Исследование качества автомобильных дорог

Введение

Одним из главных направлений научно-технического прогресса в дорожном строительстве является повышение качества автомобильных дорог. Все признают правомерность этого положения, но на деле зачастую мирятся со многими недостатками в работе дорожных организаций. Мало контролируют и много нарушают технологические режимы производства работ. В практике строительства обычно наблюдается стремление максимально упростить технологию и в то же время выдержать ее на таком уровне, когда нарушения технологических режимов не вызывали бы бросающихся в глаза отклонений в параметрах конечной продукции. Поэтому исследования качества автомобильных дорог тема остро актуальная на сегодняшний день.
Цель данной работы выявить теоретические основы качества автомобильной дороги, и вместе с тем, рассмотреть наиболее важные современные исследования в области качества автомобильных дорог.
Цель работы поставила передо мной решение следующих задач:
Провести описание теоретических основ качества
Произвести поиск по новейшим исследованиям и разработкам для улучшения качества автомобильной дороги
Рассмотреть существующие методы исследования российских автомобильных дорог и сделать основные выводы по ним.
В соответствие с поставленными задачами я разделил свою реферативную работу на три раздела.


Теоретические основы качества автомобильной дороги

Факторы, влияющие на работу и состояние дороги

Автомобильная дорога оперирует под влиянием некоторых факторов, которые нужно учитывать при проектировании и организации работ содержания.
После ввода в использование дорога работает под синхронным воздействием: нагрузки и динамического влияния мимоидущих автомобилей, климатических факторов, грунтовых и поверхностных вод, а также антропогенного воздействия в районе положения дороги.
Дороге нужно быть устойчивой к воздействию нагрузок автомобилей. В отличие от нагрузок других инженерных сооружений автомобильные нагрузки обуславливаются ударными воздействиями на дорожное покрытие. Воздействие подобных нагрузок наиболее опасно для дорожной одежды в периоды сильного переувлажнения основания дорожной одежды и земляного полотна. Поэтому для предупреждения разрушения дорожной одежды лимитируют в весенний период проезд тяжелых грузовых автомобилей до окончательного высыхания основания. Обычно, подобные ограничения идут на дорогах низких технических категорий. Дороги высших технических категорий обязаны гарантировать проезд в абсолютно любое время года.
Отрицательное воздействие на устойчивость верхнего слоя дорожного покрытия имеет процесс резкого торможения большегрузных автомобилей. Например, гребенка на автобусных и троллейбусных остановках.
Опасный враг дороги это вода. Переувлажнение основания дорожной одежды земляного полотна ведет к разрушению дороги и прекращению нормального транспортного процесса. В зимние периоды вода замерзает и губит верхние слои покрытия. В виду этого, одной из базовых задач дорожников является отвод от дороги воды, как грунтовой, так и поверхностной. Целостность и качество дороги зависит от того, насколько действенно работает система водоотвода.
В районах с жарким климатом высокая температура на поверхности дорожного покрытия около 70-80 градусов (°С), размягчает асфальтобетон. В итоге проезда автомобилей, происходит деформация верхнего слоя покрытия и понижается ровность, оттого меняются сцепные качества дорожного покрытия.
Более подвержены погодному действию грунтовые дороги и плохо уплотненные щебеночные и гравийные покрытия, несущая способность которых сильно уменьшается при их увлажнении.

Воздействие автомобиля на дорогу

Характерность взаимодействия дороги и автомобиля в постоянном пространственном движении автомобиля, как поступательном, так и вращательном. При движении авто, на дорогу действует система сил разнообразная по направлению, величине и амплитуде колебания автомобиля.
Целью проектировщиков является обеспечение плавности движения автомобилей по автомобильному полотну и предупреждение нужды резкого изменения траектории движения.
Для достижения данной цели дорожники стремятся к проектированию плана трассы дороги из сплошных переходных кривых или же в обязательном порядке создают переходные кривые на подходе к круговым кривым. Действие подобных кривых позволяет существенно избегать резких изменений траектории движения автомобилей и действующих на покрытие усилий, которые могли бы возникнуть в этот момент.
Траектория и скоростной режим автомобиля также зависят от того, насколько точно рассмотрены элементы автомобильных дорог и психофизиологические данные водителя на стадии проектировки. Если у водителя нет затруднений в оценке направления дороги, он верно выбирает траекторию движения.
Образование большегрузных автомобилей с большими шинами, привело к негативному для водителей легковых авто явлению водяного облака при движении по влажному покрытию. Для предотвращения эффекта облака устраивают дренаж-асфальт-покрытие, куда и уходит часть воды из зоны контакта шины колеса с покрытием. Подобное покрытие первостепенно обязано устраиваться на опасных участках дороги.
Понятно, что воздействие автомобиля на дорожные сооружения усиливаются при неблагоприятных погодных условиях и несерьезном обеспечении отвода воды от дороги, оттого и усиливается износ дорожного покрытия и дорожной одежды в целом.

Прочность дорожной одежды

При использовании дорожной одежды главным показателем ее прочность. Прочность дорожной одежды это важный показатель, который нужно постоянно оценивать в течение полного срока службы дорожной одежды.
Интересно, что сначала деформация дорожной одежды незначительна, а затем происходит резкое нарушение устойчивости. Надежность дорожной одежды несет зависимость от сопротивляемости подлежащего грунта сжатию. Дорожная одежда обязана верно распределять действующую на нее нагрузку от колеса автомобиля, по возможности, распределяя на большую площадь. Также она должна предупреждать проникновение воды, которая ослабляет прочность грунтового основания.
Возможны три исхода деформации дорожного покрытия в зависимости от степени прикладываемой нагрузки.
Если нагрузка не велика, а слой дорожной одежды и земляного полотна
сильно уплотнены, то дорожная одежда не рушится, и существуют только упругие деформации. Получается, что дорожная одежда под действием нагрузки прогибается и после проезда автомобиля возвращается в исходное положение.
При сильной нагрузке, при временном снижении прочности грунтов основания в весенний и осенний периоды образуются накапливающиеся небольшие пластические деформации. В том случае, когда их суммарная величина за период ослабленного состояния дороги превысит предельные значения, дорожная одежда непременно разрушается. Надежность одежды зависит от максимально допустимой величины прогиба и от того, сколько раз было приложено нагрузки в периоды ослабления дорожной одежды.
При невероятных нагрузках и при значительном ослаблении прочности грунта в начальный период замедленно накапливаются осадки. Затем они быстро возрастают, и происходит полное разрушение дорожной одежды. На рис. 1. показаны виды деформаций дорожных одежд и процессы, которые их вызывают.
При действии силы (давления) от колеса, основание дорожной одежды сжимается в пределах активной зоны и идет прогиб дорожной одежды по определенной криволинейной поверхности с образованием чаши прогиба (рис. 1.). При большой величине чаши прогиба происходит разрушение дорожной одежды с проломом ее слоев.
Стабильность грунтового основания зависит от силы удельного давления, которая зависит от площади распределяемой нагрузки, зависящей от толщины дорожных одежд. В весенний и осенний период существующая толщина дорожной одежды не обеспечивает безопасное удельное давление. Поэтому при проезде тяжелых авто возникают проломы дорожной одежды. В результате, в течение нескольких наиболее неблагоприятных недель закрывают движение тяжелых автомобилей. При действии нагрузки происходит сжатие (2) и дополнительное уплотнение дорожной одежды, а в нижней части дорожной одежды идет растяжение (3), рис. 1. При превышении допустимых величин прочности материалов верхних и нижних слоев дорожной образуются микро и макротрещины.
По границе зоны контакта шины колеса с дорожным полотном действуют срезывающие напряжения (4), они могут приводить, в случае тонкой дорожной одежде или ослабленном основании, к пролому дорожной одежды и выкалыванию частей.
440320-19490
Рис

. 1. Виды деформаций дорожной одежды:
1 – осадки, 2 – сжатие, 3 – растяжение, 4 – срез, 5 – передача давления на грунт,
6 – уплотнение грунта, 7 –направления сжатия грунта, 8 – выпирание, 9 – трещины,
10 – растяжение, 11 – чаша прогиба
В нижних слоях дорожных одежд из малосвязных, несвязных материалов и в грунтовых основаниях могут возникать необратимые деформации. Их развитие приведет к накоплению деформаций дорожной одежды и её последующему разрушению. Повышение вероятности появления перечисленных деформаций связано с синхронным действием нагрузки от колеса автомобиля и некоторых климатических факторов , такие как влажность и температура. При разработке мероприятий по усилению дорожной одежды на основе прогнозируемых интенсивности и составе движения определяют требуемый модуль упругости, который обеспечивает достаточную надежность дорожной одежды.

Надежность автомобильных дорог

Условия проезда существенно меняются в течение года. Дороги высших технических категорий должны гарантировать «проезжаемость» круглый год. На дорогах первой категория из-за оперативного содержания дороги почти такие же условия проезда, как в летний, так и в зимний период. Скорости особо не меняются.
По подобным дорогам возможен проезд разных типов автомобилей. Ограничения проезда могут быть для специальных транспортных средств, имеющих большую массу, потому что толщина дорожной одежды и конструкция искусственных сооружений не рассчитана на пропуск таких нагрузок. В этом случае говорят о дорогах для данного типа транспортного средства.
Дороги низких категорий имеют ограниченный проезд для разных типов автомобилей. Наличие крутого подъема не влияет на проезд легкового автомобиля, но оказывает сильное влияние на движение тяжелого грузового автомобиля. Проезжаемость дороги, с наличием кривых малых радиусов, зависит от габаритов автомобилей. Возникают ситуации, при которых для проезда крупногабаритного автомобиля нужно соответствующее осуществление специальных мероприятий по уширению проезжей части.
Получается, что на надежность и качество автомобильных дорог оказывают влияние следующие факторы: состояние и прочность дорожной одежды, техническое состояние проезжей части и системы водоотвода, погодные условия.


Современная исследовательская деятельность в области качества автомобильных дорог

В настоящее время ведется большая научная деятельность в области улучшения качества автомобильных дорог, как в России, так и за рубежом. В рамках данной работы, я привел некоторые научные работы и исследования по данной тематике.

Экспериментальные исследования присадочных свойств уплотненного грунтового основания насыпи автомобильной дороги

Строительство автомобильных дорог на просадочных грунтах достаточно сложный и трудоемкий процесс. В данном вопросе необходимо обеспечить безопасность езды и долговечность конструкции, одним из важных критериев которой является несущая способность грунта. На несущую способность в значительной мере влияет состояние верхней увлажненной зоны грунта. В связи с этим в целях увеличения несущей способности грунта, предусматривается предварительное замачивание грунта с пробуриванием скважин под подошвой насыпи и последующей укладкой насыпи земляного полотна. Замачивание является наиболее целесообразным и экономически выгодным.
По результатам выполненных экспериментальных исследований, автор научной работы делает следующие выводы:
1. При отборе монолитов стандартным грунтоносом конструкции КамТИСИЗ происходит значительное уплотнение грунта. Поэтому к частным значениям плотности грунта и плотности сухого грунта необходимо применять корректировочный коэффициент 0,86. Соответствующим образом изменятся и все вычисляемые характеристики (уменьшатся пористость и коэффициент пористости, увеличится степень влажности и т.д.).
2. Увеличение плотности грунта естественной влажности на 15% соответствует его уплотнению в компрессионном приборе нагрузками 0,15 ÷ 0,25 МПа.
3. При определении просадочных свойств по монолитам, отобранным из скважин, уплотнение приводит к занижению экспериментальных значений характеристик просадочности и даже отнесению этих грунтов к непросадочным. Кроме того, занижение экспериментальной величины коэффициента пористости вызывает завышение вычисляемой степени влажности (на данной площадке с 0,56 до 0,79), что также вводит в заблуждение при оценке наличия у грунтов просадочных свойств.
4. Для каждого типа грунтоносов, применяемых различными изыскательскими организациями, должны быть получены коэффициенты уплотнения, используемые при корректировке лабораторных значений физических характеристик грунтов.
5. Просадочные свойства частично утрачиваются в процессе уплотнения грунтов под дорогами при воздействии нагрузок от идущего транспорта и локальных замачиваниях основания. В данных экспериментальных исследованиях наличие уплотненных зон под подошвой насыпи с давлением по подошве 0,36- 0,41 МПа зафиксировано лишь до глубины 0,4 ÷ 0,7.
6. Формирование уплотненных зон с пониженными характеристиками просадочности непосредственно под дорогами не может существенно уменьшить общую величину просадки основания, реализуемую за счет замачивания снизу при общем подъеме УПВ.

Исследования влажности грунтов земляного полотна лесовозных автомобильных дорог

В статье представлен анализ статистической структуры устойчивости влажности грунта и коэффициента увлажнения. Разработана математическая модель прогноза влажности грунта земляного полотна, позволяющая определить фактическую или расчётную влажность любого типа грунта естественного увлажнения в пределах деятельного слоя 2,0 м по данным наблюдений за температурой и дефицитом влажности воздуха.
Выводы исследователя:
– выполненный анализ статистической структуры устойчивости влажности грунта и коэффициента увлажнения позволяет сделать вывод о том, что в ней присутствует скрытая периодическая закономерность;
– по результатам статистической текстуры изменчивости увлажненности исследуемого района подтверждается возможность применения линейного экстраполирования применительно к прогнозу влажности грунта;
– предложенная математическая модель влажностного режима грунтов земляного полотна позволяет определить фактическую или расчётную (с заданным уровнем надёжности) влажность любого типа грунта естественного увлажнения в пределах деятельного слоя 2,0 м по данным наблюдений за температурой и дефицитом влажности воздуха;
– результаты прогнозов влажности грунта на один-два сезона позволяют одновременно получить информацию, необходимую для достоверного планирования технологических мероприятий по сооружению земляного полотна и по нормализации водно-теплового режима.

Экспертная характеристика автомобильной дороги в дорожно-транспортной экспертизе

Рассмотрены экспертные характеристики автомобильной дороги, позволяющие определить состояние покрытия, ее геометрию, видимость и т. п., влияющие на механизм дорожно-транспортного происшествия (ДТП). Дорожно-транспортная экспертиза призвана устанавливать все причины и условия, способствовавшие исследуемому ДТП. Рассмотрены значения ровности полотна, норма геометрических характеристик автомобильной дороги, значения поперечного уклона в зависимости от покрытия, требования к дорожной инфраструктуре, в том числе установка или реконструкция знаков, нанесение разметки. Исследование элементов дороги проводилось посредством приборной и инструментальной базы. Изучены дорожные характеристики: ширина проезжей части и обочин, геометрическая и метеорологическая видимость поверхности автомобильной дороги и встречного транспортного средства, радиусы кривых в плане и продольном профиле, ровность, шероховатость и сцепные качества покрытия, уровень содержания дороги, наличие или отсутствие дорожных знаков, разметки, технических средств организации движения.
Рассмотренные экспертные характеристики автомобильной дороги дают возможность определить не только состояние дорожного покрытия дороги, ее геометрию, но и полностью восстановить механизм ДТП.

Предпосылки применения вакуумированного фибробетона в дорожном строительстве

Анализ современных тенденций в области дорожного строительства и
технологии возведения гидротехнических сооружений на основе монолитного бетона показал, что формирование высококачественной структуры материала в значительной мере обеспечивается процессами укладки и уплотнения бетонных смесей.
Результат производственной апробации показал, что разработанные конструкции вакуумного оборудования обладают высокой маневренностью, достаточной безопасностью и не требуют особой квалификации обслуживающего персонала