книги / Техническое нормирование макрошероховатости дорожных покрытий автомобильных и лесовозных дорог

1.Средние значения a и b принимаются для дорог, расположенных в I дорожно-климатической зоне с использованием материалов, удовлетворяющих ГОСТу; верхние пределы принимаются для дорог с усовершенствованными покрытиями, расположенными во II дорожно-климатической зоне, нижние – для дорог, расположенных во IV–V дорожно-климатических зонах.

2.Для дорог с щебеночными и гравийными покрытиями, расположенными в зоне избыточного увлажнения, принимаются нижние пределы, а для дорог, расположенных в зонах с сухим климатом – верхние пределы a и b.

Если ширина покрытия превышает 7 м, значит, b уменьшают на 15 %, если меньше 6 м, значения b увеличивают на 15 %.

Расчетный износ поверхностного слоя за требуемый период времени рассчитывается по формуле [45]:

Здесь hTи – износ поверхностного слоя покрытия за T лет, см; а – износ за счет воздействия природных факторов, зависящий от материала покрытия, мм/год; T – планируемый срок службы поверхностного слоя, лет; Nср – приведенная средняя интенсивность движения, авт/сут; b – удельный износ от воздействующей нагрузки и вида материалов покрытия, мм/млн кН; K – коэффициент, учитывающий повышение коли-

201

чества тяжелых машин в составе транспортного потока (1,05–1,07); q – знаменатель прогрессии роста интенсивности движения, рассчитывается по формуле [45, 68]

где P – процент ежегодного прироста интенсивности движения, %. Планируемый износнедолжен превышатьдопустимогопотабл. 4.9. Толщина поверхностного слоя рассчитывается по формуле (4.12).

Она не должна учитываться при прочностном расчете дорожных одежд и на 20–30 % превышать величину общего износа [45]:

где hп.с – толщина поверхностного шероховатого слоя покрытия, см; Kср – коэффициент, учитывающий условия работы поверхностного слоя. Если поверхностный слой предусматривается как совместно работающий с верхним слоем покрытия, то Kср = 1,2…1,3; hTи – износ поверхностного слоя покрытия за T лет, см.

Толщина верхнего слоя по покрытию рассчитывается по фор-

муле [45]:

где hв.с.п – толщина верхнего слоя покрытия, совместно работающего и устраиваемого с поверхностным шероховатым слоем, см; hв.с.р – расчетная толщина верхнего слоя покрытия, см (определяется расчетом на прочность по ВСН 46-83).

Если поверхностный слой покрытия предусматривается как самостоятельно работающий и устраиваемый слой, то для тонких слоев толщиной ≤ 25 мм Kср = 1,1…1,2, для слоев толщиной 25–40 мм

Kср = 1,5…2.

Кроме износостойкости, толщина поверхностного слоя связана с проектируемыми параметрами шероховатости.

Толщина поверхностного шероховатого слоя не может быть меньше наибольшей высоты профиля шероховатости согласно условию [45]

Здесь hп.c – толщина поверхностного, шероховатого слоя покрытия, см; Rmax –наибольшая высота профиля шероховатости, см.

202

Толщина поверхностного шероховатого слоя не может быть меньше максимального диаметра элементов макрошероховатости согласно условию

где hп.с – толщина поверхностного, шероховатого слоя покрытия, см; Qmax – максимальный диаметр элементов макрошероховатости, см.

Если поверхностный слой входит в состав верхнего слоя покрытия (совместно работающий и устраиваемый), то минимальная толщина верхнего слоя покрытия должна быть больше максимального диаметра элементов макрошероховатости и удовлетворять условию [45],

где hв.c.п – толщина верхнего слоя покрытия, совместно работающего и устраиваемого с поверхностным шероховатым слоем, см; Qmах – максимальный диаметр элементов макрошероховатости, см.

Устанавливаются минимально допустимые прочностные характеристики поверхностного слоя. Если поверхностный слой не выделяется из верхнего слоя покрытия, то прочностные характеристики его регламентируются существующими нормативно-техническими документами (СНиП, ГОСТ, ВСН) как для верхнего слоя покрытия. Если поверхностный слой проектируется как самостоятельный, то устанавливаются следующие характеристики [45]:

–сдвигоустойчивость поверхностного слоя (определяется из усло-

вия 4.2);

–прочность на отрыв (определяется из условия 4.3);

–прочность на растяжении при изгибе (определяется из условия 4.1), если толщина поверхностного слоя больше 30 мм, при меньшей толщине этот параметр не регламентируется.

При проектировании минеральной части структурообразующих элементов макрошероховатости верхнего слоя дорожного покрытия производится соблюдение основных транспортно-эксплуатационных параметров к поверхности покрытия.

Уровни звука (параметр шумности) и яркости поверхностных слоев дорожных покрытий зависят от минеральной части слоя (гранулометрический состав) и вида светлости минерала. Шумность определяется силой звука. Сила звука пропорциональна квадрату частоты процесса колебания в зонах контактов шин машины с покрытием

203

иквадрату амплитуды. Амплитуда колебаний зависит от глубин впадин

макрошероховатости Rср, а частоты колебаний зависят от шага макрошероховатости Sср, а также скорости движения транспортного средства. Значит, для уменьшения уровня звуков от движения при увеличении расчетных скоростей необходимо проектировать более мелкозернистую

иболее плотную структуру макрошероховатости. При этом необходимо обеспечить минимальный коэффициент сцепления. При увеличении плотности структуры шероховатой поверхности, происходит снижение

частот колебаний звука от высокого к низкочастотному диапазону, а коэффициенты сопротивления движению немного возрастают.

Для повышения яркости поверхностного битумосодержащего слоя покрытия необходимо, чтобы крупноструктурные элементы шероховатости (наиболее крупные фракции щебня) подбирались из светлых пород каменных материалов (светло-серого гранита, сиенита, габро, кварцита, песчаника, известняка и т.п.). Если прочных светлых каменных материалов нет, то в крупнофракционную составляющую материала поверхностного слоя рекомендуется добавлять 40–50 % искусственного каменного материала типа ксилолита.

Далее проектируем гранулометрический состав поверхностных слоев шероховатости, учитывая следующие положения:

–средние диаметры структурообразующей фракции должны быть

в1,5 раза больше проектируемых глубин впадин шероховатости Rср, т.е. должны выполнять условия формулы

где Qср – средние диаметры структурообразующей фракции, см; Rср – проектируемая глубина впадин шероховатости, см;

Максимальные и минимальные диаметры структурных элементов (структурообразующие фракции) определяют в зависимости от степеней плотности элементов структуры и рассчитываются следующим образом:

где ρ – степень плотности структурного элемента; Qср – средние диаметры структурообразующей фракции, см; Sср – средний шаг макрошероховатости, мм.

Максимальные диаметры фракций структурообразующего элемента рассчитываются по условию:

204

где Qmax – максимальные диаметры фракций структурообразующего элемента; Qср – средние диаметры структурообразующей фракции, см; tр – коэффициент Стьюдента, который для двухсторонних доверительных вероятностей равен 0,95 и принимается равным 2,0; νQ – коэффициент вариации диаметра частиц, который принимается равным половине интервала принятой степени плотности структурного элемента и рассчитывается по формуле

где ρ – степень плотности структурного элемента.

Минимальный диаметр фракций структурообразующего элемента определяется по условию

Полученный по условию (4.19) максимальный диаметр фракции сравниваем с толщиной (высотой) поверхностного слоя, определяемого из формулы (4.13) и условиями (4.14)–(4.15) относительно толщин слоев и максимальных размеров фракций структурообразующего элемента. Если необходимо, то осуществляют корректировку либо в сторону увеличения толщин слоев, либо уменьшения максимальных диаметров.

По диапазонам между максимальными и минимальными диаметрами структурообразующих элементов определяем способы устройств шероховатых слоев и методику подбора минеральных заполнителей в случае, когда толщины слоев больше чем в 2 раза превышают максимальные диаметры структурообразующих элементов щебня. При этом могут возникнуть варианты, приведенные в табл. 4.10 и 4.11.

Подбор вяжущего слоя устройства поверхностного шероховатого слоя осуществляется в зависимости от типа, состояния и свойств нижележащего обрабатываемого слоя покрытия, условий движения, климатических условий, вида и технологии устройства поверхностного слоя.

Свойства вяжущего и, при необходимости, модифицирующих добавок, должны обеспечивать хорошую адгезию к нижележащим обрабатываемым слоям и к минеральным составляющим поверхностных шероховатых слоев покрытий, должны обеспечивать запроектированные прочностные характеристики и требуемую эксплуатационную надежность в течение предусмотренного срока службы.

205

Таблица 4.10

Варианты технологий устройства макрошероховатых дорожных покрытий

206

Таблица 4.11

Варианты устройства поверхностных шероховатых слоев покрытий и методы подбора для них минеральной составляющей

Примечание: *) – зерновые составы битумоминеральной смеси подбирают по табл. 3 ГОСТа 9128; для ЛЭМС – по [9], для ЩМА – по [55].

Поэтому консистенция, тип и марка вяжущего, способ введения, технология обработки, удельная дозировка как вяжущего, так и улучшающих добавок должны подбираться в лаборатории. Образование бо-

207

лее прочных и устойчивых конгломератных структур достигается использованием следующих физико-химических закономерностей:

–кислотные радикалы (катионоактивные окислы и углеводородные соединения) взаимодействуя с основными радикальными (анионактивные щелочные соединения) образуют устойчивую и прочную структуру (хорошая адгезия); при взаимодействии кислотных с кислотными радикальными или основных с основными образуются неустойчивые структурные связи (плохая адгезия);

–для активизации поверхностных радикалов затрачивается энергия либо механическая (дробление, перемешивание, соударение), либо фи- зико-химическая (ионизация, активизирующие ионоактивные добавки, катализирующие добавки).

Общие принципы проектирования технологических процессов:

–минимум типоразмеров технологических машин, участвующих

втехнологическом процессе;

–максимальные коэффициенты использования технологических машин;

–максимальная простота технологических связей при минимальной технологической взаимозависимости выполнения технологических операций.

Оптимизация перечисленных технологических принципов может быть достигнута на основе технико-экономического анализа нескольких альтернативных вариантов технологии и организации работ по устройству поверхностного шероховатого слоя покрытия.

Если возникает необходимость в устройстве на одной и той же дороге шероховатых поверхностных слоев разного уровня шероховатости, то следует проектировать технологию, обеспечивающую многовариантность используемых материалов без коренного изменения конструкций и компоновок технологических машин.

Технологический процесс должен настраиваться по производительности наиболее загруженной технологической машины или по наиболее загруженному звену в технологическом процессе. Основным критерием удачно запроектированного технологического процесса является качество готовой продукции.

Технологический процесс проектируется в приведенной последовательности.

1) Устанавливается принципиальный технологический метод устройства шероховатого конструктивного слоя (см. табл. 4.10 и 4.11).

208

2)Устанавливаются технологические условия (вид, температура, влажность и т.д.) и оптимальные технологические режимы (скорость перемешивания, интенсивность вибрирования и т.д.) приготовления материалов и устройства готовой конструкции, обеспечивающие требуемый уровень качества.

3)Подбираются технологические машины, обеспечивающие оптимальный технологический режим. Составляются технологически свя-

занные группы. Составляется технологическое описание процессов

сподсчетом производительности отдельных звеньев, групп, отрядов.

4)Составляется технологическая схема взаимодействия технологических звеньев и групп в технологическом процессе, определяется оптимальное количество технологических машин, обеспечивающих требуемое качество готовой продукции.

5)Оптимизируется и устанавливается длина сменной захватки, комплектуются технологические звенья, устанавливаются объемы ресурсов, необходимых в смену (материалы, технологические и вспомогательный машины, персонал).

6)Определяются основные технико-экономические показатели технологического процесса. Если проектируются различные технологические процессы, то для непосредственного выполнения работ выбирается тот, чьи технико-экономические показатели являются наилучшими применительно к показателю удельной себестоимости единицы готового конструктивного слоя.

7)Для выбранного технологического процесса разрабатывается система контроля качества и методы исправления некачественных конструкций.

Рассмотрение различных вариантов устройства поверхностного слоя производится по табл. 4.11.

При проектировании технологии подготовительных работ особое внимание необходимо уделять активизации поверхности нижнего обрабатывающего слоя для обеспечения хорошей адгезии между верхним и нижним слоями.

С целью повышения эффективности активизации поверхность обрабатываемого слоя должна быть тщательно очищена от пыли и грязи (табл. 4.5). Трещины должны быть заделаны битумом или битумной мастикой, искажения поперечного профиля должны быть выровнены выравнивающим слоем. Указываются виды используемых материалов,

209

температурные и влажностные характеристики их использования, способы и технологический режим ремонта, рекомендуемые технологические машины, приспособления и оборудование. Результатом проектирования является карточка проектных решений, отражающая принятые параметры характеристик шероховатого слоя покрытия (табл. 4.12).

Таблица 4.12

Карточка проектных решений характеристик шероховатого слоя покрытия на автомобильной дороге ______ (титул) с км ___ до км _____

210