книги / Совершенствование метода вибродиагностики технического состояния элементов дорожных конструкций и кольцевых стендов

обеспечивающим потребительские свойства дороги данной технической категории.

6. Эксплуатационный коэффициент обеспечения расчетной скорости – отношение фактической максимальной скорости движения одиночного легкового автомобиля, обеспеченной дорогой по условиям безопасности движения или взаимодействия автомобиля с дорогой на каждом участке (vф.max), к расчетной скорости для данной категории дороги и рельефа местности (vp):

За базовую расчетную скорость принята скорость 120 км/ч. Тогда

Kр.с = v120ф.max .

В практических расчетах удобнее пользоваться коэффициентом обеспеченности расчетной скорости.

7.Диагностика автомобильных дорог и дорожных сооружений – обследование, сбор и анализ информации о параметрах, характеристиках и условиях работы, определяющих их транспортно-эксплуатационное состояние, необходимых для оценки, выявления причин и прогноза возможных нарушений нормального функционирования дорог.

8.Оценка транспортно-эксплуатационного состояния (или оценка состояния дороги и дорожных сооружений) – определение степени соответствия транспортно-эксплуатационных

41

показателей дорог, т.е. их потребительских свойств установленным требованиям.

Состав и объем работ по диагностике транспортно-эксплу- атационного состояния дорог зависят от вида и периодичности обследования дорог. При этом полной считают диагностику и оценку всех основных элементов, параметров и характеристик дорог, определяющих их транспортно-эксплуатационное состояние. В соответствии с ВСН 25–88 к этим параметрам и характеристикам относят: 1) геометрические параметры, в которые входит ширина проезжей части и краевых укрепленных полос, которые вместе составляют ширину основной укрепленной поверхности, общая и укрепленная ширина обочин, продольные уклоны, радиусы кривых в плане и профиле, уклона виражей и расстояние видимости; 2) прочность и состояние проезжей части и обочин; 3) ровность и сцепные качества покрытий; 4) состояние земляного полотна; 5) состояние и работоспособность водоотвода; 6) габариты, грузоподъемность

исостояние мостов, путепроводов и других искусственных сооружений; 8) состояние элементов инженерного оборудования

иобустройства.

Виды диагностики автомобильных дорог приведены в табл. 1.1.

Полную первичную диагностику эксплуатируемых автомобильных дорог проводят при первой оценке транспортноэксплуатационного состояния, в процессе которой собирают подробную объективную информацию по полной номенклатуре параметров и характеристик, а также по условиям работы дороги. Составляют линейный график оценки качества и состояния дороги и передают всю информацию в банк дорожных данных.

Полную объективную диагностику и оценку состояния вновь построенных (реконструированных) автомобильных дорог (участков дорог) проводят перед вводом их в эксплуатацию и утверждением актов государственной приемочной комиссией.

42

43

Повторную частичную объективную диагностику и оценку качества и состояния выполняют в конце строительного сезона на участках автомобильных дорог, где проводились ремонтные работы по тем элементам и параметрам, которые были изменены в процессе ремонта,

Периодическую частичную объективную или комбинированную диагностику проводят по переменным параметрам, таким как ровность, коэффициент сцепления, состояние покрытия и другие, не реже 1–2 раз в год.

При обследовании автомобильных дорог по ограниченному перечню изменяющихся по времени параметров оценка состояния дорог производится по показателю качества. Информация по другим параметрам берется из банка данных по результатам предшествующих обследований. В случае отсутствия такой информации условно принимается, что недостающие параметры дорог соответствуют требованиям технических нормативов. При этом указывают, что оценка дороги производилась только по переменным параметрам.

Экспресс-оценку и экспресс-диагностику проводят при необходимости ускоренного получения ориентировочной информации об отдельных параметрах автомобильной дороги или группе параметров, позволяющей получить приближенную оценку состояния дороги по этим параметрам. После экспрессдиагностики на участках с низкими транспортно-эксплуата- ционными качествами проводят детальные обследования, позволяющие установить причины снижения параметров эксплуатационного состояния и принять решение по ремонтным работам.

По способу технического проведения диагностики существует два основных вида исследований сооружений: визуальный и инструментальный, причем последний может быть разрушающим и неразрушающим.

При визуальном осмотре выявляются видимые дефекты и повреждения конструкций: трещины, отколы углов плит, ско-

44

лы бетона, шелушение и т.п. Визуальный осмотр проводят на первом этапе полной и частичной диагностики как составную часть смешанной или комбинированной диагностики и как самостоятельный вид диагностики при оценке состояния дороги и дорожных сооружений, ее инженерного оборудования и обустройства, а также при оценке качества текущего ремонта и содержания. На основании визуального осмотра выявляют характерные участки по состоянию дороги и намечают места детальных обследований. При этом делают дефектовочные планы, фотографии, используют простейшие приборы и инструменты.

При инструментальном контроле выявляются скрытые дефекты и повреждения, которые не могут быть обнаружены визуально. При использовании разрушающих методов контроля покрытий вырезают из них образцы и тем самым ослабляют их сечение. Этот недостаток разрушающих методов компенсируется тем, что они дают наиболее точную характеристику контролируемого параметра.

Неразрушающие методы контроля состояния дорог более рациональны. Информация в этом случае поступает не от отдельных образцов, а от всего сооружения и его части. К настоящему времени достигнута вполне достаточная для практических целей точность измерения параметров неразрушающими методами. Неразрушающие методы контроля состояния дорог можно разделить:

1)на механические (использование силовой пробы поверхности): пластический отпечаток, измерение упругого прогиба и т.д.;

2)акустические: ультразвуковые, акустическая эмиссия;

3)вибрационные: внутренние колебания (резонанс), свободные колебания;

4)радиометрические: гамма-радиоизотопный, рентгеновское излучение, нейтронный;

5)электрофизический: магнитный, электроиндуктивный, емкостный;

45

6)радиотехнический: проходящих радиоволн, отраженных радиоволн;

7)прочие методы: тепловые, люминесцентные, проникающих сред (газов, жидкостей).

1.7. Статические методы оценки технического состояния автомобильных дорог

Прочность дорожной одежды представляет собой один из важнейших показателей транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог. Снижение прочности связано с появлением остаточных деформаций дорожной одежды, вызывающих ухудшение ровности проезжей части, уменьшение средней скорости движения автомобилей; снижение безопасности движения, ухудшение условий движения [3, 5, 17].

При действии на дорожную конструкцию нагрузки от проезжающего автомобильного транспорта в ней возникает ряд напряжений: вертикальные напряжения (σz ) ; горизонтальные

напряжения (σx , σy ); растягивающие напряжения (σR ) в мо-

нолитных слоях.

Прочность дорожной конструкции, ее сопротивляемость воздействию нагрузок от движущихся автомобилей зависит от следующих факторов:

–общей жесткости дорожной одежды, характеризуемой

еемодулем упругости Е или упругим прогибом R под нагрузкой;

–прочности по сдвигу грунта земляного полотна и слабосвязанных материалов конструктивных слоев, характеризуемой модулем сдвига G;

–прочности на растяжение при изгибе слоев из монолитных материалов, характеризуемой поперечным модулем упру-

гости Еp;

– прочности по сдвигу слоев из асфальтобетона.

46

Последний фактор непосредственно связан с качеством верхнего слоя дорожной одежды и на общую ее прочность влияет мало.

Общая прочность одежды, обеспечение которой требует наибольших затрат, связана с первыми тремя факторами, поэтому в идеале для объективной оценки прочности требуется создать методику, позволяющую получить комплексную оценку по всем факторам, но это осложнено трудностью создания в конструкции эквивалентной нагрузки и проблемами при осуществлении измерений. Из трех факторов, определяющих общую прочность одежды, первый фактор (упругий прогиб R или вычисляемый по его величине модуль упругости Е) имеет обобщающий характер, относительно просто поддается измерению, и его обычно применяют в качестве показателя прочности дорожной одежды при ее оценке в полевых условиях.

Поскольку дорожная одежда под воздействием автомобильной нагрузки, не превышающей расчетную, работает главным образом в упруго-вязкой стадии, ее вертикальные перемещения (прогибы) с увеличением длительности нагружения возрастают. Соотношения между величинами прогибов при различной длительности нагружения зависят от вязких свойств грунта и слоев дорожной одежды, особенно содержащих органические вяжущие.

В процессе испытаний дорожной одежды для оценки ее прочности измеряют упругий прогиб от расчетной нагрузки, вычисляют общий фактический модуль упругости Еф, применяя зависимость:

где р – среднее удельное давление, передаваемое испытательной нагрузкой, Па (МПа); D – диаметр круга, равновеликого отпечатку площадки, передающей расчетную нагруз-

47

ку, м; l – прогиб дорожной одежды, м; – коэффициент Пуассона.

Этапы оценки прочности дорожной одежды:

1)предварительное визуальное обследование дорожной одежды на всем ее протяжении для выявления участков, требующих детального инструментального испытания прочности дорожной конструкции;

2)на выявленных участках, требующих детальных испытаний, проанализировать результаты инструментальных измерений ровности;

3)на участках, где визуальная оценка прочности дает неудовлетворительный результат и измеренный показатель ровности выходит за допустимые пределы, необходимо в обязательном порядке произвести инструментальные измерения прочности.

Обычно результатом инструментальной оценки прочности являются следующие показатели: средние расчетные модули упругости по каждому участку, коэффициенты вариации модулей упругости, характеризующие однородность дорожной одежды по прочности. При необходимости разрабатывают рекомендации по усилению дорожной одежды.

Оборудование для оценки прочности дорожных одежд должно обеспечивать возможность возникновения и измерения упругого прогиба, соответствующего прогибу от колеса автомобиля. Это оборудование в соответствии с условиями действия расчетной нагрузки делится на две группы – для динамического и статического нагружения.

Существующие дороги общего пользования рассчитаны на нагрузку группы А (100 кН на ось) или группы Б (60 кН на ось). Поскольку большинство дорог пропускают или в перспективе будут пропускать нагрузку, соответствующую группе А, на эту нагрузку следует ориентировать оборудование для оценки прочности дорожных одежд.

48

Основные характеристики нагрузки группы А, принимаемые при расчете, следующие:

1)нормированная нагрузка, передаваемая дорожной одежде колесом автомобиля, кН: динамическая – 65; статическая – 50;

2)среднее расчетное удельное давление колеса на покрытие – 0,6 МПа;

3)расчетный диаметр следа колеса автомобиля, м: при динамической нагрузке – 0,37; при статической нагрузке – 0,33.

Для измерения прогибов дорожной одежды при статическом нагружении применяют рычажные прогибомеры (наиболее распространен длиннобазный прогибомер КП-204). В результате испытаний статической нагрузкой получают статиче-

ские модули упругости (Ес), которые при оценке прочности следует сравнивать с общим и расчетными модулями (Етр.р), вычисленными исходя из требуемого статического модуля

(Етр.с).

Из всего многообразия существующих методов измерения упругого прогиба наиболее просты в применении и вычислении модуля упругости Ес статические методы. Они основаны на создании на поверхности исследуемого участка дороги контактного давления, имитирующего нагрузку от расчетного автомобиля, и измерении величины прогиба. Нагрузка создается либо жестким металлическим штампом, либо колесами самого автомобиля. При этом считается, что существует линейная зависимость между модулем упругости и прогибом. Обычно [ВСН52–89] контрольные испытания осуществляют методом статического нагружения колесом автомобиля. Для испытаний применяют грузовой двухосный автомобиль, у которого нагрузка на заднее колесо в пределах 30–50 кН, давление воздуха в шинах – 0,5–0,55 МПа. Шины задних колес автомобиля должны иметь дорожный тип рисунка протектора и быть в хорошем состоянии.

Если испытание дорожных конструкций проведено с помощью автомобиля, весовые параметры которого отличаются

49

от параметров нагрузки группы А, то приведение результатов испытаний к этой нагрузке осуществляют по формуле, справедливой при значении коэффициента Пуассона дорожной конструкции µ = 0,3:

где EA – модуль упругости дорожной конструкции при воздействии нагрузки группы А, МПа; KA – коэффициент, рав-

ный 0,36 МПа см/кН; Qк – нагрузка на колесо используемого автомобиля, кН; l – величина измеренного обратимого прогиба, см.

Нагрузку на колесо проверяют с помощью переносных гидравлических или других весов, обеспечивающих точность взвешивания до 0,5 кН.

Типичное состояние конструкции, характеризуемое модулем упругости Еср, определяют с учетом длительности различных состояний в расчетный период года:

где А и В – эмпирические параметры, зависящие от типов покрытия, расчетной нагрузки, а также грунтово-гидрологи- ческих и погодно-климатических факторов; т – количество расчетных состояний дорожной конструкции в расчетный период года; tEi – продолжительность состояния дорожной кон-

струкции с модулем Еi в расчетный период (определяют по графику прогиб – время), сут; Еi – модуль упругости дорожной конструкции на контрольной точке в рассматриваемый момент времени, МПа.

50