Определение остаточного ресурса дорожной одежды

При прогнозировании срока службы конкретных участков дорог возникает необходимость в учете их индивидуальных особенностей. Это осуществляется путем сравнения фактической работоспособности дорожной одежды и ее состояния, достигнутого за прошедший срок службы, с расчетной, определенной по математической зависимости. Таким образом, устанавливается корреляционный коэффициент, с помощью которого метод прогноза привязывается к конкретной дорожной одежде и условиям ее эксплуатации.

Для выполнения прогноза срока службы дорожной одежды необходимо оценить ее прочность путем измерения упругого прогиба под колесом расчетного автомобиля с нагрузкой 50 кН с помощью рычажного прогибомера. Полученные значения прогиба, измеренные в конкретный период года, необходимо привести к расчетным значениям и обработать методами математической статистики с заданной надежностью применительно к характерному участку дороги.

Степень деформирования покрытия определяется по данным визуальных наблюдений, при этом фиксируются выбоины, колейность, шелушение, трещины и другие дефекты, и выражается в квадратных метрах на 1000м² общей площади покрытия. По этим данным вычисляют фактический объем разрушений на покрытии в процентах

, (29.9)

где Д – площадь деформированного покрытия, м²/1000м².

Для определения площади деформированного покрытия при наличии отдельных трещин рекомендуется общую длину трещин (в метрах) с шириной раскрытия до 3 мм умножить на 0,2; с шириной раскрытия от 3 до 20 мм – на 0,5; более 20 мм – на 1,0. Приняв нормальный закон распределения процесса деформирования покрытия, его характеризуют зависимостью

. (29.10)

Ординату z нормированной Гауссовской плотности распределения находят по табл. 29.8 на основании вычисленных значений функции a(z) по зависимости (29.9).

Таблица 29.8. Ординаты нормированной Гауссовской плотности

z	0,0	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09
Значения a(z)
0,0	0,50	0,496	0,4920	0,4880	0,4840	0,4801	0,4761	0,4721	0,4681	0,4641
0,1	0,4602	0,4562	0,4522	0,4483	0,4443	0,4404	0,4364	0,4325	0,4286	0,4247
0,2	0,4207	0,4168	0,4129	0,4090	0,4052	0,4013	0,3974	0,3936	0,3897	0,3859
0,3	0,3821	0,3783	0,3745	0,3707	0,3669	0,3632	0,3594	0,3557	0,3520	0,3483
0,4	0,446	0,3409	0,3372	0,3336	0,3300	0,3264	0,3228	0,3192	0,3156	0,3121
0,5	0,3085	0,3050	0,3015	0,2981	0,2946	0,2912	0,2877	0,2843	0,2810	0,2776
0,6	0,2743	0,2709	0,2676	0,2643	0,2611	0,2578	0,2546	0,2514	0,2483	0,2451
0,7	0,2420	0,2389	0,2358	0,2327	0,2296	0,2266	0,2236	0,2206	0,2177	0,2148
0,8	0,2119	0,2090	0,2061	0,2033	0,2005	0,1977	0,1949	0,1922	0,1894	0,1867
0,9	0,1841	0,1814	0,1788	0,1762	0,1736	0,1711	0,1685	0,1660	0,1635	0,1611
1,0	0,1587	0,1562	0,1539	0,1515	0,1492	0,1469	0,1446	0,1423	0,1401	0,1379
1,1	0,1357	0,1335	0,1314	0,1292	0,1271	0,1251	0,1230	0,1210	0,1190	0,1170
1,2	0,1151	0,1131	0,1112	0,1093	0,1075	0,1056	0,1038	0,1020	0,1003	0,0985
1,3	0,0968	0,0951	0,0934	0,0918	0,0901	0,0885	0,069	0,0853	0,0838	0,0823
1,4	0,0808	0,0793	0,0778	0,0764	0,0749	0,0735	0,0721	0,0708	0,0694	0,0681
1,5	0,0668	0,0665	0,0643	0,0630	0,0618	0,0606	0,0594	0,0582	0,0571	0,0559
1,6	0,0548	0,0537	0,0526	0,0516	0,0505	0,0495	0,0485	0,0475	0,0465	0,0455
1,7	0,0446	0,0436	0,0427	0,0418	0,0409	0,0401	0,0392	0,0384	0,0375	0,0367
1,8	0,0359	0,0351	0,0344	0,0336	0,0329	0,0322	0,0314	0,0307	0,0301	0,0294
1,9	0,0287	0,0281	0,0274	0,0268	0,0262	0,0256	0,0250	0,0244	0,0239	0,0233
2,0	0,0228	0,0222	0,0217	0,0212	0,0207	0,0202	0,0197	0,0192	0,0188	0,0183
2,1	0,0179	0,0174	0,0170	0,0166	0,0162	0,0158	0,0154	0,0150	0,0146	0,0143
2,2	0,0139	0,0136	0,0132	0,0129	0,0125	0,0122	0,0119	0,0116	0,0113	0,0110
2,3	0,0107	0,0136	0,0102	0,0099	0,00964	0,00939	0,00914	0,00889	0,00886	0,00842
2,4	0,0082	0,00798	0,00776	0,00755	0,00734	0,00714	0,00695	0,00676	0,00657	0,00639
2,5	0,00621	0,00604	0,00587	0,00570	0,00554	0,00539	0,00523	0,00508	0,00494	0,00480
2,6	0,00466	0,00453	0,00440	0,00427	0,00415	0,00402	0,00391	0,00379	0,00368	0,00357
2,7	0,00347	0,00336	0,00326	0,00317	0,00307	0,00298	0,00289	0,00280	0,00272	0,00264
2,8	0,00256	0,00248	0,00240	0,00233	0,00226	0,00219	0,00212	0,00205	0,00199	0,00193
2,9	0,00187	0,00181	0,00175	0,00169	0,00164	0,00159	0,00154	0,00149	0,00144	0,00139

Общее количество проходов транспортных средств, приведенных к расчетному автомобилю группы А, за прошедший период эксплуатации дороги определяют по формуле

, (29.11)

где f – коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним (табл. 29.9); – приведенная к расчетному автомобилю интенсивность движения в обоих направлениях в последний год службы конструкции, авт./сут, для приближенных расчетов допускается использовать зависимость , где N_i – суточная интенсивность движения автомобилей всех марок в обоих направлениях, авт./сут; К_с – коэффициент суммирования, который определяется по зависимости , где t – прошедший срок службы дорожной одежды после строительства или последнего капитального ремонта;
q – прирост интенсивности движения.

Таблица 29.9. Коэффициент учета числа полос движения f

Число полос движения	Значения коэффициента f для полосы номер
		–	–
	0,55	–	–
	0,50	0,50	–
	0,35	0,20	–
	0,30	0,20	0,05

При постоянной, без существенных изменений, интенсивности движения (q=1) в формуле (29.11) отношение принимают равным t.

Вычисление расчетной работоспособности дорожной одежды с учетом ее жесткости и степени деформирования покрытия производят по формуле

, (29.12)

где l – измеренный расчетный прогиб дорожной одежды, см; z – ордината нормированной Гауссовской плотности распределения, определяемая по табл. 29.8 в зависимости от степени деформирования покрытия a(z).

При этом прогнозируемый срок службы дорожной одежды определяют по зависимости

, (29.13)

где N_прог – ожидаемая работоспособность дорожной одежды, выраженная в количестве проходов расчетных автомобилей за прогнозируемый срок службы, рассчитывается по зависимости (29.12), при уровне надежности дорожной одежды (объем разрушений на покрытии) на конец срока службы; N_р – расчетная работоспособность дорожной одежды за прошедший период эксплуатации дороги при существующем объеме деформаций на покрытии, выраженная в количестве проходов расчетных автомобилей, вычисляется по формуле (29.12).

Прогноз срока службы дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием на конкретном участке дороги осуществляют в следующей последовательности:

1. Измеряют упругий прогиб дорожной одежды и определяют расчетное значение прогиба (l), характеризующего жесткость конструкции на рассматриваемом участке дороги.

2. Вычисляют фактическое количество проходов расчетных автомобилей за прошедший срок службы дороги (N_ф), находят показатель изменения интенсивности движения (q) в течение прогнозируемого срока службы.

3. Оценивают степень деформирования покрытия a(z) и находят величину z.

4. По зависимости (29.12), принимая значения l и z, вычисляют расчетную работоспособность N_р, за прошедший период эксплуатации дороги.

5. С помощью зависимости (29.12) находят прогнозируемую работоспособность дорожной одежды N_прог. Для этого задаются уровнем надежности дорожной одежды на конец срока службы, определяют степень деформирования покрытия a(z) и величину z.

6. Подставляя все полученные значения в формулу (29.13), вычисляют прогнозируемый срок службы дорожной одежды.

В качестве примера прогнозирования работоспособности дорожных одежд рассмотрим следующий. Требуется определить остаточный срок службы дорожной одежды на автомобильной дороге II категории, при проведении обследования которой установлено, что измеренный расчетный прогиб равен 62(1/100) мм, степень деформирования покрытия составляет 28м²/1000м², среднегодовая суточная интенсивность N=4000авт./сут, показатель изменения интенсивности движения по годам q=1,05, срок службы дороги после последнего капитального ремонта равен 6 годам.

1. Фактическая жесткость дорожной одежды характеризуется расчетным прогибом l=62(1/100)мм=0,062см, полученным на основании обработки измеренных значений упругого прогиба.

2. Фактическое количество проходов расчетных автомобилей группы А за прошедший срок службы дороги после капитального ремонта, равный 6 годам, определяется следующим образом. Приводим общую суточную интенсивность движения к расчетным автомобилям . Затем определяем общее количество проходов расчетных автомобилей по формуле

,

в которой .

3. Вычисляем степень деформирования покрытия . При этом z по табл. 29.8 равно 1,91 (при 0,0).

4. Определяем расчетную работоспособность дорожной одежды за прошедший период эксплуатации дороги, подставляя l=0,062см и z=1,91 по формуле

5. Прогнозируемая работоспособность дорожной одежды с учетом степени деформирования покрытия к концу срока службы, равной a(z)₁ = 10%; a(z)₂ = 20% (z=1,28; z=0,84), составит:

6. Подставляем полученные значения в формулу и получаем

, .

Таким образом, остаточный срок службы дорожной одежды при степени деформирования покрытия, равной 10% перед капитальным ремонтом составит 8,2 года, при степени деформирования 20% – 11,6 года.

Наряду с прогнозированием срока службы дорожной одежды по данной методике можно решать и другие задачи:

– определять степень разрушения асфальтобетонного покрытия через задаваемый срок службы дороги;

– устанавливать, какой должна быть жесткость дорожной одежды (упругий прогиб l), толщина слоев, чтобы через определенный период времени состояние асфальтобетонного покрытия (уровень надежности) соответствовало задаваемым условиям.

2) Прогнозирование ежегодных разрушений дорожных одежд

Весенний период, когда в наибольшей степени проявляются деформации дорожных одежд, связанные с потерей устойчивости земляного полотна, в Республике Беларусь включает время: от последней пятидневки марта до 25 апреля для южных районов республики; в течение апреля – для центральных районов; с 10 апреля по 15 мая – для северных районов. В наибольшей степени весенним деформациям подвержены участки дорог с недостаточной толщиной дорожной одежды, в низких насыпях и выемках, сложенных пылеватыми и глинистыми грунтами, при близком от поверхности земли залеганием грунтовых вод, сильно заиленном дренирующем слое или отсутствии его.

Весенними разрушениями принято считать деформации дорожных одежд, проявляющиеся в виде полного или частичного разрушения (проломы, колейность, сетка трещин т. д.), требующие постоянного выполнения работ по весеннему содержанию и ремонту дорог.

Потеря прочности и устойчивости земляного полотна весной происходит в результате переувлажнения грунтов за счет повышенного влагонакопления в осенне-зимний период. Беларусь относится к районам избыточного увлажнения, наиболее неблагоприятным с точки зрения воздействия климата на дорожную конструкцию. Осенью на увлажнение земляного полотна расходуется от 70 до 170 мм выпадающих осадков при продолжительности осеннего влагонакопления от 1,5 до 3 месяцев. Зимой в результате промерзания верхней части земляного полотна влага перераспределяется и накапливается за счет миграции воды в зону промерзания. Дополнительное увлажнение грунтов происходит во время продолжительных и интенсивных зимних оттепелей, вследствие которых увеличение влажности достигает 0,2-0,3 от влажности предела текучести.

Учет климатических факторов, анализ их влияния на накопление влаги и прочность дорожных конструкций дает возможность прогнозировать появление разрушений, что в свою очередь позволяет своевременно намечать и осуществлять мероприятия по текущему содержанию дорог и предотвращению повреждений на них.

Натурные наблюдения за воднотепловым режимом дорожных конструкций и анализ влияния климата на прочность земляного полотна и дорожных одежд показали, что для условий Беларуси наиболее неблагоприятными климатическими факторами являются:

– повышенное количество предзимних осадков, выпадающих в течение месячного срока перед началом промерзания земляного полотна;

– малая скорость промерзания грунта земляного полотна в периоды до и после оттепели;

– наличие продолжительных и интенсивных зимних оттепелей.

Следует учитывать, что максимальные объемы разрушений на автомобильных дорогах наблюдаются при наиболее неблагоприятном сочетании вышеприведенных факторов. Наибольших деформаций надо ожидать в годы, когда выпадает значительное количество предзимних осадков.

На основе анализа и сопоставления данных о весенних разрушениях на автомобильных дорогах и основных климатических характеристиках, полученных из Департамента гидрометеорологии Минприроды Республики Беларусь, получена зависимость для прогноза объема весенних разрушений

, (29.14)

где V – объем разрушений на дороге, %; А – коэффициент, характеризующий состояние дороги; SД – сумма градусо-дней мороза в начальный период промерзания, предшествующий оттепели; SТ и SЗ – сумма градусо-дней тепла и мороза за зиму; Q – количество предзимних осадков, мм.

Основная проблема при вычислении объема разрушения на дороге V заключается в определении коэффициента А, который рассчитывается для характерных участков автомобильных дорог с использованием таблиц объемов весенних разрушений и методов математической статистики.

С достаточной для практических расчетов точностью значение V/A возможно определять по номограмме (рис. 29.4). Порядок расчета следующий:

1) вычисляют величину температурного фактора ;

2) находят количество осадков в предзимний период Q;

3) из отложенной на оси абсцисс точки q восстанавливают перпендикуляр до пересечения с соответствующей прямой Q. Из полученной точки проводят прямую, перпендикулярную оси ординат, до пересечения с осью V/А;

4) найденное значение V/А умножают на ранее вычисленный коэффициент А и получают предполагаемый объем разрушений в процентах от протяженности участка дороги, для которого составлен прогноз.

q

Рис. 29.4. Номограмма для расчета объема весенних разрушений на дорогах (Q – сумма осадков в предзимний период, мм)

При отсутствии данных наблюдений для первичной ориентировочной оценки предлагаются следующие значения коэффициента А в зависимости от капитальности покрытия дороги и его состояния (табл. 29.10).

Таблица 29.10. Коэффициенты, характеризующие состояние дороги

Значение коэффициента А при типах покрытия
усовершенствованные капитальные	усовершенствованные облегченные
I	II	I	II
2,0	4,0	2,5	5,0

Примечания. 1. Значения коэффициента А принимают для участков дорог, на которых наблюдаются весенние разрушения. 2. После проведения капитального ремонта или реконструкции дороги необходимо накапливать данные о весенних разрушениях и определять величину коэффициента А, характерного для данной дороги. 3. I и II – соответственно, удовлетворительное и неудовлетворительное состояния дороги. 4. К удовлетворительным по состоянию дорожной одежды относят участки дорог, на которых не наблюдаются сетки трещин, келейность, связанная с недостаточной несущей способностью конструкции, выпотевание. Объем разрушений покрытия составляет менее 15%, а коэффициент запаса прочности дорожной одежды – более 0,8. К участкам дорог с неудовлетворительным состоянием относятся участки, на которых объем разрушений равен или превышает 15%, а коэффициент запаса прочности – равен или менее 0,8.

Рассмотрим в качестве примера расчета ежегодных разрушений дорожных одежд следующий. Необходимо определить объем весенних разрушений на участке дороги III категории с усовершенствованным капитальным асфальтобетонным покрытием протяженностью 40 км.

1. Выбирают необходимые климатические показатели по данным ближайшей к дороге метеорологической станции и вычисляют значения: суммы градусо-дней мороза в начальный период зимы SД=185,8; суммы градусо-дней мороза за зиму SЗ=225,8; суммы градусо-дней тепла SТ=29,6; количество предзимних осадков Q=56 мм.

2. Вычисляют значение температурного фактора

.

3. По номограмме находим V/A =2,45.

4. По табл. 29.10 определяем значение коэффициентов А=2,0 и 4,0.

5. Тогда объем разрушений при удовлетворительном состоянии дорожной одежды составит V=2,45×2,0=4,9%, а при неудовлетворительном V=2,45×4,0=9,8%.

Таким образом, ориентировочно объем разрушений составит 4,9% и 9,8%, или на участке дороги протяженностью 40 км и ширине проезжей части 7 м: 40000×7×0,049=13720 м² при удовлетворительном состоянии дороги и 40000×7×0,098 =27440 м² при неудовлетворительном.

29.5. Основы содержания автомобильных дорог

Задачи содержания дорог весьма разноплановы и дифференцированы по объектам, времени года и местоположению. Они зависят от требуемого уровня надежности, интенсивности транспортных потоков, ландшафтных особенностей, погодно-климатических факторов.

Главная задача содержания – поддержание на требуемом уровне транспортно-эксплуатационного состояния дороги и обеспечение нормальных условий движения по ней в любое время года и в любых погодных условиях.

Перечень работ, которые относятся к содержанию автомобильных дорог, приведен в РД 0219.1.03-97 «Классификация работ по ремонту и содержанию автомобильных дорог общего пользования».

В табл. 29.11 представлена классификация работ по содержанию автомобильных дорог в бесснежный период года. По аналогии можно классифицировать работы и по зимнему содержанию дорог.

Таблица 29.11. Классификация работ по содержанию автомобильных дорог

Классификационные признаки	Наименование работ
Объекты дорожного комплекса	Содержание земляного полотна, водоотводных и искусственных сооружений, дорожной одежды, производственных зданий, подсобных помещений, элементов инженерного обустройства, полосы отвода, декоративных и снегозадерживающих насаждений
Сезоны года	Содержание дорог: весеннее, летнее, осеннее и зимнее
Время суток	Содержание дорог в дневное и ночное время, круглосуточное
Уровень механизации (технической вооруженности)	Работы ручные, механизированные, комплексно-механизированные, машинные, автоматизированные
Система организации	Работы линейные, сосредоточенные, выборочные
Методы организации труда	Работы, выполняемые индивидуально и комплексными бригадами

Вся система дорожной отрасли Республики Беларусь сориентирована на то, чтобы обеспечить сохранность, повысить надежность и продлить срок службы автомобильных дорог путем своевременного и качественного выполнения работ по их содержанию и ремонту. Главной целью при этом является максимальное удовлетворение общественного спроса, который формируется пользователями дорог. Кроме потребительских качеств собственно дорог большая роль отводится и дорожному сервису (табл. 29.12).

Таблица 29.12. Дорожный сервис и перспективы его развития (по плану на 1997-2005 годы)

Автодороги

Пункты, посты

АЗС

СТО

Пункты питания

Охраняемые стоянки

Площадки отдыха

Сущест.

Строящ.

Проектир.

Предпол.

Сущест.

Строящ.

Проектир.

Предпол.

Сущест.

Строящ.

Проектир.

Предпол.

Сущест.

Строящ.

Проектир.

Предпол.

Сущест.

Строящ.

Проектир.

Предпол.

Сущест.

Строящ.

Проектир.

Предпол.

М-1

–

–

–

–

М-2

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

М-3

–

–

–

–

–

–

–

–

–

М-4

–

–

–

–

–

-

–

–

–

–

М-5

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

М-6

–

–

–

–

–

–

–

–

М-7

–

–

–

–

–

–

–

М-8

–

–

–

–

–

–

–

–

М-9

–

–

–

–

–

–

–

М-10

–

–

–

–

–

–

–

–

–

Итого

–

Всего

Используя данные таблицы 29.12, можно рассчитать удельные значения протяженности участка автомобильной дороги на 1 сооружение дорожного сервиса. Как известно, протяженность республиканских дорог составляет 15462 км, в том числе магистральных – 3284 км. Значения удельных значений протяженности участков на 1 сооружение составляет: для пунктов постоя С₁=3284/63=52 км; АЗС С₂=12 км; СТО С₃=36 км; пункты питания С₄=10 км; охраняемые стоянки С₅=35 км; площадки отдыха С₆=10 км.

Содержание дорог включает комплекс работ, выполняемых на всей дорожной сети в течение года. За каждой дорожно-эксплуатационной организацией (ДЭУ, ДРСУ и др.) закреплено определенное количество дорог республиканского или местного значения, установлена общая протяженность обслуживаемых ими дорог и искусственных сооружений. Например, Республиканское унитарное предприятие автомобильных дорог «Магистральавтодор» обеспечивает управление, контроль и обслуживание 10-ти магистральных автомобильных дорог, являющихся главными транспортными артериями республики (М1-М10). Протяженность обслуживаемых дорог – 3284 км, из них 76% – дороги I и II категории. На них расположены 706 мостов общей длиной 32565 пог.м. В состав предприятия входят ДЭУ-10, ДЭУ-12, ДЭУ-13, ДЭУ-15, ДЭУ-16. Средняя протяженность дорог на каждое ДЭУ составляет более 600 км.

Республиканские унитарные предприятия (РУП) расположены в областных центрах Беларуси. В их структуру входят дорожно-эксплуатационные управления (ДЭУ). Протяженность обслуживаемых ими дорог и мостов приведена в табл. 29.13.

Таблица 29.13. Структура РУПавтодоров

Областные центры	Брест	Витебск	Гомель	Гродно	Минск	Могилев
Протяженность обслуживаемых дорог республиканского значения, км
Количество мостов, шт.
Общая длина мостов, м
Дорожно-эксплуатационные управления	ДЭУ-21-ДЭУ-26	ДЭУ-31- ДЭУ-35	ДЭУ-46, ДЭУ-47	ДЭУ-54	ДЭУ-61-ДЭУ-69	ДЭУ-71-ДЭУ-77

Также в систему Облдорстроя входят дорожные ремонтно-строительные управления (ДРСУ), на которые возложены функции эксплуатационного содержания закрепленных за ними дорог, а также работы по ремонту и реконструкции небольших дорожных объектов.

29.6. Меры по повышению надежности и работоспособности автомобильных дорог

Выбор конкретных мер по повышению надежности и работоспособности автомобильных дорог зависит, главным образом, от типа дорожной одежды, так как из всех компонентов дороги покрытие является наиболее подверженным статическим и повторяющимся нагрузкам. Но это не означает, что остальные части автомобильной дороги не требуют содержания и ремонта.

Асфальтобетонные покрытия наиболее распространены на автомобильных дорогах высших категорий. При их строительстве используются различные материалы, основу которых составляют битумы и каменные заполнители. Надежность и долговечность асфальтобетонных покрытий зависит от многих факторов, но, главным образом, от свойств асфальтобетонов и технологии их укладки.

Технические свойства асфальтобетонов являются определяющими не только для конструктивных, но и для транспортно-эксплуатационных качеств покрытия. Соотношение минеральных фракций и вяжущего в асфальтобетоне влияет на его деформативные свойства, светотехнические характеристики и шероховатость. Эти свойства необходимо учитывать при выборе способа ремонта асфальтобетонного покрытия.

Качество автомобильных дорог в значительной степени определяется состоянием поверхности проезжей части. Инженерное обустройство дороги, продольная и поперечная ровность проезжей части, световая однородность, шероховатость покрытия, наличие горизонтальной и вертикальной разметки позволяют развивать скорость движения в допустимых пределах, осуществлять необходимые маневры в процессе управления транспортными средствами, исключать вероятность дорожно-транспортных происшествий по дорожным причинам.

Однако в процессе эксплуатации дороги ее транспортно-эксплуатационные характеристики не являются постоянными. Под действием транспортных нагрузок, погодно-климатических факторов, в результате физико-механических и биологических процессов поверхность дороги деградирует, на ней появляются выбоины и трещины, развиваются процессы шелушения, истирания и другие последствия физико-химической коррозии.

Замедлить процесс физического износа дорожных покрытий, а значит, повысить их эксплуатационную надежность и долговечность, можно путем качественного выполнения работ по содержанию дороги и своевременного выполнения ремонтных работ. Комплекс работ, выполняемых с целью устранения дефектов покрытия или повышения первоначальных транспортно-эксплуатационных характеристик, относится к их ремонту. Различают текущий, средний и капитальный ремонт покрытий.

При текущем ремонте устраняют относительно мелкие повреждения и разрушения в виде выбоин, колей, трещин, сдвигов, разрушения кромок, волн, бугров, наплывов. Основной объем работ по текущему ремонту выполняют весной и летом с наступлением теплой устойчивой погоды (при температуре не ниже 5°С). В остальной период (до температуры 10°С осенью) ремонт производят по мере необходимости при появлении тех или иных повреждений.

Средний ремонт асфальтобетонного покрытия включает периодическое возобновление слоев износа с целью продления срока службы дорожной одежды и создание в необходимых случаях шероховатой поверхности. Для этого после устранения локальных повреждений проводится поверхностная обработка или укладка дополнительного тонкого слоя износа. Верхний слой покрытия возобновляют на участках, где разрушение образуется столь интенсивно, что ограничиться ямочным ремонтом становится экономически невыгодным. Для создания защитных слоев покрытия применяют различные технологии, которые рассмотрены ниже.

Капитальный ремонт предусматривает усиление и уширение дорожной одежды, в необходимых случаях с перестройкой и усилением основания, а также устройство новых одежд. На перестраиваемых участках капитальный ремонт может производиться как по существующему покрытию, так и с удалением его. Технология капитального ремонта асфальтобетонных покрытий зависит от вида используемых материалов и машин и во многом напоминает технологию их строительства.

Ямочный (выборочный) ремонт асфальтобетонных покрытий является основным при текущем ремонте и включает выполнение следующих операций (рис. 29.5):

– ограждение участка производства работ;

– очистку покрытия от грязи, льда и снега;

– определение зон разрушения покрытия, разметку мест ремонта;

– нарезку контуров «карт»;

– вырубку и очистку «карт»;

– сушку «карты» (при необходимости),

– огрунтовку стенок и дна «карты»;

– укладку и разравнивание ремонтного материала;

– уплотнение смеси и отделку мест сопряжения;

– уборку отходов, вывоз асфальтобетонного лома;

– контроль качества ремонтных работ;

– снятие ограждений.

Рис. 29.5. Технология ямочного ремонта: 1 – вырубка «карты»; 2 – очистка «карты» сжатым воздухом; 3 – огрунтовка стенок и дна; 4 – укладка и разравнивание ремонтного материала; 5 – уплотнение; 6 – общий вид отремонтированной выбоины

Чаще всего ямочный ремонт выполняется с использованием горячей литой асфальтобетонной смеси, которая благодаря своим особенностям и специфике средств доставки и укладки позволяет вести ремонт дорожных покрытий при температуре воздуха до минус 10°С. Средство доставки литой смеси представляет собой специальную машину в виде термоса-миксера, смонтированного на прицепе или шасси грузового автомобиля или на самоходном шасси (рис. 29.6). Термос-миксер обеспечивает: прием готовой смеси с температурой 200-220°С из мешалки или из перегрузочного бункера асфальтобетонной установки; поддержание температуры литой смеси в пределах 200-220°С с момента загрузки до выдачи на объекте работ; постоянное перемешивание смеси в пути, исключающее ее расслоение; порционную выгрузку смеси с варьированием скорости ее выдачи; распределение смеси по ремонтируемой карте с помощью поворотного лотка.

Наиболее перспективными и экономически выгодными являются технологии, позволяющие в течение года выполнять работы с использованием холодной ремонтной смеси. Эта смесь, содержащая минеральный материал подобранного гранулометрического состава, воду и жидкое органическое вяжущее, приготавливается и укладывается в холодном состоянии. При ее приготовлении можно применять местные минеральные материалы, в том числе отходы камнедробления, пески. Лучшие результаты обеспечиваются при использовании карбонатных материалов с максимальной величиной зерен 20 мм.

Рис. 29.6. Термос-миксер на прицепе и на самоходном шасси

Смесь готовят на асфальтосмесительных установках, оборудованных системой подачи и дозирования воды. Дозировать воду можно с помощью дозировочного бачка (аналогично дозатору битума), устанавливаемого на водопроводной трубе. Для равномерного распределения воды по длине смесителя в нем устанавливается труба, в которой сверлятся отверстия диаметром 10-15 мм с шагом 50 мм.

При среднем ремонте наиболее часто приходится сталкиваться регенерацией дорожных одежд и устройством защитных слоев и слоев износа (поверхностной обработкой).

При восстановлении дорожных одежд наиболее рентабельными оказываются методы, связанные с максимальным использованием материалов старого покрытия и основания. Технологию восстановления (регенерации) применяют обычно в условиях снижения прочности дорожной одежды ниже установленных требований, при растрескивании и недопустимом деформировании покрытий. Регенерация дорожных одежд обычно выполняется на дорогах, имеющих покрытия на органических вяжущих. Она может выполняться по холодной и горячей технологиям.

Регенерация асфальтобетонных покрытий по горячей технологии осуществляется по технологиям ремикс и ремикс плюс. Для этого используются специальные машины (рис. 29.7), представляющие собой самоходные агрегаты, имеющие блок горелок для разогрева покрытия.

Рис. 29.7. Ремиксер в процессе работы

Регенерация асфальтобетона может осуществляться и в стационарных условиях асфальтобетонного завода (АБЗ). Для этого старое покрытие разрушается фрезерными машинами, либо с помощью гидравлических молотов. Полученный в результате фрезерования асфальтогранулят перевозят самосвалами на АБЗ, где его используют в процессе приготовления новых смесей. Регенерация асфальтобетона на АБЗ связана с транспортными перевозками и высокими энергозатратами на сушку и нагрев минералов. Поэтому в последнее время отдается предпочтение регенерации на месте производства дорожных работ и применению холодных технологий регенерации, отличающихся от горячих технологий применением холодных фрез и фрезерных барабанов с наконечниками из карбидного сплава.

Обобщая зарубежный опыт холодной регенерации (ХР), можно выделить следующие варианты реализации данной технологии: «Новакол», «Режепаш», «Ресикол», «Факир», «Флексосим» и др.

В настоящее время на дорогах Беларуси применяются комбинированные автопоезда, позволяющие выполнять все процессы ХР за один проход. При этом для укрепления покрытия одновременно может использоваться битумная эмульсия и цементно-водная суспензия.

Можно выделить два основных направления развития холодной регенерации – совершенствование механических средств и расширение видов используемых вяжущих.

Одним из основных способов ремонта автомобильных дорог с усовершенствованными и переходными типами покрытий можно считать поверхностную обработку, которая имеет два основных направления в технологии устройства: раздельное и синхронное распределение материалов. При этом синхронное отличается малым временным разрывом между распределением вяжущего и щебня – около 1 с. Поверхностной обработкой можно считать также технологии «Сларри сил», «Савалко», «Секмер» и др., которые позволяют восстанавливать верхний слой дорожного покрытия, используя органоминеральные композиции различных составов.

Шероховатость поверхности проезжей части – один из важнейших транспортно-эксплуатационных показателей дороги, обуславливающий надежность контакта колес автомобиля с поверхностью покрытия. Характеристикой этого контакта служит величина сопротивления скольжению шины по поверхности проезжей части, которая оценивается коэффициентом сцепления. Дорожные покрытия из асфальтобетона и цементобетона при сухом их состоянии обеспечивают высокие значения коэффициента сцепления (> 0,6). На мокрых и увлажненных покрытиях величина коэффициента сцепления снижается в 1,5-3 раза по сравнению с сухими.

Основным способом увеличения коэффициента сцепления автомобильной шины с мокрым покрытием является устройство на нем слоев износа с шероховатой поверхностью. В процессе эксплуатации такой поверхности ее шероховатость постепенно уменьшается в результате износа и втапливания зерен щебня в верхний слой покрытия. Интенсивность износа или втапливания зерен щебня в верхний слой асфальтобетона обусловлена характеристиками движения транспортных средств, гранулометрическим составом и качеством применяемых материалов, а также твердостью дорожного покрытия и вязкостью вяжущих, используемых при устройстве поверхностной обработки. Для повышения сроков службы шероховатых слоев износа выбор требуемых материалов, параметров технологического процесса и способов их устройства следует производить с учетом состояния существующих дорожных покрытий, характеристик движения транспортных средств и погодно-климатических особенностей района, в котором расположена автомобильная дорога. Классификация дорожных покрытий по шероховатости в зависимости от средней глубины впадин (h_ср) следующая: гладкие Гл (0,02-0,25 мм), мелкошероховатые М_шер (0,25-1,5 мм), среднешероховатые С_шер (1,0-3,0 мм), крупношероховатые К_шер (2,0-4,0 мм).

Шероховатые слои устраивают методом поверхностной обработки, методом втапливания щебня или из литых эмульсионно-минеральных материалов (слои Сларри Сил, микроасфальт). Они не входят в расчетную толщину покрытия и подлежат периодическому восстановлению в процессе эксплуатации дороги. Тип покрытий по шероховатости поверхности назначают в зависимости от категории дороги: для I категории – С_шер или К_шер; для II-V категорий – С_шер, К_шер или М_шер.

По конструкции шероховатые слои, устроенные методом поверхностной обработки, подразделяют на одиночные, в том числе с двукратной россыпью щебня, и двойные.

Одиночная поверхностная обработка включает слой органического вяжущего и слой фракционированного щебня (рис. 29.8а). Одиночная поверхностная обработка с двукратной россыпью щебня включает слой органического вяжущего и два слоя фракционированного щебня (рис. 29.8б). Двойная поверхностная обработка состоит из двух слоев органического вяжущего и двух слоев фракционированного щебня (рис. 29.8в).

Рис. 29.8. Конструкции поверхностной обработки: 1 – органическое вяжущее; 2, 3,4 – фракционированный щебень

Устройство одиночного или двойного шероховатого слоя поверхностной обработки производят комплектом машин, в состав которого входят автогудронатор (ДС-39А, ДС-142, АРБ-7, «Secmair» рис. 29.9) для розлива вяжущего; навесной, прицепной или самоходный щебнераспределитель (ПЩР-3,5, БД-130, «Secmair», рис. 29.10), обеспечивающий распределение щебня по нанесенному слою вяжущего на покрытии; самоходные катки на пневматических шинах (ГРВ-101, «Road star», «Sakai», рис. 29.11) для уплотнения шероховатого слоя. Для устройства шероховатых слоев может быть использован также комбайн («Secmair»), позволяющий практически одновременно производить распределение органического вяжущего и щебня, а также предварительную прикатку щебня (рис. 29.12).

Рис. 29.9. Автогудронатор

Рис. 29.10. Щебнераспределители

Рис. 29.11. Катки на пневматических шинах

Рис. 29.12. Комбайны для устройства поверхностной обработки

В случае необходимости небольшого усиления дорожной одежды используются тонкослойные асфальтобетонные покрытия. Они представляют собой слои из специальных асфальтобетонов, устраиваемых в горячем состоянии на подгрунтовку из катионной модифицированной эмульсии, наносимой непосредственно перед укладкой асфальтобетонной смеси. Комбинация горячей асфальтобетонной смеси и холодной битумной эмульсии позволяет устраивать покрытия толщиной 10-15 мм, что недостижимо при укладке горячих асфальтобетонов по традиционной технологии. Тонкослойные покрытия применяются в качестве фрикционных слоев, слоев гидроизоляции и износа на асфальтобетонных и цементобетонных покрытиях, а также для удаления колейности глубиной до 25 мм на асфальтобетонных покрытиях. Противопоказаниями к применению являются: недостаточная несущая способность конструкции дорожной одежды и деформации покрытия, вызванная незатухающей консолидацией грунтов земляного полотна или пластическими деформациями основания дорожной одежды.

Цементобетонные покрытия имеют относительно небольшой удельный вес среди автомобильных дорог общего пользования Республики Беларусь. Однако этот вид покрытий в перспективе может быть истребован в значительно больших объемах. Доказательством этого является ситуация, при которой сырьевая база для получения органических вяжущих с каждым годом уменьшается, а производство цемента может быть увеличено без привлечения внешних ресурсов. С другой стороны, уже существующие цементобетонные покрытия требуют серьезного внимания при содержании и ремонте автомобильных дорог.

Характерными дефектами цементобетонных покрытий являются: взбугривание, выбоины, трещины, шелушение, выкрашивание; частичное или полное разрушение плит; их просадка; разрушение кромок проезжей части, граней плит, укрепленных обочин; деструкция существующих и отсутствие требуемых швов сжатия и расширения; недостаточные сцепные качества покрытия, его просадки; недостаточная прочность дорожной одежды и др.

Опыт эксплуатации дорог с цементобетонным покрытием позволил выявить причины, приводящие к появлению дефектов, которые подразделяются на конструктивные, технологические и эксплуатационные.

В зависимости от степени дефектности и общего эксплуатационного состояния технико-экономически обосновывается способ ремонта (рис. 29.13). Как и для других типов покрытия, он может быть текущим, средним и капитальным. При текущем ремонте устраняются отдельные дефекты, улучшается состояние поврежденных деформационных швов; при среднем устраняются возникшие дефекты и производится устройство слоя износа по соответствующей технологии модернизации поверхности; капитальный ремонт затрагивает всю конструкцию дорожной одежды с заменой цементобетонных плит, усилением прочности или уширением проезжей части.

Рис 29.13. Основные технологии ремонта цементобетонных покрытий

Гравийные и щебеночные покрытия имеют широкое распространение как на сети дорог общего пользования, так и на многих ведомственных дорогах. По состоянию на 1 января 2002 г. на республиканских дорогах черные гравийные покрытия составляли 293 км, гравийные – 372 км, на местных дорогах соответственно – 1112 и 22357 км. В целом дороги с гравийным покрытием составляют около 30% от общей протяженности дорог в Республике Беларусь.

Поддержание гравийных автомобильных дорог в требуемом эксплуатационном состоянии неразрывно связано с их ремонтом, который осуществляется с использованием и традиционных технологий, и новых, основанных на применении вяжущих, обеспыливающих и стабилизирующих материалов.

Текущий ремонт гравийных и щебеночных покрытий выполняется в процессе их содержания. Небольшие просадки, выбоины и ямы на гравийном покрытии устраняются путем профилирования. Профилирование поверхности производится автогрейдером, а уплотнение – тяжелыми (до 10 т и более) катками на пневмошинах. Перед профилированием поверхностный слой увлажняется водой (6-12 л/м²) с помощью поливомоечных машин. Частично изношенные участки гравийного покрытия профилируют автогрейдером с небольшой добавкой гравийного материала. Непосредственно перед профилированием производится увлажнение водой (6-8 л/м²) покрытия поливомоечными машинами или автоцистернами.

При среднем ремонте производится сплошное профилирование и улучшение проезжей части грунтовых дорог гравием, щебнем, шлаком, а также вяжущими, битумом, битумной эмульсией, дегтем, известью, цементом и обеспыливающими материалами. С восстановлением изношенного слоя гравийных и щебеночных покрытий осуществляется выравнивание поперечного профиля и обеспечивается плавное сопряжение покрытия с обочинами. Расход нового материала достигает 500 м³ на 1 км дороги. Кроме того, может производиться подъем небольших по протяженности участков земляного полотна на сырых и снегозаносимых местах, устройство виражей на кривых и уширение дорожного покрытия на опасных для движения участках дорог.

В зависимости от состояния проезжей части и проектных решений объем работ по капитальному ремонту гравийных и щебеночных типов дорожных покрытий может быть различным. При полном восстановлении дорожного покрытия учитывается перспективная интенсивность движения. Отдельные конструктивные слои и дорожная одежда в целом приводятся в соответствие с расчетными требованиями. Здесь возможны утолщение покрытия, уширение проезжей части, постройка площадок в местах кратковременного отдыха и размещения дорожных павильонов.

При капитальном ремонте покрытий, обработанных органическим вяжущим (конструктивных слоев) производят их утолщение, улучшение проезжей части, устройство более совершенного покрытия поверх существующего, при необходимости с перестройкой и усилением основания, а также устройство дорожных одежд на вновь перестраиваемых участках дорог в пределах норм, соответствующих технической категории, установленной для ремонтируемой дороги. При этом дорожные одежды устраивают на транспортных развязках, тротуарах, пешеходных и велосипедных дорожках, автобусных остановках и площадках для стоянки автотранспорта вне проезжей части дорог.

При капитальном ремонте щебеночных и гравийных покрытий могут быть использованы технологии смещения материалов непосредственно на дороге.

При ремонте земляного полотна восстанавливают его деформированные и разрушенные элементы. При ремонте неукрепленных обочин профилируют и планируют их поверхность с приданием требуемого поперечного уклона (до 50-60‰). Для подсыпки обычно используют супесчаный, песчаный грунт или аналогичный тому, из которого отсыпана насыпь. На укрепленных обочинах заделывают разрушения покрытий и нижних слоев укрепления. Эти работы целесообразно совмещать с ремонтом проезжай части. При размыве боковых канав ливневыми и талыми водами, подмыве оснований и выемок их укрепляют сборными бетонными элементами или монолитным бетоном, мощением, дернованием и другими способами с учетом скорости течения и объема перемещаемой воды, вида грунта.

Для снижения расхода материалов на укрепление земляного полотна и повышения срока его службы в конструкции вводят прослойки из синтетических материалов тканого или нетканого типов. При сильном увлажнении насыпей грунтовыми водами на границе полосы отвода следует устраивать продольные дренажные прорези. В случае необходимости ремонтируют дренажные системы, усиливая щебеночные фильтры и промывая заилившиеся участки с помощью гидромелиоративных машин. В отдельных случаях заменяют отдельные дрены, ремонтируют колодцы, и меняют фильтровальную обсыпку.

На пучинистых участках частично заменяют грунт, инъецируют растворы закрепляющих материалов, выполняют очистку дренажных устройств.

При ремонте земляное полотно может быть уширено как с одной, так и с двух сторон. Двухстороннее уширение выполняется в случае, когда не изменяется положение оси дороги. При этом с двух сторон досыпают откосы насыпей и срезают откосы выемок.

Откосы земляного полотна обычно укрепляют посевом трав, причем его сочетают с укладкой синтетических материалов, предотвращающих вымывание семян и защищающих откос от эрозии на период формирования травяного покрова. В отдельных случаях на откосах укладывают бетонные сборные решетчатые конструкции, ячейки которых заполняют каменным материалом или растительным грунтом с посевом трав. Для укрепления откосов высоких насыпей в условиях Республики Беларусь наиболее эффективно применение ребристых вибропрессованных плит (рис. 29.14), которые обеспечивают необходимую устойчивость откосов при сравнительно небольших затратах труда на укладку.

Рис. 29.14. Укрепление откосов ребристыми плитами

Основными задачами текущего ремонта земляного полотна являются: исправление отдельных мелких повреждений земполотна, водоотводных сооружений и резервов; обеспечение местной и общей устойчивости, геометрических форм насыпей и выемок, качества поверхности обочин и откосов; частичная планировка откосов; ликвидация съездов в неустановленных местах.

К основным работам, выполняемым при среднем ремонте земполотна, относятся: сплошная очистка водоотводных канав, устройства новых канав; увеличение высоты насыпи; ликвидация отдельных пучинистых участков общей протяженностью не более 10% протяженности обслуживамой дороги; подсыпка, срезка, планировка обочин и т.п.

При капитальном ремонте земполотна предусматривается: устройство обходов населенных пунктов и спрямлений на отдельных участков при соответствующем ТЭО; переустройство пучинистых и оползневых участков; устройство и переустройство транспортных развязок в одном уровне; рекультивация карьеров, резервов и ликвидируемых участков дорог; переустройство земполотна и доведение его геометрических размеров до соответствующих норм и т.п.

Элементы обустройства автомобильной дороги, включающие водоотводные и водопропускные сооружения, ограждающие конструкции, дорожные знаки, информационные щиты, сигнальные столбики и др. конструкции, подвергаются атмосферному воздействию, коррозии при попадании на них растворов противогололедных материалов, наездам транспортных средств и другим воздействиям негативных факторов, приводящим к их деформациям и разрушениям.

К текущему ремонту относятся: установка недостающих дорожных знаков и ограждений; ремонт, окраска, замена отдельных дорожных знаков, направляющих устройств и секций ограждений; устройство и ремонт беседок, скамеек, устройство присыпных берм и т.п.

К среднему ремонту относятся: устройство горизонтально и вертикальной разметки; устройство и ремонт барьерного ограждения; оформление и благоустройство отдельных развязок, примыканий, пересечений; ремонт и устройство съездов и переездов в одном уровне, автобусных остановок, площадок отдыха; устройство и восстановление снегозадерживающих зеленых полос, посадка и восстановление декоративных насаждений; устройство остановочных и посадочных площадок и т.п.

К капитальному ремонту относятся: устройство новых и переустройство существующих пересечений и примыканий, переходно-скоростных полос; устройство электроосвещения на отдельных участках дорог, мостах и путепроводах; устройство и оборудование пунктов по учету движения и т.п.

Практически на дорогах Беларуси большая часть объемов ремонтных работ инженерного обустройства дороги (более 60%) приходится на средний ремонт.

Чтобы представить объемы системы инженерного обустройства, приведем данные, относящиеся к Минской кольцевой автомобильной дороге. При общей длине 56,2 км ее обустройство включает: 140,1 км металлических барьерных ограждений, 13 автобусных остановок, 1775 дорожных знаков, 2539 пог.м шумозащитных экранов высотой от 2 до 6 м, 5 площадок для взвешивания автомобилей, 3 метеостанции и др. Ремонт этих элементов сугубо индивидуальный и требует большого объема ручного труда, который может быть сокращен активным применением средств малой механизации. Для выполнения данных работ обычно используются передвижные мастерские, имеющие в своем составе электростанцию и комплекс специальных электроинструментов (рис. 29.15). Иногда применяют специализированные машины многопрофильного назначения типа «Унимог» (рис. 29.15),