное число ДТП за 3 года на участках их концентрации при длине участка, м
до 1000 1000... 2000 2000... 3000
Менее 0,20 3 4 4
0,20...0,24 3 4 5
0,24...0,28 3 4 5
0,28...0,32 4 4 5
0,32...0,44 4 5 5
0,44...0,52 4 5 6
196
ми техническими и транспортно-эксплуатационными характери-
стиками среднее число ДТП в год на 1 км необходимо вычислять
по как можно большей статистической выборке данных о ДТП,
совершенных на выделенной группе дорог, что повышает надеж-
ность определения среднестатистического допустимого уровня
аварийности на дорогах с однородными условиями движения.
Местоположение участков концентрации ДТП при использо-
вании данного метода устанавливают следующим образом.
Определяют перечень дорог, на которых должны быть выявле-
ны участки концентрации ДТП. Выбранные дороги объединяют в
группы с однородными условиями движения по какой-либо зна-
чимой характеристике, например по категории, типу покрытия
проезжей части.
Для каждой группы дорог вычисляют среднее число ДТП в год
на 1 км по следующей формуле:
где — число ДТП, совершенных на рассматриваемой группе
дорог в течение расчетного периода; L — общая протяженность
дорог данной группы, км.
Максимально возможную длину участков концентрации ДТП
принимают равной 3000 м. Устанавливают участки, протяжен-
ность которых менее этой длины, а абсолютное число ДТП, со-
вершенных на них за расчетный период, превышает значения,
указанные для длины участка 2000...3000 и в табл. 8.13 для дан-
ной плотности ДТП. Затем максимальную длину проверяемых
участков дорог уменьшают до 2000 м. Аналогичным способом с
использованием значений, приведенных в табл. 8.13 для длины
участка 1000... 2 000 м, выявляют участки концентрации ДТП, про-
тяженность которых составляет 1000...2000 м, и переходят к рас-
смотрению участков, длина которых не превышает 1000 км.
Для прогнозирования характера изменения аварийности и оценки
эффективности мероприятий по повышению безопасности движе-
ния на участках концентрации ДТП их подразделяют на три типа
в зависимости от стабильности наблюдаемого уровня аварийности:
• прогрессирующие, на которых за последний год имеется суще-
ственный (статистически значимый) рост числа ДТП по сравне-
нию со средним наблюдавшимся уровнем аварийности;
• стабильные, на которых распределение числа совершенных
ДТП по годам свидетельствует о постоянстве среднего наблюдае-
мого уровня аварийности;
• регрессирующие («затухающие»), на которых статистически
значимое уменьшение числа совершенных ДТП свидетельствует
о снижении наблюдавшегося уровня аварийности.
197
Таблица 8.14. Классификация участков концентрации ДТП
Тип участка концентрации ДТП Число ДТП за последний год при среднем числе ДТП за предшествующий расчетный период (не менее 3 лет)
1-1,2 1,2-1,5 1,5-2,2 2,2-2,85 2,85-3,2 3,2-3,5 Более 3,5
Регрессирующий 0 1 1 Не более 2 Не более 2 Не более 3 Не более 3
Стабильный 1-2 2 2—3 3—4 3-5 4-5 4—6
Прогрессирующий Не менее 3 Не менее 3 Не менее 4 Не менее 5 Не менее 6 Не менее 6 Не менее 7
Таблица 8.15. Количественные критерии оценки участков по степени опасности
Степень опасности участка концентрации ДТП Граничные значения коэффициента относительной аварийности (число ДТП на 1 млн авт.-км) по типам автомобильных дорог
Автомобильные магистрали Многополосные дороги с разделительной полосой Многополосные дороги без разделительной полосы Двухполосные дороги
Малоопасный 0,17-0,36 0,18...0,70 0,18-0,44 0,19-0,90 0,19-0,52 0,20... 1,90 0,20. ..0,70 0,40-2,00
Опасный 0,36.. .0,65 0,70-0,60 0,44,. ,0,80 0,90-3,00 0,52-0,98 1,90... 4,30 0,70,„1,30 2,00-4,40
Очень опасный Более 0,65 Более 2,60 Более 0,80 Более 3,00 Более 0,98 Более 4,30 Более 1,30 Более 4,40
Примечание. В числителе условной дроби — при осреднении по километровым участкам, в знаменателе — при осреднении
по характерным элементам.
Количественные критерии отнесения участков концентрации
ДТП к указанным типам приведены в табл. 8.14.
В зависимости от значения коэффициента относительной ава-
рийности участки концентрации ДТП по степени опасности сле-
дует подразделять на малоопасные, опасные и очень опасные.
Количественные критерии оценки участков по степени опаснос-
ти представлены в табл. 8.15.
Значения, приведенные в числителе табл. 8.15, следует исполь-
зовать для оценки степени опасности участков концентрации ДТП
при разбивке рассматриваемой дорожной сети на километровые
участки с последующим расчетом коэффициента относительной
аварийности.
При оценке степени опасности характерных участков и эле-
ментов дорог (пересечения и примыкания, населенные пункты,
кривые в плане и т.п.) используют значения, приведенные в зна-
менателе.
При планировании мероприятий по повышению безопасности
движения на выявленных участках концентрации ДТП с учетом
приоритетности следует учитывать как стабильность уровня ава-
рийности на участках концентрации ДТП, так и степень их опас-
ности. Наиболее высокой приоритетностью с позиции включе-
ния в программу ликвидации участков концентрации ДТП обла-
дают прогрессирующие и стабильные участки концентрации ДТП,
характеризующиеся одновременно высокой степенью опасности.
Контрольные вопросы
1. Как можно определять скорость движения автомобилей?
2. Как определяют влияние ширины укрепленной поверхности доро-
ги на скорость движения?
3. Как влияет величина продольного уклона на коэффициент обеспе-
ченности расчетной скорости и как определить это влияние?
4. Как можно определить влияние вертикальных выпуклых кривых и
кривых в плане на максимальную обеспеченную скорость?
5. Как оценивают плавность трассы по коэффициенту обеспеченнос-
ти расчетной скорости?
6. Что такое пропускная способность дороги, какая она бывает, как
ее определяют?
7. Как и какими показателями оценивают безопасность движения по
дорогам?
Глава 9
МОНИТОРИНГ, ДИАГНОСТИКА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ДОРОГИ
КАК ОСНОВА УПРАВЛЕНИЯ ЕЕ СОСТОЯНИЕМ
9.1. Общие положения. Роль диагностики
в системе управления состоянием дорог
Состояние автомобильной дороги в процессе эксплуатации
непрерывно изменяется.
Чтобы правильно назначить вид, объем, место и время произ-
водства тех или иных работ по ремонту и содержанию дороги, не-
обходимо иметь достоверную информацию о состоянии каждого
участка в данный момент времени, о характере и причинах появле-
ния деформаций и разрушений и возможных темпах их развития.
Процессу сбора, обработки, хранения и использования инфор-
мации о состоянии дороги дорожно-эксплуатационная служба
уделяет особое внимание.
В дорожной литературе этот процесс долгое время назывался
диагностикой состояния дорог.
Диагностика состояния автомобильных дорог — обследование,
сбор и анализ информации о параметрах, характеристиках и ус-
ловиях функционирования дорог и дорожных сооружений, нали-
чии дефектов и причин их появления, характеристиках транспорт-
ных потоков, необходимой для оценки и прогноза состояния дорог
и дорожных сооружений в процессе дальнейшей эксплуатации.
Целью диагностики автомобильных дорог является получение
полной и объективной информации об их состоянии для обеспе-
чения эффективного решения задач, связанных с обеспечением и
поддержанием высоких потребительских свойств эксплуатируе-
мых автомобильных дорог.
В последние годы вошел в обиход новый термин аналогичного
содержания — мониторинг.
Однозначного перевода английского слова monitoring в рус-
ском языке нет. В различных словарях и изданиях существует бо-
лее 20 понятий этого слова, анализ которых показывает, что оно
может означать слово «контроль».
Одно из наиболее полных определений имеется в энциклопе-
дии «Автомобильные дороги Беларуси» (Минск: Белорусская Эн-
циклопедия, 2002. — С. 467): «Мониторинг — система сбора, об-
работки и хранения определенного вида информации с целью
использования ее для принятия управленческих решений».
200
Такое определение вполне согласуется с понятием «диагности-
ка» и может применяться наравне с ним.
Диагностика является главным звеном в системе управления
состоянием автомобильных дорог, которое можно рассматривать
как ряд последовательных этапов или действий, направленных на
достижение конечных целей и задач управления (рис. 9.1).
Следующим этапом управления является оценка транспортно-
эксплуатационного состояния дороги, т.е. определение степени со-
ответствия фактического состояния дороги предъявленным тре-
бованиям.
Задача оценки состоит в том, чтобы сравнить фактические дан-
ные о состоянии дороги по установленному перечню параметров,
характеристик и показателей с нормативными требованиями, оп-
ределить расхождения между ними, оценить степень этих расхож-
дений и роль дефектов, выявить и оценить причины возникнове-
ния расхождения и дефектов.
Диагностику и оценку состояния обычно выполняют одновре-
менно и затем переходят к третьему этапу управления — планиро-
ванию ремонтных работ, т.е. назначению мероприятий по устра-
нению выявленных дефектов и расхождений.
Однако такое планирование малоэффективно, поскольку оно
позволяет только устранить уже имеющиеся дефекты, деформа-
ции и разрушения. Более эффективным следует считать планиро-
Рис. 9.1. Схема управления состоянием дорог
201
вание мероприятий не только по устранению уже выявленных
деформаций, но и по предупреждению появления деформаций
там, где они могут проявиться в ближайшее время.
Для этого необходим этап прогнозирования изменения состоя-
ния дороги на несколько лет вперед. По итогам прогнозирования
состояния могут быть назначены мероприятия по предупрежде-
нию возможных в ближайшее время деформаций и разрушений.
Следующим важнейшим этапом управления является оценка
эффективности намеченных мероприятий и выбор стратегии ра-
бот по содержанию, ремонту или реконструкции дорог с учетом
реальных финансовых и ресурсных возможностей. Цель этого этапа
в том, чтобы из множества возможных вариантов выбрать вари-
ант, который при ограниченных ресурсах дает наибольший эф-
фект по достижению конечных задач, определенных на этапе фор-
мирования целей и задач управления.
Последним, но очень важным этапом является реализация вы-
бранной стратегии, т.е. выполнение намеченного объема и оче-
редности работ по содержанию, ремонту или реконструкции, кон-
троль качества их выполнения.
Следующий цикл управления начинается с корректировки це-
лей и задач управления и повторной диагностики и все повторя-
ется в той же последовательности.
Диагностику и оценку состояния автомобильных дорог и до-
рожных сооружений производят систематически через установ-
ленные промежутки времени на протяжении всего срока службы
дорог и дорожных сооружений.
По результатам диагностики и оценки состояния дорог в про-
цессе эксплуатации выявляют участки дорог, не отвечающие нор-
мативным требованиям к их транспортно-эксплуатационному
состоянию, и, руководствуясь Классификацией работ по ремонту
и содержанию автомобильных дорог общего пользования, опре-
деляют виды и состав основных работ и мероприятий по содер-
жанию, ремонту и реконструкции в целях повышения их транс-
портно-эксплуатационного состояния до требуемого уровня.
По объему выполнения работ диагностику и оценку состояния
дорог подразделяют на первичную и оперативную (повторную).
При первичной диагностике, как правило, измеряют и оценивают
весь комплекс установленных параметров и характеристик состо-
яния дороги, а также транспортного потока, а при повторной ди-
агностике — только переменные, к которым относятся прочность
дорожной одежды, продольная и поперечная ровность (глубина
колеи), шероховатость и сцепные качества покрытия, характери-
стики транспортного потока и др. Кроме того, при повторной
диагностике измеряют и оценивают те постоянные параметры и
характеристики, которые были изменены в процессе ремонта или
реконструкции.
202
Первичную диагностику эксплуатируемых автомобильных до-
рог следует проводить один раз в 3 — 5 лет в целях формирования
базового банка данных.
В целях оптимизации затрат на обследование автомобильных
дорог устанавливается определенная очередность и периодичность
их проведения.
Оперативная (повторная) диагностика дорог должна выполнять-
ся ежегодно на всей дорожной сети в целях своевременного выяв-
ления и устранения дефектов, влияющих на безопасность движе-
ния автотранспортных средств, для контроля качества дорожных
работ, а также для ежегодного планирования дорожных работ.
Необходимо, чтобы перечень измеряемых параметров, состав
и объем получаемой информации соответствовал принятому ме-
тоду оценки состояния дороги. Недостаток информации не по-
зволит получить полную и объективную оценку состояния, что
может привести к ошибкам в планировании работ по ремонту и
содержанию дороги. Избыток информации приведет к излишне-
му расходу средств на диагностику, поскольку выполнение поле-
вых обследований является трудоемким процессом.
Подробный перечень основной и дополнительной информа-
ции, получаемой в процессе выполнения работ по диагностике,
приводится в Правилах диагностики и оценки состояния автомо-
бильных дорог, которые периодически уточняются и совершен-
ствуются.
9.2. Организация работ по диагностике
автомобильных дорог
Работы по диагностике и оценке состояния дорог должны вы-
полнять специализированные организации, оснащенные соответ-
ствующими передвижными лабораториями, приборами и обору-
дованием.
Диагностика состояния автомобильных дорог включает в себя
четыре основных этапа, которые выполняются, как правило, пос-
ледовательно:
• подготовительные работы;
• полевые обследования;
• камеральная обработка полученной информации;
• формирование (обновление) автоматизированного банка до-
рожных данных (АБДД).
Для ускорения работ допускается совмещение отдельных эта-
пов (подготовительные работы и полевые обследования, полевые
обследования и обработка полученной информации и т.д.).
Подготовительные работы включают в себя подготовку пере-
движных лабораторий, приборов и оборудования, комплектова-
203
ние бригад, заготовку соответствующих форм, журналов и таб-
лиц, сбор необходимой информации из технических паспортов
на обследуемые дороги, анализ проектной и исполнительской
документации, а также материалов предыдущих обследований и
информации, содержащейся в АБДЦ.
По данным учета движения, имеющимся в дорожных органи-
зациях или в АБДЦ за последние 3 года, устанавливают интенсив-
ность и состав движения на каждом характерном участке дороги.
Намечают места контрольного учета движения.
Составляют схему обследуемых автомобильных дорог. Опреде-
ляют базовые места дислокации лабораторий и бригад на время
производства полевых работ, устанавливают последовательность
и сроки проведения обследований как по видам работ, так и по
участкам. Согласовывают работы с органами ГИБДД МВД Рос-
сии и органами управления автомобильными дорогами.
Полевые обследования проводят в теплый период года, как
правило, комбинированным способом: визуальный осмотр с про-
стейшими измерениями и детальное обследование с применени-
ем передвижных специализированных лабораторий. Оценку проч-
ности дорожных конструкций, ровности и дефектов дорожного
покрытия предпочтительней выполнять весной. При значитель-
ном протяжении обследуемых участков обследования следует на-
чинать с южного или западного конца дороги.
Полевые обследования проводят в соответствии с указания-
ми и методиками измерения основных параметров и характе-
ристик дорог, приведенными в соответствующих нормативных
документах.
В начале полевых обследований проводят рекогносцировочный
осмотр дороги.
Работы по обследованию автомобильных дорог относят к кате-
гории опасных. Все лица, участвующие в этой работе, должны
строго и неукоснительно соблюдать действующие правила без-
опасности при строительстве, ремонте и содержании дорог.
9.3. Измерение параметров
геометрических элементов дорог
Измерение параметров геометрических элементов автомобиль-
ных дорог производят при первичных обследованиях, уточнении
паспортных данных до и после производства ремонтных работ, а
также при определении эксплуатационного состояния и техни-
ческого уровня дорог.
При проведении полевых измерений применяют геодезичес-
кие приборы и инструменты, позволяющие определять парамет-
ры геометрических элементов с требуемой точностью: нивелиры,
204
теодолиты, тахеометры, дальномеры и дальномерные насадки,
геодезические рейки, землемерные ленты и рулетки, вешки и дру-
гие приборы и оборудование. Места проведения измерений в це-
лях обеспечения безопасности ограждают переносными огражде-
ниями и предупреждающими знаками.
Ширину проезжей части, ширину левой и правой краевых ук-
репленных полос, укрепленных и неукрепленных обочин (а на
дорогах I категории и ширину разделительной полосы) измеряют
на каждом характерном участке дороги, но не реже, чем одно из-
мерение на 1 км.
- К характерным относят прямые участки в плане с одинаковой
шириной проезжей части и укрепленных краевых полос, а при
отсутствии краевых полос — участки дороги с одинаковой шири-
ной проезжей части.
На участках подъемов и спусков с дополнительными полосами
движения ширину проезжей части измеряют в створах начала и
конца дополнительной полосы полной ширины и в любом створе
на уклоне.
На подъездах к мостам (железнодорожным переездам) прово-
дят два измерения ширины проезжей части: в створе до начала
отгона ширины проезжей части на сужение либо уширение (если
таковое имеется) и в створе начала моста (железнодорожного пе-
реезда).
В пределах населенных пунктов сельского и городского типов
ширину проезжей части измеряют в начале и конце застройки (на
подходах — в местах уширения или сужения проезжей части).
На месте измерения разбивают поперечник, местоположение
которого заносят в пикетажный журнал. Измерения производят
стальной лентой, рулеткой или курвиметром, который представ-
ляет собой колесо, установленное на вилке с ручкой и соединен-
ное зубчатой передачей со счетчиком.
Ширину основной укрепленной поверхности, необходимую для
определения показателя ее влияния на обеспеченность расчетной
скорости, определяют как сумму ширины проезжей части и крае-
вых укрепленных полос.
Продольные уклоны измеряют на всем протяжении дороги,
радиусы кривых в плане измеряют на каждой кривой, видимость
в плане и продольном профиле измеряют на каждом участке с
ограниченной видимостью (видимость менее 500 м).
Для определения геометрических параметров автомобильных
дорог применяют специализированные передвижные лаборатории,
оборудованные соответствующей измерительной аппаратурой (на-
пример, гироскопическими установками).
Наибольшее распространение получили передвижные лабора-
тории — КП-514МП и КП-514МПГ, выпускаемые Саратовским
научно-производственным центром ГП «Росдортех» (рис. 9.2). Эти
205
Рис. 9.2. Комплексная
передвижная лаборато-
рия диагностики дорог
КП-514МП
лаборатории оснащены гироскопическими датчиками, динамомет-
рическим прицепом ПКРС для измерения ровности и коэффици-
ента сцепления, геодезическими и другими инструментами, по-
зволяющими измерить продольный и поперечный уклоны, углы
поворота и радиусы кривых в плане, расстояние видимости, прой-
денный путь, высотные отметки, ровность и сцепные качества
покрытий.
При отсутствии передвижной лаборатории геометрические па-
раметры дорог определяют с помощью измерений геодезически-
ми приборами.
Радиусы существующих кривых в плане определяют по табли-
цам для разбивки кривых.
При определении радиуса кривой по методу тангенсов находят
и маркируют точки начала и конца кривой.
Радиусы кривых в плане вычисляют по измеренным танген-
сам, биссектрисе, углам поворота трассы, хордам и стрелкам, ис-
пользуя известные формулы.
При определении продольных уклонов существующих дорог
производят продольное нивелирование, по результатам которого
вычерчивают продольный профиль измеренного участка и вычис-
ляют продольные уклоны.
Измерение расстояния геометрической видимости поверхнос-
ти дороги выполняют с помощью дальномера. Порядок проведе-
ния измерений и обработки результатов изложен в паспорте на
данный прибор.
Видимость поверхности дороги может быть измерена также
мерной лентой (рис. 9.3).
Высоту насыпей, глубину выемок и крутизну откосов измеря-
ют на каждом характерном участке. Из простейших приспособле-
ний для определения уклонов обочин и откосов земляного полот-
206
Рис. 9.3. Схема измерения видимости:
а — в продольном профиле; б — в плане; 1 — глаз наблюдателя; 2, 3— вешки; 4 —
помехи для видимости; 5 — расстояние видимости
на, а также продольных и поперечных уклонов дорожных покры-
тий используют угломерную линейку (типа КП-135) или другие
подобные инструменты.
9.4. Определение прочности дорожных одежд
Показатели прочности дорожной одежды нежесткого типа. Под
действием нагрузки от колеса автомобиля дорожная одежда про-
гибается, образуя чашу прогиба диаметром 3...4 м и более (см.
рис. 3.1 и 5.4).
Величина прогиба / является главным показателем прочности
дорожной одежды (жесткости дорожной одежды или ее несущей
способности). Вторым показателем прочности является радиус
кривизны чаши прогиба. Нагрузка Q от колеса грузового автомо-
биля распределяется по площади отпечатка следа шины в виде
двух эллипсов. Тогда удельная нагрузка р, которая передается от
колеса автомобиля на покрытие:
где Fi и F2 — площади эллипсов отпечатка следа шины двухскат-
ного колеса автомобиля.
207
Для удобства расчетов площадь двух эллипсов условно заменя-
ют площадью круга, диаметр D которого подбирают так, чтобы
площадь круга была равна площади двух эллипсов, т.е.
Диаметр Р называют диаметром круга, равновеликого по пло-
щади отпечатку следа колеса автомобиля.
Для автомобилей с расчетной нагрузкой 100 кН диаметр Рпри
статической нагрузке равен 33 см, при динамической нагрузке —
37 см. Для автомобиля с расчетной нагрузкой 60 кН диаметр D при
статической нагрузке равен 28 см, при динамической — 32 см.
Вместо абсолютных значений прогиба в расчетах обычно ис-
пользуют понятие относительной деформации:
В зависимости от конструкции дорожной одежды, структуры и
свойств материалов ее слоев, прочности земляного полотна, усло-
вий загрузки, температуры воздуха и других параметров в дорож-
ной одежде могут возникать упругие, упруговязкие и упруговязко-
пластические деформации (рис. 9.4).
Упругие деформации появляются мгновенно после приложения
нагрузки и мгновенно исчезают (восстанавливаются) после сня-
тия нагрузки. Полная относительная деформация при наличии
упругих деформаций
Рис. 9.4. Виды деформаций дорожной одежды под нагрузкой во времени:
а — упругие; б — упруговязкие; в — упруговязкопластические; tx — продолжи-
тельность нагружения t2 — продолжительность восстановления вязких деформа-
ций; /3 — продолжительность восстановления пластических деформаций; Хо —
общая величина относительной деформации; Ху, Хв, Хпл — соответственно упру-
гая, вязкая и пластическая относительные деформации
208
Упруговязкие (эластичные) деформации со временем под дей-
ствием нагрузки возрастают, а после снятия нагрузки постепенно
уменьшаются и даже исчезают, поэтому полная относительная
деформация
Хо = Ху + X*.
Упруговязкопластические деформации характеризуются тем, что
к упруговязким добавляются пластические (остаточные) дефор-
мации, которые после снятия нагрузки не исчезают (остаются).
При этом полная относительная деформация
Хо = Ху И- Xj, + Xjjjj.
В различных методах расчета дорожных одежд принимают за
критерий прочности упругий прогиб, не допускающий упруго-
вязких и остаточных деформаций или полный прогиб, т. е. прогиб
с учетом пластических (остаточных) деформаций, которые могут
накапливаться во времени.
Соответственно вычисляют модуль упругости дорожной одеж-
ды, МПа:
Zy
где р — удельная нагрузка от колеса автомобиля; ц — коэффици-
ент Пуассона, р = 0,3 для дорожных одежд нежесткого типа.
Прочность жестких дорожных одежд, как и одежд переходного
типа, не оценивают. Их состояние определяют на основе деталь-
ного визуального обследования с фиксацией имеющихся дефек-
тов.
Классификация методов измерения показателей прочности. Ме-
тоды измерения прочности дорожных одежд можно классифици-
ровать по ряду признаков.
По условиям измерения прочности различают методы:
• дискретные — с записью прогиба в отдельных точках;
• непрерывные — с записью прогибов при движении лаборато-
рии в непрерывном режиме через короткие расстояния, напри-
мер 3...6 м.
По характеру приложения испытательной нагрузки к дорож-
ной одежде различают методы:
• статического нагружения колесом автомобиля с измерением
прогибов дорожной одежды;
• кратковременного нагружения или испытания колесом дви-
жущегося автомобиля с приложением нагрузки в течение более
0,2 с и измерением кратковременного прогиба;
• динамические методы испытания — методы приложения ди-
намической нагрузки в течение менее 0,2 с, ударной или вибра-
ционной нагрузки с измерением динамического прогиба, ампли-
209
туды колебаний, виброкорреляционной или других косвенных
показателей прочности дорожной одежды.
Методы и установки статического нагружения по характеру
передачи нагрузки на поверхность дорожной одежды подразделя-
ют на две группы: с нагружением через жесткий штамп и с нагру-
жением колесом автомобиля.
При статическом нагружении жестким штампом нагрузку, со-
ответствующую нормативной на одно колесо (половина нагрузки
на ось) и более, передают дорожной одежде через круглый жест-
кий, обычно металлический, штамп, равновеликий отпечатку ко-
леса автомобиля. Усилие развивается обычно гидравлической си-
стемой. Данный метод испытаний малопроизводителен и дорог.
При статическом нагружении колесом грузового автомобиля
нормативная нагрузка передается непосредственно через его ко-
лесо, а прогиб измеряют рычажным прогибомером.
Первым типом прогибомера является балка Бенкельмана дли-
ной 2,4 м с соотношением грузового плеча к измерительному
0,8:1,6 м, т.е. 1:2. Более совершенным является длиннобазовый
прогибомер МАДИ-ГипродорНИИ длиной 3,75 м с соотношени-
ем плеч 1,25:2,5, который выпускают в России под маркой КП-
204 (рис. 9.5).
В качестве нагрузки в этом методе используют грузовой авто-
мобиль с осевой нагрузкой 100 кН или 60 кН.
Прогиб покрытия измеряют на полосе наката проезжей части
по центру между скатами спаренного колеса автомобиля через
каждые 200...250 м. В каждом месте выполняют 2 — 3 измерения
Рис. 9.5. Схема длиннобазового рычажного прогибомера МАДИ-Гипро-
дорНИИ (КП-204):
1 — клиновидная опорная прокладка; 2 — кронштейн; 3 — индикатор; 4 —
измерительное плечо рычага; 5 — опорная часть; 6 — грузовое плечо рычага; 7 —
колесо автомобиля; 8 — измерительный штырь; 9 — подпятник
210
Рис. 9.6. Измерение прогиба до-
рожной одежды прогибомером
через 5... 10 м. Для этого устанавливают прогибомер так, чтобы
щуп с подпятником разместился строго между скатами сдвоенно-
го колеса груженого автомобиля точно под центром задней оси
(рис. 9.6). Затем устанавливают клиновидную опорную подкладку
на покрытие так, чтобы ее наклонная поверхность вошла в кон-
такт с концом измерительного стержня индикатора. Выдержива-
ют автомобиль на точке измерения до тех пор, пока отсчет по
индикатору /о не будет изменяться за 10 с более чем на 0,005 мм,
и записывают его в журнал измерений. После этого автомобиль
отъезжает вперед на расстояние не менее 5 м. Дождавшись, пока
отсчет по индикатору / после съезда автомобиля с точки измере-
ния в течение 10 с не будет изменяться более чем на 0,005 мм,
записывают его в журнал. Удвоенная разность отсчетов по инди-
катору до и после съезда автомобиля соответствует упругому про-
гибу 1у дорожной одежды в данной точке:
4 = 2(/-/о).
Разность между последним отсчетом по индикатору при нагру-
женной поверхности покрытия и начальным показанием индика-
тора представляет собой полную деформацию. Разность между
последним показанием при разгруженной поверхности покрытия
и начальным показанием характеризует остаточную деформацию.
Зная полную и остаточную деформации, вычисляют упругий про-
гиб, а затем модуль упругости одежды.
Метод кратковременного нагружения реализован при измере-
нии под колесом движущегося автомобиля. Для этой цели приме-
няют специальные автомобили-лаборатории, выпускаемые в ряде
стран. Наиболее широкое применение имеет дефлектограф, вы-
пускаемый французской фирмой МАП (Lacroix-LPC Deflecto-
graphs).
Прогиб и радиус кривизны дорожной одежды на каждой из
двух колей измеряют шагающим устройством через каждый обо-
рот колеса автомобиля, движущегося в среднем со скоростью до
5 км/ч.
Для измерения прогиба применяют реперную балку, на один
конец которой наезжают задние колеса автомобиля. В этот мо-
211
мент измеряется максимальный прогиб, а реперная балка быстро
перемещается вперед и снова укладывается на покрытие.
В настоящее время выпускают модифицированный дефлекто-
граф Flash, который двигается в процессе измерения со скоростью
7 км/ч. Следует отметить, что такая скорость движения не обес-
печивает полного соответствия условий нагружения воздействию
реальных движущихся автомобилей и частота измерений суще-
ственно превышает необходимую. Достоинством подобных уста-
новок для испытаний является их большая производительность
и высокий уровень автоматизации обработки результатов испы-
таний.
Динамические методы испытаний находят все большее приме-
нение. В разных странах имеется большое число установок дина-
мического испытания различных конструкций. Однако физичес-
кая сущность метода испытаний, используемая в этих конструк-
циях, во многом одинакова.
Она состоит в том, что испытательную нагрузку прикладывают
к покрытию мгновенно в виде падающего груза, циклической или
вибрационной нагрузки.
Нагрузка на покрытие передается через жесткий или гибкий
штамп. В установках динамического нагружения (УДН) груз сбра-
сывается с определенной высоты на амортизационное устройство
из жесткой пружины или колеса. При этом создается кратковре-
менное (0,2...0,4 с) динамическое нагружение, близкое к нагрузке
от движущегося автомобиля. Схема и принцип действия установки
динамического нагружения падающим грузом УДН-НК, разрабо-
танной в МАДИ Ю.М. Яковлевым, показаны на рис. 9.7. Груз 2,
сбрасываемый по направляющей 1 на пру-
жину 5, создает кратковременное усилие, ко-
торое через штамп 4 действует на испыты-
ваемую дорожную одежду. Подъем груза и
штампа осуществляют механической лебед-
кой. Для измерения упругой деформации
одежды применяют вибрографы 3, записы-
вающие испытания на специальную ленту,
или датчики перемещения с фиксацией де-
формации на магнитной ленте. В модели
УДН-НК груз сбрасывают не на жесткий
Рис. 9.7. Принципиальная схема установки ди-
намического нагружения (УДН):
/ — направляющая штанга; 2 — падающий груз; 3 —
виброграф; 4 — штамп; 5 — пружина; Н — высота
подъема груза
212
Рис. 9.8. Установка для динамического нагружения (навесная УДН-НК):
1 — несущая рама; 2 — электроталь; 3 — верхний кронштейн; 4 — ограничитель
подъема; 5 — зацепное устройство; 6 — нижний кронштейн; 7— испытательный
груз; 8 — штамп; 9 — опорная рама; 10 — измерительная тележка; 11 — лебедка
для подъема штампа; 12 — прибор управления электроталью
штамп с пружиной, а на спаренное колесо, играющее роль одно-
временно и амортизатора.
Установка динамического нагружения УДН-НК с гибким штам-
пом принята за основу передвижной лаборатории для определе-
ния прочности нежестких дорожных одежд КП-502МП, разрабо-
танной МАДИ (рис. 9.8).
Динамическое усилие, близкое к нормативному, создают сбра-
сыванием груза. Роль амортизатора и гибкого штампа, соответ-
ствующего колесу с расчетной осевой нагрузкой, играют спарен-
ные колеса, развивающие удельное давление, равное или доста-
точно близкое к давлению от автомобильного колеса.
Испытательное оборудование монтируют на грузовом автомо-
биле — лаборатории. Эти установки обеспечивают самое близкое
соответствие условий испытания реальному воздействию колеса
движущегося автомобиля, полную автоматизацию процесса ис-
пытаний и обработки результатов, высокую производительность
(40 и более точек в час).
С применением жесткого штампа в России разработана уста-
новка динамического нагружения ДИНА-ЗМ, которая выпускается
серийно. Установка размещена на прицепе к автомобилю (рис. 9.9),
213
Рис. 9.9. Прицепная уста-
новка ДИНА-ЗМ для изме-
рения прочностных показа-
телей дорожной одежды
в салоне которого размещена регист-
рирующая аппаратура и бортовой ком-
пьютер для автоматической обработки
результатов измерений.
Динамическое усилие, соответству-
ющее нормативной нагрузке, создается
путем сбрасывания груза на амортиза-
торы, передающие это усилие кругло-
му жесткому штампу диаметром, обес-
печивающим нормативную нагрузку.
Работа установки достаточно высо-
коавтоматизирована, но на каждой точ-
ке необходима остановка. Производи-
тельность таких установок достигает 20
точек в час. Недостатком является не-
полное соответствие воздействию от же-
сткого штампа действию автомобильно-
го колеса.
По типу жесткого штампа с динамическим нагружением рабо-
тает установка FWD 8000 (Falling Weght Deflectometer) производ-
ства фирмы Dynatest (рис. 9.10).
Установка позволяет измерять прогиб дорожной одежды в на-
меченных точках. Время одного измерения около 2 мин.
По результатам измерения оценивают модуль упругости дорож-
ной одежды, остаточную работоспособность, необходимость уси-
Рис. 9.10. Установка динамического нагружения FWD 8000
214
ления и т.д. Аналогичные установки выпускают во многих стра-
нах мира.
Между результатами испытаний одежды разными методами
имеется корреляционная связь, которая зависит от конструкции
дорожной одежды, температуры воздуха, влажности и типа грун-
та. В общем виде эта связь может быть выражена формулой
4г = + ь,
где /ст и ld — обратимый прогиб соответственно при статическом
и динамическом нагружении, мм; а, b — коэффициенты прочно-
сти, а = 1,1... 1,25; b = 0,15...0,20 мм.
Порядок измерения прочности дорожных одежд. Инструмен-
тальные измерения прочности дорожных одежд производят на
тех участках, где ровность покрытия не отвечает нормативным
требованиям, имеется большое число деформаций и разруше-
ний, свидетельствующих о недостаточной прочности дорожной
одежды.
В процессе визуальной оценки состояния покрытия выделяют
однотипные участки длиной 100... 1000 м, границы которых на-
значают по однотипным или близким дефектам. Внутри каждого
участка назначают частные участки с практически одинаковым
состоянием дорожной одежды.
При проведении оценки прочности используют различные ва-
рианты 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 исп ытания —
непрерывно в течение всего периода испытаний.
Вариант испытаний выбирают по технико-экономическим со-
ображениям в зависимости от задач обследования, наличия обо-
рудования, объемов и сроков выполнения работ.
Испытания в расчетный период при значительном протяже-
нии обследуемого участка (более 20 км) необходимо начинать с
южного или западного его конца.
Измерения прочности начинают с испытания дорожных кон-
струкций на контрольных точках. На каждом характерном участ-
ке выбирают одну контрольную точку в таком месте на покрытии,
где состояние его по видам дефектов является характерным для
данного участка. Контрольные точки следует располагать на бли-
жайшей к кромке покрытия полосе наката.
Контрольные испытания в расчетные (весенние) периоды года
должны быть начаты за 7 —10 дней до обычного срока интенсив-
ного оттаивания земляного полотна и продолжены в течение все-
го периода наибольшего ослабления дорожной конструкции.
215
Ориентировочно продолжительность расчетного периода Тр, сут,
в районах с сезонным промерзанием грунта земляного полотна
определяют по формуле
т --
р а'
где h — глубина промерзания грунта земляного полотна, см; а —
среднесуточная скорость оттаивания, рассчитываемая по скоро-
сти опускания нулевой изотермы, приведенной в климатических
справочниках, обычно а = 1 ...3 см/сут.
На каждой контрольной точке испытание проводят через день
с 14.00 до 17.00. Общий период испытаний на каждой контрольной
точке — не менее 30 дней.
Контрольные испытания осуществляют методом статического
нагружения колесом автомобиля.
Результаты испытаний приводят к расчетной нагрузке по фор-
муле, справедливой при значении коэффициента Пуассона до-
рожной конструкции m = 0,3:
Еа=Ка^,
где Еа — модуль упругости дорожной конструкции при воздей-
ствии расчетной нагрузки, МПа (нагрузка на колесо — 50 кН,
удельное давление колеса на покрытие 0,6 МПа); Ка — коэффи-
циент, Ка = 0,36 МПа • см/кН; Qk — нагрузка на колесо использу-
емого автомобиля, кН; I — значение измеренного обратимого про-
гиба, см.
Нагрузку на колесо проверяют с помощью переносных гидрав-
лических или других весов, обеспечивающих точность взвешива-
ния до 0,5 кН.
Для измерения обратимых прогибов используют длиннобазо-
вый рычажный прогибомер модели КП-204. Допускается исполь-
зование других приборов, прошедших метрологическую аттеста-
цию и обеспечивающих измерение прогибов с точностью не ме-
нее ±0,02 мм.
Линейные испытания дорожных одежд проводят высокопро-
изводительным методом кратковременного нагружения установ-
кой динамического нагружения типа УДН-НК конструкции МАДИ
или типа ДИНА-ЗМ.
Линейные испытания проводят равномерно по полосе наката
(1... 1,5 м от кромки покрытия) в объеме:
• 20 испытаний на каждом километровом отрезке характерно-
го участка и на каждом отрезке характерного участка длиной ме-
нее 1 км при расчетном уровне надежности дорожной одежды
0,85-0,90;
• 28 испытаний при уровне надежности 0,95;
216
• 12 испытаний при уровне надежности 0,75 ...0,80;
• 10 испытаний при уровне надежности 0,5 ...0,6.
Линейные испытания в расчетный период начинают при вы-
явлении по результатам испытаний на контрольных точках общей
тенденции снижения прочности во времени (увеличение прогиба
под нагрузкой). При этом, независимо от начала линейных испы-
таний, следует в прежнем режиме проводить испытания на конт-
рольных точках и продолжать их до тех пор, пока не станет видна
общая тенденция стабилизации величины прогиба дорожной кон-
струкции.
Для приведения результатов испытаний к расчетному году па-
раллельно с испытанием контрольных точек определяют влаж-
ность грунта земляного полотна. Для этого вырывают шурфы на
обочине непосредственно вблизи контрольных точек и периоди-
чески (один раз в 3 — 5 дней) отбирают пробы грунта из-под про-
езжей части для выявления изменения относительной влажности
грунта во времени.
Особенностью испытаний в нерасчетный период года является
то, что на каждой контрольной точке проводят одноразовое ис-
пытание с одновременным измерением температуры покрытия и
влажности грунта земляного полотна непосредственно у кромки
проезжей части в скважине или шурфе, отрытом на обочине на-
против контрольной точки.
Результаты испытаний, выполненных в нерасчетные периоды
года, приводят к расчетному через коэффициент приведения КЕ,
полученный путем сравнения результатов испытаний на конт-
рольных точках в расчетный и нерасчетный периоды года:
где Ег — модуль упругости дорожной одежды на контрольной точ-
ке в расчетный и нерасчетный период года; EN — то же, в нерас-
четный период.
Тогда полученный в нерасчетный период в любой точке фак-
тический модуль упругости, МПа:
Еф = KeEn.
Все 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 визу-
альной оценки прочности дорожных одежд дают результаты, не
уступающие по достоверности инструментальным измерениям.
217
9.5. Измерение продольной и поперечной
ровности дорожных покрытий
Принципы работы приборов измерения ровности. В мировой
практике известно более 50 конструкций приборов для измере-
ния ровности покрытий. По принципу их действия различают при-
боры:
• регистрирующие геометрические параметры неровностей (ко-
личество, высоту и длину волны) — рейки, профилографы, Био-
графы, уклономеры, профилометры, нивелиры и др.;
• импульсивного действия, измеряющие значения механичес-
кого или электрического импульсов или перемещения отдельных
частей автомобиля при наезде на неровность, которые косвенно
характеризуют ровность поверхности покрытия — толчкомеры,
акселерометры (приборы, измеряющие ускорения при колебани-
ях масс);
• инерционного действия, измеряющего вертикальные коле-
бания подрессорной массы, возникающие в результате наезда на
неровность и др.
Рейки и профилографы. Простейшим прибором для оценки
ровности является рейка длиной 2; 3 или 4 м, которую приклады-
вают к покрытию. Под рейкой выявляют просветы, которые из-
меряют линейкой или клином.
В России для измерения продольной ровности используют рейку
длиной 3 м. Для оценки поперечной ровности (колейности) ис-
пользуют укороченную рейку длиной 2 м при измерении по упро-
щенному способу, когда рейку укладывают на поверхность по-
крытия и под ней клином измеряют просветы. При измерении по
способу вертикальных отметок применяют рейку длиной 3 м с
подставочными стаканами, при помощи которых рейку выводят в
горизонтальное положение, по отношению к которому определя-
ют просветы (рис. 9.11).
Развитием этого метода являются многоопорные (многоколес-
ные) рейки, профилометры, профилографы, виографы.
Самым современным прибором из этой группы является анали-
затор продольного профиля APL (Analyseur de Profil Longitudinele).
Первым прототипом этого прибора явился разработанный в
МАДИ под руководством А. А. Хачатурова динамический преоб-
разователь микропрофиля покрытия (рис. 9.12). Динамический
преобразователь записывает микропрофиль косвенно: сначала
регистрируются преобразованные прибором электрические сиг-
налы от неровностей покрытия; затем эти сигналы на аналоговом
счетно-решающем устройстве обратным преобразованием пере-
считываются в неровности микропрофиля и записываются в не-
ровности покрытия.
218
Штоковый измеритель Индикатор
Ручка
Наружный винт 2
Внутренний винт
70; 100; 120; 150
Рис. 9.11. Укороченная рейка для измерения поперечной ровности (колеи):
7, 2 — подставочные стаканы соответственно постоянной и переменной высоты
Рис. 9.12. Схема динамического преобразования микропрофиля покры-
тия (конструкция Афанасьева и Хачатурова):
1 — автомобиль; 2 — сцепные устройства; 3 — датчик относительных перемеще-
ний; 4 — ось вращения маятника; 5 — медленный маятник; 6 — амортизатор,
гасящий колебания; 7 — наружная рама; 8 — внутренняя рама; 9 — груз
219
1
2
3
4
Рис. 9.13. Анализатор продольного профиля APL-25:
1 — измеритель скорости; 2 — усилитель сигнала; 3 — устройство записи скоро-
сти; 4 — измерительный прицеп
Анализ зарегистрированных сигналов может производиться
двумя способами. Первый способ основан на определении спект-
ральной плотности неровностей и является очень точным. Длина
изучаемого участка должна быть не менее 400 м. Второй способ
предусматривает анализ средней изменяемости неровностей, раз-
деляемых по пределам длины волны.
Французские специалисты значительно модернизировали
конструкцию этого прибора и создали установки APL-25; APL-72
и др. (рис. 9.13).
Измерения ровности установкой APL в зависимости от целей
может производиться со скоростями 21,6; 50 или 72 км/ч. В ре-
зультате измерений получают спектральную плотность неровно-
стей, которую можно перевести в показатели неровности по IRI
(International Roughness Index) или в другие показатели. Обработ-
ка измерений полностью автоматизирована.
Приборы импульсного действия. Из приборов импульсного дей-
ствия наиболее широкое распространение получил прибор для кос-
венного измерения ровности покрытия — толчкомер ХАДИ, пред-
Рис. 9.14. Толчкомер ТХК-2:
1 — кузов автомобиля; 2 — шка-
ла замера неровностей; 3— трос;
4 — задний мост автомобиля
ложенный А. К. Бируля еще в 1950 гг.
Впоследствии этот прибор многократ-
но совершенствовался. Схема моди-
фицированной конструкции этого
прибора — ТКХ-2 Казахского филиала
СоюздорНИИ, который выпускается
серийно, показана на рис. 9.14.
Толчкомер ТХК-2 устанавливают в
кузове автомобиля над его задним мо-
стом. Толчкомер состоит из трех ос-
новных узлов: счетного механизма, си-
стемы крепления к кузову автомобиля
и соединения с задним мостом авто-
мобиля.
Колебания рессор через гибкий трос
передаются на барабан счетного меха-
низма. Ровность дорожных покрытий
220
оценивают суммарным сжатием рессор автомобиля в сантиметрах
на километр на участке дороги длиной 1 км при постоянной ско-
рости движения. Производительность толчкомера составляет око-
ло 170 км/сут. По этому же принципу работают толчкомеры ТЭД-
2М, ИВП-1М и др.
Следует иметь в виду, что толчкомером определяют не истин-
ную, а условную ровность поверхности дороги, так как сумма
прогибов (сжатия) рессоры при проезде автомобилем данного уча-
стка зависит не только от состояния покрытия, но и от свойств
подвески автомобиля, нагрузки и др. Толчкомер, установленный
на автомобилях разных марок, дает разные показатели.
Приборы инерционного действия. Более совершенными явля-
ются приборы инерционного действия — прицепные ровномеры,
или динамометрические тележки. Эти приборы имеют измеритель-
ное колесо, пригруженное сравнительно тяжелой массой, совер-
шающей совместно с ним колебания относительно общего цент-
ра. Перемещения системы колесо—масса служат характеристи-
кой ровности.
В России для сплошного контроля ровности за эталонный при-
бор принят динамометрический прицеп ПКРС-2У, разработан-
ный СоюздорНИИ. Эта установка выпускается серийно под мар-
кой КП-511 и предназначена для измерения ровности и коэффи-
циента сцепления. Установка состоит из специально оборудован-
ного автомобиля типа УАЗ или «ГАЗель» и одноколесного прице-
па с мягкой подвеской, на котором установлены датчики для из-
мерения ровности и тормозной силы. В кузове автомобиля смон-
тированы устройства управления, измерительная и регистрирую-
щая аппаратура, а также бак с водой для поливки дороги при
измерении коэффициента сцепления покрытия (рис. 9.15).
Ровность измеряют во время проезда с постоянной скоростью
движения в 60 км/ч с допустимым отклонением ±2 км/ч. По ре-
зультатам измерения вычисляют средние отклонения и соответ-
ствующие им значения показателя ровности в сантиметрах на
километр.
Рис. 9.15. Автомобильная установка ПКРС-2У для контроля ровности
и скользкости:
1 — прицеп с измерительным колесом; 2 — измерительный преобразователь
ровности; 3 — регистрирующий прибор
221
Следует отметить, что показания прибора ПКРС-2У больше,
чем показания любого толчкомера. Это объясняется тем, что при-
бор фиксирует колебания груза на прицепном колесе в оба на-
правления после наезда на неровность «вверх-вниз», а толчкоме-
ры измеряют колебания кузова автомобиля, на котором они уста-
новлены, после наезда на неровность только в одном направле-
нии — либо «вверх», либо «вниз».
Приборы для измерения ровности в поперечном направлении (ко-
лейности). В мировой практике отказались от ручных методов из-
мерения ровности проезжей части в поперечном направлении с
применением реек. Измерение параметров поперечной ровности
и колеи выполняют с использованием ультразвуковых и лазерных
датчиков, которые размещают на несущей балке, прикрепленной
к передней части автомобиля. Это так называемые профилографы
или колеемеры.
Выпускается широкий спектр таких установок (рис. 9.16). Уль-
тразвуковые профилографы измеряют просветы на ширине 2...2,5 м
и более при помощи ультразвуковых датчиков, число которых в
поперечном направлении колеблется от 12 до 30. Измерения про-
изводятся через каждые 3 м вдоль дороги с точностью 0,1 мм.
Скорость движения профилографов может изменяться в пределах
20.„80 км/ч.
Лазерные профилографы измеряют просветы на ширине 2,7 м
и более с помощью 15 датчиков через каждые 5 м вдоль дороги
с точностью 0,1 мм. Имеются модификации профилографов, ко-
торые снимают отсчеты через каждые 20 см вдоль дороги.
Рис. 9.16. Профилограф для измерения поперечной ровности (глубины
колеи)
222
Скорость движения лазерных профилографов в процессе из-
мерений может изменяться в пределах 20...80 км/ч.
В России разработка аналогичных приборов находится в на-
чальной стадии.
Первая в России лазерно-гироскопическая система (ЛГС) для
измерения характеристик поверхности автомобильных дорог раз-
работана СоюздорНИИ и МГТУ им. Н.Э. Баумана и предназна-
чена для измерения неровностей, продольных и поперечных ук-
лонов автомобильных дорог и их компьютерной обработки. Ско-
рость движения этой лаборатории 20... 100 км/ч. Лазерно-гиро-
скопическая система имеет в своем составе высокоточные опто-
электронные, инерциальные датчики, гироскопическое и компь-
ютерное оборудование.
Аналогичные приборы разработаны в МАДИ (ГТУ) и Рос-
дорНИИ.
Организация работ по измерению ровности. При оценке продоль-
ной ровности покрытий выполняют сплошные или выборочные
измерения. Сплошные измерения выполняют при обследовании
участков дорог протяженностью более 1 км, выборочные — менее
1 км. Выборочные измерения выполняют при обследовании участ-
ков концентрации ДТП, опасных участков дорог, участков дорог,
на которых произошло ДТП, отремонтированных участков.
Сплошные измерения продольной ровности, как правило, осу-
ществляют с помощью передвижной установки ПКРС-2У.
Допускается использование передвижных лабораторий, обору-
дованных толчкомерами ТХК-2, ИР-1 или ИВП-1 на базе автомо-
билей УАЗ, ГАЗ. Могут быть использованы и другие приборы,
имеющие необходимое метрологическое обеспечение, показания
которых должны быть приведены к показаниям ПКРС-2У или
толчкомера, установленного на один из базовых автомобилей.
Измерения продольной ровности дорожного покрытия с по-
мощью передвижной установки ПКРС-2У производят при посто-
янной скорости движения (50 ±5) км/ч, по правой полосе наката
каждой полосы движения.
Требуемое число измерений на 1 км дороги в зависимости от
однородности поверхности покрытия колеблется от 2 до 6.
Измерения ровности с помощью толчкомера производят при
движении автомобиля строго по полосам наката. Загрузка авто-
мобиля в период измерений должна быть распределена равномер-
но на правое и левое колеса задней оси. Суммарная масса груза с
пассажирами и нагрузка на заднюю ось автомобилей строго огра-
ничены.
При использовании другого автомобиля показания толчкомера
следует привести к показаниям базовых приборов.
Измерение продольной ровности с помощью толчкомера про-
изводят при постоянной скорости движения. Показания спидо-
223
метра должны соответствовать фактической скорости движения.
Если по непреодолимым причинам невозможно выдержать тре-
буемую скорость (например, при движении в плотном транспорт-
ном потоке), то показания толчкомера следует умножить на по-
правочный коэффициент, значение которого определяют по ско-
рости движения:
Скорость движения, км/ч..30 40 50 60 70 80
Поправочный коэффициент.... 1,1 1,05 1 0,95 1,1 1,15
Измерение и оценка колейности дорожного покрытия. Измере-
ния параметров колеи в процессе диагностики выполняют в соот-
ветствии с Методикой измерений и оценки эксплуатационного
состояния дорог по глубине колеи по упрощенному варианту с
помощью рейки длиной 2 м и измерительного щупа.
Измерения производят по правой внешней полосе наката в
прямом и обратном направлении на участках, где при визуальном
осмотре установлено наличие колеи.
Число створов измерений и расстояния между створами при-
нимают в зависимости от длины самостоятельного и измеритель-
ного участков. Самостоятельным считается участок, на котором
по визуальной оценке параметры колеи примерно одинаковы.
Протяженность такого участка может колебаться от 20 м до не-
скольких километров. Самостоятельный участок разбивают на из-
мерительные участки длиной по 100 м каждый.
Если общая длина самостоятельного участка не кратна целому
числу измерительных участков по 100 м каждый, выделяют до-
полнительный укороченный измерительный участок. Также на-
значают укороченный измерительный участок, если длина всего
самостоятельного участка меньше 100 м.
На каждом измерительном участке выделяют пять створов из-
мерения на равном расстоянии один от другого (на 100-метровом
участке через каждые 20 м), которым присваивают номера от 1 до 5.
При этом последний створ предыдущего измерительного участка
становится первым створом последующего и имеет номер 5/1.
Укороченный измерительный участок также разбивают на пять
створов, расположенных на равном расстоянии один от другого.
Рейку укладывают на выпоры внешней колеи и берут один от-
счет глубины колеи hK в точке, соответствующей наибольшему
углублению колеи в каждом створе, при помощи измерительного
щупа, устанавливаемого вертикально, с точностью до 1 мм; при
отсутствии выпоров рейку укладывают на проезжую часть таким
образом, чтобы перекрыть измеряемую колею.
Если в створе измерения имеется дефект покрытия (выбоина,
трещина и т.п.), створ измерения может быть перемещен вперед
или назад на расстояние до 0,5 м, чтобы исключить влияние дан-
ного дефекта на считываемый параметр.
224
Измеренную в каждом створе глубину колеи записывают в ве-
домость.
По каждому измерительному участку определяют расчетную
глубину колеи. Для этого анализируют результаты измерений в
пяти створах измерительного участка, отбрасывают самое боль-
шое значение, а следующее за ним значение глубины колеи в убы-
вающем ряде принимают за расчетное на данном измерительном
участке hKн.
Расчетную глубину колеи для самостоятельного участка опре-
деляют как среднеарифметическое из всех значений расчетной
глубины колеи на измерительных участках.
9.6. Оценка характера и выявление
причин образования колеи
Чтобы обосновать вид ремонта и определить состав и объемы
работ, необходимо выявить причины образования колеи на каж-
дом характерном участке.
Колея образуется в результате интенсивного движения транс-
портных средств при высокой температуре воздуха и покрытия
летом и при повышенной влажности грунтов земляного полотна
весной; недостаточной сдвигоустойчивости слоев асфальтобетон-
ного покрытия или основания, а также грунтов активной зоны
земляного полотна. При этом происходит истирание верхнего слоя
покрытия в полосе наката, доуплотнение или переуплотнение слоев
дорожной одежды (с разрушением щебня или без него), отслаива-
ние или выкрашивание верхнего слоя, пластическое деформиро-
вание слоев дорожной одежды.
Накопление остаточных деформаций и структурных разруше-
ний 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 подвер-
жен деформациям в наибольшей степени и чаще других является
причиной образования колеи. Любой из нижележащих слоев мо-
жет также быть 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 (рис. 9.17).
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 два этапа: визуальные и инструментальные обследо-
вания.
225
2
Рис. 9.17. Общий вид внешней колеи:
I — середина одной полосы движения; 2 — гребень выпора колеи; 3 — основа-
ние колеи (дно); 4 — проектная поверхность покрытия; 5 — граница полосы
движения; В* — ширина колеи; Нк — полная глубина колеи (Нк = h? + hT); hr —
высота гребня выпора; hy — глубина впадины (углубления)
Визуальные обследования участка проводят из автомобиля, дви-
жущегося со скоростью не более 20 км/ч, или пешком. В местах,
требующих детального осмотра и обследования, делают останов-
ки. Обследование дорог с раздельными проезжими частями про-
водят в прямом и обратном направлениях. На каждом участке
определяют:
• интенсивность и состав движения;
• состояние покрытия;
• состояние обочин;
• состояние водоотводных сооружений и земляного полотна.
При описании внешнего характера колеи должны быть отра-
жены 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 истира-
ния материалов;
• виды дефектов на поверхности покрытия;
• неоднородность цвета и количества компонентов на поверх-
ности (пятна битума, недостаток вяжущего, выступание щебня,
избыток песка и т.д.);
• динамика развития колеи (колея развивается быстро или мед-
ленно);
• состояние покрытия вокруг колеи (сетка трещин, наплывы,
шелушение и т.д.);
• пикетное положение и протяженность участка с колеей (на-
чало и конец колеи), направление движения и номер полосы.
Предварительное заключение о состоянии участка дороги и
причинах образования колеи составляют на основании результа-
тов визуального обследования и данных общего характера. В за-
ключении указывают намеченные методы ликвидации колеи.
226
Если причина образования колеи не может быть однозначно
установлена при визуальном обследовании, назначают инструмен-
тальные обследования, в процессе которых устанавливают:
• геометрические параметры колеи (глубина и ширина колеи,
высота и ширина гребней выпора);
• геометрические параметры дороги (ширина проезжей части,
число полос движения и ширина каждой полосы, ширина обо-
чин, продольные и поперечные уклоны);
• ровность дорожных покрытий;
• сцепление покрытий с колесом автомобиля;
• прочность дорожной одежды.
В каждом поперечнике получают отметки 5 точек (рис. 9.18):
кромка проезжей части с двух сторон (Kj и К2), середина проез-
жей части (Cj и С2) с каждой стороны; ось дороги (О).
Геометрические параметры дороги замеряют через каждые 10 м
по длине дороги. На участке дороги с колеей в поперечном про-
филе получают две дополнительные точки, характеризующие глу-
бину колеи: дно колеи (точки 1! и 12) и вершина колеи (точки 2,
и 22). Измерения проводят по внешней, правой колее (ближе к
обочине) для каждой полосы движения, на которой имеется ко-
лея. Глубину колеи рассчитывают как разность отметок точек 2 и 1.
Высотные отметки дополнительных точек 1 и 2 определяют через
20 м, для привязки колеи к продольному и поперечному профилям
дороги и составления картограммы фрезерования или устройства
выравнивающих слоев. При наличии данных о глубине колеи, по-
лученных другими методами, в том числе геодезическими, глубину
колеи замеряют не реже чем 1 раз на каждые 100 м. В пикетажном
журнале отмечают координаты начала и конца участка с колеей.
Оценку прочности дорожной одежды проводят на участках до-
роги с глубиной колеи более 35 мм или при наличии сетки тре-
щин, свидетельствующей о возможной потере прочности одним
или несколькими слоями дорожной одежды.
Обследование покрытия и дорожной одежды ведут путем отбо-
ра проб вырубками прямоугольной формы размером 300x300 мм
или высверливанием кернов диаметром 100 мм. Пробой считают
Рис. 9.18. Схема расположения контрольных точек на покрытии:
К|, К2 — кромка проезжей части с каждой стороны; Сь С2 — середина проезжей
части с каждой стороны; 1Ь 12 — дно правой колеи в каждой полосе движения;
2Ь 22 — вершина правой колеи; О — ось дороги
227
не менее двух образцов кернов, взятых на расстоянии не более
0,5 м один от другого (два керна — одна проба).
Отбор проб проводят в целях определения причины образова-
ния колеи в дорожной одежде (поиск слабого слоя) и оценки воз-
можности вторичного использования материалов.
Глубина отбора проб зависит от вида и характера колеи.
Отобранные образцы испытывают в четыре этапа:
• на разрушенный керн;
• каждый слой керна в естественном состоянии;
• переформованные образцы асфальтобетона;
• определяют свойства смесей и их компонентов.
Испытание кернов проводят на месте отбора проб в передвиж-
ной лаборатории. При ее отсутствии после визуального осмотра и
маркировки (место взятия проб, дата отбора, номера створа, про-
бы и керна) образцы доставляют в лабораторию и испытывают в
день отбора проб.
Если керн не удалось отобрать на всю глубину дорожной одеж-
ды целиком (один или несколько слоев могут рассыпаться), необ-
ходимо собрать весь материал разрушенного слоя в отдельный
пакет и записать толщину данного слоя в конструкции (на осно-
вании замера толщины слоя в высверленном отверстии).
Толщину слоя в конструкции замеряют с помощью глубинного
щупа. В процессе испытания непереформованных кернов опреде-
ляют толщину слоев по результатам измерения толщины в трех
точках с точностью до 0,5 мм. За толщину слоя принимают сред-
нее арифметическое значение трех измерений.
Керны разделяют на отдельные слои и определяют прочность
сцепления между слоями и среднюю плотность слоев дорожной
одежды в кернах.
Затем определяют влажность слоя в естественном состоянии
(с точностью до 0,01 %) и рассчитывают водонасыщение и набу-
хание слоев.
После этого проводят испытания переформованных образцов
в соответствии с действующими нормативными документами.
Материал каждого из слоев асфальтобетона (одна проба — 2 кер-
на) разогревают в термостате и изготавливают цилиндрические
образцы, при испытании которых определяют среднюю плотность
асфальтобетона; рассчитывают коэффициент уплотнения каждо-
го слоя; определяют водонасыщение и набухание асфальтобето-
на, предел прочности при сжатии при температурах +50; +20 и
0 °C, предел прочности на растяжение при расколе, предел проч-
ности на растяжение при изгибе и показатели деформативности,
характеристики сдвигоустойчивости и водостойкость. Допускает-
ся проводить испытания ускоренным методом.
После проведения испытаний переформованные образцы на-
гревают в термостате до температуры 80 °C, превращают в смесь и
228
определяют истинную плотность смесей пикнометрическим ме-
тодом, среднюю плотность минеральной части, пористость мине-
рального остова и остаточную пористость, качество сцепления
вяжущего с минеральной частью асфальтобетонной смеси.
Определяют состав асфальтобетонной смеси и проводят оцен-
ку качества составляющих компонентов. Для этого выполняют
экстрагирование битума из асфальтобетонной смеси.
Определяют количество битума в смеси и зернового состава
минеральной части асфальтобетонной смеси.
Составляют сводные ведомости состояния дорожной одежды и
свойств материалов, в которые заносят средние арифметические
значения всех испытанных свойств.
Анализ состояния слоев дорожной конструкции. Анализ состо-
яния дорожной конструкции проводят в четыре стадии. На пер-
вой стадии проводят анализ однородности толщины каждого слоя
в пределах одного створа в точках 1, 2 и 3. Слой, в котором
отмечен разброс свойств в одном створе более чем на 10 %, счи-
тают нестабильным, подверженным пластическим деформаци-
ям. Отмечают номер створа и слой, в котором отмечены неста-
бильные свойства.
На второй стадии проводят анализ однородности свойств не-
стабильного слоя по длине участка. Для этого оценивают одно-
родность свойств в одноименных пробах (дно колеи или граница
раздела полос движения, или гребень выпора колеи) по длине
участка. Однородность свойств в одноименных точках по длине
участка подтверждает выявленную нестабильность или позволяет
судить о случайности полученного результата.
На третьей стадии определяют причины потери стабильности
слоев дорожной одежды путем анализа соответствия свойств, сло-
ев дорожной одежды и составляющих их компонентов требовани-
ям стандартов и нормативных документов.
При анализе зернового состава смесей отмечают изменения в
составе смесей одного створа и отклонения в составе от проект-
ных значений. Слои, в которых отмечено дробление щебня или
качество материалов не соответствует требованиям нормативных
документов более чем на 5 %, считают слабыми, нуждающимися в
укреплении или замене (полной или частичной).
Составляют ведомость нестабильных слоев дорожной одежды,
в которой отмечают расположение участка на дороге, номер слоя
и свойства, по которым данный слой признан нестабильным.
Составляют ведомость расположения участков, материал которых
не пригоден для повторного использования.
Завершающим этапом (четвертая стадия) обследования участ-
ков дорог с колеей является составление заключения о качестве
материалов в слоях дорожной одежды и их соответствии требова-
ниям нормативных документов. В заключении необходимо ука-
229
зать места колеи, на которых обнаружены нестабильные слои,
указать возможные причины потери стабильности и возможности
дальнейшей работы слоя в дорожной конструкции. Следует отме-
тить возможности вторичного использования материалов дефект-
ных слоев в дорожной одежде и предложить способы ремонта уча-
стка дороги с колеей.
На основании данных, полученных в процессе полевых обсле-
дований и лабораторных испытаний, производят расчет и про-
гнозирование возможного развития образования колеи, результа-
ты которого позволяют обосновать решения о методе и способах
устранения колеи.
9.7. Измерение шероховатости
и сцепных качеств покрытий
Оценка шероховатости поверхности дорожных покрытий. Пара-
метры шероховатости (текстуры) поверхности дорожных покры-
тий можно измерить различными методами: оптическим, ультра-
звуковым, лазерным, стереофотографическим, контактным. Сущ-
ность оптического, ультразвукового и лазерного методов заклю-
чается в оценке энергии отраженного от исследуемой поверхно-
сти светового луча, луча с ультразвуковой частотой колебаний,
луча лазера. Метод стереофотографии предусматривает фотогра-
фирование поверхности с двух различных точек, что позволяет
при обработке фотографии на стереоскопе получить объемное изо-
бражение и оценить шероховатость по среднему расстоянию меж-
ду выступами. Контактный метод основан на ощупывании неров-
ностей поверхности щупом с последующим преобразованием ме-
ханических колебаний в электрические (или без такого преобра-
зования).
Метод «песчаное пятно» представляет собой комплект обору-
дования, включающий в себя мерную емкость объемом не менее
20 см3, плоский диск (штамп) диаметром 10 см для распределения
песка, мерную линейку длиной не менее 30 см, щетку-сметку.
Для измерений необходим чистый мелкий (размер частиц не бо-
лее 0,2...0,3 мм) природный песок в воздушно-сухом состоянии,
гипс или быстротвердеющий цемент и вода. При проведении из-
мерений на поверхность покрытия высыпают определенный объем
песка (20...50 см3) и с помощью штампа равномерно распределя-
ют его вровень с поверхностью выступов шероховатости, прида-
вая песчаному пятну форму круга, прямоугольника или квадрата
(рис. 9.19).
Затем измеряют диаметр круга по четырем взаимно-перпенди-
кулярным направлениям (Д—Д4) и вычисляют среднеарифмети-
230
ческий диаметр, по которому определяют
среднюю глубину впадин шероховатости
Д
_4ИП
ср л/)2 ’
где Кп — объем песка, см3; D — средний
диаметр круга, см.
При необходимости определения высо-
ты выступов оконтуривают поверхность,
занятую песком, удаляют его из впадин
макрошероховатости с помощью щетки и
смазывают очищенную поверхность покры-
тия техническим глицерином. Затем сни-
мают слепок с покрытия: изготавливают
жидкое тесто из гипса, быстротвердеюще-
Рис. 9.19. Метод «пес-
чаное пятно»:
го цемента или другого аналогичного ма-
териала, распределяют его по исследуемой
поверхности слоем 1,0... 1,5 см. Через 5...
7 мин слепок отделяют от покрытия и вы-
1 — горка песка до раз-
равнивания; 2 — песок
после разравнивания
держивают 10... 15 мин до затвердения. После этого определяют
объем впадин шероховатости (численно равный объему выступов
шероховатости) по методу «песчаного пятна» и рассчитывают сред-
нюю высоту выступов.
Во многих странах для измерения шероховатости используют
специальные передвижные лаборатории — профилографы, кото-
рые одновременно могут измерять продольную, поперечную ров-
ность и шероховатость дорожного покрытия. Например, профи-
лограф, разработанный в Дании, состоит из поперечной балки,
оснащенной 15 лазерами для измерения профилей и одним лазе-
ром для измерения шероховатости покрытия, который устанавли-
вают над левой или правой полосой наката.
После обработки результатов измерений получают параметры
шероховатости по песчаному пятну и среднюю глубину профиля
макроструктуры на участке протяженностью 1; 10; 100; 1000 м.
Равномерность распределения щебня по поверхности покры-
тия определяют с помощью прямоугольной рамки размером
0,10x0,20 м, в пределах которой подсчитывают число зерен щеб-
ня. Измерения повторяют 10 раз на участке длиной 1 км. По ре-
зультатам измерений подсчитывают среднее число зерен щебня в
пределах площади, ограниченной рамкой, и среднеквадратичес-
кое отклонение результатов отдельных измерений от среднего,
который не должен превышать 0,15 (для отличной оценки каче-
ства).
Оценка твердости дорожных покрытий. Для сохранения шеро-
ховатости покрытия в процессе эксплуатации большое значение
231
Рис. 9.20. Твердомер ИП-18:
1 — треугольная станина; 2 — шкала отсчетов;
3 — груз; 4 — штанга с ограждениями; 5 — на-
правляющая втулка с вертикальными стойками;
6 — установочные винты; 7 — коническая на-
садка
имеет его твердость. Твердость — со-
противление материала проникновению
в него более твердого материала. Твер-
дость дорожного покрытия оценивают
по глубине погружения в материал по-
крытия иглы или конуса заданной фор-
мы под определенной нагрузкой и при
определенной температуре. Твердость
определяют на всех типах покрытий,
устроенных с использованием органи-
ческих вяжущих с помощью прибора —
твердомера.
Твердомер конструкции Казахского филиала СоюздорНИИ
(проф. О. А. Красиков) состоит из ударника с конической насад-
кой (ударник ДорНИИ) и измерительного устройства для замера
глубины погружения конуса в покрытие. Аналогичная конструкция
твердомера (модели ИП-18, И.А. Орехов) рекомендована к ис-
пользованию в Беларуси (рис. 9.20).
Независимо от длины обследуемого участка дороги проводят
не менее 20 измерений с одновременной регистрацией средней
температуры поверхности покрытия. Точки для измерений назнача-
ют через равные расстояния с чередованием полос наката (первая
точка выбирается случайной). Среднее значение показателя твер-
дости ht для участка покрытия с помощью номограммы (рис. 9.21)
приводят к расчетной температуре 50 °C (если в процессе измере-
ний температура покрытия резко изменялась, то к расчетной тем-
пературе приводят отдельные показатели твердости и лишь затем
определяют его среднее значение). По полученному значению твер-
дости Л50 назначают оптимальный для одиночной поверхностной
обработки размер щебня.
Оценка сцепных качеств дорожных покрытий. Для измерения
коэффициента сцепления созданы специальные приборы — ди-
намометрического действия и портативные (рис. 9.22).
Наибольшее развитие и применение получили модификации
прибора ПКРС-2У в усовершенствованном виде в составе лабора-
торий КП-208МП, КЛ-514МП (в настоящее время производится
Саратовским НПЦ «Росдортех»). В МАДИ и ВНИИБД МВД
России Ю. В. Кузнецовым был разработан портативный прибор
для оценки сцепных качеств дорожных покрытий.
232
Рис. 9.21. Номограмма для приведения показателя твердости покрытия к
расчетной температуре 50 °C:
а — для покрытий из горячих асфальтобетонных смесей; б — для покрытий из
холодных битумоминеральных смесей; стрелками показан порядок пользования
номограммой
С помощью динамометрического прибора ПКРС-2У коэффи-
циент сцепления измеряют путем регистрации усилий, возника-
ющих при затормаживании колеса прицепа до его полной блоки-
ровки на искусственно увлажненном покрытии. Коэффициент
сцепления равен отношению касательной горизонтальной силы к
нагрузке, действующей на колесо:
где Т — горизонтальная касательная сила; Q — масса динамомет-
рического прицепа, приходящаяся на колесо.
Рис. 9.22. Передвижная лаборатория с установкой ПКРС-2У для изме-
рения ровности и скользкости покрытия:
1 — прицепное колесо; 2 — динамометр; 3 — автомобиль; Q — нагрузка на колесо;
Т — сила трения сцепления; М — крутящий момент на прицепном колесе
233
Регистрация показаний первичных датчиков производится бор-
товым вычислительным комплексом с визуализацией данных из-
мерений на дисплее.
Портативный прибор МАДИ-ВНИИБД (ППК) состоит из штанги
со скользящим по ней грузом массой 9 кг, подвижной муфты и пру-
жины, соединяющей два резиновых имитатора размером 100х 146 мм.
При испытании прибор устанавливают так, чтобы имитаторы на-
ходились на расстоянии (10± 1) мм над покрытием (рис. 9.23). За-
тем подвижной груз закрепляют в верхнем положении стойки и
фиксируют защелкой. После увлажнения поверхности освобожда-
ют груз, который падает на подвижную муфту. Под действием уда-
ра груза имитаторы прижимаются и перемещаются по поверхности
покрытия. По положению измерительной шайбы на шкале опреде-
ляют значение коэффициента сцепления.
Организация работ по измерению коэффициента сцепления. Так
же как и при оценке продольной ровности, при оценке сцепных
свойств дорожных покрытий выполняют сплошные или выбороч-
ные измерения.
Сплошные измерения сцепных свойств дорожных покрытий осу-
ществляют с помощью передвижной установки ПКРС-2У.
При измерении сцепных свойств дорожных покрытий в уста-
новке ПКРС-2У используют шину без рисунка протектора или с
рисунком глубиной не менее 1 мм. В случае отсутствия специаль-
ной шины с гладким протектором допускается использовать обыч-
ную изношенную шину того же размера с остаточной глубиной
канавок не более 1 мм.
Выборочные измерения сцепных свойств дорожного покрытия
выполняют с помощью портативного прибора ППК. Могут быть
использованы и другие приборы, имеющие необходимое метро-
логическое обеспечение, показания которых должны быть приве-
дены к показаниям перечисленных ранее приборов. При этом кор-
реляционные испытания необходимо проводить не менее чем на
Рис. 9.23. Портативный прибор
ППК для оценки скользкости по-
крытия:
1 — имитатор шин; 2 — пружина; 3 —
падающий груз; 4 — муфта; 5 — толка-
ющие тяги; 6 — шкала отсчета коэф-
фициента сцепления
234
пяти участках, различающихся по ровности и сцепным свойствам
дорожного покрытия.
Измерения сцепных свойств покрытия установкой ПКРС-2У
производят при постоянной скорости (60 ± 5) км/ч по левой по-
лосе наката каждой полосы движения.
При невозможности произвести измерения по левой полосе
наката (двухполосная дорога, крайняя левая полоса многополос-
ной дороги) допускается производить их по правой полосе нака-
та. Измерения сцепных свойств дорожного покрытия с помощью
портативного прибора ППК выполняют по левой полосе наката
каждой полосы движения.
Сцепные качества покрытия оценивают коэффициентом про-
дольного сцепления, измеренным на увлажненном покрытии при
расчетной температуре воздуха 20 °C. Увлажняют дорожное по-
крытие с помощью автономной системы искусственного увлаж-
нения, смонтированной на автомобиле-тягаче. Не допускается про-
изводить измерения сцепных качеств дорожного покрытия во время
дождя, а также в течение 2...3 ч после него.
Портативным прибором ППК коэффициент сцепления также
определяют на увлажненном покрытии. Для увлажнения необхо-
димо вылить на покрытие не менее 200 см3 воды и смочить поло-
су шириной не менее 15 см и длиной не менее 30 см.
Следует иметь в виду, что результаты измерений коэффициен-
та сцепления прибором ППК и установкой ПКРС-2У хорошо
коррелируют между собой для гладких и мелкошероховатых по-
крытий. С увеличением шероховатости покрытий достоверность
результатов измерений прибором ППК снижается.
При измерениях коэффициента сцепления фиксируют темпе-
ратуру воздуха. Полученные значения коэффициента сцепления
приводят к расчетной температуре 20 °C путем их суммирования
с поправками, определяемыми из следующей зависимости:
Температура воздуха в момент измерений, °C Поправка к измеренному коэффициенту сцепления 0 ..-0,06 5 -0,04 10 -0,03 15 -0,02
Температура воздуха в момент
измерений, °C .... 20 25 30 35 40
Поправка к измеренному
коэффициенту сцепления 0 0,01 0,01 0,02 0,02
Состояние дорожных покрытий по сцепным качествам оцени-
вают сравнением фактического значения коэффициента продоль-
ного сцепления с его предельно допустимым значением.
Зарубежные приборы и многофункциональные лаборатории для
оценки состояния дорог. Во многих странах разработаны различ-
235
ные модификации динамометрических приборов для измерения
коэффициентов сцепления, такие, например, как прибор ADNERA
и Grip Tester (Франция), прибор WUD (Чехия) и др. На дорогах
Польши применяют аппарат SRT-3 (Skid Resistance Tester), кото-
рый позволяет измерять продольный коэффициент сцепления с
шагом через каждые 5 м со скоростью 60 км/ч.
Кроме одноколесных прицепов выпускают двухколесные, ко-
торые измеряют силу торможения сразу двух колес. К таким при-
борам относят дорожный измеритель сцепления OSCAR, выпус-
каемый фирмой Norsemeter в Норвегии. Эта установка в автома-
тическом режиме может измерять продольный коэффициент сцеп-
ления как при полном, так и при частичном торможении (про-
скальзывании шины).
Для измерения коэффициента поперечного сцепления приме-
няют тележки, которые воссоздают условия качения колеса при
действии боковой силы или имитируют явления заноса автомоби-
ля без торможения.
Одной из наиболее распространенных является английская
передвижная лаборатория для оценки сцепных качеств дорожных
покрытий SCRIM (Sideway force Coefficient Routine investigat
Machine), которая измеряет коэффициент поперечного сцепле-
ния колеса с покрытием.
Главным отличием этой лаборатории является то, что измери-
тельное колесо в ней поставлено под углом а = 20’ к направлению
движения (рис. 9.24), а измерение может проводиться как с пол-
ностью, так и частично блокированным колесом.
Кроме лабораторий, измеряющих отдельные параметры, вы-
пускается много лабораторий, измеряющих несколько парамет-
ров. Так, например, во Франции разработана и выпущена много-
функциональная лаборатория SIRANO (рис. 9.25), которая вклю-
чает в себя:
• систему GERPHO — для съемки состояния покрытия;
• APL — для измерения ровности;
• RUGOLASER — для измерения шероховатости;
Рис. 9.24. Принципиальная схема
лаборатории SCRIM для измере-
ния коэффициента поперечного
сцепления:
1 — базовый автомобиль с измеритель-
ной и обрабатывающей аппаратурой
и емкостью для воды; 2 — измеритель-
ное убирающееся колесо; 3 — направ-
ление движения
236
2
3
Рис. 9.25. Многофункциональная передвижная лаборатория SIRANO:
1 — анализатор продольного профиля APL-72; 2 — система измерения поперечно-
го профиля; 3 — система GERPHO для съемки деформаций покрытия; 4 — систе-
ма RUGOLASER для измерения параметров шероховатости (текстуры) покрытия
• приборы для определения параметров поперечного профиля;
• приборы для измерения радиусов поворота и продольных ук-
лонов.
В России серийно выпускают передвижную дорожно-диагнос-
тическую лабораторию КП-514МП, где в одном автобусе смонти-
ровано оборудование, позволяющее измерять углы поворота, ра-
диусы кривых в плане и профиле; поперечные и продольные укло-
ны; расстояния видимости; высотные отметки; прочность дорож-
ной одежды; ровность; коэффициент сцепления.
Все измерения и их обработка автоматизированы, для чего в
салоне автобуса установлен бортовой компьютер.
В Канаде, Голландии, Чехии и ряде других стран применяют
лабораторию ARAN (Automatic Road Analiser), которая co скорос-
тью до 110 км/ч позволяет измерять продольную и поперечную
ровность полосы шириной 3,6 м, геометрические параметры че-
рез систему гироскопов, повреждения поверхности покрытия че-
рез систему регистрации видеокамерой (рис. 9.26).
В США и Швеции широко применяют установку Laser RST
(Road Surface Tester), которая co скоростью до 90 км/ч позволяет
регистрировать продольную ровность через систему специальных
датчиков; поперечный профиль при помощи 11 лазерных датчи-
ков, установленных на балке длиной 3,1 м; элементы плана и про-
дольного профиля трассы при помощи гироскопов; текстуру и
повреждения поверхности при помощи лазерных датчиков и др.
237
Рис. 9.26. Многофункциональная лаборатория ARAN
Следует отметить, что большинство измерений (кроме коэф-
фициента сцепления) выполняют на чистом, сухом покрытии.
Комплексные лаборатории значительно упрощают организа-
цию работ по диагностике состояния дорог.
Контрольные вопросы
1. Какова роль диагностики в системе управления состоянием авто-
мобильных дорог?
2. В чем заключается организация работ по диагностике состояния
автомобильных дорог?
3. Чем и как измеряют геометрические параметры дорог?
4. Как и чем определяют прочность дорожных одежд?
5. Как и чем измеряют продольную и поперечную ровность дорож-
ных покрытий?
6. Как выявляют характер и причины образования колеи?
7. Чем и как измеряют шероховатость и сцепные качества покрытий?
Глава 10
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ОБЩЕЙ ОЦЕНКИ
ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
10.1. Классификация методов общей оценки
состояния дорог
Оценка транспортно-эксплуатационного состояния представ-
ляет собой процесс определения степени соответствия норматив-
ным требованиям фактических потребительских свойств автомо-
бильных дорог, их основных параметров и характеристик.
Состояние дорог оценивают различными методами, по различ-
ным показателям, параметрам и характеристикам. Основные тре-
бования к оценке состоят в том, чтобы она была объективной и
достоверной. Оценка может считаться объективной и достовер-
ной только тогда, когда оцениваемый показатель измерен коли-
чественно и сопоставлен с нормативными или эталонным значе-
нием этого показателя.
Существующие методы оценки состояния автомобильных до-
рог можно разделить по ряду признаков: по оцениваемому пока-
зателю, по полноте охватываемых оценкой элементов, по перио-
дичности оценки, по объему оценки, по критериям оценки и т.д.
По оцениваемым показателям выделяют:
• методы оценки технико-эксплуатационных качеств или ха-
рактеристик дороги, т.е. технических параметров и физических
характеристик дороги, таких как прочность дорожной одежды,
ровность, шероховатость и сцепные качества покрытий, устойчи-
вость земляного полотна, а также инженерного оборудования и
обустройства (знаков, ограждений, автобусных остановок, АЗС,
мотелей и т.д.);
• методы оценки транспортно-эксплуатационных показателей
дороги или ее потребительских свойств, таких как обеспеченная
дорогой скорость, удобство и безопасность движения, пропуск-
ная способность, допустимая осевая нагрузка и общая масса авто-
мобилей, эргономические, эстетические, экологические свойства
дороги и т.д.;
• методы оценки показателей совместной работы дороги и авто-
мобилей или технико-экономических показателей работы автомо-
бильного транспорта на данной дороге, таких как средняя скорость
транспортного потока, производительность автомобилей, расход топ-
лива и износ шин, себестоимость перевозок, число ДТП и т.д.
239
По полноте оцениваемых элементов или показателей выделяют:
• методы оценки отдельных элементов, параметров, характе-
ристик или показателей (методы раздельной оценки);
• методы оценки группы элементов, параметров, физических
характеристик или показателей;
• методы оценки комплекса, т. е. всех или большинства основ-
ных элементов, параметров, характеристик или показателей (ме-
тоды комплексной оценки).
По степени объективности оценки выделяют:
• субъективные, или визуальные методы оценки, основанные
на результатах визуального осмотра дороги и дорожных сооруже-
ний специалистами-экспертами. При этом различают визуальную
диагностику, т. е. сбор информации о видимых параметрах и ха-
рактеристиках состояния дороги и визуальную оценку состояния,
т. е. сравнение этих характеристик с нормативными требованиями;
• объективные методы оценки, основанные на результатах из-
мерений параметров и характеристик дорог и дорожных сооруже-
ний, выполняемых при помощи приборов, установок и передвиж-
ных лабораторий;
• смешанные методы оценки, когда часть параметров и характе-
ристик оценивается по результатам визуального осмотра, а часть —
по результатам объективных измерений.
По числу критериев или показателей оценки выделяют однокри-
териальные и многокритериальные методы оценки.
Для оценки состояния автомобильных дорог наибольшее рас-
пространение нашел метод комплексной оценки транспортно-эк-
сплуатационного состояния дорог по обеспеченности их потре-
бительских свойств и метод раздельной оценки технических па-
раметров и характеристик дорог путем сравнения их фактических
значений с нормативными.
Методы раздельной оценки технических параметров и харак-
теристик дорог, а также элементов инженерного оборудования и
обустройства применяют в случае необходимости проверки соот-
ветствия нормативным требованиям только этих параметров или
элементов и соответственно назначения ремонтных работ только
по этим параметрам или элементам.
Наиболее часто таким методом оценивают состояние проез-
жей части: прочность дорожной одежды, ровность, сцепные каче-
ства, шероховатость, колейность, трещины и ямочность на по-
крытиях и т.д.
Методами раздельной оценки могут быть оценены также и от-
дельные транспортно-эксплуатационные показатели дороги: ско-
рость движения, пропускная способность, безопасность движе-
ния и др.
В любом случае оценка состояния производится на основании
результатов диагностики, которая всегда предшествует оценке
240
состояния дорог. Объективная оценка состояния может выпол-
няться одновременно с диагностикой, но, как правило, не может
предшествовать ей.
10.2. Методы визуальной оценки состояния дорог
Общие принципы визуальной оценки. Визуальный осмотр, об-
следование и простейшие измерения могут применять как само-
стоятельный способ упрощенной диагностики и оценки состоя-
ния дороги, на основании которых ориентировочно могут быть
выявлены и дифференцированы участки с различным транспорт-
но-эксплуатационным состоянием, в первом приближении уста-
новлены виды и причины деформаций и разрушений, назначены
ремонтно-восстановительные и профилактические мероприятия,
определены объемы работ и требуемые затраты на ремонт и со-
держание. Кроме того, визуальный осмотр и оценку, как правило,
проводят на первом этапе работ по объективной оценке состоя-
ния дороги, а также при оценке качества ремонта и содержания.
В чистом виде визуальную оценку применяют редко. Обычно
ее выполняют с применением простейших средств измерения,
записи информации с помощью портативных диктофонов, кино-
или телесъемки, средств автоматической записи и отработки ре-
зультатов оценки и т.д.
Основные методы визуальной оценки состояния дорог. Различа-
ют два основных способа визуальной оценки.
В первом способе высококвалифицированный эксперт-дорож-
ник или группа специалистов проходят пешком или проезжают
на автомобиле с малой скоростью (10...20 км/ч) с остановками
весь участок дороги, осматривают состояние поверхности и до-
рожных сооружений, проводят простейшие измерения, заносят
всю информацию в журнал, диктофон или переносной компью-
тер. При этом координаты места нахождения дефектов, деформа-
ций и разрушений определяют в привязке к километровым и пи-
кетным столбам или измеряют по спидометру.
Во Франции для этих целей разработана система DESY (сокра-
щенно от слов Decri System). Она состоит из микроЭВМ типа PC;
двух специальных клавиатур, каждая клавиша которой имеет свой
символ, означающий ту или иную информацию; набора программ
по обработке собранных данных.
Во втором способе на автомобиле устанавливают видеокамеру и
из движущегося автомобиля снимают весь участок дороги. Есть
два варианта съемки поверхности дороги.
В первом варианте камеру устанавливают так, чтобы съемка
производилась с точки, близкой к глазам водителя и под тем же
углом, под которым водитель видит дорогу. В этом случае снима-
241
ют вид проезжей части, обочин, откосов и прилегающей обста-
новки. Автомобиль-лабораторию, оборудованный видеокамерой
для этой цели, во Франции называют VIDEOROUTE. Съемка ве-
дется при движении автомобиля со скоростью 50 км/ч. Видеосъемку
просматривают в лаборатории с применением системы DESY.
Во втором варианте наибольшее внимание при визуальном ос-
мотре уделяют состоянию дорожной одежды и покрытия. Для этих
целей во Франции кроме системы VIDEOROUTE и DESY приме-
няют систему дорожного фотоконтроля GERPHO. Это автомо-
биль, оборудованный видеокамерой, расположенной впереди ав-
томобиля на выдвижной балке. Видеокамера непрерывно снимает
поверхность покрытия шириной полосы 5 м, с масштабом съемки
1:200, при скорости движения автомобиля 60 км/ч. Съемка про-
изводится ночью при искусственном освещении покрытия.
После проявления снятые кадры просматривают на экране,
отмечают и измеряют все дефекты, деформации и разрушения
покрытия и дорожной одежды.
В МАДИ (ГТУ) разработана система видеокомпьютерной съемки
в дневное время с автоматизированной фиксацией состояния до-
рожного покрытия и характера его повреждений.
Визуальная оценка состояния покрытия и дорожной одежды —
наиболее часто применяемый в различных странах вид визуаль-
ной оценки состояния дорог. В России впервые для этих целей в
1953 г. была предложена трехбалльная шкала оценки прочности
дорожной одежды, разработанная СоюздорНИИ. Прочность оце-
нивали экспертным путем по наличию на покрытии трещин, сетки
трещин и разрушений. В дальнейшим оценка качества была допол-
нена оценкой ровности. На участках с прочной дорожной одеждой
(оценка I балл) оценивают еще и состояние покрытия по ровности.
Оценка покрытия по ровности колеблется от 1 балла (отличное
состояние) до 4 баллов (неудовлетворительное состояние). Таким
образом, состояние дорожной одежды по прочности и ровности
оценивают с помощью двойной шкалы: 1/1,1/2, ..., 1/4, II, III.
Значительное развитие метод оценки состояния дорожной одеж-
ды по прочности на основе результатов визуального осмотра со-
стояния дороги получил в работах Ю.М.Яковлева, который уста-
новил корреляционную зависимость между видами, характером и
числом дефектов покрытия и дорожной одежды и коэффициен-
том прочности.
В зависимости от состояния покрытия и характера поврежде-
ния применяют следующие значения коэффициента прочности:
Без дефектов, отдельные трещины на расстоянии
более 40 м.......................................1,00
Отдельные трещины на расстоянии между трещинами:
20...40 м.............................0,98... 1,00
10...20м...............................0,95...0,98
242
Редкие трещины на расстоянии между соседними
трещинами:
8...10 м.......................................0,90...0,95
6...8 м........................................0,88...0,90
4-6 м..........................................0,85 — 0,88
Частые трещины на расстоянии между соседними
трещинами:
3...4 м.......................................0,80-0,85
2...3 м.......................................0,78-0,80
1...2 м.......................................0,75-0,78
Сетка трещин при относительной площади,
занимаемой сеткой:
менее 30%.....................................0,70—0,75
60-30%........................................0,68-0,70
90-60%........................................0,65-0,68
Искажение продольного микропрофиля и поперечного
профиля (волны, колея).........................0,68 — 0,70
Просадки при относительной площади просадок:
до 20 %.......................................0,60-0,65
20-50%........................................0,58-0,60
более 50%.....................................0,55-0,58
Проломы дорожной одежды при относительной
площади проломов:
менее 10%...................................0,60 — 0,65
10-30%........................................0,58-0,60
более 30%.....................................0,50-0,58
Сущность этого метода состоит в том, что, фиксируя факти-
ческое состояние дорожной одежды (трещины, сетка трещин,
просадка, колея и др.), можно оценить интегрально за прошлый
период службы одежды процесс накопления дефектов и соответ-
ственно ее прочностное состояние.
Наличие современного оборудования для видеокомпьютерной
съемки позволяет упростить и автоматизировать процесс фикса-
ции состояния дорожной одежды и характер повреждений. В МАДИ
(ГТУ) разработана методика обработки результатов видеокомпь-
ютерной съемки состояния дорожной одежды.
Визуальную оценку состояния дорожной одежды осуществ-
ляют ежегодно на всех дорогах в весенний период после снего-
таяния до начала ослабления дорожной одежды. Одной из за-
дач этого осмотра является выявление участков, на которых не-
обходимо провести инструментальные измерения прочности до-
рожной одежды, т.е. тех участков, где есть сомнения в этой
прочности.
Оценку выполняет группа в составе инженера (руководитель
группы), техника и водителя автомобиля.
243
2
3
4
Рис. 10.1. Передвижная видеолаборатория:
1 — система позиционирования ГВИ; 2 — видеокамера; 3 — GPS-приемник; 4 —
монитор; 5 — ЭВМ; 6 — датчики положения
Визуальную оценку производят в процессе проезда автомоби-
ля со скоростью, позволяющей фиксировать имеющиеся на по-
крытии дефекты (10...20 км/ч).
При необходимости более подробного осмотра отдельных уча-
стков (уточнение характера дефекта) или проведения измерений
(измерений глубины колеи) автомобиль проезжает вперед от мес-
та дефекта на 5... 10 м, инженер и техник выходят из автомобиля
и двигаются по обочине в направлении, обратном движению.
В процессе визуальной оценки состояния дорожной одежды ее
делят на однотипные участки длиной 100... 1000 м, границы кото-
рых назначают по близким состояниям одежды. Расстояния уста-
навливают по одометру автомобиля. Внутри каждого участка на-
значают частные участки с практически одинаковым состоянием
одежды. В случае наличия нескольких дефектов оценку назнача-
ют по дефекту, дающему наиболее низкое значение коэффициен-
та запаса прочности.
Выпускаемая Саратовским НПЦ «Росдортех» передвижная лабо-
ратория КП-514МП оснащена системой видеосъемки и дополнитель-
ным рабочим местом оператора для сбора данных об инженерном
оборудовании дорог. Видеосъемка покадровая, осуществляется че-
рез задаваемый оператором интервал пути по длине дороги. Наи-
более оптимально производить съемку автоматически через каж-
дые 20 м. Размещение камеры и ее ориентация должны быть таки-
ми, чтобы в кадр попадала не только проезжая часть, но и элементы
обустройства дороги (дорожные знаки, ограждения, переходно-ско-
ростные полосы), были видны съезды, примыкания других дорог.
Снимаемое видеоизображение дороги оцифровывают и вводят
в бортовой компьютер. Скорость движения при съемке составля-
244
ет 20...30 км/ч. Разработано специальное программное обеспече-
ние, позволяющее по кадрам видеоизображения выполнять ли-
нейные измерения, включающие определение ширины проезжей
части и др.
Программа «Инженерное оборудование», которой оснащается
передвижная лаборатория, по существу, выполняет роль полевого
журнала при обследовании дороги и значительно облегчает рабо-
ту операторов.
В последнее время передвижные лаборатории оснащаются спут-
никовыми навигационными системами GPS. Это приемник сиг-
нала от одного или нескольких спутников, плата ввода сигнала в
бортовой компьютер и программа обработки сигнала. Использо-
вание GPS-систем эффективно для определения географических
координат трассы дороги в плане, внесения корректив в показа-
ния датчика пути передвижной лаборатории.
10.3. Методика комплексной оценки
качества и состояния дорог
по их потребительским свойствам
Общие положения. Метод комплексной оценки разработан ав-
тором на основании многолетних исследований, выполненных в
МАДИ, ГипродорНИИ и других организациях. Он основан на
том, что в рыночных условиях конечным результатом деятельно-
сти дорожных организаций как при строительстве новых, так и
при эксплуатации существующих дорог является обеспечение вы-
соких потребительских свойств дорог.
Цель диагностики и оценки состояния заключается в определе-
нии степени соответствия фактических транспортно-эксплуата-
ционных показателей нормативным требованиям к потребитель-
ским свойствам дорог.
Интегральным показателем, наиболее полно отражающим все
основные транспортно-эксплуатационные показатели, принята
скорость движения, выраженная через коэффициент обеспеченнос-
ти расчетной скорости.
Рассматриваемый метод применяют для оценки качества про-
екта строительства, реконструкции или ремонта дороги, качества
дороги в момент сдачи ее в эксплуатацию после строительства,
реконструкции или ремонта, а также качества и транспортно-экс-
плуатационного состояния дороги, находящейся в эксплуатации.
Под качеством дороги понимают степень соответствия показа-
телей технического уровня, эксплуатационного состояния, инже-
нерного оборудования и обустройства, а также уровня содержа-
ния нормативным требованиям, обеспечивающим потребитель-
ские свойства дороги данной категории.
245
Оценку потребительских свойств дороги или ее транспорт-
но-эксплуатационных показателей выполняют применительно
к работе дороги и ее состоянию в осенне-весенний период года,
когда все достоинства и недостатки дороги проявляются наи-
более полно. В сухое теплое время года при благоприятных ус-
ловиях погоды фактические транспортно-эксплуатационные по-
казатели могут быть выше, чем в осенне-весенний период. По-
этому результаты обследований, выполненных в сухое теплое
время года, приводят к расчетным осенне-весенним условиям
работы дороги.
Для обобщенной комплексной оценки качества дороги и уров-
ня ее содержания определяют показатель качества и состояния
дороги Пд, который включает в себя комплексный показатель
транспортно-эксплуатационного состояния КПД, показатель ин-
женерного оборудования и обустройства и показатель эксплу-
атационного содержания дороги Кэ:
Пд = КПд^^э.
Для вновь построенной или реконструированной дороги в мо-
мент сдачи ее в эксплуатацию принимают Кэ = 1.
Показатели Пд, КПД, К^, Кэ являются критериями оценки ка-
чества и состояния дороги. Их нормативные значения для каждой
категории принимают в соответствии с действующими норматив-
но-техническими документами.
Нормативные значения комплексного показателя транспорт-
но-эксплуатационного состояния дорог КПН соответствуют тре-
бованиям ГОСТ Р 52398-2005, СНиП 2.05.02-85, ВСН 24-88 и
ГОСТ Р 50597-93, а также ГОСТ Р 52399-2005. В неблаго-
приятных условиях погоды осенне-весеннего периода года до-
пускается снижение требований к показателю транспортно-экс-
плуатационного состояния дороги КПД, но не более чем на 25 %.
Эти значения принимают за предельно допустимые КПп. Фак-
тические значения КПД могут колебаться в пределах 0,15... 1,25
и более.
Нормативным считается такое состояние дороги, при котором
ее параметры и характеристики обеспечивают значения комплек-
сного показателя транспортно-эксплуатационного состояния не
ниже нормативного (КПД > КПН) в течение всего осенне-весенне-
го периода. Допустимым, но требующим улучшения и повыше-
ния уровня содержания считается такое состояние дороги, при
котором ее параметры и характеристики обеспечивают значение
комплексного показателя транспортно-эксплуатационного состо-
яния в осенне-весенний период ниже нормативного, но не ниже
предельно допустимого (КПН > КПД > КПп).
Нормативные значения КПН (числитель) и предельно допу-
стимые КПп (знаменатель) значения комплексного показателя
246
Таблица 10.1. Нормативные и предельно допустимые значения
комплексного показателя транспортно-эксплуатационного состояния дорог
Категория дороги Основная расчетная скорость, км/ч Характерные участки дороги
на основном протяжении на трудных участках местности
пересеченной горной
1а 140 1,17/0,88 0,83/0,62 0,58/0,44
16 140 1,17/0,88 0,75/0,56 0,58/0,44
1в, II' 120 1,00/0,75 0,67/0,50 0,50/0,38
II', III 100 0,83/0,62 0,58/0,44 0,42/0,32
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
Примечания: 1. II' — дорога обычного типа (нескоростная) второй кате-
гории с четырьмя полосами движения, на которой допускается отсутствие цент-
ральной разделительной полосы, а требование к ее наличию определяется про-
ектом организации дорожного движения; И* — дорога обычного типа (нескоро-
стная) второй категории с двумя полосами движения, на которой наличие цент-
ральной разделительной полосы не требуется.
2. Критерии выделения трудных участков пересеченной и горной местности
принимаются в соответствии с примечанием 1 к п. 4.1 СНиП 2.05.02—85.
транспортно-эксплуатационного состояния дорог приведены в
табл. 10.1*.
Недопустимым, требующим немедленного ремонта или рекон-
струкции, считается такое состояние дороги, при котором значе-
ние комплексного показателя транспортно-эксплуатационного
состояния дороги в осенне-весенний период ниже предельно до-
пустимого (КПД < КПп).
За нормативное значение показателя инженерного оборудова-
ния и обустройства принимают К& = 1, которое обеспечивается
при наличии и соответствии требованиям стандартов и других
нормативных документов основных элементов инженерного обо-
рудования и обустройства дорог: дорожных знаков, ограждений,
разметки, примыканий, пересечений автомобильных дорог с ав-
томобильными и железными дорогами, автобусных остановок и
площадок отдыха, тротуаров и пешеходных дорожек в населен-
ных пунктах, освещения. Фактические значения величины Лоб
могут колебаться в пределах 0,9... 1,0.
За нормативное значение показателя уровня эксплуатацион-
ного содержания принимают Кэ = 1,0, которое обеспечивается
средним уровнем содержания согласно Временному руководству
* При разработке требований учтены положения ГОСТ Р 52398—2005 и ГОСТ
Р 52399-2005.
247
по оценке уровня содержания автомобильных дорог. Фактиче-
ские значения величины Смогут колебаться в пределах 0,9... 1,1.
Нормативные и предельно допустимые значения обобщенного
показателя качества и состояния дороги принимают равными со-
ответствующим значениям комплексного показателя ТЭС АД, т. е.
Пн = КПН и Пн = КПп. Дорога, находящаяся в эксплуатации, пол-
ностью соответствует требованиям к качеству и состоянию, когда
Пд > Пн, и находится в допустимом состоянии, когда Пн > Пд > Пп.
При других значениях показателей дорога находится в недопу-
стимом состоянии.
В зависимости от целей и задач оценки она может быть выпол-
нена как по обобщенному показателю качества и состояния, так и
раздельно по комплексному показателю транспортно-эксплуата-
ционного состояния КПД, показателю инженерного оборудова-
ния и обустройства или по показателю уровня эксплуатаци-
онного содержания (Кэ).
Значения всех показателей могут быть определены для участка
дороги, для всего протяжения дороги, для сети дорог, обслужива-
емых дорожной организацией или для сети дорог региона.
Оценку качества дороги в момент сдачи в эксплуатацию после
строительства, реконструкции или ремонта выполняют так же,
как и эксплуатируемой дороги по результатам объективной оцен-
ки и измерения фактических параметров и характеристик дороги.
Оценка транспортно-эксплуатационного состояния автомобиль-
ной дороги. Главным этапом оценки качества и состояния доро-
ги является определение показателя ее технического уровня и
эксплуатационного состояния или комплексного показателя
транспортно-эксплуатационного состояния (КПД), которая вклю-
чает в себя оценку геометрических параметров поперечного про-
филя, плана и продольного профиля дороги, состояния покры-
тия и прочности дорожной одежды, продольной и поперечной
ровности, сцепных качеств покрытий, состояния обочин, габа-
ритов мостов и путепроводов, интенсивности и состава транс-
портных потоков, а также безопасности движения, плавности
трассы, ее инженерного оборудования и обустройства и уровня
эксплуатационного содержания.
В основу методики комплексной оценки транспортно-эксплу-
атационного состояния дороги положен принцип обязательного
соблюдения всех нормативных требований к параметрам и харак-
теристикам, определяющим ее транспортно-эксплуатационные
показатели.
Транспортно-эксплуатационное состояние каждого характер-
ного отрезка дороги оценивают итоговым коэффициентом обеспе-
ченности расчетной скорости , который принимают за комп-
лексный показатель транспортно-эксплуатационного состояния до-
роги на данном отрезке:
248
КПда.=Щг.
Оценку транспортно-эксплуатационного состояния автомобиль-
ной дороги на момент обследования выполняют по комплексно-
му показателю:
п
У’1 7 Г^ИТОГ
кпд=^—--------,
где — длина участка с итоговым значением К™т, км; п — число
таких участков; L — общая длина дороги (участка дороги), км.
Изменение состояния дороги за период между обследования-
ми оценивают по приросту комплексного показателя ТЭС АД по
формуле
ЛКП” = КЩ - КП£,
где КП” и КПд — значения комплексного показателя на начало и
конец оцениваемого периода.
Отрицательное значение прироста свидетельствует об ухудше-
нии состояния дороги за оцениваемый период по сравнению с
первоначальным.
Используя результаты оценки транспортно-эксплуатационно-
го состояния отдельных дорог, можно оценить состояние всей сети
дорог и сравнить его с требуемым.
Порядок и методика оценки влияния элементов параметров и
характеристик дорог на комплексный показатель их транспортно-
эксплуатационного состояния. Для оценки влияния отдельных па-
раметров и характеристик дорог на комплексный показатель их
состояния КПд определяют частные коэффициенты обеспеченно-
сти расчетной скорости на каждом характерном участке дороги.
При определении коэффициентов обеспеченности расчетной
скорости аналитическим путем учитывают следующие особенности:
• не принимают во внимание общие ограничения скорости
Правилами дорожного движения и местные ограничения скорос-
ти (в населенных пунктах, на переездах железных дорог, на пере-
сечениях с другими дорогами, на кривых малых радиусов, в зоне
автобусных остановок, в зонах действия дорожных знаков и др.);
• в случае резкого различия условий движения по дороге в раз-
ных направлениях (например, на затяжных уклонах горных до-
рог), кроме дорог I категории, значение коэффициента обеспе-
ченности расчетной скорости принимают по наименьшему значе-
нию из двух направлений движения; на дорогах I категории сле-
дует выполнять оценку их состояния по направлениям движения
раздельно;
• не учитывают участки постепенного перехода скорости от
одного значения к другому, т.е. строят ступенчатую эпюру пока-
зателей.
249
Значения частных коэффициентов обеспеченности расчетной
скорости определяют как отношение фактической максимально
возможной или безопасной скорости движения УфП1ах, зависящей
от значения оцениваемого параметра к базовой расчетной скоро-
сти для данной категории дороги. Методика определения Цфшах
приведена в гл. 8. Конкретные значения коэффициентов обеспе-
ченности расчетной скорости даны в Правилах диагностики и оцен-
ки состояния автомобильных дорог ОДН 218.0.006—2002 (взамен
ВСН 6—90) и в справочной энциклопедии дорожника.
Значение итогового коэффициента обеспеченности расчетной
скорости на каждом участке для осенне-весеннего расчетного по
условиям движения периода года принимают равным наимень-
шему из всех частных коэффициентов на этом участке:
х^итог _ j^min
Лр.с/ ~Лр.с/*
Для этого строят линейный график, на который наносят сокра-
щенный продольный профиль и план дороги, основные параметры
и характеристики, частные и итоговые значения коэффициента
обеспеченности расчетной скорости, а также линии нормативного
и предельно допустимого значений показателей качества и транс-
портно-эксплуатационного состояния дороги (рис. 10.2).
Для получения итогового значения коэффициента обеспечен-
ности расчетной скорости определяют частные коэффициенты,
учитывающие ширину основной укрепленной поверхности и ши-
рину габарита моста — Кр с1; ширину и состояние обочин — Крс2;
интенсивность и состав движения — Кр с3; продольные уклоны
и видимость поверхности дороги — Крс4; радиусы кривых в плане
и уклон виража — Кр с5; продольную ровность покрытия — ЛГр с6;
коэффициент сцепления колеса с покрытием — Кр с7, состояние и
прочность дорожной одежды — ЛГр с8; ровность в поперечном на-
правлении (глубину колеи) — Кр безопасность движения — АГр с10,
Кр С11 — плавность трассы.
Частный коэффициент Кр С1 определяют исходя из ширины про-
езжей части и краевых укрепленных полос, которые вместе со-
ставляют ширину основной укрепленной поверхности Въ с уче-
том влияния в осенне-весенний периоды года укрепления обочин
на фактически используемую для движения ширину этой поверх-
ности ^1Ф-
За характерные по ширине укрепленной поверхности прини-
мают участки с одинаковой шириной проезжей части и укреплен-
ных краевых полос, а при отсутствии краевых полос — участки
дороги с одинаковой шириной проезжей части. При этом не учи-
тывают колебания ширины в пределах до 0,2 м. При уменьшении
или увеличении на смежном участке ширины основной укреп-
ленной поверхности более чем на 0,2 м такой участок выделяют в
характерный. Если разница в ширине 51ф на смежных участках
250
превышает 0,5 м, то участок с меньшей шириной относят к мест-
ным сужениям, в длину которого включают зоны влияния по 75 м
от начала и конца сужения.
Частный коэффициент Кр с2 определяют по ширине обочины в
соответствии с рис. 8.6. В общем случае в состав обочины входит
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 обо-
чин разная, в расчет принимают меньшую. При выделении харак-
терных участков не учитывают колебания ширины обочины в пре-
делах до 0,1 м при общей ширине обочины до 1,5 м и в пределах
до 0,2 м при ширине обочины более 1,5 м. В случае изменения
ширины обочины на величину больше указанных (0,1 ми 0,2 м)
участок выделяют в характерный.
В случае когда проезжая часть и краевые укрепленные полосы
или проезжая часть и укрепленные обочины имеют один тип по-
крытия и между этими элементами нет четко видимых различий
(например, для гравийных и щебеночных покрытий), ширину
краевых укрепленных полос или укрепленных обочин условно
принимают по формуле
Ву-Во
* 2 ’
где Оу — ширина краевой укрепленной полосы или укрепленной
обочины, имеющих одинаковый с проезжей частью тип покры-
тия, м; Ву — общая ширина укрепленной поверхности, имеющая
один тип покрытия, м; Во — оптимальная ширина укрепленной
поверхности, соответствующая данной интенсивности движения:
Интенсивность движения,
авт./сут.................До 100 100 — 600 600—1200
Оптимальная ширина укреп-
ленной поверхности Во, м... 4,5 7 7,5
Интенсивность движения,
авт./сут................... 1200—3 600 Более 3 600
Оптимальная ширина укреп-
ленной поверхности Во, м........8 9,5
Для трехполосных дорог или проезжей части автомагистралей
с тремя полосами движения оптимальную ширину укрепленной
поверхности принимают равной 12,75 м, для четырехполосной
проезжей части автомагистралей — 16 м.
В случае когда на всей ширине обочины устроен один тип ук-
репления, значения Кр с2 принимают в зависимости от общей
ширины обочины для данного типа укрепления. Аналогично при-
251
Схематический продольный профиль 1 ""
Продольные уклоны, % 2 20/ \10 30
Радиусы кривых в плане, м наличие виража 3
'264 265*
Расстояние видимости, м 4
Ситуация (пересечения, примыкания, подъемы, съезды, автобусные остановки — А, населенные пункты с тротуарами и пешеходными дорожками, водотоки, ландшафт) 5 га // | ГИБДД|
^га \\ пос.Лужны \\
Поверхность земляного полотна Ширина обочины, м 6 3,75
Шипина укрепленной части, м (тип укрепления) 7 3.0 (Засев трав)
Ширина краевой полосы, м 8 0,75
Ширина проезжей части (кол-во полос движенияНтип покрытия) 9 7,7(2) (а/б)
Ширина обочины, м 10 3,75
Шипина укрепленной части, м (тип укрепления) п 3,0 (Засев трав)
Ширина краевой полосы, м 12 0.85
Состояние дорожного покрытия, баллы 13 5,0
Ровность дорожного покрытия, см/км (прибор) 14 340 (ПКРС-2У)
Коэффициент сцепления 15 0,44
Ограждения слева 16
справа 17
Освещение слева 18
справа 19 жжжжж®
Площадки отдыха (ПО) и видовые площадки (ВП) 20
Искусственные сооружения и их характеристики 21
Интенсивность движения. авт., сут (доля грузовых и автобусов) 22
Количество ДТП 23 0
Частные коэффициенты обеспеченности расчетной скорости Ширины основной укрепленной поверхности A^ci 24 1,18
Ширины и состояния обочин Арс2 25 1,11
Интенсивности и состава движения К0.сз 26 1.1
Продольного уклона и ВИДИМОСТИ AD.C4 27 1.1 1 1.1
Радиуса кривой в плане ^п.с5 28
Ровности покрытия 29 1,21
Коэффициента сцепления ^d.c7 30 0,87
Прочности дорожной одежды АпСз 31 1,0
Параметров колеи Ко cg 32 1,25
Безопасности движения Akcio 33 1,25
Плавности трассы /icii 34 1,25
Комплексный показатель трансп.-экспл. состояния АТ1Л 35 0.87
Показатель инженерного оборудования и обустройства 36 0.99... _
Показатель уровня эксплуатационного содержания К 37
Обобщенный показатель качества и состояния Пп 38 0,88 0.76
Минимальный ^ос 39 _____^о.с7 * ^р.с4
График транспортно-эксплуатационного состояния КПД1- 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6
График обобщенного показателя качества и состояния Пд/ 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6
’
Рис. 10.2. Линейный график оценки транспортно-
252
эксплуатационного состояния дороги
253
нимают значения Кр,с2 при отсутствии укрепления на всей шири-
не обочины.
При наличии на обочине краевой укрепленной полосы и (или)
укрепленных различными материалами, а также неукрепленных
полос значения Кр с2 определяют как средневзвешенную величину
для данных типов укрепления по формуле
п
ZAA.C2,
^Р.с2=^--------,
"об
где п — количество типов укреплений на обочине; Д — ширина
полосы с различным типом укрепления, м; Кр с2,- — коэффициент
обеспеченности расчетной скорости для данного типа укрепле-
ния полосы, принятый из предположения, что этот тип укрепле-
ния распространяется на всю ширину обочины; 5об — общая ши-
рина обочины, м.
Частный коэффициент Кр с3 определяют в зависимости от ин-
тенсивности и состава движения по формуле
^р.сЗ = ^р.с! ~
где ЛКР с — снижение коэффициента обеспеченности расчетной
скорости под влиянием интенсивности и состава движения.
Влияние интенсивности состава транспортного потока на ко-
эффициент обеспеченности расчетной скорости объясняется тем,
что поток автомобилей, движущихся по соседней полосе дороги,
оказывает психологическое воздействие на водителя автомобиля
не только как боковая помеха, что учитывается при оценке шири-
ны укрепленной поверхности. Вместе с боковыми помехами воз-
никают помехи и на полосе движущегося автомобиля (продоль-
ные помехи) за счет автомобилей, выходящих на обгон из встреч-
ного потока.
Влияние состава и интенсивности транспортного потока на
продольные помехи для движения учитывают введением попра-
вочного коэффициента:
р.с
_<papW
^'-“120"’
где ф — коэффициент, учитывающий движение по встречной по-
лосе, а для многополосных дорог — по соседней полосе. Прини-
мают для двухполосных дорог ф = 0,7...0,9, а для многополосных
Ф = 0,8... 0,9; a — коэффициент, учитывающий интенсивность дви-
жения; р — коэффициент, учитывающий состав движения, чис-
ленно равный доле грузовых автомобилей в потоке; ЛГ — интен-
сивность движения, авт./сут.
Значения &Крс в зависимости от интенсивности и состава дви-
жения определяют по рис. 10.3.
254
Рис. 10.3. Зависимость поправочного коэф-
фициента ДАр с от интенсивности и состава
движения на двухполосной проезжей части:
кривые 1, 2, 3,4— интенсивность движения соот-
ветственно 1000, 3000, 5000, 10000 авт./сут
За характерный по интенсивности и
составу движения принимают отрезок до-
роги, на котором эти показатели одина-
ковы и отличаются более чем на 15 % от
показателей на смежных участках. Интен-
сивность и состав движения принимают
по результатам наблюдений в теплый пе-
риод года.
Частный коэффициент Кр с4 определяют по продольному ук-
лону для расчетного состояния поверхности дороги в весенне-
осенний период года и фактическому расстоянию видимости по-
верхности дороги при движении на подъем и на спуск. При этом
между точками перелома продольного профиля допускается при-
нимать значение уклона постоянным, без учета его смягчения на
вертикальных кривых.
Частный коэффициент Крс4 принимают для мокрого чистого
покрытия на участках, где ширина укрепленной обочины из ас-
фальтобетона, цементобетона или из материалов, обработанных
вяжущими вместе с краевой укрепленной полосой, составляет 1,5 м
и более. На других участках значения Кр с4 принимают для мокро-
го загрязненного покрытия.
На каждом участке из двух значений Кр с4 (одно для движения
на подъем, другое на спуск) выбирают меньшее и заносят в ли-
нейный график.
Частный коэффициент Кр,с5 определяют по радиусу кривой в
плане и уклону виража для расчетного состояния поверхности
дороги в весенне-осенний период года, которое принимают с уче-
том типа и ширины укрепления обочин.
В длину участка кривой в плане включают длину круговой и
переходных кривых. Кроме того, при радиусах закругления 400 м
и менее в длину участка включают зоны влияния по 50 м от на-
чала и конца кривой. На кривых более 1500 м, а также в проме-
жутках между смежными участками кривых в плане принимают
Kp.cs = КПН.
Частный коэффициент Кр с6 определяют по влиянию неровностей
покрытия проезжей части на скорость. В расчет принимают худший
из показателей ровности для различных полос на данном участке.
Частный коэффициент Кр с1 определяют по измеренному значе-
нию коэффициента сцепления, при расстоянии видимости по-
255
верхности дороги, равном нормативному для данной категории
дороги. В расчет принимают наиболее низкий из коэффициентов
сцепления по полосам движения на данном участке.
Частный коэффициент Крк& определяют в зависимости от со-
стояния покрытия и прочности дорожной одежды только на тех
участках, где визуально установлено наличие трещин, колейно-
сти, просадок или проломов, а коэффициент обеспеченности рас-
четной скорости по ровности меньше нормативного для данной
категории дороги (Кр с6 < КПН). Коэффициент KpcS определяют
по формуле
^р.с8 — РсрКП
Н5
где рср — средневзвешенный показатель, учитывающий состоя-
ние покрытия и прочность дорожной одежды на однотипном
участке:
п
0 _ _ Р1А + Рг4 + — + Р»4
РС₽ ’
/=1
где р, и lj — соответственно показатель и протяженность частных
микроучастков i с практически одинаковым состоянием дорож-
ной одежды; п — число частных микроучастков в составе одно-
типного участка.
Виды дефектов, их оценка в баллах и соответствующие значе-
ния показателя р( для вычисления Кр с8 даны в Нормах оценки
качества содержания автомобильных дорог.
Частный коэффициент Кр с9 определяют в зависимости от па-
раметров колеи в соответствии с табл. 10.2.
Частный коэффициент Кр сЮ определяют на основе сведений о
ДТП по значению коэффициента относительной аварийности.
В качестве характерных по безопасности движения выделяют от-
резки дороги длиной по 1 км, на которых за последние 3 года
произошли ДТП. Для каждого такого участка вычисляют относи-
тельный коэффициент аварийности.
При наличии хотя бы одного ДТП по причине неудовлетвори-
тельных дорожных условий величину Кр с10 для данного километ-
ра принимают в два раза меньше указанной. Это снижение анну-
лируется после выполнения работ по устранению недостатков до-
роги, послуживших причиной ДТП, и не учитывается, если к мо-
менту оценки указанные работы были выполнены. На участках,
где за оцениваемый период ДТП не зафиксировано, значения Кр с,0
принимают равным КПН.
В зависимости от коэффициента относительной аварийности
частный коэффициент Кр с10 принимает значения:
256
Таблица 10.2. Определение частного коэффициента Лр.с9
Параметры колеи Значения ^р с9
Глубина колеи под уложенной на выпоры рейкой, мм Общая глубина колеи отно- сительно правого выпора, мм
Не более 4 0 1,25
7 3 1,0
9 4 0,9
12 6 0,83
17 9 0,75
27 15 0,67
45 28 0,58
Не менее 83 Не менее 56 0,5
Значения коэффициента
относительной аварийно-
сти, ДТП/1 млн авт.-км.... 0...0,2 0,21...0,3 0,31...0,5
Значение ХрС10 ........... 1,25 1,0 0,85
Значения коэффициента
относительной аварийно-
сти, ДТП/1 млн авт.-км 0,51...0,7 0,71...0,9 0,91... 1,0
Значение Xp.cio...........0,7 0,6 0,5
Значения коэффициента
относительной аварийно-
сти, ДТП/1 млн авт.-км .... 1,01... 1,25 1,26... 1,5 Более 1,5
Значение Кр с10........... 0,4 0,3 0,2
Порядок определения частного коэффициента К? с11, учитыва-
ющего влияние плавности трассы, изложен в гл. 8.
Прирост показателя транспортно-эксплуатационного состоя-
ния дороги КПД, %, вычисляют по формуле
К11д
где КП” и КПд — показатели транспортно-эксплуатационного
состояния дороги на начало и конец рассматриваемого периода.
Результаты расчетов заносят в карточку оценки транспортно-
эксплуатационного состояния автомобильной дороги (участка до-
роги).
Определение показателя инженерного оборудования и обустрой-
ства. Показатель инженерного оборудования и обустройства до-
257
роги Хоб определяют по значению итогового коэффициента де-
фектности соответствия инженерного оборудования и обустрой-
ства дороги Ди 0. Под дефектностью соответствия понимают от-
сутствие, недостаточное количество или несоответствие норма-
тивным требованиям параметров, конструкции и размещения эле-
ментов инженерного оборудования и обустройства дорог.
Показатель инженерного оборудования и обустройства доро-
ги Ди о вычисляют для всей дороги установленной категории или
каждого участка дороги, если дорога состоит из участков разных
категорий.
Итоговый коэффициент дефектности соответствия инженер-
ного оборудования и обустройства определяют по результатам
обследования дорог по формулам
Ди.о = Т (Дд + Дм ) j
О
Дм = Дм1 "* Дм2 + Дм3 + Дм4 + Дм5 + Дмб + Дм7>
где Дд — частный коэффициент дефектности соответствия, учи-
тывающий число и частоту расположения площадок отдыха и ви-
довых площадок, функциональное влияние которых распростра-
няется на значительную протяженность дороги; значение Дд вычис-
ляют для всей дороги или для каждого участка данной категории,
если дорога состоит из участков разных категорий; Дм1—Дм7 —
частные коэффициенты дефектности соответствия элементов ин-
женерного оборудования, функциональное влияние которых рас-
пространяется на локальный отрезок дороги (пересечения и при-
мыкания, въезды и переезды, автобусные остановки, ограждения,
тротуары и пешеходные дорожки в населенных пунктах, дорож-
ная разметка, освещение, дорожные знаки); их значения вычис-
ляют для каждого километрового участка дороги.
Частный коэффициент Д, определяют по наличию и соответствию
требованиям нормативных документов (п. 10.11 СНиП 2.05.02—85)
площадок отдыха, включая видовые площадки, по формуле
тт _ ~ ^н.п^п
ЛАД L ,
где /н п — нормативное расстояние между площадками отдыха,
км; пп — фактическое число площадок отдыха на данной дороге,
соответствующих требованиям; L — длина дороги или участка до-
роги, км.
В том случае когда фактическое число площадок отдыха, вклю-
чая видовые площадки, превышает нормативное, т.е. произведе-
ние /н п п„ > L, принимают значение Дд = 0.
Частный коэффициент ДМ1 определяют по соответствию требо-
ваниям пп. 5.1 — 5.18 СНиП 2.05.02—85 параметров пересечений
258
и примыканий автомобильных дорог в одном и разном уровнях, а
также пересечений автомобильных дорог с железными дорогами
по формуле
тт _N-Nk
Дм‘ ” N '
где У — число пересечений и примыканий, въездов и переездов
на данном километре дороги; NH — то же, соответствующих тре-
бованиям норм.
В число учитываемых при оценке не входят пересечения с ули-
цами и въездами во дворы в населенных пунктах, а также неорга-
низованные съезды и переезды. При отсутствии пересечений и
примыканий на данном километре дороги принимают ДМ1 = 0.
Частный коэффициент Дм2 определяют по соответствию требо-
ваниям пп. 10.8 и 10.9 СНиП 2.05.02—85 параметров автобусных
остановок на данном километре дороги. Вычисления проводят по
формуле для определения Дм1.
Частный коэффициент Дм3 определяют по наличию и соответ-
ствию требованиям пп. 9.3; 9.4 и 9.9 СНиП 2.05.02—85 и пп. 5.1 и 5.2
ГОСТ 23457—86 дорожных ограждений на каждом километре
дороги:
где /н — требуемая по нормам протяженность ограждений в одну
линию на данном километровом участке дороги, м; /ф — факти-
ческое протяжение ограждений в одну линию, м.
В том случае когда фактическое протяжение ограждений боль-
ше требуемого, а также на участках, где по нормам не требуется
установка ограждений, принимают Дм3 = 0.
Частный коэффициент Дм4 определяют по наличию и соответ-
ствию требованиям пп. 4.37—4.39 СНиП 2.05.02—85 и пп. 10.23
и 10.24 ВСН 25—86 параметров тротуаров и пешеходных дорожек
вдоль дороги в населенных пунктах. Расчет коэффициента Дм4
производят так же, как и коэффициента Дм3.
Частный коэффициент Дм5 определяют по наличию в однорядном
исчислении и соответствию утвержденной схеме нанесения и требо-
ваниям ГОСТ 51256—99 и ГОСТ 23457—86 дорожной разметки. Рас-
чет коэффициента Дм5 производят так же, как и коэффициента Дм3.
Частный коэффициент Дм6 определяют по соответствию требо-
ваниям пп. 2.5—2.7 СНиП 2.05.02—85 к размещению и пригодно-
сти к работе элементов освещения в однорядном исчислении. Рас-
чет коэффициента ДМ6 производят так же, как и коэффициента Дм3.
Частный коэффициент Дм7 определяют по наличию и соответ-
ствию утвержденной схеме дислокации и требованиям ГОСТ
10807—78 и ГОСТ 23457—86 дорожных знаков, находящихся в
259
исправном состоянии на каждом километре. При полной комп-
лектации и рабочем состоянии всех дорожных знаков Дм7 = 0. При
отклонении по числу или требуемому состоянию до 10 % дорож-
ных знаков принимают Дм7 = 0,1; 20 % — 0,2 и т.д.
Итоговый коэффициент дефектности соответствия инженер-
ного оборудования и обустройства Д„ о определяют для каждого
километра дороги. Вначале определяют значение коэффициента
дефектности площадок отдыха и видовых площадок Дд и прини-
мают его для всей дороги или участка дороги. К этому значению
на каждом километре добавляют значения дефектности по ло-
кальным элементам инженерного оборудования Дм, вычисленные
по формулам для определения ДМ1 и Дм3, получают итоговое зна-
чение коэффициента дефектности инженерного оборудования и
обустройства Ди о на каждом километре.
Значения показателя инженерного оборудования и обустрой-
ства дороги Aog на каждом километре принимают в зависимости
от величины Ди ов соответствии с табл. 10.3 и заносят в линейный
график оценки качества автомобильной дороги.
Таблица 10.3. Значения показателя инженерного оборудования
и обустройства
Коэффициент дефект- ности соответствия Ди о Категории дорог
1а, 16, II (1в и II') III (III и II') IV, V
0 1,о 1,0 1,0
0,1 0,99 0,99 1,0
0,2 0,98 0,98 0,99
0,3 0,97 0,98 0,98
0,4 0,96 0,97 0,98
0,5 0,95 0,96 0,97
0,6 0,94 0,96 0,97
0,7 0,93 0,95 0,96
0,8 0,92 0,94 0,96
0,9 0,91 0,94 0,95
1,0 0,90 0,93 0,95
Примечания: 1. Данные по категориям, указанным в скобках, использу-
ются в части дорог (участков дорог), классифицируемых с учетом положений
ГОСТ Р 52398—2005 и ГОСТ Р 52399—2005 и устанавливаемых согласно п. 5.1.5
Методических рекомендаций и Приложения А, а без скобок — классифицируе-
мых согласно СНиП 2.05.02—85.
2. 1Г — дорога обычного типа (нескоростная) второй категории с четырьмя
полосами движения, на которой допускается отсутствие центральной раздели-
тельной полосы, а требование к ее наличию определяется проектом организации
дорожного движения; 1Г — дорога обычного типа (нескоростная) второй катего-
рии с двумя полосами движения, на которой наличие центральной разделитель-
ной полосы не требуется.
260
Определение показателя уровня эксплуатационного содержания
автомобильной дороги. Значение показателя уровня эксплуатаци-
онного содержания ЛГЭ вычисляют на основании результатов оценки
фактического уровня содержания дороги за последние 9—12 мес,
проведенной в соответствии с Временным руководством по оцен-
ке уровня содержания автомобильных дорог.
Результаты ежемесячной оценки фактического уровня содер-
жания, выполняемой комиссией в соответствии с Руководством,
оформляются в виде акта проверки и содержат оценку фактичес-
кого уровня содержания на каждом участке дороги с разделением
на три уровня: «допустимый», «средний», «высокий».
Для последующей обработки каждому уровню содержания при-
своены баллы: допустимому — 3; среднему — 4; высокому — 5.
Введен условно еще один уровень содержания ниже допустимого,
которому присвоены — 2 балла. После этого составляют таблицу
исходных данных и определяют показатель среднего уровня со-
держания в баллах (табл. 10.4).
По значениям балльной оценки Б определяют показатель уровня
эксплуатационного содержания К3.
Значение оценки
содержания в баллах Б.....3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0
Показатель уровня эксплуа-
тационного содержания К3..0,9 0,92 0,94 0,96 0,98 1,0
Значение оценки
содержания в баллах Б.....4,2 4,4 4,6 4,8 5,0
Показатель уровня эксплуа-
тационного содержания Кэ 1,02 1,04 1,06 1,08 1,10
При оценке качества проекта, а также в момент сдачи дороги в
эксплуатацию после строительства, реконструкции или ремонта
показатель уровня эксплуатационного содержания Кэ не вычис-
ляют, а принимают равным единице, т.е. Кэ = 1,0.
Таблица 10.4. Исходные данные
Порядко- вый номер Участок дороги от км ... до км ... Оценка уровня содержания в баллах за предыдущие месяцы Уровень со- держания
VIII IX X XI XII I II III IV V VI VII
1 От пункта А до пункта В 4 3 5 4 3 4 4 4 4 5 4 5 4,09
2 От пункта В до пункта С 4 3 4 4 3 3 3 — 2 4 4 4 3,45
261
Сводные результаты оценки технического уровня и эксплуата-
ционного состояния автомобильных дорог. Общую оценку каче-
ства и состояния автомобильной дороги выполняют:
• после завершения работ по диагностике для выявления сте-
пени соответствия фактического состояния дороги нормативным
требованиям по потребительским свойствам и назначения меро-
приятий по ремонту или реконструкции дороги;
• после разработки плана мероприятий по ремонту или рекон-
струкции дороги или сети дорог для определения ожидаемого уров-
ня транспортно-эксплуатационного состояния, сравнения его с
нормативным и расчета ожидаемой эффективности намеченных
мероприятий;
• ежегодно после окончания ремонтно-строительного сезона
или сразу после окончания работ по ремонту или реконструкции
для оценки фактического состояния и фактической динамики его
изменения в результате выполненных работ, а также оценки их
эффективности и составления плана дальнейших действий.
Обобщенный показатель качества и состояния каждой дороги
(участка дороги) Пд определяют как произведение трех составля-
ющих КПД, Коб, Кэ. Степень соответствия фактически обеспечен-
ных всей дорогой транспортно-эксплуатационных показателей или
потребительских свойств Пд нормативным требованиям оценива-
ют по относительному показателю качества дороги
Дорога полностью соответствует нормативным требованиям,
когда Кл > 1.
Прирост обобщенного показателя качества дороги, %, вычис-
ляют по формуле
Пк -Пн
AnA=-4f#i100’
где Пд и Пд — обобщенные показатели качества дороги на начало
и конец рассматриваемого периода.
Результаты расчетов заносят в карточку оценки качества авто-
мобильной дороги (участка дороги).
На основании анализа оценки качества и состояния автомо-
бильных дорог и дорожной сети намечают основные пути повы-
шения транспортно-эксплуатационных свойств дорог, последова-
тельность и очередность выполнения работ по реконструкции,
ремонту и содержанию.
Динамика изменения показателей качества дорог во времени
характеризует эффективность деятельности дорожных организа-
ций по содержанию и ремонту дорог.
262
Составленный однажды линейный график обобщенного пока-
зателя ТЭС АД для каждого периода года в последующем перио-
дически корректируют. При этом вносят изменения только на тех
участках и по тем параметрам, на которых произошли какие-либо
изменения в результате выполненных работ или в результате из-
носа и разрушений под воздействием транспорта и климатичес-
ких факторов.
При текущем контроле ТЭС АД сначала определяют фактичес-
кую максимальную скорость методом следования за лидером, по
которой определяют ориентировочные значения К*™т. В случае
если полученное значение выше допустимого, состояние оценен-
ного участка признается не требующим ремонта или требующим
только содержания и дальнейшему детальному обследованию не
подлежит. В случае если полученное значение ниже допустимого —
оцененный участок дороги подлежит детальному обследованию и
комплексной оценке в целях определения вида и очередности ре-
монтных работ.
Контрольные вопросы
1. По каким показателям классифицируют методы оценки состояния
дорог?
2. В чем заключаются и как осуществляются методы визуальной оценки
состояния дорог?
3. В чем состоит методика комплексной оценки качества и состояния
дорог по их потребительским свойствам?
4. Каков порядок и методика оценки влияния параметров и характе-
ристик дорог на комплексный показатель их состояния?
5. Как влияет интенсивность и состав движения на коэффициент обес-
печенности расчетной скорости?
6. Как определяют показатель инженерного оборудования и обуст-
ройства?
7. Как оценивать показатель уровня эксплуатационного содержания
дороги?
8. Как осуществляется сводная оценка технического уровня и эксп-
луатационного состояния автомобильных дорог?
РАЗДЕЛ III. СИСТЕМА МЕРОПРИЯТИИ
ПО СОДЕРЖАНИЮ И РЕМОНТУ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
И ИХ ПЛАНИРОВАНИЕ
Глава 11
КЛАССИФИКАЦИЯ РАБОТ ПО СОДЕРЖАНИЮ
И РЕМОНТУ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
11.1. Основные принципы классификации работ
по содержанию и ремонту автомобильных дорог
Дорога эксплуатируется многие десятки лет. За эти годы харак-
теристики автомобилей и состав транспортных потоков, в расчете
на пропуск которых проектировалась и строилась дорога, изменя-
ются коренным образом. Поэтому в процессе ремонта требуется не
только восстановить проектные параметры дороги, но и привести
их в соответствие с новыми требованиями, т.е. повысить их, что
для большинства сооружений считается реконструкцией.
В этом состоит принципиальное отличие эксплуатационного
содержания автомобильной дороги от аналогичного содержания
других зданий и сооружений производственного значения.
Возникающие деформации и разрушения дорожных одежд и
покрытий, земляного полотна и системы водоотвода, искусствен-
ных сооружений и инженерного оборудования и обустройства
весьма разнообразны по характеру, размерам и объемам. Их уст-
ранение требует проведения ремонтных работ, различных по слож-
ности, объемам, местам расположения и срокам выполнения.
Некоторые деформации и разрушения должны быть немедлен-
но устранены, другие накапливаются постепенно и могут устра-
няться через определенные промежутки времени. Часть ремонт-
ных работ может быть выполнена без помех автомобильному дви-
жению. Другие требуют ограничения, переноса на другие дороги
или остановки автомобильного движения. Выполняемые работы
и мероприятия различаются по стоимости, повторяемости, воз-
действию на транспортно-эксплуатационное состояние дороги,
продолжительности этого воздействия, технологии выполнения и
другим признакам.
Число видов ремонта и состав работ могут периодически изме-
няться в зависимости от технических, экономических и других
требований условий и обстоятельств.
264
Все это, вместе взятое, вызывает необходимость разделения
дорожных работ по видам и группам в зависимости от характе-
ра, размеров и объемов работ. В этом заключается их класси-
фикация. Цель классификации состоит в установлении основ-
ных принципов определения видов и состава работ по содержа-
нию и ремонту автомобильных дорог, которыми следует руко-
водствоваться при разработке технической документации на
выполнение дорожно-ремонтных работ и при планировании
затрат на них.
В мировой практике существует большое число различных клас-
сификаций дорожных работ, в которых обычно выделяют виды
или группы работ в целом по дороге или по отдельным элемен-
там. По каждому виду ремонта и элементу дороги определяют
состав работ, относящихся к данному виду ремонта.
Вид или группа ремонта — это особая характеристика работ,
выполняемых в рамках данного вида ремонта.
Состав работ — это конкретный перечень дорожных работ по
каждому элементу дороги в процессе ремонта.
По характеру, объему и результатам дорожных работ их можно
разделить на следующие виды: содержание, ремонт, реконструк-
ция и строительство дорог.
Существует и более детальное деление дорожных работ на виды.
Так, например, в некоторых странах понятие «ремонт дорог» раз-
деляют на текущий, средний и капитальный ремонт. В других
дают более детальное разделение понятий «реконструкция дорог».
Наиболее часто применяют следующую классификацию дорож-
но-ремонтных работ: содержание (включая текущий ремонт), ре-
монты разного уровня и реконструкция.
Содержание дорог и текущий ремонт. Содержание дорог — это
выполняемый в течение всего года комплекс профилактических
работ по уходу за дорогой, профилактике, устранению и мелко-
му ремонту деформаций и повреждений конструктивных эле-
ментов дорог, а также по организации и регулированию движе-
ния, в результате которых сохраняются либо улучшаются транс-
портно-эксплуатационные качества дорог и дорожных сооруже-
ний. Таким образом, содержание дорог включает в себя и мел-
кий текущий ремонт. Основная задача содержания дорог состо-
ит в сохранении и поддержании транспортно-эксплуатационных
качеств дорог и уровня организации движения путем системати-
ческого ухода за дорогой, дорожными сооружениями и полосой
отвода, содержания их в чистоте и порядке, ликвидации возни-
кающих в процессе эксплуатации мелких повреждений дорог и
дорожных сооружений.
Ремонт автомобильных дорог. Под ремонтом обычно пони-
мают комплекс работ по восстановлению проектных парамет-
ров и повышению первоначальных транспортно-эксплуатаци-
265
онных качеств автомобильных дорог и дорожных сооружений,
т.е. работы по возмещению износа дорожного покрытия, улуч-
шению его ровности, сцепных качеств и шероховатости, усиле-
нию и уширению дорожной одежды, земляного полотна и до-
рожных сооружений; восстановлению изношенных конструк-
ций и деталей или их замене на более прочные и экономичные,
а также работы по инженерному оборудованию и обустройству
дорог, в результате которых улучшаются и повышаются транс-
портно-эксплуатационные характеристики дороги и дорожных
сооружений.
Существуют различные точки зрения и подходы к определе-
нию того уровня, до которого в процессе ремонта должны быть
восстановлены или повышены утерянные свойства и характерис-
тики дороги.
Первый подход состоит в том, что в процессе ремонта свойства
и характеристики эксплуатируемой дороги должны быть восста-
новлены или повышены до первоначального, проектного уровня.
В этом случае ремонтируют и восстанавливают только перемен-
ные параметры и характеристики дороги и устраняют поврежде-
ния ее элементов и обустройства. Прежде всего восстанавливают
прочность дорожной одежды, ровность, шероховатость и сцеп-
ные качества покрытий, устраняют повреждения земляного по-
лотна, системы водоотвода, дорожных сооружений, инженерного
оборудования и обустройства дороги.
Геометрические параметры, которые относятся к постоянным,
изменению не подлежат (уширение проезжей части и земляного
полотна, увеличение радиусов кривых и смягчение продольных
уклонов и т.д.).
Такой подход приемлем к относительно новым дорогам, отра-
ботавшим первый межремонтный срок, а также и к старым доро-
гам с хорошими геометрическими параметрами, если на них со-
хранился или мало изменился по интенсивности и составу транс-
портный поток.
Однако его нельзя применять к автомобильным дорогам, пост-
роенным много десятилетий назад. За это время меняется несколь-
ко поколений автомобилей, существенно повышаются их дина-
мические и эксплуатационные качества, изменяются требования
водителей к параметрам, характеристикам и обустройству дорог,
к их экологическим, эстетическим и экономическим качествам.
Как правило, возрастает интенсивность движения, изменяются и
нормативные требования к параметрам и характеристикам дорог
каждой категории и класса.
Поэтому второй подход состоит в том, что при ремонте долж-
ны быть улучшены и повышены транспортно-эксплуатационные
характеристики и технические параметры ремонтируемой дороги
в пределах норм, соответствующих категории или классу дороги
266
по обеспеченной скорости и интенсивности движения. Это озна-
чает, что в процессе ремонта может быть выполнено уширение
проезжей части и земляного полотна, смягчение продольных ук-
лонов, спрямление трассы и увеличение радиусов кривых в плане
и профиле на тех участках, где они не отвечают нормативным
требованиям для дороги данной категории или класса.
В том случае когда фактическая интенсивность и состав дви-
жения превысили допустимый для дороги данной категории или
класса предел — необходим уже не ремонт, а модернизация или
реконструкция дороги.
Реконструкция является отдельным этапом развития и совер-
шенствования дорожной сети и в классификациях работ по ре-
монту и содержанию дорог не рассматривается.
11.2. Классификация работ по ремонту
и содержанию автомобильных дорог
общего пользования
Различают следующие виды работ по ремонту и содержанию
дорог: а) капитальный ремонт и б) ремонт и содержание. Свое-
временное и полное выполнение обоих видов работ необходимо,
чтобы сохранять и поддерживать транспортно-эксплуатационное
состояние дороги в течение всего срока эксплуатации на уровне,
обеспечивающем установленные для данной категории требова-
ния к потребительским свойствам дороги.
Протяженность автомобильных дорог, подлежащих ремонту в
целом по сети федеральных автомобильных дорог и автомобиль-
ных дорог общего пользования субъектов Российской Федерации,
определяют на основании результатов диагностики и оценки со-
стояния дорог и дорожных сооружений с учетом действующих
межремонтных сроков службы дорожных одежд и покрытий.
Протяженность конкретных дорог и участков дорог, подлежа-
щих тому или иному виду ремонта, и сроки их выполнения опре-
деляют сопоставлением фактического состояния дороги и дорож-
ных сооружений с установленными критериями для назначения
соответствующих видов ремонта.
Требуемый вид ремонта, состав и объемы работ по ремонту
каждой автомобильной дороги и участка дороги, а также по каж-
дому дорожному сооружению устанавливают на основании резуль-
татов диагностики и оценки их фактического состояния, инже-
нерных изысканий, испытаний и обследований, ведомостей де-
фектов и других документов, содержащих оценку фактического
состояния дорог и дорожных сооружений в объеме, позволяющем
сопоставить это состояние с критериями назначения соответству-
ющего вида ремонта.
267
Все существующие классификации работ по ремонту и содер-
жанию автомобильных дорог исходят из того, что главным эле-
ментом дороги является проезжая часть с дорожной одеждой и
покрытием. По состоянию этого элемента устанавливают межре-
монтные сроки, определяют вид ремонта и состав основных работ
по каждому виду ремонта.
Вид ремонта и состав работ по остальным элементам дороги
(земляное полотно, искусственные сооружения и т.д.) определя-
ют по аналогии с работами по ремонту и содержанию проезжей
части.
Этот подход сохранен и при разработке новой классификации
дорожно-ремонтных работ, в которой даны определения, уста-
новлены задачи, критерии назначения и состав работ и меропри-
ятий по каждому виду ремонта и содержанию дорог и дорожных
сооружений.
Содержание автомобильной дороги — выполняемый в течение
всего года (с учетом сезона) на всем протяжении дороги комплекс
работ по уходу за дорогой, дорожными сооружениями и полосой
отвода, по профилактике и устранению постоянно возникающих
мелких повреждений, по организации и обеспечению безопасности
движения, а также по зимнему содержанию и озеленению дороги.
Задача содержания состоит в обеспечении сохранности дороги
и дорожных сооружений и поддержании их состояния в соответ-
ствии с требованиями, допустимыми по условиям обеспечения
непрерывного и безопасного движения в любое время года.
Зимнее содержание дороги — работы и мероприятия по защите
дороги в зимний период от снежных отложений, заносов и лавин,
очистке от снега, предупреждению образования и ликвидации
зимней скользкости и борьбе с наледями.
Озеленение дороги — работы по созданию лесных насаждений и
посеву трав в полосе отвода, необходимых для защиты от снеж-
ных и песчаных заносов, ветровой и водной эрозии, для эстети-
ческого и архитектурно-художественного оформления дороги, а
также работы по уходу за элементами озеленения.
Ремонт автомобильной дороги — комплекс работ по воспроиз-
водству ее первоначальных транспортно-эксплуатационных харак-
теристик, при котором производится возмещение износа покры-
тия, восстановление и улучшение его ровности и сцепных качеств,
устранение всех деформаций и повреждений дорожного покры-
тия, земляного полотна, дорожных сооружений, элементов обста-
новки и обустройства дороги, организации и обеспечения без-
опасности движения.
При этом под первоначальными понимаются транспортно-экс-
плуатационные характеристики и потребительские свойства до-
роги и дорожных сооружений в момент сдачи в эксплуатацию
после строительства, реконструкции или капитального ремонта.
268
Задача ремонта’ состоит в восстановлении транспортно-эксп-
луатационного состояния дороги и дорожных сооружений до уров-
ня, позволяющего обеспечить выполнение нормативных требова-
ний к их потребительским свойствам в период до очередного ре-
монта при интенсивности движения, не превышающей расчет-
ную для данной категории дороги.
Критерием для назначения ремонта дороги является такое состо-
яние дорожного покрытия, при котором его ровность и сцепные
качества снизились до предельно допустимых значений или когда
на других элементах дороги и дорожных сооружениях накопились
деформации и разрушения, устранение которых работами по содер-
жанию дороги невозможно или экономически нецелесообразно.
Капитальный ремонт автомобильной дороги — комплекс работ,
при котором производят восстановление и повышение работо-
способности дорожной одежды и покрытия, земляного полотна и
дорожных сооружений, осуществляют смену изношенных конст-
рукций и деталей или замену их на более прочные и долговечные,
в необходимых случаях повышают геометрические параметры до-
роги с учетом роста интенсивности движения и осевых нагрузок
автомобилей в пределах норм, соответствующих категории, уста-
новленной для ремонтируемой дороги, без увеличения ширины
земляного полотна на основном протяжении дороги.
Задача капитального ремонта состоит в полном восстановле-
нии и повышении транспортно-эксплуатационного состояния
дороги до уровня, позволяющего обеспечить нормативные требо-
вания к потребительским свойствам в период до очередного ка-
питального ремонта при интенсивности движения, соответствую-
щей расчетной для данной категории дороги, при превышении
которой необходима реконструкция дороги с переводом ее в бо-
лее высокую категорию.
Критерием для назначения капитального ремонта является та-
кое транспортно-эксплуатационное состояние дороги, при кото-
ром прочность дорожной одежды снизилась до предельно допус-
тимого значения или параметры и характеристики других эле-
ментов дороги и дорожных сооружений не удовлетворяют возрос-
шим требованиям движения настолько, что невозможно или эко-
номически нецелесообразно приводить их в соответствие с указан-
ными требованиями посредством работ по ремонту и содержанию.
Бурный рост автомобильного парка в России, начавшийся в
последнем десятилетии прошлого века и ожидаемый в ближай-
шей перспективе вместе с одновременным снижением объемов
работ по развитию, ремонту и содержанию дорог, привел к значи-
тельной перегрузке дорожной сети движением, которая в даль-
нейшем еще больше увеличится.
Такое положение может привести к катастрофическому разру-
шению автомобильных дорог, увеличению доли дорог, затрудняе-
269
мых выше предельного уровня с образованием многокилометро-
вых и многочасовых заторов.
Потребуются срочные и значительные работы по повышению
технического уровня существующих дорог, чтобы привести их
состояние в соответствие возросшим требованиям, и огромные
объемы финансирования на перестройку и реконструкцию дорог.
В целях более экономного расходования средств на совершен-
ствование существующих дорог представляется возможным ввес-
ти в классификацию еще один вид ремонтных дорог — модерни-
зацию автомобильных дорог как промежуточный этап между ка-
питальным ремонтом и реконструкцией.
Модернизация дороги — комплекс работ по развитию и совер-
шенствованию геометрических параметров плана и продольного
профиля, уширению и усилению земляного полотна и дорожной
одежды, искусственных и других дорожных сооружений с учетом
роста интенсивности движения и осевых нагрузок в пределах норм,
соответствующих фактической категории существующей дороги.
В дальнейшем необходимо разработать общую классификацию
дорожных работ, которая должна включать в себя работы по стро-
ительству, реконструкции, модернизации, капитальному ремон-
ту, среднему ремонту, содержанию автомобильных дорог.
Контрольные вопросы
1. Каковы основные принципы классификации работ по содержанию
и ремонту дорог? В чем они заключаются?
2. Как подразделяются работы по содержанию дорог?
Глава 12
ОЗЕЛЕНЕНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
12.1. Классификация видов озеленения
автомобильных дорог
Озеленение автомобильных дорог подразделяют на два основ-
ных вида: защитное и декоративное.
К защитному озеленению относят снегозащитное озеленение;
противоэрозионное озеленение; пескозащитное озеленение; шу-
могазопылезащитное озеленение.
Снегозащитное озеленение создают для защиты дорожного по-
лотна от снежных заносов. По своему действию снегозащитные
посадки представляют собой объемную преграду, внутри и вблизи
которой снижается скорость ветра и происходит отложение снега.
Противоэрозионное озеленение применяют для защиты дорог от
разрушительного воздействия стока атмосферных осадков и деф-
ляционных ветров.
Одной из эффективных мер противоэрозионной защиты грун-
товых поверхностей является создание на них растительного по-
крова из трав с развитой корневой системой, которая проникает
на глубину 20 см и более и в результате образует плотный и проч-
ный дерновой слой. К противоэрозионному относят также озеле-
нение, используемое для защиты дорог от разрушительного дей-
ствия растущих оврагов, размыва и разрушения селевыми потока-
ми, а также в целях борьбы с оползнями.
Пескозащитное озеленение служит для защиты автомобильных
дорог от песчаных заносов и включает в себя создание древесно-
кустарниковых насаждений (по схемам, аналогичным снегозащит-
ным), а также закрепление прилегающих к дороге песков посевом
трав.
Пески закрепляют растительностью по обе стороны дороги,
если ось совпадает с направлением движения песков или состав-
ляет с ним угол меньше 30°; только с наветренной стороны доро-
ги, если пески имеют явно выраженное наступательное движе-
ние, направленное к оси дороги под углом, большим 30°, и зано-
сы с противоположной стороны невозможны.
Шумогазопылезащитное озеленение создают на участках дорог,
проходящих через населенные пункты или вблизи них, рядом с
территориями курортных зон, лечебных заведений, заповедников,
271
заказников, национальных парков, а также через угодья, предназ-
наченные для выращивания ценных сельскохозяйственных куль-
тур и др.
К декоративному относят озеленение, используемое для архи-
тектурно-художественного оформления автомобильных дорог.
Декоративное озеленение применяют для усиления связи ав-
томобильной дороги с окружающей природой.
Вместе с тем декоративные посадки применяют и для обеспе-
чения безопасности движения: обозначения трассы дороги на боль-
шом расстоянии, особенно за пределами фактической видимости
поверхности проезжей части; предупреждения водителей о при-
мыканиях и перекрестках и др.
По выполняемой роли и расположению декоративные посадки
разделяют на основные посадки вдоль дороги (аллейные или ря-
довые), групповые посадки и смешанные (т.е. сочетающие основ-
ные и групповые посадки).
12.2. Снегозащитные лесонасаждения
Снегозащитные лесонасаждения являются наиболее надежным,
экономичным и долговечным видом постоянной снегозащиты.
К их недостаткам относят размещение на значительных земель-
ных площадях вдоль дорог, длительный срок от посадки до вклю-
чения в полную работу, необходимость постоянного ухода.
Различают снегозащитные лесонасаждения в виде одно- и двух-
рядных живых изгородей, многорядных лесных полос и кулисных
лесонасаждений.
Живые изгороди создают из одной породы кустарников или низ-
корослых деревьев, которые легко переносят стрижку для прида-
ния ряду кустарников определенной формы.
При большом протяжении живой изгороди через некоторый
промежуток одну породу кустарников или деревьев заменяют дру-
гой, чтобы избежать массового поражения грибковыми заболева-
ниями или вредными насекомыми, а также монотонного вида
изгороди.
Различают живые изгороди однополосные однорядные, одно-
полосные двухрядные и двухполосные четырехрядные.
Схемы снегозадерживающих еловых изгородей снегоемкостью
50... 150 м3/м длины разработал В. А. Пастернацкий (рис. 12.1). Вы-
сота саженцев составляет 0,8... 1,0 м. Изгороди создают по изре-
женной схеме: расстояние между рядами 3 м, между саженцами в
ряду — 1,5 м.
Снегоемкость однополосных живых изгородей из кустарни-
ков Qn, м3/м длины:
(2,= 7//2.
272
При & < 75 м3/м длины
Рис. 12.1. Схемы снегозадерживающих еловых изгородей (размеры даны
в метрах):
С3 — снегопринос с одной стороны дороги за зиму; стрелками показано направ-
ление снегоприноса
Снегоемкость однополосных двухрядных изгородей, м3/м длины:
Qn= 7Я2+0,8HZ>,
где Н — высота деревьев, м; b — расстояние между рядами, b =
= 2...3 м.
Опыт показывает, что практически снегоемкость однорядных
живых изгородей составляет 25 ...40 м3/м длины, двухрядных при-
273
близительно 50 м3/м длины и двухполосных четырехрядных до
100 м3/м длины.
Надежность работы любого снегозащитного насаждения Доопре-
деляют отношением его снегоемкости Qn, м3/м длины, к макси-
мальному объему снегоприноса к ограждаемой стороне дороги д,
м3/м длины, т. е.
ДГ = -^-
W
гг с. а
При N > 1 участок дороги считается полностью защищенным
от снежных заносов.
Снегозащитная лесная полоса представляет собой объемную
преграду для снеговетрового потока, состоящую из нескольких
рядов деревьев и двухрядной кустарниковой опушки, размещен-
ных параллельно дороге на определенных расстояниях. Лесные
полосы формируют из нескольких групп растений:
• низких кустарников высотой до 2 м;
• высоких кустарников высотой до 4 м;
• низкокронных деревьев высотой до 15 м;
• высококронных деревьев высотой до 25 м.
Общее число рядов в лесной полосе составляет 4—9.
По законам аэродинамики в поперечном профиле лесная по-
лоса должна быть обтекаемой: с наружной (наветренной) сторо-
ны высота деревьев плавно увеличивается, с внутренней (подвет-
ренной) стороны высота деревьев резко уменьшается.
Снегозадерживающая способность и снегоемкость зависят от
ширины лесополос и высоты деревьев. Чем выше деревья и боль-
ше их плотность, тем больше отлагается снега в лесополосе. Од-
нако при высоте снежных отложений более 2,5 м в лесополосах
деревья и кустарники начинают ломаться под тяжестью снега.
С увеличением рядов деревьев возрастает объем отложений снега
непосредственно в лесополосе и в подветренном шлейфе. Чтобы
полностью задержать снег, приносимый к дороге (объем снего-
приноса И^ д), лесополоса должна иметь ширину
w
h<„
где Лср — средняя высота снегоотложений в лесополосе, принима-
ют hep = 2,5 м.
Расстояние L от бровки земляного полотна до придорожной
лесной полосы определяют в зависимости от объема снегоприноса:
L = 20 + 0,25 Wc
7 V. Д
Расстояние между рядами деревьев и кустарников в лесной
полосе должно быть одинаковым, в благоприятных лесораститель-
274
Условные обозначения:
ф — низкие кустарники
— высокие кустарники
— низкокронные деревья
высококронные деревья
Рис. 12.2. Типовые схемы снегозащитных лесных насаждений вдоль
автомобильных дорог (размеры даны в метрах) при объеме снегопри-
носа:
а — до 25 м3/м длины; б — до 50 м3/м длины; в — до 75 м3/м длины; г — до
100 м3/м длины; д — до 125 м3/м длины; е — до 150 м3/м длины; ж — до 200 м3/м
длины; з — до 250 м3/м длины
275
a
Рис. 12.3. Схемы снегозащитных насаждений (размеры даны в метрах)
при объеме снегоприноса:
а — 350 м3/м длины; б — 500 м3/м длины
ных условиях его принимают равным 2,5 м, а в тяжелых условиях —
3...3,5 м. Расстояние между растениями в ряду кустарников до-
пускается в пределах 0,5... 1,0 м, в ряду деревьев — 1 ...2 м. При
большой длине снегозащитной лесной полосы, расположенной
на сельскохозяйственных угодьях, необходимо устраивать техно-
логические разрывы (по 10... 15 м) через каждые 800... 1000 м для
прохода сельскохозяйственных машин.
Типовые схемы снегозащитных насаждений, рекомендуемые для
применения на автомобильных дорогах при объемах снегоприно-
са JFC д < 250 м3/м, показаны на рис. 12.2.
При объемах снегоприноса 250 < < 350 м3/м и 350 < 1ГСД <
< 500 м3/м применяют соответственно двухполосные и трехполос-
Рис. 12.4. Схема расположения лесных полос для обеспечения видимос-
ти на пересечениях автомобильных дорог:
Lg — расчетные расстояния видимости; Ls — расстояние от дороги до лесопо-
лосы
276
ные снегозащитные насаждения с увеличенными межполосными
разрывами и расстояниями от дороги (рис. 12.3).
Расстояние от бровки земляного полотна до придорожной сне-
гозащитной полосы, ширина лесных полос и размеры разрывов
между полосами при объемах снегоприноса до 250 м3/м определя-
ют в зависимости от фактического объема снегоприноса.
Для обеспечения видимости на пересечениях и примыканиях
автомобильных дорог в одном уровне снегозащитные полосы раз-
мещают в соответствии с рис. 12.4. Расчетные расстояния види-
мости поверхности дороги La, Lg должны соответствовать расчет-
ным скоростям движения на пересекающихся дорогах.
12.3. Повышение эффективности существующих
снегозащитных лесонасаждений
В процессе многолетней работы существующие лесонасажде-
ния могут значительно снизить или потерять некоторые или все
снегозащитные свойства.
Наиболее часто в процессе эксплуатации возникают следую-
щие недостатки снегозащитных лесонасаждений:
• недостаточная снегозадерживающая способность, вследствие
чего большая часть снега проносится через насаждения и откла-
дывается на дороге;
• недостаточная снегосборность, вследствие чего лесополоса
рано заполняется и не задерживает (не вмещает) весь объем сне-
га, приносимого к дороге;
• шлейф снега выходит на дорогу.
Все отмеченные недостатки способствуют образованию снеж-
ных заносов на дорогах.
Во всех случаях, когда снегозащитная полоса не выполняет свои
снегозащитные функции, должны быть предусмотрены мероприя-
тия по ее усилению путем увеличения ширины или создания до-
полнительных полос. Типовые схемы размещения дополнительных
полос в сочетании с усилением существующих придорожных поса-
док принимают в соответствии с объемом снегоприноса (рис. 12.5).
Выбирают типовую схему усиления и ее параметры по резуль-
татам оценки состояния условий работы существующих лесона-
саждений и определения их остаточной снегосборности.
По разности между объемом снегоприноса и снегосборностью
насаждений определяют мощность дополнительной снегозащиты.
Мероприятия по повышению эффективности работы существу-
ющих лесонасаждений назначают после выявления причин воз-
никших недостатков.
Снегозадерживающую способность можно повысить увеличе-
нием густоты (плотности) деревьев и кустарников путем правиль-
277
Рис. 12.5. Типовые схемы усиления существующих снегозащитных лес-
ных насаждений вдоль дорог (размеры даны в метрах) при объеме снего-
приноса:
а — до 25 м3/м длины; б — до 50 м3/м длины; в — до 100 м3/м длины; г — до
150 м3/м длины; д — до 250 м3/м длины; / — расстояние от дороги до усиленной
лесополосы; с — ширина полосы усиления; b — ширина усиленной лесополосы;
d — ширина старой лесополосы; /ь /2 — расстояния между лесополосами
но выполненных рубок ухода или увеличением числа рядов в сне-
гозащитных полосах.
Длина подветренного снежного шлейфа бывает больше рас-
стояния посадок от дороги в случаях неправильного расположе-
ния насаждений (ближе допустимого расстояния от дороги), не-
достаточной густоты насаждений, вследствие чего удлиняется
шлейф даже у посадок, расположенных на значительном расстоя-
нии от дороги.
Укоротить подветренный шлейф можно, изменяя форму и рас-
положение вала путем посадки дополнительных рядов деревьев
278
и кустарников с полевой стороны полосы, а также повышением
густоты насаждения и уменьшением их высоты при проведении
конструктивных рубок ухода.
Обязательное усиление существующих полос путем увеличе-
ния ширины имеющихся насаждений применяют в двух случаях:
• в насаждениях, расположенных на нормальных расстояниях
от дороги, имеющих достаточную снегосборную способность, но
имеющих недостаточную густоту по ярусам, если рубкой ухода ее
повысить невозможно;
• в насаждениях, имеющих плотную конструкцию, но распо-
ложенных близко от дороги, и если необходимо отодвинуть от
дороги шлейф снега.
Увеличение ширины насаждений производят путем посадки или
посева с полевой стороны небольших дополнительных рядов де-
ревьев и кустарников (не более 7 рядов). Расстояние между до-
полнительными рядами принимают равным 2,5 ...3,3 м.
Плотность существующих лесных полос увеличивают путем
посадки с полевой стороны дополнительных двух рядов кустар-
никовой опушки.
12.4. Уход за насаждениями
Эффективность работы лесонасаждений зависит от своевремен-
ности и тщательности ухода за ними. Основным способом ухода
за насаждениями до момента смыкания крон является обработка
почвы, ее рыхление и борьба с сорняками.
Обработку почвы ведут по мере ее уплотнения и массового
появления сорной растительности: в первый год не менее четы-
рех обработок за лето, во второй — трех, в третий — двух и в
последующие — одной до смыкания крон деревьев.
Число уходов за почвой в молодых полосах (рыхление, культи-
вация, прополка и др.) устанавливают в зависимости от природ-
ной зоны.
В междурядьях уход за почвой выполняют с помощью трактор-
ных культиваторов, лущильников и борон. Почву в рядах обраба-
тывают ротационными культиваторами или вручную, рыхлят на
глубину 5...6 см, в степных районах — 7...8 см. Уход за почвой в
междурядьях проводят в течение 4—6 лет, в рядах — 2—3 лет.
После смыкания крон деревьев и прекращения культивации по-
чвы ежегодно осенью проводят опахивание внешних границ по-
садок в целях предохранения лесных полос от сорняков, пожаров
и распространения корней и корневых отпрысков на прилегаю-
щие территории.
В целях повышения эффективности работы снегозадерживаю-
щих насаждений производят увеличение их плотности (частоты)
279
посредством рубок ухода. Рубки ухода являются эффективной ме-
рой для поддержания и усиления снегозадерживающих свойств
насаждений и их биологической устойчивости и подразделяются
на следующие виды: текущего ухода, конструктивные, рубки спе-
циального назначения, декоративные и восстановительные. При
выполнении рубок ухода производят удаление стволов или кус-
тарника в целях последующего порослевого возобновления расте-
ний.
Рубки текущего ухода делят на прочистки, рубки омоложения
кустарников, санитарные рубки.
При прочистке удаляют деревья и кустарники, мешающие нор-
мальному росту насаждений, спиливают или срубают нежелатель-
ную растительность у поверхности почвы с уборкой хвороста и
порубочных остатков.
Рубки омоложения кустарников выполняют в любое время года
в цельях их порослевого возобновления. Рубки омоложения пред-
усматривают периодическое удаление наземной части кустарника
с оставлением невысоких пеньков (не более 10 см).
Санитарные рубки выполняют весной и летом на протяжении
всего срока существования насаждений в целях их оздоровления.
При санитарных рубках из насаждений удаляют сухостойные, по-
врежденные в результате снеголома, ветровала, деятельности вре-
дителей, грибковых заболеваний растения. Остатки после сани-
тарных рубок выносят из полосы и сжигают.
Конструктивные рубки имеют целью формирование плотной
конструкции насаждений и постоянное поддержание их в этом
состоянии. Необходимость в таких рубках возникает, если насаж-
дения имеют ажурную конструкцию и образуют длинный растя-
нутый вал, который достигает дороги. Конструктивные рубки вы-
полняют «на штамб» или «на пень» (последний прием применяют
в сравнительно молодых лесных полосах). Рубки «на штамб» про-
водят осенью, зимой или ранней весной, а «на пень» — осенью
или ранней весной. После конструктивных рубок деревьев, под-
вергшихся срезанию, формируют новую густую крону из порос-
левых побегов, благодаря чему работа лесной полосы по снегоза-
держанию улучшается.
Рубки специального назначения выполняют, когда на террито-
рии, занятой придорожными насаждениями, имеются различные
сооружения, например линии связи или электропередачи.
Декоративные рубки выполняют в любое время года, но под-
лежащие рубке деревья отбирают весной или летом.
Восстановительные рубки проводят в целях исправления со-
старившихся или поврежденных придорожных насаждений ли-
ственных пород путем рубки «на пень», что способствует интен-
сивному восстановлению насаждений за счет поросли, образую-
щейся на пнях и корнях срубленных деревьев и кустарников.
280
В лесонасаждениях может появиться нежелательная древесно-
кустарниковая растительность — дикорастущие деревья и кустар-
ники, вырастающие на откосах и обочинах земляного полотна, в
боковых канавах и на открытых участках полосы отвода автомо-
бильных дорог в результате естественных процессов расселения
растений семенным или вегетативным способом.
Существуют три основных способа уничтожения нежелатель-
ной древесно-кустарниковой растительности: механический (срез-
ка, корчевание), химический (обработка специальными химичес-
кими веществами, уничтожающими растения — арборицидами и
термический или огневой (сжигание).
Каждый из этих способов, применяемый в отдельности, за ис-
ключением удаления растений с пнями и корнями механическим
способом, из-за высокой жизнеспособности деревьев и кустарни-
ков обычно полного эффекта не дает. Поэтому способы борьбы
часто применяют комплексно.
Наиболее простым и распространенным приемом борьбы с
нежелательной растительностью является удаление деревьев и
кустарников путем рубки или спиливания их стволов у поверхно-
сти почвы.
Химический способ борьбы с нежелательной древесно-кустар-
никовой растительностью предусматривает пять видов примене-
ния арборицидов:
• опрыскивание арборицидами крон деревьев и кустарников;
• введение арборицидов в зарубки на стволах деревьев (способ
инъекции);
• нанесение арборицидов на поверхность ствола дерева (на кору)
у его основания (базальная обработка*);
• обработка пней после срезки стволов для подавления роста
поросли из спящих и придаточных почек;
• обработка арборицидами почвы в зоне распространения кор-
ней нежелательных деревьев и кустарников.
Для уничтожения нежелательной древесно-кустарниковой ра-
стительности применяют гербициды и различные препараты, до-
пускаемые ежегодно к применению соответствующими федераль-
ными органами. Как наиболее эффективные химические препа-
раты для борьбы с нежелательной растительностью на автомо-
бильных дорогах рекомендованы «Раундап» и «Арсенал», разре-
шенные Государственным каталогом пестицидов и агрохимика-
тов к применению на территории Российской Федерации.
При использовании препарата «Раундап», так же, как и других
разрешенных агрохимикатов, необходимо соблюдать общие пра-
вила обращения с химическими препаратами.
* Базальной называется самая нижняя, расположенная у основания, часть
ствола дерева или кустарника.
281
Термический (огневой) способ борьбы с сорной растительно-
стью заключается в выжигании растений открытым пламенем.
Любое травянистое растение погибает при температуре 278 °C в
течение 1 с.
В дорожных условиях, где часто требуется обработка неболь-
ших площадей или отдельных групп древесно-кустарниковой ра-
стительности, расположенных в труднодоступных местах — на от-
косах, бровках земляного полотна или в боковых канавах, удобны
малогабаритные ручные огневые культиваторы индивидуального
пользования, например, огневой культиватор, главной частью
которого является ручная переносная горелка.
При использовании термического способа борьбы с нежела-
тельной растительностью должны быть приняты и строго соблю-
даться меры противопожарной безопасности.
Контрольные вопросы
1. Какие существуют виды озеленения дорог? В чем они заключаются?
2. Что такое снегозащитное озеленение и его параметры?
3. Как можно повысить эффективность существующих снегозащит-
ных насаждений?
4. В чем состоит уход за насаждениями?
Глава 13
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ
ДОРОЖНО-РЕМОНТНЫХ РАБОТ
13.1. Работоспособность и критерии
назначения ремонтных работ
Под работоспособностью понимают свойство дороги обеспе-
чивать безопасное движение автомобилей заданной интенсивнос-
ти с установленными нагрузкой, скоростями и пропускной спо-
собностью. В целом дорога работоспособна, когда показатели обес-
печенности расчетной скорости Кр с, прочности дорожной одеж-
ды А'пр, ровности Кр, скользкости Кс и колейности К* больше еди-
ницы или установленных пределов, а показатели уровня загрузки
Z и безопасности движения — ниже установленных пределов.
Минимально или максимально допустимые пределы этих по-
казателей служат техническими критериями назначения ремонта
или реконструкции дороги. Работоспособность дороги может быть
измерена сроком ее службы или числом пропущенных автомоби-
лей за срок службы.
Период времени в годах от момента сдачи дороги в эксплуата-
цию до реконструкции или между реконструкциями является сро-
ком службы дороги данной категории. Срок службы характеризу-
ется периодом, по истечении которого параметры и характерис-
тики дороги перестают удовлетворять возросшим требованиям
движения настолько, что становится технически невозможно или
экономически невыгодно приводить ее в соответствие с этими
требованиями средствами содержания и ремонта, необходима ре-
конструкция дороги.
Работоспособность дороги по числу пропущенных автомобилей в
миллионах автомобилей
Рд = 365^Тр,
где Nep — среднегодовая среднесуточная интенсивность движе-
ния, авт./сут; Тр — срок службы дороги до реконструкции, лет.
Работоспособность дорожной одежды — это ее свойство обес-
печивать безопасное движение автомобилей заданной интен-
сивности с установленными скоростями и осевыми нагрузка-
ми. Дорожная одежда работоспособна, если она обеспечивает
соответствие показателей Кр с, Кпр, Кр и Кс установленным тре-
бованиям.
283
Критерием для назначения капитального ремонта дорожной
одежды служит такое ее состояние, при котором прочность на-
столько мала, что становится экономически неэффективным под-
держивать эксплуатационные качества проезжей части на требуе-
мом уровне средствами содержания. Главным критерием назна-
чения капитального ремонта принят коэффициент прочности, зна-
чения которого приведены в табл. 7.7.
Работоспособность дорожной одежды измеряется сроком ее
службы или суммарной массой в бругто-тоннах всех автомоби-
лей, прошедших по дороге за срок службы дорожной одежды:
РО = Вер
где Вср — среднегодовая грузонапряженность, вычисленная по
средней интенсивности и составу движения; То — межремонтный
срок службы дорожной одежды, лет.
Если известна грузонапряженность в исходном году Въ а пока-
затель ежегодного роста интенсивности движения соответствует
геометрической прогрессии q, можно пользоваться формулой
Ро=Д(^-1)/(9_1).
Работоспособность покрытия — его свойство обеспечивать без-
опасное движение автомобилей с заданными скоростями. Покры-
тие работоспособно, если обеспечивает соответствие показателей
Крс, ^Р, ^к, и и требованиям.
Критерием назначения ремонта покрытия является такое его
состояние, при котором ровность, шероховатость, сцепные каче-
ства, износ или один из этих показателей достигли таких значе-
ний, что становится невозможным или экономически нецелесо-
образным поддерживать их на требуемом уровне средствами со-
держания.
Чтобы довести эти показатели до требуемого уровня, нужно
улучшить ровность, шероховатость и сцепные качества покрытия.
Обычно этого достигают укладкой нового слоя износа или поверх-
ностной обработки. Главным критерием назначения ремонта при-
нят коэффициент сцепления, значение которого должно быть не
менее 0,3 для гладкой шины и 0,4 для шины с протектором.
Работоспособность дорожного покрытия Рп вычисляют так же,
как и работоспособность дорожной одежды.
В табл. 13.1 приведены средние данные о работоспособности
дорожной одежды и покрытия на дороге с шириной проезжей
части 6...7 м.
Под межремонтными сроками подразумевают период от момента
сдачи дороги, дорожной одежды или покрытия в эксплуатацию
до первого ремонта или между двумя смежными ремонтами в про-
цессе эксплуатации. Таким образом, межремонтные сроки равны
срокам службы соответственно дорожных одежд или покрытий.
284
Таблица 13.1. Средние данные о работоспособности дорожной одежды
и покрытия на дороге с шириной проезжей части 6...7 м
Дорожная одежда и покрытие Ро, млн брутто-т Рп, млн брутто-т
Цементобетонные 80 20
Асфальтобетонные на щебеночном и цементобетонном основаниях 40 10
Покрытие из щебня, обработанного органическими вяжущими 7,5 2,5
То же, покрытие из гравия 5 2
Гравийное необработанное покрытие 0,8... 1,2 0,4...0,6
Межремонтный срок службы дорожной одежды или капиталь-
ного ремонта дороги — период, в пределах которого происходит
снижение несущей способности дорожной одежды до уровня,
предельно допустимого по условиям движения. Капитальный ре-
монт осуществляют при достижении дорожной одеждой в про-
цессе эксплуатации расчетного уровня надежности и соответ-
ствующего ему предельной прочности одежды и ровности по-
крытия.
Межремонтный срок службы покрытия (ремонта) — период,
в пределах которого снижаются сцепные качества покрытия на
капитальных и облегченных дорожных одеждах до предельно до-
пускаемых значениях.
Срок службы дороги Т может быть вычислен через межремонт-
ные сроки дорожных одежд То и покрытий Тп:
Т=пТ0 + щТп,
где п — число капитальных ремонтов или ремонтов дорожных
одежд; — число ремонтов покрытий после последнего ремонта
дорожной одежды.
С работоспособностью и сроками службы дороги и ее элемен-
тов тесно связана надежность автомобильной дороги.
Надежность автомобильной дороги — ее способность обеспечи-
вать бесперебойное, круглогодичное, круглосуточное, безопасное
и удобное движение автомобилей с установленными скоростями
и нагрузками в течение всего срока службы. При нарушении ра-
ботоспособности по любому из критериев наступает частный от-
каз, когда движение по дороге еще возможно, но ограничено по
одному из показателей: скорости, интенсивности или составу
транспортного потока.
Общий отказ на участке — состояние, при котором движение
автомобилей на нем прекращается.
285
Надежность дороги в целом можно оценить двояко. Во-пер-
вых, ее можно представить как надежность отдельных участков;
отказ на каком-либо участке приведет к общему отказу дороги.
В теории надежности это понятие соответствует нерезервирован-
ным системам. Отказ элемента вызывает отказ системы. Таким
образом в этом случае дорога как нерезервированная система мо-
жет быть оценена общим показателем надежности
п
^=ПА.
<•=1
где Р/ — надежность z-го участка дороги, т.е. вероятность безот-
казной работы; п — число оцениваемых участков.
Во-вторых, надежность дороги на каком-либо участке, напри-
мер на одном километре, можно представить как совокупность
надежности элементов дороги. В этом случае можно выделить ос-
новные элементы (покрытие, одежда, земляное полотно, трубы,
мосты, обустройства безопасности движения), которые обеспечи-
вают бесперебойность и безопасность движения, и вспомогатель-
ные (СТО, АЗС, мотели), которые обеспечивают сервис и ком-
фортность. Основные и вспомогательные элементы имеют раз-
ную значимость в выполнении основной функции дороги, следо-
вательно, их надежность будет иметь и различную весомость. Для
этого случая оценка общей надежности дороги как нерезервиро-
ванной системы
п п
2X = i.
/=1 /=1
где Р, — надежность z-го элемента с весомостью в,; п — число
элементов дороги.
Чем выше надежность дороги, тем выше уровень ее качества.
Общая теория надежности применительно к автомобильным
дорогам разработана еще далеко недостаточно. Значительно луч-
ше теория надежности разработана применительно к отдельным
элементам дороги — земляному полотну, дорожной одежде и т.д.
Под надежностью дорожной одежды понимают вероятность
безотказной ее работы в течение периода между ремонтами. От-
казом считают такое состояние дорожной одежды и соответству-
ющее ему значение коэффициента прочности, при котором тре-
буется проведение ремонта. Количественно уровень надежности
Кп представляет собой отношение длины прочных (неповрежден-
ных) участков /пр к общей протяженности дороги L: Кн = lnp/L.
Уровень надежности тесно связан с коэффициентом запаса проч-
ности.
От уровня надежности, следовательно, от коэффициента запа-
са прочности дорожной одежды зависит также объем деформаций
на проезжей части.
286
13.2. Методы определения межремонтных сроков
службы дорожных одежд и покрытий
Различают фактические, расчетные и нормативные сроки служ-
бы дорожных одежд и покрытий.
Теоретические методы исходят из неизбежного понижения в
процессе эксплуатации прочности одежды в связи с воздействием
нагрузки от автомобилей, а также природных факторов. Критери-
ем для назначения ремонта является такое состояние проезжей
части, при котором ступень прочности дорожной одежды дости-
гает предельно допустимых значений.
Расчетный срок службы дорожной одежды — это период време-
ни, в пределах которого снижается несущая способность (коэф-
фициент прочности) дорожной конструкции до уровня, при ко-
тором достигается расчетная надежность дорожной одежды и со-
ответствующее ей предельное состояние покрытия по ровности.
К дефектам, определяющим предельное состояние дорожной
одежды с усовершенствованными покрытиями, относится сетка
трещин, существенно влияющая на ровность дорожного покры-
тия, а переходных дорожных одежд — колея с поперечными вол-
нами. Сетка трещин — продольные, поперечные и косые трещи-
ны, развитые в зоне прохода колес транспортных средств (полоса
наката) и образующие замкнутые фигуры с длиной стороны ме-
нее 1 м. Колея с поперечными волнами — ярко выраженное углубле-
ние вдоль дороги по полосе наката с чередующимися поперечны-
ми впадинами и гребнями через 0,5...2 м.
Для определения расчетного срока службы дорожной одежды
Тр ф используют зависимости, полученные В.К.Апестиным на
основе критерия обратимого прогиба
1g 4
ую-АГф?
х =
Е,-А
В
ЕФХ,
к к к к ’
Лс.иЛ prrLrega-z
где q — показатель роста интенсивности движения, q > 1; у —
коэффициент, принимаемый в зависимости от типа дорожной
одежды, у = 0,12...0,171; ю — коэффициент, учитывающий агрес-
сивность воздействия расчетных автомобилей (нагрузка на колесо
50 кН) в разных природно-климатических условиях, со = 0,7... 3,5;
ЛГф — фактическая интенсивность движения транспортного пото-
ка (на полосу) на момент полевых испытаний дорожной одежды,
287
приведенная к расчетному автомобилю, авт./сут; Et — средний
модуль упругости на данном участке дороги; А и В — параметры
эмпирической закономерности, характеризующие работу дорож-
ной одежды под воздействием многократно повторяющихся на-
грузок и принимаемые А = 125 МПа и В = 68 МПа при ориента-
ции на испытания дорожной одежды методом статического на-
гружения колесом автомобиля; £ф — модуль упругости дорожной
конструкции, МПа; Xt — показатель, зависящий от расчетного
уровня надежности дорожной одежды; Кс и — коэффициент, учи-
тывающий сопротивление конструктивных слоев сдвигу и растя-
жению при изгибе; Крг — коэффициент относительной прочности
дорожной одежды, назначаемый в зависимости от типа дорожной
одежды и категории дороги, Крг = 0,63... 1,00; Кге), — региональный
коэффициент, KKg= 0,85... 1,00; К,— коэффициент, зависящий от
фактической интенсивности движения.
Расчетный срок службы покрытия — это период времени, в
пределах которого происходит увеличение скользкости покры-
тия капитальных и облегченных одежд за счет уменьшения ко-
эффициента сцепления до предельно допускаемой величины или
соответственно уменьшение толщины покрытия, в миллиметрах
в год, переходных дорожных одежд за счет истирания и потери
материала под действием колес автомобилей и природных фак-
торов.
Срок службы покрытия капитальных и облегченных дорожных
одежд определяют по зависимости, основывающейся на ресурсе
поверхностных обработок:
Тс = — 1g +1
lg<? ОГс1£аагр/с
i
где Np с — ресурс покрытия (число проездов расчетных автомоби-
лей, снижающих коэффициент сцепления до минимально допус-
тимой величины); К — коэффициент, учитывающий повторяе-
мость проездов автомобилей по одному следу; Nc\ — интенсив-
ность движения, авт./сут, в первый год эксплуатации, приведен-
ная к расчетным нагрузкам по износу покрытия; с — число рас-
сматриваемых периодов в году (сезоны года); аагр— коэффициент
агрессивности воздействия расчетных автомобилей на покрытие в
рассматриваемый сезон года (принимают равным 0,75; 1,00; 0,85
и 0,60 соответственно для весны, лета, осени и зимы); tc — дли-
тельность рассматриваемого периода года, сут.
Для переходных и низших типов дорожных одежд срок службы
Тс можно определить из формулы, определяющей суммарный из-
нос покрытия за t лет в рассматриваемой дорожно-климатичес-
кой зоне (ДКЗ):
288
Таблица 13.2. Значения эмпирических коэффициентов аи b
Район расположения дороги а ь
Центральные и северо-западные области Европейской части России, II дорожно-климатическая зона 5 0,03
Районы III, IV дорожно-климатических зон 10 0,05
Южные районы Европейской части России, V дорожно-климатическая зона 15 0,07
\!A] = at + bNx^—1
где [И] — допустимый износ покрытия, мм; а,Ь — эмпирические
коэффициенты, зависящие от региональных условий и определя-
емые по табл. 13.2, полученной с учетом результатов исследова-
ния Е. И. Попова.
Нормативный межремонтный срок службы — это экономически
эффективный период времени, равный расчетному сроку службы,
при котором обеспечивается минимум суммарных приведенных
дорожных, транспортных и внетранспортных издержек.
Региональные нормативные сроки службы дорожных одежд То
(табл. 13.3) разработаны под руководством В.К.Апестина на ос-
нове решения многовариантной технико-экономической задачи
по критерию минимума суммарных приведенных автотранспорт-
ных Сад (в том числе дорожных) и внетранспортных затрат Св:
Собщ ^а.д Св min.
Оптимизационная модель состоит из нескольких взаимосвя-
занных звеньев, позволяющих поэтапно рассмотреть работу авто-
мобильной дороги, оценить режимы движения автомобилей в за-
висимости от ежегодного технического состояния дорожных кон-
струкций и других эксплуатационных условий и поэлементно оп-
ределить возможные затраты за рассматриваемый период сопос-
тавления затрат.
Указанные в табл. 13.3 нормы наибольших сроков службы не-
жестких дорожных одежд и покрытий для каждого типа дорож-
ной одежды и соответствующие им нормы надежности дорожной
одежды используют при проектировании автомобильных дорог для
расчета дорожных одежд на прочность. Их также используют при
расчете слоев усиления конструкций в процессе эксплуатации
дороги, но не более фактического срока службы автомобильной
дороги до реконструкции.
В последнем случае норму надежности дорожной одежды при-
нимают по интерполяции между верхним и нижним значениями.
289
Таблица 13.3. Межремонтные сроки и коэффициенты надежности
для различных дорог и типов дорожной одежды
Категория дороги Тип дорожной одежды Дорожно-климатическая зона
I, И III IV, V
То к» Та То к»
I Капитальный 14 18 0,95 0,90 15 19 0,93 0,88 16 20 0,90 0,86
II Капитальный 11 15 0,94 0,89 12 16 0,92 0,87 13 16 0,89 0,85
III Капитальный 11 15 0,92 0,87 12 16 0,90 0,85 13 16 0,87 0,83
Облегченный 10 13 0,88 0,84 11 14 0,86 0,82 12 15 0,84 0,80
IV Капитальный 11 15 0,85 0,82 12 16 0,83 0,80 13 16 0,80 0,78
Облегченный 8 10 0,87 0,83 9 11 0,85 0,81 10 12 0,82 0,80
Переходный 3 8 0,82 0,82 3 9 0,80 0,80 3 9 0,77 0,77
V Облегченный 8 10 0,83 0,80 9 11 0,80 0,78 10 12 0,78 0,75
Переходный 3 8 0,65 0,65 3 9 0,60 0,60 3 9 0,58 0,58
Примечание. Промежуточные значения сроков службы То и соответству-
ющих значений К„ принимают по интерполяции в пределах указанных значений
для каждого типа дорожной одежды.
Для капитальных и облегченных дорожных одежд допускается
уменьшение на 15 % нормы срока службы от минимальных значе-
ний при сохранении нормы надежности. При планировании и
производстве ремонтных работ методом термопрофилирования
норму уровня надежности дорожной одежды понижают на 10 %.
Для жестких дорожных одежд норму межремонтного срока служ-
бы следует принимать равной 25 годам в соответствии с принятым
расчетным сроком службы конструкции при проектировании.
Нормы межремонтных сроков службы дорожных покрытий Т„
на дорогах с капитальными и облегченными дорожными одежда-
ми принимают по табл. 13.4 в зависимости от интенсивности дви-
жения транспортного потока в первый год после строительства
или работ по устройству шероховатых поверхностей при ремонте
дорог.
290
Таблица 13.4. Нормы межремонтных сроков службы дорожных
покрытий Тп
Интенсивность движения по наиболее загруженной полосе, авт./сут Дорожно-климатическая зона Гп, годы
До 200 I, V 8
200-2500 200 - 2000 200-1500 I, II III IV, V 6
2500-4500 2000-4000 1500-3000 I, II III IV, V 4
4500-6500 4000-5000 3000 - 5000 I, II III IV, V 3
Свыше 6500 Свыше 6000 Свыше 5000 I, II III IV, V 2
Примечания: 1. Норму срока службы покрытия понижают на 20% при
использовании в качестве вяжущего для поверхностных обработок дегтей и смол
и на 30 % при использовании известнякового щебня.
2. Возмещение износа покрытий переходных дорожных одежд предусматри-
вают с периодичностью не более 3 лет.
Фактические межремонтные сроки могут быть определены
расчетно-вероятностным методом, разработанным В. М. Сиденко
и состоящим в статической обработке фактических данных о
сроках ремонта на обследуемых дорогах за значительный период
эксплуатации.
Фактический срок службы зависит от
многих факторов технического, клима-
тического, производственного или эко-
номического характера и может коле-
баться в очень широких пределах для
одного и того же типа покрытия или
дорожной одежды.
Установлено, что распределение фак-
тических сроков службы описывается
биноминальной кривой (рис. 13.1).
Число m случаев данной продолжи-
тельности межремонтного срока То опи-
сывается уравнением
Рис. 13.1. Схема к опреде-
лению сроков службы рас-
четно-вероятностным ме-
тодом
m = mx exp [(-Го /</)] (1 + ^-1 Тср / d,
\ 7 ср)
291
где тх — число случаев со средним значением межремонтного
срока; Гср — среднее (среднеарифметическое) значение межре-
монтного срока; d — радиус асимметрии биноминальной кривой.
Из этого уравнения расчетные значения межремонтных сро-
ков дорожной одежды То или покрытия Т„ определяют по фор-
мулам
То = 7"ср.о/О + “оСц); Т„ = Тсрп/(1 + аоС„),
где а0 — относительное отклонение ординаты от модального зна-
чения на кривой вероятности, Cv — коэффициент вариации ряда:
I ('Г
с,= £ /(«-!)>
V vcp J
где п — общее число оцениваемых участков.
Для построения биноминальной кривой необходимо иметь
коэффициент асимметрии
Q = 2C„.
В зависимости от категории дороги может быть назначена ве-
роятность повторения отказа Р:
Категория дороги.........................
Р, %.....................................
I II III
3 5 10
В зависимости от значений Р и Cs по математическим табли-
цам определяют значения do, затем расчетные межремонтные пе-
риоды.
Достоинство этого метода в том, что он основан на реальных
данных о межремонтных сроках на эксплуатируемых дорогах. Од-
нако он требует значительного объема исходной информации.
Кроме того, в эту информацию попадают данные как о ремонтах,
выполненных раньше требуемого срока, так и о ремонтах, не вы-
полненных в требуемые по состоянию дороги сроки.
13.3. Принципы планирования работ
по содержанию и ремонту дорог
Цель планирования и ограничительные условия. Принципиаль-
ные решения по выбору основных мероприятий по содержанию и
ремонту принимают на основе результатов диагностики и оценки
состояния дорог. Однако процесс планирования не заканчивается
на стадии выбора принципиальных решений. Он продолжается
практически непрерывно, как непрерывен процесс эксплуатации
дорог.
292
План дорожно-ремонтных работ представляет собой програм-
му действий по определенной схеме для достижения одной или
нескольких целей и задач в реальных условиях их достижения
(рис. 13.2).
Главная цель планирования работ по содержанию и ремонту
состоит в том, чтобы обеспечить оптимальные потребительские
свойства и сроки службы дороги в процессе эксплуатации.
На достижение главной цели направлены решения основных
задач или целей, подчиненных главной. Чтобы решить эти задачи
и достичь поставленной цели, необходимо осуществить целый
комплекс технических и организационных мероприятий по всем
элементам и обустройствам дороги, по организации и обеспече-
нию безопасности движения.
Планирование ремонтных работ всегда связано с определен-
ным числом ограничительных условий, которые необходимо пре-
одолевать или достаточно полно учитывать.
Основное принципиальное ограничительное условие чаще всего
состоит в том, что дорога рассматривается как долговечное соору-
жение, не разрушающееся во времени. Действительно, на началь-
ной стадии эксплуатации усталостные явления, коррозия матери-
алов дорожных конструкций, остаточные деформации и другие
дефекты накапливаются постепенно, внешне не всегда заметно,
особенно для не специалиста. Более того, даже заметные дефор-
мации и дефекты хоть и существенно ухудшают потребительские
свойства, но далеко не сразу приводят к перерывам движения:
трудно, но проехать можно.
Поэтому иногда формируется ошибочное мнение, что дорога
может долго функционировать и без систематических работ по
содержанию и ремонту.
В результате может быть пропущен самый опасный момент,
когда медленное накопление деформаций и дефектов сменится
их бурным развитием, которое потребует значительных затрат на
их ликвидацию.
Кроме основного, экономического, ограничения существует и
целый ряд других ограничительных условий, которые необходи-
мо учитывать:
• ограничения, вызванные интенсивностью движения, кото-
рая обычно самая высокая там, где ремонтные работы нужны преж-
де всего;
• ограничения, диктуемые климатом; многие работы могут быть
выполнены только в определенное время года; качественное выпол-
нение их в другое время требует больших дополнительных затрат;
• недостаток точных данных о состоянии дороги и причинах
появления деформаций и разрушений на отдельных участках, от-
сутствие научно обоснованных методов устранения этих причин
и ликвидации их последствий.
293
Главная цель
Оптимальные потребительские свойства и сроки службы дороги
Цели, подчиненные
главной
Скорость Удобство и Пропускная Допустимая Сроки Экологическая
движения безопасность способность нагрузка службы безопасность
Основные
мероприятия
по элементам дорог
в процессе
содержания и ремонта
Сохранение и совершен- ствование геометри- ческих параметров Содержание водоотвода и обеспе- чение прочности земляного полотна Сохранение и повышение прочности дорожной одежды, ровности, шероховатости и сцепных качеств покрытия Установка знаков и ограждений, разметка Содержание полосы отвода, защитных элементов и соору- жений Обустрой- ство дорог
Рис. 13.2. Укрупненная схема целей и задач планирования работ по содержанию и ремонту дорог
Рис. 13.3. Схема ремонтов дорожной одежды:
7 — слой пыли; 2 — выбоина; 3 — покрытие; 4 — основание; 5 — дополнитель-
ный слой; 6 — ямочный ремонт; 7 — поверхностная обработка; 8 — слои усиле-
ния; 9 — новая дорожная одежда
Выбор ввда и состава работ по содержанию и ремонту дорог с уче-
том их результативности. Виды и состав работ по содержанию и ре-
монту дорог, предусмотренные классификацией, дополняют друг дру-
га и представляют единую систему мероприятий, направленную на
обеспечение эксплуатационных качеств дорог в соответствии с тре-
бованиями движения. Существует определенная последовательность
и связь между различными видами ремонта во времени (рис. 13.3).
В процессе работ по содержанию дороги выполняют все опе-
рации по очистке дорог от пыли и грязи, устраняют все мелкие
деформации и разрушения, устраняют скользкость и т.д.
При ремонте покрытия помимо работ, выполняемых в процес-
се содержания, производят работы по восстановлению слоя изно-
са, ровности, шероховатости и сцепных качеств покрытия.
При ремонте дорожной одежды производят ее усиление путем
укладки одного или нескольких дополнительных слоев.
В процессе реконструкции старая дорожная одежда может быть
полностью заменена новой.
Практически при разработке программы работ по содержанию
и ремонту дороги необходимо как можно полнее обосновать от-
веты на следующие вопросы:
• где вмешиваться, т.е. определить наиболее целесообразное
место вмешательства или ремонта;
• как вмешиваться, т. е. какой тип вмешательства или ремонта
осуществить;
• когда вмешиваться, т. е. наиболее целесообразный момент или
время вмешательства;
• сколько стоит вмешательство;
• каков будет результат вмешательства.
295
На основании анализа ответов на эти вопросы может быть со-
ставлена программа действий и работ для каждого участка доро-
ги, всей дороги в целом или для сети обслуживаемых дорог.
Опыт показывает, что работы по содержанию проезжей части
мало изменяют ровность, сцепные качества и прочность дорож-
ной одежды, но заметно влияют на повышение безопасности дви-
жения за счет разметки, установки знаков, ликвидации отдельных
скользких мест и т.д., а также заметно влияют на срок службы
дорожных покрытий и одежд за счет устранения ямочности и за-
ливки трещин.
Результатом выполненных работ является изменение основных
потребительских свойств дороги.
Работы по ремонту дорожного покрытия улучшают ровность и
сцепные качества, что способствует повышению скорости и без-
опасности движения, а также пропускной способности и сроков
службы дорожной одежды.
Работы по ремонту и усилению дорожной одежды восстанав-
ливают или повышают все основные потребительские свойства
дорог, в том числе и допустимую осевую нагрузку и срок службы
дорожной одежды.
Следует подчеркнуть, что приведенные результаты работ по
содержанию и ремонту дорожного покрытия и одежды будут обес-
печены только в том случае, если одновременно будут выполнены
работы по всем другим элементам дороги и устранены дефекты
этих элементов, оказывающие отрицательное влияние на потре-
бительские свойства.
Способы планирования работ по содержанию дорог. Наиболее
распространенным способом планирования работ по содержанию
дорог считается метод планирования, основанный на ведомостях
дефектов, по которым определяют виды и объемы работ на каж-
дом участке дорог. Ведомости дефектов составляют при периоди-
ческом осмотре и оценке качества содержания дорог.
При этих осмотрах составляют ведомости дефектов земляного
полотна, проезжей части, искусственных сооружений, обстанов-
ки пути и инженерного оборудования и т.д. Кроме того, при со-
ставлении плана работ по содержанию дорог учитывают план ме-
роприятий по пропуску ледохода и паводка, противопучинных
мероприятий, мероприятий по повышению безопасности движе-
ния, зимнему содержанию и озеленению. Получив виды и физи-
ческие объемы работ, определяют их единичные стоимости, а за-
тем и общую стоимость работ по каждому участку, дороге или
сети дорог.
Планирование по циклической системе работ. Для определения
годовых объемов работ по содержанию дорог в текущем году и на
перспективу часто применяют методику, основанную на цикли-
ческой системе работ по содержанию дорог. Суть ее состоит в том,
296
что каждый вид работ по содержанию дорог периодически повто-
ряется на каждом участке дороги через определенный промежу-
ток времени, который называется продолжительностью цикла Т
и измеряется в годах, а число таких промежутков в течение года
называется коэффициентом цикла К:
Таким образом, продолжительность цикла характеризует пе-
риод времени, по окончании которого данная работа должна по-
вторяться на одном и том же участке дороги, а коэффициент цик-
ла показывает, какое число раз общий объем элемента дороги или
какую долю данного элемента необходимо отремонтировать в год.
Например, длина участка дороги, на котором производится очис-
тка от пыли и грязи, составляет L = 60 км. По нормам очистка
должна производиться 4 раза в год. Это значит, что коэффициент
цикла К = 4, а продолжительность цикла Т = — = — = 0,25.
К 4
Годовой объем работ по очистке участка дороги от пыли и гря-
зи составит LT = LK = 60 • 4 = 240 км/год.
Показатели цикличности определяют либо на основе стати-
стической обработки данных учета выполняемых работ, либо по
данным опроса экспертов, которыми могут быть опытные масте-
ра и инженерно-технические работники дорожно-эксплуатацион-
ных организаций. Эти показатели могут быть разработаны для
каждой конкретной дороги или автомобильных дорог одного ре-
гиона.
Опыт показывает, что по основным видам выполняемых в рам-
ках содержания работ показатели цикла имеют стабильные значе-
ния в течение 5 — 10 лет, после чего их необходимо корректиро-
вать (табл. 13.5).
Таблица 13.5. Продолжительность и коэффициент цикла основных
видов работы
Виды работ Продолжительность цикла Т, лет Коэффициент цикла К
Ямочный ремонт обочин, укреп- ленных связным материалом 0,5 2
Скашивание травы на обочинах и откосах 0,33 3
Прочистка водоотводных каналов, кюветов и водопропускных труб 1 1
Ямочный ремонт покрытия 0,33 3
297
Окончание табл. 13.5
Виды работ Продолжительность цикла Т, лет Коэффициент цикла К
Очистка проезжей части от различ- ных предметов и мусора 0,007 140
Очистка от пыли и грязи проезжей части мостов 0,033 30
Горизонтальная разметка термо- пластиком 4 0,25
Обновление вертикальной разметки 0,33 3
Зная объемы работ на каждый год, легко определить потреб-
ность в материалах, дорожных машинах, стоимость работ и дру-
гие показатели.
13.4. Определение объемов дорожно-ремонтных
работ на основе результатов диагностики
Планирование работ по критерию обеспеченности расчетной ско-
рости движения (метод МАДИ). Метод МАДИ разработан В. К. Апе-
стиным. Используя результаты диагностики, по фактическим транс-
портно-эксплуатационным показателям и параметрам характерных
участков дороги определяют значения частных коэффициентов обес-
печенности расчетной скорости KpciJ и сопоставляют их с норматив-
ными значениями комплексного показателя транспортно-эксплуа-
тационного состояния дороги КПН (при оценке показателей техни-
ческого уровня дороги) и с предельно допустимыми его значениями
(при оценке показателей эксплуатационного уровня дороги). В ус-
ловиях ограниченного финансирования или при соответствующем
технико-экономическом обосновании допускается уточнять потреб-
ность в ремонте, обеспечивая требуемый комплексный транспорт-
но-эксплуатационный показатель в пределах между нормативными
и предельно допустимыми значениями: КПФ= (0,5... 1)КПН.
В случае если на рассматриваемых участках частные коэффи-
циенты обеспеченности расчетной скорости не отвечают предъяв-
ляемым требованиям (Kp ci < КПН), осуществляют, согласно дей-
ствующей классификации работ, соответствующие виды работ по
ремонту и содержанию дороги (табл. 13.6).
Особое внимание следует уделять определению вида ремонта
при необходимости повышения пропускной способности дороги
Кр.сз < КПИ.
Так, принятие решения о реконструкции дороги следует осу-
ществлять только после оценки возможности доведения коэффи-
298
Таблица 13.6. Частные коэффициенты расчетной скорости и дорожные
работы, направленные на их превышение
Частный коэффици- ент Лр.су Учет влияния Виды дорожных работ при Кр CJ- < КПН
^р.с2 Ширины и состояния обочин Укрепление, уширение обочин
^р.сЗ Интенсивности и со- става движения, шири- ны фактически исполь- зуемой укрепленной поверхности покрытия Очистка, уширение проезжей части, устройство укрепительных полос, ук- репление обочин, уширение мостовых сооружений, реконструкция дороги
^р.с4 Продольного уклона и видимости поверх- ности дороги Смягчение продольного уклона, увели- чение видимости
^р.с5 Радиуса кривых в плане Увеличение радиуса кривых, устрой- ство виражей, спрямление участка
Ар.сб Продольной ровности дорожного покрытия Устройство выравнивающего слоя с по- верхностной обработкой или восстанов- ление верхнего слоя методами термо- профилирования и регенерации (ремонт покрытия при Еф > Етр)
Ремонт (усиление) дорожной одежды при
^р.с7 Сцепных качеств по- крытия Устройство шероховатой поверхности методом поверхностной обработки, втапливания щебня, укладки верхнего слоя из многощебенистого асфальто- бетона
^р.с9 Поперечной ровности покрытия (колеи) Ликвидация колеи методами перекры- тия, выравнивания, фрезерования
^р.сЮ Безопасности движения Мероприятия по повышению безопас- ности движения на опасных участках
Ap.ci 1 Плавности трассы Совершенствование элементов продоль- ного профиля и элементов плана дороги
циента Кр.с3 до нормативных значений за счет осуществления бо-
лее экономичных работ. Прежде всего, проверяют возможность
увеличения Кр с3 за счет очистки от загрязнения фактически ис-
пользуемой для движения ширины укрепленной поверхности. Дан-
ную проверку не проводят только для случая укрепления обочин
299
материалами с использованием органических и неорганических
вяжущих. Если в результате коэффициент Кр с3 достигает норма-
тивных значений, на рассматриваемом участке ограничиваются
только содержанием дороги. В случае если очистка укрепленной
поверхности от загрязнения не дает желаемого результата, после-
довательно проверяют возможность ремонта или устройства крае-
вых укрепительных полос, укрепления обочин и уширения проез-
жей части автомобильной дороги с соответствующим пересчетом
значения коэффициента Кр с3 для оценки эффективности ремонта.
В процессе планирования дорожно-ремонтных работ учитыва-
ют то, что некоторые ремонтные работы дают комплексный эф-
фект. Например, при усилении дорожной одежды в целях повы-
шения ее прочности одновременно могут быть обеспечены требу-
емые сцепные качества покрытия за счет устройства поверхност-
ной обработки или использования для слоя усиления асфальтобе-
тона соответствующего типа. При повышении прочности дорож-
ной одежды одновременно улучшается ровность покрытия за счет
укладки выравнивающих слоев. То есть в результате производства
этих работ будет устранено влияние Кр с6 и Крс7.
В табл. 13.7 отражено влияние дорожно-ремонтных работ на
изменение коэффициентов KpcJ.
Использование этих данных позволяет оценить, насколько пла-
нируемые виды работ способны изменить влияющие факторы или
довести значения других параметров до нормативных требований.
Например, если на рассматриваемой дороге не удовлетворяют
требованиям сцепные качества, поперечная ровность, продоль-
ный уклон и видимость в профиле, то с учетом данных табл. 13.7
осуществляют частичную реконструкцию дороги, выполняя рабо-
ты по смягчению продольного уклона на участке. Если совместно
действуют коэффициенты Хр.с2, Ар.с6, ^p.cs и ЛГрс1о, то на участке
проводят укрепление обочин (устраняют фактор Кр с2) и усиление
дорожной одежды (Apes). Влияние коэффициента Кр с6устраняет-
ся в результате проведения работ по усилению дорожной одежды.
По коэффициенту Кр,сювид ремонтных работ не определяют. Этим
фактором учитывается влияние проводимых дорожных работ по
улучшению условий безопасности движения.
Частичное повышение значений коэффициентов обеспеченно-
сти расчетной скорости AKp cJ определяют с использованием зави-
симостей, полученных в результате статистической обработки дан-
ных о режимах движения автомобилей при разных состояниях
дорожного покрытия (табл. 13.8 и 13.9).
Окончательный выбор видов и объемов работ осуществляют в
зависимости от условий финансирования:
• по величине транспортного эффекта исходя из прироста ком-
плексного показателя транспортно-эксплуатационного состояния
дороги до и после ремонта;
300
Таблица 13.7. Частные коэффициенты расчетной скорости и их влияние
на значения других коэффициентов после ремонта
Частный коэффи- циент KP'Cj, опреде- ляющий вид ремон- та (см. табл. 13.6) Влияние ремонта на коэффициенты Кр cj при сов- местном действии факторов на /-м участке дороги
Кр. с2 Кр.сЗ Кр, с4 Кр с5 Кр, сб КрС7 Кр с8 Кр.сЭ Кр,с\$
^р.с2 + + + + +
^р.сЗ • • • • • • • •
-^р.с4 • • • • • • •
Кр.с5 • • • • • • •
*р.с6 • + • +
Кр.с7 + + + +
^р.с8 • • • +
^р.с9 • • +
Примечания: 1. Для определения по исходным значениям Кр cj< КПН по-
вышенных значений K*p cJ после ремонта используют следующие зависимости:
при ремонте по Кр,с2:
К р.сЗ = ^р.сЗ ААГрфСз,
К р с4 = ^р с4 ^Кр
К — Кр,с5 ^Кр с5,
К *р.с7 = Kp.cl АКр
К р сЮ = : ^р.сЮ ^Кр сю,
при ремонте по Кр с6:
К *р.с8 = 1,05Хр с8;
К р сЮ = 1 »7^р.cioi
при ремонте по Кр с7:
К р с4-6,10 = 1Д5Хр с4-6,10>
при ремонте по Кр с^\
К р с10 = 1,7^р.с10,
при ремонте по Кр с9:
К р С10 = 1 C1Q.
2. • — устранение влияния; + — частичное повышение Кр cj.
• величине транспортного эффекта на рубль дорожных затрат
по каждому виду ремонта;
• величине чистой прибыли, определяемой по разнице обще-
го транспортного эффекта и суммы затрат на ремонт дороги,
участка.
Транспортный эффект рассчитывают по разнице себестоимос-
ти перевозок до и после ремонта при средней скорости v движе-
Таблица 13.8. Изменение коэффициента АКрс3 при различных типах
укрепления обочин
Тип укрепления обочин Категория дороги
I II III IV, V
Планировка обочин Засев трав Слой щебня или гравия Асфальто- и цементобетон, обработка вяжущим 0 0,05 0,05 0,12 0 0,06 0,06 0,15 0 0,12 0,23 0,42 0 0,14 0,31 0,47
301
Таблица 13.9. Влияние различных типов укрепления обочин
на значения других коэффициентов
Тип укрепления обочин Значения поправок к
А^р.с4 Д^р.с5 Д^р.с7 А^р сю
Планировка обочин Засев трав Слой щебня или гравия Асфальто- и цементобетон, обработка вяжущим 1 1 1 1,Н 1 1 1 1,12 1 1 1,12 1,15 1 1 1,12 1,15
ния транспортного потока, вычисляемой с учетом коэффициента
обеспеченности расчетной скорости
v = 120ЛГ„ с, - /5 - Аг,
где t — функция доверительной вероятности, /=1,64 для 95%-ной
обеспеченности; 5 — среднеквадратическое отклонение скоро-
сти, км/ч; Аг — поправка к скорости движения в зависимости
от интенсивности и состава движения транспортного потока,
км/ч.
Эффект от выполнения дорожно-ремонтных работ рассчи-
тывают как для отдельных характерных участков дороги, так и в
целом для отдельных дорог и сети дорог в рассматриваемом ре-
гионе.
При планировании работ по ремонту и содержанию автомо-
бильных дорог учитываются также и условия их финансирова-
ния при достаточном финансировании и при ограниченных ре-
сурсах.
По результатам расчетов составляют титульный список ремон-
тируемых или реконструируемых дорог, обеспеченных выделен-
ным объемом финансирования, реализация которого дает наи-
больший транспортный эффект пользователям дорог.
Стратегия планирования дорожно-ремонтных работ на осно-
ве результатов диагностики, принципы определения видов, объе-
мов и очередности работ реализованы в вычислительной про-
грамме ODRR*, разработанной МАДИ (ГТУ) и ГП РосдорНИИ.
Программа работает как в среде DOS, так и в среде Windows 95/
98, обеспечивая планирование ремонта при различных условиях
финансирования (полная обеспеченность или ограниченные ре-
сурсы).
Стратегию ремонта выбирают автоматически исходя из нормы
ежегодно выделяемых средств на ремонт дорог. В качестве исход-
ных данных используют непосредственно параметры и транспорт-
но-эксплуатационные показатели автомобильных дорог, получен-
ные при проведении диагностики.
302
Контрольные вопросы
1. Что называют работоспособностью дорог и каковы критерии на-
значения ремонтных работ?
2. В чем суть межремонтных сроков дорожных одежд и покрытий?
3. Какие существуют методы назначения межремонтных сроков службы
дорожных одежд и покрытий?
4. Каковы принципы планирования работ по содержанию и ремонту
дорог?
5. В чем заключается планирование по циклической системе работ?
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В последние годы возрастает динамика автомобилей и их осе-
вая нагрузка, увеличивается число автомобилей на дорогах и, сле-
довательно, плотность транспортных потоков. В этих условиях зна-
чительно повышается роль дорожно-эксплуатационной службы,
основной задачей которой является обеспечение непрерывного,
безопасного и экономичного движения автомобилей в любое вре-
мя года и в любых погодных условиях.
Дорожно-эксплуатационная служба должна обоснованно оце-
нивать и правильно прогнозировать состояние автомобильных
дорог, выявлять основные причины деформаций и разрушений и
своевременно устранять их. Кроме того, эта служба занимается
организацией движения транспортных потоков — устанавливает
дорожные знаки, производит разметку дорожных покрытий, уста-
навливает ограждения на опасных участках.
Особого внимания заслуживает организация движения в не-
благоприятные периоды года (осенне-весенний и зимний). В на-
стоящее время при проектировании дорог исходят из условий
осуществления дорожного движения только в сухую, теплую по-
году, по чистому, увлажненному покрытию. Считается, что та-
кие условия имеют место в течение всего года. На самом деле
дорога в течение длительного периода года находится под воз-
действием неблагоприятных факторов, в числе которых дождь,
снег, метель, гололед и др. Однако при проектировании дорог
все эти факторы не учитываются или учитываются не в полной
мере. Многие недостатки возникают и при отступлении от норм
и правил технологии и производства работ при строительстве
дорог.
Поэтому перед дорожно-эксплуатационной службой стоит важ-
ная задача — качественная приемка в эксплуатацию построенных
и отремонтированных дорог, так как все не замеченные на этапе
приемки недоработки и недостатки в дальнейшем должна будет
устранить эксплуатационная служба.
Как писал еще в 1935 г. проф. Г.Д.Дубелир, непрерывные на-
учные исследования «должны занять на эксплуатационном участ-
304
ке то место, которое занимает ежедневная работа заводской лабо-
ратории на хорошо поставленном производстве».
В дальнейшем ученым предстоит решить ряд задач, относя-
щихся к эксплуатации дорог, в частности:
• более глубокий учет природных условий России при проек-
тировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог.
Важно еще на стадии проектирования учитывать влияние погод-
но-климатических факторов на состояние автомобильных дорог и
безопасность движения, уже на стадии проектирования исходить
из реальных условий работы дороги и принимать решения, обес-
печивающие требования безопасного и непрерывного движения с
установленными скоростями и нагрузками;
• совершенствование методов и технологий мониторинга, ди-
агностики и оценки состояния автомобильных дорог с примене-
нием видеокомпьютерной и лазерной техники, а также геолого-
радарной технологии и системы GPS в дорожно-эксплуатацион-
ных службах. Разработка и создание многофункциональных лабо-
раторий для оценки состояния дорог;
• создание ультразвуковой, лазерной и тепловизорной лока-
ции, позволяющей оценить влажность поверхностных слоев грунта,
уровень грунтовых вод, степень засоления и другие характеристи-
ки, важные для состояния дороги. Необходимо перейти к сплош-
ному термокартированию дорог — оптимальному средству борь-
бы с зимней скользкостью;
• направленное регулирование круглогодичной стабильности
водно-теплового режима земляного полотна, предотвращение воз-
можности осенне-весеннего снижения прочности грунтов путем
сохранения грунтового основания в сухом состоянии с примене-
нием синтетических прослоек;
• обоснование и разработка новых нормативов финансовых зат-
рат на сохранение, поддержание и совершенствование эксплуати-
руемых дорог в соответствии с возрастающими требованиями до-
рожного движения с учетом повышения динамических и весовых
характеристик автомобилей;
• перевод эксплуатации дорог на научную основу — объектив-
ное назначение ремонтных работ по данным, полученным в ре-
зультате диагностики состояния автомобильных дорог, в первую
очередь по прочности, ровности, шероховатости и коэффициенту
сцепления в разные периоды года.
НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
/
1. Альбом-каталог автобусных павильонов на автомобильных доро-
гах. — М. : Транспорт, 1985. — 63 с.
2. Временное руководство по оценке уровня содержания автомобиль-
ных дорог / ФДС России. — М., 1997. — 62 с.
3. ВСН 4—69. Инструкция по защите и очистке автомобильных дорог
от снега. — М. : Транспорт, 1970. — 44 с.
4. ВСН 24—88. Технические правила ремонта и содержания автомо-
бильных дорог / Минавтодор РСФСР. — М. : Транспорт, 1989. — 198 с.
5. ВСН 37—84. Инструкция по организации движения и ограждению
мест производства дорожных работ / Минавтодор РСФСР. — М.: Транс-
порт, 1985. — 40 с.
6. ГОСТ Р 52290—2004. Технические средства организации дорожно-
го движения. Знаки дорожные. Общие технические требования.
7. ГОСТ Р 51256—99. Технические средства организации дорожного
движения. Разметка дорожная. Типы и основные параметры. Общие тех-
нические требования.
8. ГОСТ Р 52289—2004. Технические средства организации дорожно-
го движения. Правила применения дорожных знаков, разметки, свето-
форов, дорожных ограждений и направляющих устройств.
9. ГОСТ Р 50597—93. Автомобильные дороги и улицы. Требования
к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспече-
ния безопасности дорожного движения.
10. ГОСТ 30413—96. Дороги автомобильные. Методы определения
коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием.
11. ГОСТ Р 52398—2005. Классификация автомобильных дорог.
12. Инструкция по перевозке крупногабаритных и тяжеловесных гру-
зов автомобильным транспортом по дорогам Российской Федерации /
Минтранс России, МВД России, ФАДС России. — М.: Информавтодор,
1996. - 45 с.
13. Инструкция по повышению эффективности работы снегозащит-
ных насаждений вдоль автомобильных дорог. — М. : Транспорт, 1974. —
32 с.
14. Инструкция по снегоборьбе на железных дорогах Российской
Федерации / МПС России. — М. : Транспорт, 2000. — 95 с.
15. Каталог дефектов содержания конструктивных элементов автомо-
бильных дорог. — М. : Изд-во ФДС России, 1998. — 53 с.
306
16. Классификация работ по капитальному ремонту, ремонту и со-
держанию автомобильных дорог общего пользования и искусственных
сооружений на них. — М. : Информавтодор, 2008. — 24 с.
17. Межремонтные сроки проведения капитального ремонта и ремон-
та автомобильных дорог общего пользования федерального значения и
искусственных сооружений на них. — М. : Информавтодор, 2008. — 7 с.
18. Методические рекомендации по использованию стационарных
постов контроля температуры грунта земляного полотна при проведе-
нии мероприятий по ограничению движения автомобилей / Гипродор-
НИИ. - М. : Изд-во ЦБНТИ Минавтодора РСФСР, 1988. - 12 с.
19. Методические рекомендации по назначению мероприятий для по-
вышения безопасности движения на участках концентрации дорожно-транс-
портных происшествий / Росавтодор. — М.: Информавтодор, 2000. — 79 с.
20. Методические рекомендации по устройству защитного слоя из
литых эмульсионно-минеральных смесей типа «Сларри-сил». — М. :
Информавтодор, 2001. — 32 с.
21. Национальная программа модернизации и развития сети дорог
Российской Федерации до 2025 г. — М. : Информавтодор, 2004. — 180 с.
22. ОДМ 218.011—98. Методические рекомендации по озеленению
автомобильных дорог. — М. : Информавтодор, 1988. — 52 с.
23. ОДН 218.1.052—2002. Оценка прочности нежестких дорожных
одежд. — М. : Информавтодор, 2003. — 80 с.
24. ОДН 218.0.006—2002. Правила диагностики и оценки состояния
автомобильных дорог. — М. : Информавтодор, 2002. — 138 с.
25. ОДН 218.046—01. Проектирование нежестких дорожных одежд. —
М. : Информавтодор, 2001. — 145 с.
26. ОДН 218.3.039—2003. Укрепление обочин автомобильных дорог. —
М. : Информавтодор, 2003. — 44 с.
27. Периодичность проведения видов работ по содержанию автомо-
бильных дорог общего пользования федерального значения и искусст-
венных сооружений на них. — М. : Информавтодор, 2008. — 24 с.
28. Правила расчета денежных затрат на содержание и ремонт авто-
мобильных дорог федерального значения при определении размера ас-
сигнований из федерального бюджета, предусмотренных на эти цели.
Утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от
23.08.2007 № 539.
29. Правила учета и анализа дорожно-транспортных происшествий
на автомобильных дорогах Российской Федерации. — М. : Информавто-
дор, 1998. — 23 с.
30. Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких
дорожных одеждах. — М. : Информавтодор, 2002. — 179 с.
31. Рекомендации по обеспечению безопасности движения на авто-
мобильных дорогах. — М. : Информавтодор, 2002. — 204 с.
32. Рекомендации по совершенствованию методов борьбы с пучина-
ми при ремонте автомобильных дорог / Росавтодор; РосдорНИИ. — М.:
Информавтодор, 1991. — 38 с.
33. Рекомендации по строительству макрошероховатых дорожных
покрытий из открытых битумоминеральных смесей. — М. : Росавтодор,
1992. - 33 с.
307
34. Руководство по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных
дорогах. — М. : Информавтодор, 2003. — 72 с.
35. Руководство по оценке пропускной способности автомобильных
дорог. — М. : Транспорт, 1982. — 87 с.
36. Руководство по применению антигололедного наполнителя «Гри-
кол» в асфальтобетонных смесях для устройства верхнего слоя дорожных
покрытий / ФДС России. — М., 1995. — 18 с.
37. СНиП 2.05.02—85. Автомобильные дороги. Нормы проектирова-
ния / Госстрой СССР. — М.: Изд-во ЦИТП Госстроя СССР, 1986. — 56 с.
38. Технические указания по устройству дорожных покрытий с шеро-
ховатой поверхностью. — М. : Транспорт, 1990. — 45 с.
39. ТУ 5718-001-00011168—00 571841. Смеси асфальтобетонные щебне-
мастичные и асфальтобетон (ЩМА). Технические условия. — М., 2000. —
14 с.
40. ТУ 5718-001-53737504—00. Смеси эмульсионно-минеральные для
устройства слоев износа. — М., 2000. — 27 с.
41. ТУ 218 РСФСР 601—83. Смеси битумоминеральные открытые для
устройства макрошероховатых слоев дорожных покрытий. Технические
условия. — М., 1989. — 13 с.
42. Указания по производству изысканий и проектированию лесона-
саждений вдоль автомобильных дорог. — М. : Транспорт, 1988. — 95 с.
43. Указания по строительству, ремонту и содержанию гравийных
покрытий. — М. : Транспорт, 1990. — 33 с.
44. Федеральный закон от 08.11.2007 № 257-ФЗ «Об автомобильных
дорогах и дорожной деятельности в Российской Федерации и о внесе-
нии изменений в отдельные законодательные акты Российской Федера-
ции. — М. : Информавтодор, 2007. — 68 с.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Авсеенко А. А. Методические рекомендации для экономического
обоснования дипломных проектов по ремонту и содержанию автомобиль-
ных дорог / А. А. Авсеенко. — М. : Изд-во МАДИ (ГТУ), 2004. — 380 с.
2. Бабков В. Ф. Дорожные условия и безопасность движения : учеб-
ник / В. Ф. Бабков. — М. : Транспорт, 1993. — 271 с.
3. Бахрах Г. С. Холодная регенерация дорожных одежд нежесткого
типа: обзорная информация / Г. С. Бахрах. — М.: Информавтодор, 1999. —
84 с.
4. Борисюк Н. В. Зимнее содержание городских улиц : учеб, пособие /
Н. В. Борисюк. - М. : Изд-во МАДИ (ГТУ), 2005. - 115 с.
5. Борисюк Н.В., Яковлев Ю.М. Использование результатов видео-
компьютерной съемки при оценке прочности дорожных одежд нежест-
кого типа // Строительство и эксплуатация автомобильных дорог : зада-
чи и решения. — М. : Изд-во МАДИ (ГТУ), 2001. — С. 36—42.
6. Васильев А. П. Метод комплексной оценки качества и состояния
автомобильных дорог //Автомобильные дороги. — 1989. — № 7. — С. 10—
11 ; № 8. — С. 8-10.
7. Васильев А. П. О планировании работ по реконструкции, модерни-
зации и ремонтам автомобильных дорог // Сб. научных трудов МАДИ
(ГТУ). - М. : Изд-во МАДИ (ГТУ), 2005. - С. 20-29.
8. Васильев А. П. Поверхностная обработка с синхронным распределе-
нием материалов : Опыт дорожников Франции / А. П. Васильев, П. Шам-
бар. — М. : Трансдорнаука, 1999. — 80 с.
9. Васильев А. П. Проектирование дорог с учетом влияния климата на
условия движения / А. П. Васильев. — М. : Транспорт, 1986. — 248 с.
10. Васильев А. П. Состояние дорог и безопасность движения в сложных
погодных условиях / А. П. Васильев. — М. : Транспорт, 1976. — 224 с.
11. Васильев А. П. Состояние дорожной сети и концепция ее дальней-
шего развития // Автомобильные дороги. — 1992. — № 3. — С. 1—4.
12. Васильев А.П. Управление движением на автомобильных дорогах /
А. П. Васильев, М. И. Фримштейн. — М. : Транспорт, 1979. — 296 с.
13. Васильев А.П. Эксплуатация автомобильных дорог и организация
дорожного движения : учебник / А. П. Васильев, В. М. Сиденко ; под ред.
А. П. Васильева. — М. : Транспорт, 1990. — 304 с.
14. Всемирный доклад о предупреждении дорожно-транспортного
травматизма : пер с англ. — М. : Весь мир, 2004. — 280 с.
309
15. Диагностика и управление качеством автомобильных дорог : учеб,
пособие / [И. И. Леонович и др.]. — Минск : Изд-во БИТУ, 2002. — 354 с.
16. Жилин Н.С. Современные автоматизированные технические сред-
ства диагностики автомобильных дорог / Н. С. Жилин, В. И. Ермолаев. —
М. : Информавтодор, 2002. — 80 с.
17. Зимнее содержание автомобильных дорог / [Г. В. Бялобжеский и др.];
под ред. А. К. Дюнина. — М. : Транспорт, 1983. — 197 с.
18. Калужский Я. А. Применение теории массового обслуживания в
проектировании автомобильных дорог / Я. А. Калужский. — М. : Транс-
порт, 1969. — 135 с.
19. Костова Н. 3. Разметка автомобильных дорог : обзорная информа-
ция / Н.З. Костова, В. М. Юмашев. — М. : Информавтодор, 2000. — 60 с.
20. Котлярский Э. В. Долговечность дорожных асфальтобетонных по-
крытий и факторы, способствующие разрушению структуры асфальто-
бетона в процессе эксплуатации / Э. В. Котлярский, О.А.Воейко. — М. :
Техполиграфцентр, 2007. — 136 с.
21. Кузнецов Ю.В., Щербаков Д, А. Особенности движения автомоби-
лей по дорожному покрытию, имеющему колею // Проектирование ав-
томобильных дорог : сб. трудов МАДИ (ГТУ). — М. : Изд-во МАДИ,
2003. - С. 19-24.
22. Лешицкая Т. П. Современные методы ремонта аэродромных покры-
тий / Т.П.Лешицкая, В.А.Попов. — М. : Изд-во МАДИ, 1999. — 129 с.
23. Лобанов Е. М, Проектирование дорог и организация движения с
учетом психофизиологии водителя / Е.М. Лобанов. — М. : Транспорт,
1980. - 311 с.
24. Лупанов А. П. Регенерация старого асфальтобетона на АБЗ / А. П. Лу-
панов, В. В. Силкин, В. К. Пашкин. — Иркутск : Иркутский региональ-
ный дорожный центр, 1988. — 34 с.
25. Мелик-Багдасаров М. С, Строительство и ремонт дорожных асфаль-
тобетонных покрытий : учеб, пособие / М. С. Мелик-Багдасаров, К. А. Гно-
ев, Н.А.Мелик-Багдасарова. — Белгород : Константа, 2007. — 159 с.
26. Нарбут А. Н. К расчету ограниченной скорости движения автомо-
билей в дорожной колее // Строительство и эксплуатация дорог : задачи
и решения : сб. научных трудов МАДИ (ГТУ). — М. : Изд-во МАДИ
(ГТУ), 2001. - С. 183-187.
27. Немчинов М.В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопас-
ность движения автомобилей / М. В. Немчинов. — М. : Транспорт, 1985. —
231 с.
28. Носов В.П., Джалилов М.Ф. Исследование износостойкости ас-
фальтобетона // Научно-технические проблемы дорожной отрасли стран
СНГ : сб. научных трудов / Межправительственный совет дорожников. —
М., 2000. - С. 131-139.
29. Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов / [М. Н. Пер-
шин и др.]. — М. : Транспорт, 1993. — 145 с.
30. Попов Е.И. Расчет толщины гравийных покрытий с учетом те-
кущего износа на заданный срок службы // Труды СоюздорНИИ. —
Вып. 47. - М. : Изд-во СоюздорНИИ, 1971. - С. 150-168.
31. Реконструкция автомобильных дорог: учеб, пособие / [А.П.Василь-
ев и др.] ; под ред. А. П. Васильева. — М. : Изд-во МАДИ, 1998. — 125 с.
310
32. Реконструкция автомобильных дорог / [В. Ф. Бабков и др.] ; ПОд
ред. В. Ф. Бабкова. — М. : Транспорт, 1987. — 264 с.
33. Ремонт и содержание автомобильных дорог : справочная энцик-
лопедия дорожника / [А.П. Васильев и др.]. — Т. 2. — М. : Информавто-
дор, 2004. — 507 с.
34. Руденская Н. М. Органические вяжущие для дорожного строитель-
ства / Н. М. Руденская, А. В. Руденский. — М. : Транспорт, 1984. — 229 с.
35. Самодурова Т.В. Погодный мониторинг в системе оперативного
управления зимним содержанием автомобильных дорог / Т.В.Самоду-
рова. — М. : Информавтодор, 2006. — 89 с.
36. Сильянов В. В. Теория транспортных потоков в проектировании
дорог и организации движения / В. В. Сильянов. — М.: Транспорт, 1977. —
303 с.
37. Слободчиков Ю.В. Обоснование оценочных показателей выбора
ремонтной стратегии автомобильных дорог с дорожными одеждами не-
жесткого типа в изменяющихся условиях эксплуатации / Ю.В.Слобод-
чиков. — М. : Информавтодор, 1994. — 189 с.
38. Состояние аварийности на автомототранспорте за 12 месяцев 2004 г.:
всероссийский ежемесячник. — № 2 (94) // STOP : газета. — 2005. — № 1.
39. Телегин М.Я. Работоспособность и межремонтные сроки службы
нежестких дорожных одежд / М.Я.Телегин, М. Б. Корсунский, М. С. Зель-
манович. — М. : Автотрансиздат, 1956. — 167 с.
40. Ушаков В. В. Ремонт цементобетонных покрытий автомобильных
дорог / В. В. Ушаков. — М. : Информавтодор, 2002. — 40 с.
41. Чванов В. В. Влияние развития и состояния дорожной сети на уро-
вень безопасности движения на дорогах России / В. В. Чванов. — М. :
Информавтодор, 2003. — 64 с.
42. Эксплуатация автомобильных дорог и организация дорожного
движения / под ред. И. И. Леоновича. — Минск : Вышэйш. шк., 1988. —
348 с.
43. Юмашев В.М. Повышение трещиностойкости асфальтобетонных
покрытий на жестких основаниях : Зарубежный опыт / В.М.Юмашев,
И. В. Басурманова. — М. : Информавтодор, 1998. — 68 с.
44. Ярмолинский А. И. Ремонт и содержание автомобильных дорог :
учеб, пособие / А. И. Ярмолинский, И.Н. Пугачёв, В. А. Ярмолинский ;
под ред. А. И. Ярмолинского. — Хабаровск : Изд-во ХГТУ, 1999. — 107 с.
45. Яромко В.Н. Новая технология ремонта цементобетонных покры-
тий И Наука и техника в дорожной отрасли. — 2001. — № 2. — С. 8 —10.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие...............................................3
РАЗДЕЛ I. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ
ДОРОГ И УПРАВЛЕНИЯ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕМ
Глава 1. Социально-экономическая значимость эксплуатации
автомобильных дорог.......................................5
1.1. Тенденции развития автомобильного транспорта
и автомобильных дорог......................................5
1.2. Состояние дорог и технико-экономические показатели работы
автомобильного транспорта.................................11
1.3. Состояние дорог и безопасность движения.............14
Глава 2. Системный подход к эксплуатации дорог
и управлению их функционированием........................18
2.1. Автомобильные дороги как составная часть
автомобильно-дорожной системы.............................18
2.2. Модель взаимодействия комплекса водитель—автомобиль—
дорога—среда..............................................19
2.3. Теоретические основы управления состоянием
и функционированием автомобильных дорог...................22
2.4. Комплекс ВАДС как система массового обслуживания....25
2.5. Модель управления системой дорожные условия—
транспортные потоки.......................................28
Глава 3. Взаимодействие автомобилей с дорогой............33
3.1. Основные показатели взаимодействия автомобиля с дорогой.33
3.2. Схема сил, передаваемых на дорогу от колеса автомобиля
и сопротивления качению...................................34
3.3. Коэффициент трения и коэффициент сцепления колеса
автомобиля с покрытием....................................37
3.4. Шероховатость дорожного покрытия и ее роль в обеспечении
сцепных качеств...........................................42
3.5. Ровность покрытия и ее влияние на движение автомобилей..50
3.6. Влияние состояния покрытия на взаимодействие автомобиля
с дорогой.................................................61
312
Глава 4. Воздействия природно-климатических факторов
на состояние дорог и условия движения автомобилей..........70
4.1. Воздействие природных факторов на дорогу..............70
4.2. Закономерности водно-теплового режима земляного полотна.75
4.3. Пучины на автомобильных дорогах.......................78
4.4. Воздействия погодно-климатических факторов на состояние
поверхности дороги и условия движения автомобилей...........85
4.5. Районирование территории по условиям движения
на дорогах..................................................97
Глава 5. Процесс деформирования дорожных одежд
и земляного полотна при воздействии автомобилей
и природных факторов......................................101
5.1. Основные факторы, влияющие на состояние дорог в процессе
эксплуатации...............................................101
5.2. Воздействие автомобильных нагрузок на дорожную одежду
и земляное полотно.........................................104
5.3. Влияние структуры материала слоев на деформации дорожной
одежды.....................................................109
5.4. Причины образования трещин, ямочности и колеи........113
5.5. Износ дорожных покрытий и его причины................120
Глава 6. Деформации, разрушения и дефекты состояния
автомобильных дорог.......................................129
6.1. Общие положения......................................129
6.2. Дефекты состояния, деформации и разрушения обочин
и разделительных полос.....................................131
6.3. Деформации и разрушения нежестких дорожных покрытий
и одежд....................................................132
6.4. Деформации и разрушения цементобетонных покрытий........137
6.5. Дефекты состояния поверхности дорог и особые случаи
разрушения дорог...........................................139
РАЗДЕЛ II. МОНИТОРИНГ, ДИАГНОСТИКА И ОЦЕНКА
СОСТОЯНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Глава 7. Требования к транспортно-эксплуатационному состоянию
автомобильных дорог.......................................142
7.1. Потребительские свойства как основные показатели состояния
дороги.....................................................142
7.2. Требования к основным потребительским свойствам дорог
в процессе их эксплуатации.................................148
7.3. Система параметров и характеристик уровня
и эксплуатационного состояния автомобильных дорог..........154
7.4. Допустимые габариты, осевая нагрузка и общая масса
автомобилей................................................161
313
Глава 8. Методы оценки потребительских свойств автомобильных
дорог.......................................................163
8.1. Методы определения скорости движения автомобиля........163
8.2. Оценка влияния параметров и состояния дороги на скорость
движения автомобилей.......................................170
8.3. Оценка влияния климатических факторов на состояние
дороги и скорость движения.................................182
8.4. Пропускная способность и уровни загрузки дороги движением... 185
8.5. Оценка влияния дорожных условий на безопасность движения... 191
8.6. Методы выявления участков концентрации
дорожно-транспортных происшествий..........................192
Глава 9. Мониторинг, диагностика и определение параметров
и характеристик дороги как основа управления ее состоянием..200
9.1. Общие положения. Роль диагностики в системе управления
состоянием дорог...........................................200
9.2. Организация работ по диагностике автомобильных дорог...203
9.3. Измерение параметров геометрических элементов дорог....204
9.4. Определение прочности дорожных одежд...................207
9.5. Измерение продольной и поперечной ровности дорожных
покрытий...................................................218
9.6. Оценка характера и выявление причин образования колеи.225
9.7. Измерение шероховатости и сцепных качеств покрытий.....230
Глава 10. Классификация методов общей оценки
транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог.239
10.1. Классификация методов общей оценки состояния дорог...239
10.2. Методы визуальной оценки состояния дорог..............241
10.3. Методика комплексной оценки качества и состояния дорог
по их потребительским свойствам............................245
РАЗДЕЛ III. СИСТЕМА МЕРОПРИЯТИЙ ПО СОДЕРЖАНИЮ
И РЕМОНТУ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И ИХ ПЛАНИРОВАНИЕ
Глава 11. Классификация работ по содержанию и ремонту
автомобильных дорог.........................................264
11.1. Основные принципы классификации работ по содержанию
и ремонту автомобильных дорог..........................264
11.2. Классификация работ по ремонту и содержанию
автомобильных дорог общего пользования.................267
Глава 12. Озеленение автомобильных дорог....................271
12.1. Классификация видов озеленения автомобильных дорог....271
12.2. Снегозащитные лесонасаждения..........................272
12.3. Повышение эффективности существующих снегозащитных
лесонасаждений.............................................277
12.4. Уход за насаждениями..................................279
314
Глава 13. Определение объемов дорожно-ремонтных работ.....283
13.1. Работоспособность и критерии назначения ремонтных
работ......................................................283
13.2. Методы определения межремонтных сроков службы дорожных
одежд и покрытий...........................................287
13.3. Принципы планирования работ по содержанию и ремонту
дорог......................................................292
13.4. Определение объемов дорожно-ремонтных работ на основе
результатов диагностики....................................298
Заключение................................................304
Нормативно-техническая документация.......................306
Список литературы.........................................309
Учебное издание
Васильев Александр Петрович
Эксплуатация автомобильных дорог
Том 1
Учебник
Редактор Ю.А. Чичов
Технический редактор О. Н. Крайнова
Компьютерная верстка: А. В. Бобылёва
Корректоры Л. Н. Горожанина, С. Ю. Свиридова
Изд. № 101112947. Подписано в печать 14.09.2009. Формат 60x90/16.
Бумага офс. № 1. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная. Усл. печ. л. 20,0.
Тираж 2 000 экз. Заказ № 3678
Издательский центр «Академия», www.academia-moscow.ru
Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.60.953.Д.007831.07.09 от 06.07.2009.
129085, Москва, пр-т Мира, 101В, стр. 1, а/я 48. Тел./факс: (495)648-0507, 616-0029.
Отпечатано с электронных носителей издательства.
ОАО «Тверской полиграфический комбинат», 170024, г. Тверь, пр-т Ленина, 5.
Телефон: (4822) 44-52-03, 44-50-34. Телефон/факс: (4822) 44-42-15.
Home page - www.tverpk.ru Электронная почта (E-mail) - sales@tverpk.ru
*