книги / Техническое нормирование макрошероховатости дорожных покрытий автомобильных и лесовозных дорог

Вразвитие этих идей был сделан следующий шаг – перейти к анализу цифровых рядов измерений параметров макрошероховатых дорожных покрытий.

Как известно, в ГОСТ 2789–73 по шероховатости поверхности [21] можно распространить на шероховатую поверхность изделия вне зависимости от метода изготовления поверхности и применяемого материала, поэтому его можно распространить и на устройство макрошероховатых дорожных покрытий.

Внем установлен перечень типов и параметров направления неровностей, которые применяются для установления требований к контролю шероховатых поверхностей, числовым значениям параметров

иобщим указаниям по назначению требований к шероховатым поверхностям.

Согласно СНиП 2.05.02–85 «Автомобильные дороги» и СНиП 3.06.03–85 «Автомобильные дороги» возможно устройство двух видов нерасчетных слоев для ремонта нежестких покрытий, отличающихся по назначению [95, 96]:

– слоев износа для обеспечения сцепных качеств и требуемой степени их стабильности в период межремонтного срока службы (эти слои имеют минимально допускаемую плотность);

– защитных слоев, обладающих высокой плотностью и водостойкостью, для предотвращения попадания в обрабатываемые покрытия избыточной влаги (т.е. для обеспечения требуемой степени водонепроницаемости); эти слои имеют существенно меньший срок службы сцепных свойств, чем слои износа.

На основании изложенного следует отметить, что слои износа применяют на плотных покрытиях для обеспечения максимальных сцепных качеств поверхности и срока их службы, защитные слои – на пористых покрытиях для обеспечения водонепроницаемости.

Согласно В.Ю. Гладкову [13, 47], главным критерием выбора оптимального слоя по назначению является следующее: свойства слоя должны ликвидировать или снизить недостатки обрабатываемого покрытия и возобновить, сохранить или улучшить сцепные качества поверхности, обеспечивая требуемую степень их стабильности на период межремонтного срока службы; если дефекты покрытия (степень разрушения) или имеющиеся материалы и оборудование не позволяют обеспечить требуемый срок службы, то его следует снизить, не допуская эксплуатации в некачественном состоянии.

51

Шероховатое покрытие устраивают, применяя органическое вяжущее и минеральный наполнитель, с целью удержания антигололедных материалов и получения необходимого коэффициента сцепления, создания шероховатости на элементах разметки на локальных участках проезжей части, для устранения скользкости на пешеходных переходах, тротуарах и остановках, мостовых сооружениях, в тоннелях и островках безопасности на дороге [85, 86, 91]. ШПО устраивается также и на цементобетонном дорожном покрытии.

Рекомендуемая фракция минерального наполнителя 0–5 мм. Покрытия могут быть также цветными, так как зависят от цвета наполнителя. Ширина обработки не должна быть меньше габаритной ширины транспорта. Прочность адгезии материала покрытия с основанием дорожной поверхности должна быть не меньше 17,5 кг/см2 [90].

ШПО устраивают на отремонтированном, предварительно подготовленном и очищенном дорожном основании, при этом полностью удаляется старая дорожная разметка. Для чистки цементобетонной поверхности используют обдув и дробеструйную обработку. Для асфальтобетонных оснований рекомендуют фрезерование или пескоструйную обработку и уборку мусора металлической метлой.

ШПО устраивают на асфальтобетонном покрытии возрастом более 6 месяцев. Разметку места проведения работ производят клейкой лентой, которую затем удаляют перед моментом полного отверждения битума. Само покрытие наносят с применением специального оборудования или вручную, готовя компоненты отдельно или в смеси. Уложенный распределенный наполнитель может быть дополнительно обработан еще одним вяжущим слоем [77].

При нанесении щебня на поверхность битума он распределяется плотным слоем, а затем прикатывается валиками. После затвердения вяжущего избыток наполнителя сметается, собирается и используется повторно.

Ремонт участков ШПО осуществляется также как первичное нанесение. Все работы выполняются подрядчиком по соответствующим техническим нормативам, которые одобрены производителем данного покрытия.

Требования по качеству выполненной ШПО формулируются по СНиП 2.05.02–85 [95], ВСН 38–90 [11], СНиП 3.06.03–85 [96], ВСН 6-90 [12].

52

Одна из ошибок при устройстве ШПО – передозировка щебня или достаточное количество дозируемого битума. При этом неминуемо происходит выброс щебенки из-под колеса транспортного средства. Изза этого у дорожного покрытия возникает пониженное сопротивление проскальзыванию, увеличивается тормозной путь, из-за чего повышается риск ДТП [39]. Это приводит к авариям, разбитым стеклам и экономическим потерям на возмещение ущерба.

Поэтому дополнительно к существующим способам операционного контроля изготовления ШПО, при настройке распределителя битума и щебня, должны дополнительно применяться оправдавшие себя известные методы: контроль среднего расхода щебенки с помощью мерной коробки; контроль равномерности распределения щебенки по ширине с помощью мерного шаблона; контроль равномерности распределения вяжущего и его среднего расхода по ширине.

Эти методы рекомендуют применять как вспомогательные, они используются для контроля работы распределительного оборудования «Чипсилер» во время подготовки и непосредственного выполнения работы. Методы разработаны на основе способов контроля качества, которые применяются во Франции для контроля равномерности распределения щебенки по ширине рассыпки по нормам NF P 98-276-2, контроля среднего расхода щебенки по нормам NF P 98-276-1, контроля равномерности распределения битума и его среднего расхода по шири-

не пролива по нормам NF P 98–275–1 [177, 178].

Согласно нормам Республики Беларусь (РД 0219.1.07–98) определение фактического расхода битума происходит перед началом дорожностроительного сезона – периодический контроль, и на месте проведения работ с помощью оперативного контроля. Во время периодического кон- троля-тарировки с помощью емкостей объемом не меньше 5 л и в количестве по числу форсунок автогудронатора определяется расход и расхождение по скорости подачи битума через все форсунки. Операционный контроль использует стальные ванночки и толщиномер, которые располагаются по пути движения автогудронатора.

Разница значений между измерениями равномерности толщины слоя не должна превышать 10 %. Расход щебня (фактический) определяется по РД 0219.1.07–98 с помощью шаблонов-рамок. Погрешность дозировки не может быть больше 10 %.

В Грузии проверка расходования материала во время производства работ осуществляется по способу Т.А. Шилакадзе [44]. Расход вяжуще-

53

го контролируют с помощью четырех листов (25×25 см), которые расположены по пути передвижения гудронатора. Листы с битумом после взвешивания укладывают обратно на дорогу и снова насыпают на них щебенку, затем опять взвешивают. Средний расход рассчитывается по весовой разнице между чистыми листами, листами с битумом и щебенкой и листами только с битумом. Эти данные также свидетельствует о практической потребности в контроле равномерности и расходовании материалов.

Для обеспечения в производственных условиях более объективного мониторинга устройства ШПО рекомендуется журнальная форма производства работ, которая дает полную информацию о каждом объекте в случае появления брака, поверхностной обработки и служит для сбора статистических результатов по устройству макрошероховатых дорожных покрытий для разных условий производства дорожных работ.

Качество работы по устройству макрошероховатых дорожных покрытий контролируется и состоит в систематических проверках качества используемого дорожного материала, соблюдения технологий производства дорожных работ и приготовления смеси. Контрольные работы выполняются в строгом соответствии с изложенными в технических документах методами испытания.

Производство работ ведется одновременно с операционным контролем всех процессов укладки материала на поверхность покрытия и приготовления смеси.

Контролируемые параметры, допустимые их отклонения от нормативных значений, а также частота определения регламентируется СНиП 3.06.03–85 и выполняется при помощи современных методов и средств измерений [96].

По выбору производителя работ, после уплотнения верхнего слоя покрытия, осуществляют операционный контроль всех параметров макрошероховатости не меньше чем в трех точках на 100 погонных метрах уложенного слоя, т.е. примерно 25–30 измерений на один километр дороги.

Особое внимание при устройстве макрошероховатых дорожных покрытий рекомендуют уделять сопряжению технологического шва и однородности слоя макрошероховатой поверхности. Не допускаются пятна с переизбытком битума и обедненных щебеночных участков.

Степень приживаемости элементов устроенного макрошероховатого слоя к поверхности основания должна быть доведена до 100 %,

54

а в объеме материала слоя до 95 %. Необходимо контролировать количество и скорость движения грузового транспорта в течение 3–4 суток после сдачи объекта с ШПО.

Приемка качества ШПО (приемочный контроль) осуществляется по СНиП 3.06.03–85 [96] после завершения ее формирования через

14 сут.

Основные эксплуатационные свойства верхнего слоя покрытия – обеспечение сцепления с поверхностью и долговечности слоя (степень стабильности) при эксплуатации. Макрошероховатые поверхности обеспечивают эти требования. Они должны состоять из впадин выступов со средней глубиной (высотой) Rz ≥ 0,5–9 мм (лучше до 6 мм). Выступы стираются при эксплуатации, но и при минимальном объеме впадин (Нср = 0,3…0,5 мм) покрытие сохраняет минимально допустимое значение коэффициента сцепления колес φ с покрытием. Больший срок службы шероховатого покрытия обеспечивается при большем количестве выступов и более высокой их износостойкости [13, 19, 20, 47].

Впервые такие шероховатые покрытия стали устраивать, когда существующие дорожные покрытия с шероховатой поверхностью оказались недолговечными. Это происходило из-за действия возросшей интенсивностидвижения ибольшой открытойповерхности (Rz ≥ 15…20 мм).

Щебнемастичный асфальтобетон (ЩМА) имеет минимальные сцепные качества поверхности при большом содержании щебня по массе (70–80 %). Это происходит из-за того, что его выступы закрыты по вершины отдельных зерен камня, и высококачественная мастика не истирается. Щебнемастичные смеси (ЩМС) имеют высокую прочность и плотность структурных пор (2–4 %), но более низкий параметр сдвигоустойчивости прочности при 50 °С не меньше 0,7, чем асфальтобетонный слой из смесей типа А прочностью при 50 °C не меньше 1,0. При этом надо помнить, что дренирующий асфальтобетон относится к слабонесущему бетону [13].

Для получения макрошероховатой поверхности, т.е. оптимально открытой, необходимо в условиях лаборатории уплотнять ее легким катком с нагрузкой от 0,5 до 40 МПа, через прослойку из деформируемого материала (резина). Для конечного уплотнения всего слоя и формирования правильной структуры пор нужен уже тяжелый или средний пневмокаток (патент № 1534126).

Для того чтобы подобрать и проконтролировать состав открытой битумоминеральной смеси, свойства ее определяют аналогично смесям

55

типа А (ГОСТ 3128–97). Водопоглощение материала (Wп) определяют по образцам, уплотненным на прессе через резину (ГОСТ 12801–84), а пластичность и устойчивость – по Маршаллу (при температуре 60 °С). Контролируют также состав зерновой смеси – это соотношение между крупными (10–20 мм) и мелкими (5–10 мм) фракциями щебня, а также содержание частиц меньше 0,071 мм и количественные параметры вяжущего [13].

Уплотнение средним катком позволяет достигнуть Rz ≥ 3,0 мм, а тяжелым – более 6 мм. Это возможно даже, несмотря на то, что слой уже получил сильное уплотнение во время распределения асфальтоукладчиком. Во время отработки технологии устройства ШПО было определено, что смесь одного состава (замеса) можно применять для производства слоев покрытия от одной до 3–4 максимальных размеров щебня.

Значение коэффициента сцепления ϕ значительно уменьшается за первый эксплуатационный год. Снижение коэффициента зависит от размеров щебенки, начальной шероховатости, плотности камня в смеси, износостойкости материалов и других факторов. Причем это может быть выше на дорогах с меньшим грузопотоком.

Из практики (В.Ю. Гладков) известно, что коэффициент сцепления

впервый год эксплуатации снижается на 0,05–0,15. Уменьшаются и па-

раметры шероховатости: средняя глубина шероховатости Нср, высота выступов Rz и объем пустот (впадин) макрошероховатой поверхности. Данные исследований [13, 47] позволяют сделать вывод, что в процессе технической эксплуатации дорожных покрытий при снижении значе-

ний Нср и Rz величины коэффициентов шага выступов Kш = Нср/Rz растут. В результате макрошероховатая поверхность из шипованно-

шероховатой (Kш в пределах 0,5–0,7) переходит в шероховатошипованную (Kш в пределах 0,3–0,5) [11].

Между тем использование этого коэффициента обладает существенной неопределенностью. Возможны варианты, равные нулю, а также деления на ноль. Поэтому этот показатель, ранее предложенный

вВСН 38-90, для целей нормирования макрошероховатых дорожных покрытий в настоящей работе из рассмотрения исключен.

После двух-трех лет эксплуатации значение коэффициентов сцеп-

ления ϕ стабилизируется и составляет меньше минимального допускаемого значения ≥ 0,3 [11]. Макрошероховатые слои покрытия, устро-

56

енные из БМО смесей по предложенному способу, представляют слои с щебеночным каркасом законтактной и контактной структуры. Поры в ней при устройстве слоев частично переходят во впадины макрошероховатости. Небольшая часть объема каркаса (примерно 2–5 %) остается незаполненной. Эти поры имеют вид крупных открытых пространств (Vок) и не влияют на долговечность. Определение их производят при испытании на водопоглощение (Wп, % от объема) [13].

Структурные поры, которые определяют долговечность покрытия, находятся в щебеночной части смеси. Принимается, что они близко относятся по своим размерам к средним открытым порам Vос (определяют по водонасыщению в вакууме (Wн, % объема)). Кроме средних и крупных пор в БМО смеси присутствует часть открытых мелких пор Vом. Объем определяют в течение 15 сут по водонасыщению – Wдл, % объ-

ема [13].

Ранее доказано, что шероховатые слои можно получать только из многощебенистых смесей типа БМО (55÷85 % доле щебня) путем использования специальной технологии для распределения и уплотнения смесей (патент № 1534126). Технология устройства шероховатых слоев состоит в следующем. Формируется щебеночный каркас вышеуказанной пористости путем последовательной, увеличивающейся ступенчато нагрузки и уплотнения вибробрусом асфальтоукладчика и пневмокатками, распределенной многощебенистой смеси через слой деформируемого материала.

С помощью этого режима можно уплотнить материал и перевести пустоты во впадины макрошероховатости на поверхности, при этом образуется слой толщиной равный максимальному размеру щебенки, т.е. мы создаем тонкий шероховатый слой износа. Выступы (Rz, мм) в слое открываются на оптимальную величину, а объем всех впадин, который характеризуется приведенной средней высотой (Нср, мм), может обеспечить дренаж воды с дорожной поверхности [47].

Каркас щебня с контактной и законтактной структурой, который возникает в шероховатом слое, и небольшой объем (2–5 %) крупных открытых текстурных пор обеспечивают сдвиго- и трещиноустойчивость тонкого шероховатого слоя покрытия [47]. Параметры слоев из БМО-смесей должны быть не больше, чем в слоях из асфальтобетона

(смесь типа А по ГОСТ 9128–97) [23, 52].

57

1.6.Анализ нормативных документов по вопросам контроля

иоценки качества макрошероховатости дорожных покрытий

Метод оценки качества устройства ШПО в России нормирован государственным стандартом СНиП 3.06.03–85 «Автомобильные дороги» [96] и ведомственным стандартом ВСН 38-90 по техническим указаниям по устройствам дорожного покрытия с шероховатыми поверхностями [11]. Оба документа при приемке устроенной ШПО требуют измерять коэффициент сцепления и среднюю глубину впадин макрошероховатости.

Коэффициент сцепления измеряется динамометрическим прибором ПКРС-2У, а также прибором ППК-МАДИ. Замеры сцепных свойств покрытия выполняются на трех участках каждого километра автомобильной дороги. Измерение проводят вдоль оси проезжей части дороги и по полосам наката с левой стороны каждой из полос.

Сцепные качества дорожного покрытия считаются удовлетворительными, если соблюдены условия по обоим параметрам: коэффициент сцепления и величина средней глубины впадины макрошероховатости, определяемая способом «песчаного пятна».

Согласно ВСН 38-90 качество ШПО оценивают коэффициентом вариации глубин неровностей макрошероховатости и коэффициентом равномерного распределения щебня.

Величина коэффициента вариации средней глубины впадин макрошероховатости определяется по формуле [11]

где СН – коэффициент вариации средней глубины впадин макрошероховатости; Нср – среднее значение глубины неровностей, мм; ∆Н – среднеквадратичное отклонение глубины отдельных впадин макрошероховатости.

Полученный коэффициент СН, при отличной качественной оценке, не должен быть больше 0,15.

Параметр равномерности распределения щебня по дорожной поверхности определяется прямоугольной рамкой размером 0,1×0,2 м, внутри которой считают количество зерен.

Вычисления производят 10 раз (участок дороги 1000 м). Затем определяется среднее количество зерен щебня в пределах рамки площад-

58

ки и среднеквадратичное отклонение отдельных результатов измерений от средних значений, подсчитываемое по формуле [11]

где δm – среднеквадратичное отклонение результата различных измерений от средних значений; mi – число зерен щебня, находящихся внутри контура рамки, шт.; m – среднее число зерен щебня, шт.; n – число измерений.

Коэффициент вариации определяют по формуле

Полученный коэффициент вариации Cm также не должен превышать 0,15 (для отличной оценки качества).

Требования к коэффициенту вариации глубины впадин макрошероховатости позволяют обеспечивать необходимый размер зерен, т.е. их однородность. Несоблюдение параметра влияет на коэффициент сцепления.

Требования к коэффициенту вариации равномерности распределения щебня позволяют обеспечить однородность распределения щебня по поверхности, косвенно – расход. Несоблюдение данного параметра влияет на обеспечение коэффициента сцепления.

Требования ВСН 38-90 позволяют обеспечить основное потребительское качество устроенной шероховатой поверхностной обработки, требуемый коэффициент сцепления, а также косвенно износ ШПО.

Вместе с тем в ВСН 38-90 и СНиП 3.06.03–85 «Автомобильные дороги» напрямую не оцениваются показателями, характеризующими качество выполненной работы: расход щебня, приживаемость щебня, равномерность распределения вяжущего, проплешины и неоднородность дорожной поверхности.

Коэффициент равномерности распределения щебня на поверхности покрытия дороги, который определятся прямоугольной рамкой размером 0,1×0,2 м, является среднеквадратичным отклонением результата отдельного измерения среднего значения, полученного по итогам десяти измерений, не учитывает необходимое количество щебня на поверхности ШПО. Комплексный показатель качества не определяется.

Метод оценки качества поверхностных обработок, применяемый в Республике Казахстан заключается в следующем.

59

По ВСН 31-83 «Инструкции по устройству поверхностной обработки» оценка качества ШПО определяется по комплексному показателю Р, по формуле [10]

где Р1 – показатель качества по величине коэффициента сцепления, баллы; Р2 – показатель качества по величине коэффициента приживаемости, баллы; Р3 – визуальная качественная оценка однородности поверхности, баллы.

Коэффициент сцепления шины транспортного средства с увлажненной поверхностью определяется прицепным прибором ПКРС-2У. Измерение всех показателей качества производят через неделю после завершения работ по изготовлению шероховатой поверхности.

Коэффициент приживаемости определяется как отношение количества (кг/м2) прижившегося щебня к норме расхода щебня, по формуле

где П1 – норма распределения щебня в зависимости от фракции в соответствии с ВСН 31-83, кг/м2; П2 – вес неприжившегося щебня, кг/м2.

Вес неприжившегося щебня П2 определяется следующим образом. На оцениваемый участок с ШПО укладывается квадратная металлическая рамка со сторонами 71 см (площадь 0,5 м2). Затем берется навеска щебня той же фракции, из которой устроена ШПО, в количестве 3 кг

ираскладывается в пределах рамки в тех местах на покрытии, где щебень отсутствует.

Полученная поверхность ШПО должна быть слоем в одну щебенку. После этого определяется разница в весе между первоначальной на-

веской и оставшейся. Для получения веса неприжившегося щебня П2 на 1 м2 этот результат необходимо удвоить.

Оценка качества ШПО по приживаемости производится через каждые 150–200 м. Среднее значение замеров определяет искомые характеристики данных показателей на участке.

Анализируя метод оценки качества ШПО, изложенный в ВСН 31-83 [10], можно сделать следующие выводы.

Требования по коэффициенту сцепления по ВСН 31–83 для оценки «удовлетворительно» соответствуют СНиП 2.05.02–85 «Автомобильные дороги». Для оценки «отлично» они выше, чем в СНиП 2.05.02–85,

ипревышают данные требования на стадии ввода в эксплуатацию. Тре-

60