книги / Техническое нормирование макрошероховатости дорожных покрытий автомобильных и лесовозных дорог

Типовой вид макрошероховатого дорожного покрытия на ездовом полотне мостового сооружения после втапливания щебня показан на рис. 1.18.

Рис. 1.18. Типовой вид макрошероховатого покрытия на ездовом полотне

Преимущества данной технологии перед традиционными:

–для всех слоев одежды с основанием на железобетоне и металле применяется один тот же полимербитумный материал, который обеспечивает тем самым совместную работу этих слоев, так как придает им одинаковую деформативность;

–слои одежды имеют высокую пластичность и обеспечивают совместную работу дорожной одежды и пролетного строения;

–горячие слои из однородного материала укладываются последовательно, что повышает трещиностойкость при динамическом воздействии транспорта и при перепадах температуры воздуха;

–поверхностный слой сцепления, устроенный в литом асфальте, повышает износоустойчивость дорожной одежды и комфортность движения автомобильного транспорта;

–способ и состав укладки мастики для гидроизоляции образует водонепроницаемое бесшовное макрошероховатое дорожное покрытие

[110].

При проектировании и устройстве макрошероховатого дорожного покрытия мостовых сооружений (ездового полотна) используется литая асфальтобетонная смесь. По назначению ее разделяют на 5 типов [110]:

• I тип – устройство покрытий для проезжей части путепроводов, мостов, эстакад, паркингов, и т.п.;

31

•II тип – устройство покрытий для проезжих частей дорог I, II и III категорий, магистралей общегородского назначения с регулируемым

инепрерывным движением, мостов, аэродромов, путепроводов эстакад

ит.п.;

•III тип – устройство несущих слоев для основания дорог I, II и III технических категорий и магистралей общегородского назначения;

•IV тип – устройство покрытий для ремонта полов, тротуаров, кровли и стяжек;

•V тип – устройство покрытий для гидроизоляции, ямочного ремонта автомобильных и городских дорог, ремонта покрытий трамвайных путей.

Литая сероасфальтобетонная смесь по назначению подразделяется на два типа:

•I тип – смесь, применяемая при строительстве, капитальном и текущем ремонте мостового полотна, проезжей части улиц, дорог и путепроводов;

• II тип – смесь, применяемая при строительстве, капитальном и текущем ремонте тротуаров, велосипедных и пешеходных дорожек.

Данная литая асфальтобетонная смесь указанных типов отличается качеством рецептуры входящих компонентов, консистенцией и рабочей температурой.

Литая асфальтобетонная смесь I, II, III и IV типа укладывается в сухую погоду осенью и летом при температуре не ниже +10 °С, а весной – не ниже +5 °С. Требования к подготовленной поверхности: она должна быть сухая, не мерзлая и чистая; соответствовать техническим нормам данной категории дороги и ровности для всех слоев, без ям, выбоин и трещин. Поверхность без пропусков равномерно грунтуется горячей битумной эмульсией или битумом (расход 0,3–0,5 л/м2). Места сопряжений старого и нового покрытия должны быть тоже прогрунтованы. Литая смесь V типа при ямочном ремонте укладывается круглогодично, а при новой ШПО производится только в сухую и теплую погоду.

Литую асфальтобетонную смесь II типа укладывают обычным асфальтоукладчиком на пневмоходу, выдерживая заданные толщину слоя, ровность и поперечный уклон с помощью предварительно налаженных рабочих органов и автоматической следящей системы.

Смесь распределяют на ширину, кратную ширине проезжей части, но не более 6 м. Рекомендуемая скорость укладки 2–3 м/мин при тем-

32

пературе воздуха 20 °С, толщине слоя 40 мм и наличии 5–6 автомобилей со смесью. Укладку рекомендуется вести непрерывно. Толщина укладываемого слоя в неуплотненном состоянии принимается на 5–10 % больше проектной. Уплотнение слоя производят катком с гладкими вальцами массой до 6 т за 5–6 проходов по одному следу по продольной спайке с заходом вальца на свежеуложенную полосу на 30 см и от другого края полосы к спайке. Требуемые фракционные характеристики уложенного слоя получают путем распределения и укатки фракционированного щебня.

Литую асфальтобетонную смесь IV типа с учетом специфики работ на мостовом полотне укладывают вручную. Перед укладкой все швы и места сопряжения с элементами мостового полотна обрабатывают по- лимерно-битумным вяжущим. Смесь из термоса-миксера через люк выдают в специальные тележки с шандорным затвором на резиновом ходу для последующей подачи на место укладки. Разравнивание производят специальными скребками. Поверхность затирают песком.

Вибролитой асфальтобетон – материал для устройства и ремонта дорожных покрытий. Устроенное покрытие отличается повышенной плотностью, деформационной устойчивостью и шероховатостью. Срок службы 15–20 лет. Смесь относится ко II типу литых смесей по ТУ 400-24-159–89*. Компоненты – традиционные: мелкий щебень, песок, минеральный порошок и обычный дорожный битум. Смесь не нуждается в добавках полимеров. Ее приготавливают на стандартной асфальтосмесительной установке периодического действия.

По сформировавшемуся, но еще теплому покрытию из вибролитого асфальтобетона асфальтоукладчиком распределяют очень горячую многощебенистую смесь слоем 20 мм. Горячая смесь, контактируя с теплым покрытием, нагревает его поверхность и плавит тонкую пленку асфальтового раствора. Следующая за распределением смеси работа катка обеспечивает ее частичное проникание вглубь покрытия, упрочняя его структуру и улучшая фрикционные характеристики поверхности.

За счет использования местных материалов и меньшей толщины (40 мм) стоимость устройства 1,0 м2 покрытия из вибролитого асфальтобетона с шероховатым слоем практически такая же, как из мелкозернистой смеси типа «Б» слоем 50 мм.

Внастоящее время технология (табл. 1.2) штатно используется

вряде регионов России с неблагоприятными климатическими условия-

ми [110].

33

34

Область шероховатых тонкослойных покрытий (ШТП) распространяется не только на покрытия из вибролитого асфальтобетона. Практика показала их весьма высокую эффективность на мостовых покрытиях.

Перед устройством ШТП поверхность старого покрытия очищают, ремонтируют, выравнивают и грунтуют. После укладки и формирования слоя движение транспорта открывают без ограничения скоростного режима. Защитный слой из литого сероасфальтобетона толщиной 40 мм укладывается на слой мастики.

Перед укладкой литой смеси выглаживающая плита асфальтоукладчика или щебнераспределителя устанавливается на брус (толщиной с устраиваемый слой) или в начало ранее уложенного предыдущего слоя.

Включаются приборы разогрева бункера, плиты и двигатель. Устанавливают следящую систему в рабочее положение. Скользящая опалубка применяется для устранения расползания укладываемого слоя. Если ее нет, то до начала укладки смеси в продольном направлении устанавливаются и закрепляются упорные металлические или деревянные брусья (длиной по 6 м). При работе только с одним распределителем надо следить, чтобы длина захваток была выполнена из расчета, что край смежных полос имел температуру не ниже 70–80 °С.

Смеси распределяются асфальтоукладчиком для литой асфальтобетонной смеси (тип Vogelе 15-02 GAF) или распределителем (тип GB фирмы Faendrich AG или тип ЕВ фирмы Linhoff) без уплотнения. Черный горячий щебень доставляется на объект строительства в самосвале заранее и в количествах, необходимых для безостановочной работы. Он распределяется равномерно вручную или щебнераспределителем по поверхности дорожного покрытия.

Движение транспорта по покрытию с готовой ШПО открывается не ранее чем через три часа после завершения всех работ и остывания покрытия до температуры окружающего воздуха [110].

Полимер-битум – дорожный нефтяной битум, который модифицирован полимерными добавками типа стирол-бутадиен-стирола (SBS) [17]. При получении полимер-битума (полимер-битумного вяжущего – ПБВ) применяют модификаторы: кратон, финапрен, калпрен и другие отечественные аналоги типа ДСТ-30-01. Полимерную добавку SBS вводят в горячий с температурой 180 °С битум в количестве 8,5–10 % от массы вяжущего, который готовят 4 ч. Разжиженный полимер-битум

35

получают растворением полимер-битума растворителем типа Solvessa 100 при содержании в нем не менее 0,5 % по массе поверхностноактивного вещества (ПАВ) типа диамина. Мастику получают смешиванием полимер-битума ПБВ 40 (60), песка и минерального порошка и применяют для гидроизоляции проезжей части мостов, подземных сооружений. Их можно наносить на металлические, бетонные и деревянные поверхности.

Полимер-битум ПБВ 40 (60) приготавливают смешиванием

90–91,5 % битума марки БНД 60/90 (90/130) с 8,5–10 % полимерной до-

бавки SBS (стирол-бутадиен-стирол) в термосе-миксере в течение 4 ч при температуре не выше 200–210 °С, не допуская местного перегрева. Полимер-битум должен быть использован не позднее чем через 6 ч после расплавления.

Разжиженный полимер-битум (РПБ) для грунтования поверхности мостового полотна приготавливают смешиванием 34 % полимербитума ПБВ-60 с 7–9 % растворителя, 0,5 % адгезионной добавки – диамина и 56,5 % бензина. Готовое к употреблению РПБ затаривают в емкости объемом 30–50 л. Мастику приготавливают на асфальтосмесительной установке с температурой не менее 180 °С.

При выполнении работ проверяют равномерность распределения вяжущих материалов, поперечный и продольный уклоны, толщину, ровность слоев и гер-метичность сопряжений с элементами мостового полотна. Шероховатость покры-тия измеряют методом «песчаного пятна» в соответствии со СНиП 3.06.03–85. Средняя глубина впадин должна составлять 2–5 мм в зависимости от крупности применяемого щебня. Лаборатория должна вести ежедневные наблюдения за технологическими операциями с составлением отчетов по подготовке мостового полотна, его гидроизоляции и устройству конструкции дорожной одежды.

1.3. Современное оборудование для оценки и определения параметров макрошероховатости дорожных покрытий

В современной России и за границей выпускают много различного оборудования для диагностики шероховатости дорожных покрытий, которое охватывает весь спектр задач по этой проблеме. В настоящее время разрабатывают модернизированную дорожную лабораторию на

36

базе КП-514МП нового поколения. Лаборатория ГП «РосдорНИИ», лаборатория измерительного центра управления «Мосавтодор», томская лаборатория «Магистраль-1» и другие измерительные комплексы во многом соответствуют достигнутому в мире уровню диагностики дорожных покрытий. Для оценки ровности используют толчкомеры, фиксирующие общее число неровностей на единицу пути. Но эффективность измерения многих параметров автомобильных дорожных покрытий еще невысока. Как правило, нет возможности одновременного определения сразу нескольких параметров, сам процесс измерения проходит на низких скоростях, это значительно снижает производительность работ по диагностике [2, 33, 42, 98, 171].

Широкое распространение получило измерительное оборудование производства ФГУП СНПЦ «Росдортех» – динамометрический прицеп типа ПКРС-2У для измерения коэффициента сцепления и оценки продольной ровности дорожной поверхности. Наиболее совершенная аппаратура – это анализатор продольного профиля. В ФГУП «РосдорНИИ» создан прицепной прибор – профилометр, позволяющий определять параметры микропрофиля дорожного покрытия.

Вразличных странах используются свои методы и системы обследования, паспортизации и инвентаризации автомобильных дорог. Но везде общими требованиями являются оперативность получения информации, автоматизация процесса измерения, точность и высокая надежность измерения данных, объективность информации.

Наиболее известны зарубежные дорожные лаборатории GYROS, SIRANO, CALAO (Франция), AL-Roadlab SRC (Финляндия), модульная система диагностики дорог ROMDAS (США), лаборатория Шведской национальной дорожной администрации, лаборатория фирмы KOMATSU (Япония). Комплексные лаборатории обеспечивают измерения основных технико-эксплуатационных параметров дорог за один проезд. Стоимость лабораторий зарубежного производства чрезвычайно высока – до миллиона долларов США.

ВСША используются измерители РСА, толчкомеры и измеритель Мэйса, которые снабжены системой, которая позволяет зафиксировать толчки по желанию оператора. Данное оборудование не может использоваться при различных типах дорожного покрытия. Для настройки применяют профилометры типа GMRL (лаборатория «Дженерал Моторс»). Калибровка измерительной аппаратуры толчкомера осуществляется по индексу ровности IRI.

37

Наиболее известны анализаторы ROADMAN (Финляндия) и APL (Франция). Система APL состоит из одного или двух одноколесных прицепов, которые буксируются при одинаковой скорости и имеют блоки ввода данных измерения. В зависимости от скорости автомобиля анализатором могут фиксироваться неровности поверхности в диапазоне ±100 мм, для длин волн от 0,5 до 50 м.

Система PRORUT (США) обеспечивает определение и визуальное представление продольного профиля и измерение колейности автомобильной дороги [42].

За рубежом передвижные диагностические лаборатории производят с лазерными или ультразвуковыми профилографами. Ультразвуковые профилографы выполнены в виде измерительной балки с ультразвуковыми датчиками, которые определяют расстояния до поверхности дороги по времени прохождения ультразвуковых сигналов. Погрешность измерения глубин колеи для высоты 20–40 см находится в пределе двух миллиметров. Скорость передвижения лаборатории диагностики при работе до 50 км/ч (Франция). Лазерные профилографы отличаются от ультразвуковых тем, что у них расстояние от поверхности дорожного покрытия определяется лазерным датчиком. Точность измерения при этом достигает 0,1 мм.

Ученые Исследовательского центра автомобильных дорог TurnerFairbank Федеральной дорожной администрации США протестировали несколько приборов по определению поперечной ровности. Приборы типа Walking Dipstick и Walking Profilometer могут определять профиль дорожного покрытия. Системы ARIA и ROSANvm используют лазерные датчики, в ARIA погрешность измерений уменьшается при помощи видеокамер и устройств лазерного стробирования.

Прибор по определению профиля TRL (поперечного) лаборатории ROMDAS включает в себя шесть матриц, представляющих собой линейки из 5 ультразвуковых датчиков каждая. При измерении последовательно запускают датчики матриц. Это повышает точность и снижает погрешность измерений до 0,1 мм [42].

В настоящее время в связи развитием аппаратуры обработки цифровых сигналов, наибольшее применение получают способы фотограмметрического зондирования дорожного покрытия.

Французский лазерный измеритель (PALAS-2) для определения поперечного профиля использует две камеры и лазерный формирователь

38

плоскости, который выявляет сопряженные точки дорожной поверхности на стереокадре. Оборудование измерительного комплекса и система анализа изображения размещена на микроавтобусе, что позволяет надежно определять ширину и глубину колеи, выбоин и неровностей, а также общие дефекты поперечного профиля дорожного покрытия.

Измерения можно производить на скорости 90 км/ч. Это повышает производительность работ по диагностике дорожных покрытий. Погрешность измерений деформаций дорожных покрытий при этом составляет не больше 2 мм.

Фирмой «Драко» (Швейцария) создана многоцелевая передвижная лаборатория для прогнозирования состояния дорог, измерения ровности, коэффициента сцепления, прочности дорожной одежды, определения наличия на покрытии трещин и других дефектов. Лаборатория оснащена видеокамерой, толчкомером, одноколесным прицепом для измерения коэффициента сцепления.

Лаборатория SIRANO (Франция) определяет основные транспорт- но-эксплуатационные параметры дорожного покрытия, фиксируя информацию на ПК, при скорости 72 км/ч. При этом лаборатория использует анализатор измерения параметров APL (продольный профиль) и профилометр PALAS. Оборудование позволяет измерять в течение одного проезда колейность, ровность, геометрические размеры, шероховатость покрытия и другие дефекты.

Департамент геодезии и фотограмметрии Королевского Института технологий (Швеция) проводит автоматический сбор дорожной информации с использованием системы стереофотограмметрии, установленной на автомобиль с GPS-приемником и инерциальной навигационной системой.

В США широко распространена система управления дорожными измерениями ROMDAS. В ее состав входят компьютер (Notebook) с двумя внешними клавиатурами, GPS-приемник, лазерный измеритель расстояний с определителем азимута, видеокамера с дополнительным компьютером, система гироскопов, цифровая фотокамера, устройство голосового ввода данных, толчкомеры, датчик скорости и пройденных расстояний, определитель ровности TPL, установка оценки коэффициента сцепления [34].

В США в 2013 году на Аризонской конференции по дорожным покрытиям С.Р. Келвином из университета штата Оклахома была пред-

39

ставлена система мониторинга и автоматизированного формирования 3D-модели шероховатого дорожного покрытия, позволяющая в том числе согласно стандарту AASHTO PP69-10 производить автоматизированную идентификацию углублений и измерение их параметров

(рис. 1.19, 1.20).

Под графическим форматом трехмерных 3D-данных понимается автоматизированное (визуальное, на компьютере) представление пространственных данных. При этом поверхность задается множеством лежащих на ней точек. 3Dмодель строится с помощью данных вполне определенной структуры, при этом исходные точки поверхности в пространстве могут распределяться по-разному.

Данные собираются по точкам, обозначенным на регулярной сетке, по линиям структурного рельефа или вообще

хаотично. По первичным значениям структур положения точек строят поверхности по программам построения поверхностей TIN, GRID или

TGRID.

В компьютерных программах используют векторные, растровые, регулярно- и нерегулярно-ячеистые форматы формирования и хранения изображения.

Менее распространены гиперграфовые модели, модели типа TIN с многомерными расширениями. Известны гибридные модели построения 3D-данных. При построении модели поверхность делится сеткой треугольников (ячеек). Иногда говорят, что поверхность строится по триангуляционному методу. Такая поверхность называется TIN-поверх- ность (Triangulated Irregular Network) или нерегулярные триангуляционные сети, т.е. системы с неперекрывающимися треугольниками.

TIN – это сеть неравносторонних треугольников, которая используется в построении цифровых моделей и соответствует триангуляции Делоне.

Вершины треугольников – это исходные опорные точки, которые совпадают с заданной (реальной) криволинейной поверхностью. По-

40