Глава 18. Ликвидация колей на автомобильных дорогах
18.1. Оценка характера и выявление причин колееобразования
Участки дорог с образовавшейся колеёй выявляют в процессе диагностики состояния дорог. Тогда же измеряют глубину колеи и оценивают степень её влияния на скорость и безопасность движения, исходя из которого принимают принципиальное решение о необходимости её устранения.
Руководствуясь Классификацией работ по ремонту и содержанию автомобильных дорог, предварительно назначают вид ремонта. Чтобы обосновать вид ремонта и определить состав и объемы работ, необходимо выявить причины образования колеи на каждом характерном участке. Для этого следует выполнить детальные обследования каждого участка дороги, на котором намечаются ремонтные работы.
Колея образуется в результате интенсивного движения транспортных средств при высокой температуре воздуха и покрытия летом и при повышенной влажности грунтов земляного полотна весной; недостаточной сдвигоустойчивости слоев асфальтобетонного покрытия или основания, а также грунтов активной зоны земляного полотна. При этом происходит истирание верхнего слоя покрытия в полосе наката, доуплотнение или переуплотнение слоев дорожной одежды (с разрушением щебня или без него), отслаивание или выкрашивание верхнего слоя, пластическое деформирование слоев дорожной одежды.
Накопление остаточных деформаций и структурных разрушений может происходить в одном или сразу в нескольких слоях дорожной конструкции. Верхний слой покрытия расположен в зоне максимальных температурных воздействий и воспринимает наибольшую нафузку от колес транспорта. Поэтому он подвержен деформациям в наибольшей степени и чаще других является причиной образования колеи. Любой из нижележащих слоев может также быть причиной образования колеи.
Колея может быть образована в результате деформирования поперечного профиля проезжей части в виде углублений по полосам наката с гребнями или без гребней выпора. Полная глубина колеи складывается из высоты выпора и глубины впадины (рис. 18.1).
Рис. 18.1. Общий вид внешней колеи: 1 - основание колеи (дно); 2 - гребень выпора колеи; 3 - проектная поверхность покрытия; В к - ширина колеи;Н к - полная глубина колеи (Н к =h y +h г );h г - высота гребня выпора;h y - глубина впадины (углубления); 4 - граница полосы движения; 5 - середина одной полосы движения
Полевые работы по обследованию участков с колеей наиболее целесообразно проводить в конце лета или начале осени, после прекращения высоких летних температур. Обследования должны быть завершены не менее чем за 6-8 месяцев до начала ремонта. Полевые обследования выполняют в два этапа: визуальные обследования; инструментальные обследования.
Визуальный осмотр участка проводят из автомобиля, движущегося со скоростью не более 20 км/час или пешком. В местах, требующих детального осмотра и обследования, делаются остановки. Обследование дорог с раздельными проезжими частями проводят в прямом и обратном направлениях. На каждом участке определяют: интенсивность и состав движения; состояние покрытия; состояние обочин; состояние водоотводных сооружений и земляного полотна.
Описание внешнего характера колеи ведут по следующим признакам: сведения общего характера; форма и очертание краев колеи (выраженные или сглаженные); наличие гребней выпора и их характер; глубина колеи (малая - менее 20 мм, средняя 20-40 мм, глубокая - более 40 мм); ширина колеи; наличие пластических деформаций или признаков истирания материалов; виды дефектов на поверхности покрытия; неоднородность цвета и количества компонентов на поверхности (пятна битума, недостаток вяжущего, выступание щебня, избыток песка и т.д.); динамика развития колеи (колея развивается быстро или медленно); состояние покрытия вокруг колеи (сетка трещин, наплывы, шелушение и т.д.); пикетное положение и протяженность участка с колеёй (начало и конец колеи), направление движения и номер полосы.
Предварительное заключение о состоянии участка дороги и причинах образования колеи составляют на основании результатов визуального обследования и данных общего характера. В заключении указывают намеченные методы ликвидации колеи. Если причина образования колеи не может быть однозначно установлена при визуальном обследовании, назначают инструментальные обследования, в процессе которых устанавливают:
геометрические параметры колеи (глубина и ширина колеи, высота и ширина гребней выпора);
геометрические параметры дороги (ширина проезжей части, число полос движения и ширина каждой полосы, ширина обочин, продольные и поперечные уклоны);
ровность дорожных покрытий;
сцепление покрытий с колесом автомобиля;
прочность дорожной одежды.
Измерение геометрических параметров дорог с колеёй геодезическими методами применяют на стадии обследования и разработки технического проекта ремонта дороги (при необходимости фрезерования, устройства выравнивающих слоев или уширения проезжей части).
В каждом поперечнике получают отметки 5 точек (рис. 18.2): кромка проезжей части с двух сторон К 1 иK 2 середина проезжей частиС 1 иС 2 с каждой стороны; ось дороги О.
Рис. 18.2. Схема расположения контрольных точек на покрытии: К 1 иK 2 - кромка проезжей части с каждой стороны;С 1 иС 2 - середина проезжей части с каждой стороны; 1 1 и 1 2 - дно правой колеи в каждой полосе движения; 2 1 и 2 2 - вершина правой колеи; О - ось дороги
Геометрические параметры дороги замеряют через каждые 10 м по длине дороги. На участке дороги с колеёй в поперечном профиле получают две дополнительные точки, характеризующие глубину колеи: дно колеи (точка 1) и вершина колеи (точка 2). Измерения проводят по внешней, правой колее (ближе к обочине) для каждой полосы движения, на которой имеется колея. Глубину колеи рассчитывают как разность отметок точек 2 и 1.
Высотные отметки дополнительных точек 1 и 2 определяют через 20 м, для привязки колеи к продольному и поперечному профилям дороги и составления картограммы фрезерования или устройства выравнивающих слоев. При наличии данных о глубине колеи, полученных другими методами, геодезическими методами глубину колеи замеряют не реже чем 1 раз на каждые 100 м. В пикетажном журнале отмечают координаты начала и конца участка с колеей.
Оценку прочности дорожной одежды проводят на участках дороги с глубиной колеи более 35 мм или при наличии сетки трещин, свидетельствующей о возможной потере прочности одним или несколькими слоями дорожной одежды. Работы выполняют по методике ОДН 218.1.052-2002 весной. Для составления проекта могут быть использованы данные диагностики, взятые из банка данных, полученные в результате предшествующих обследований данного участка. Обследование покрытия и дорожной одежды ведут путём отбора проб вырубками прямоугольной формы размером 300300 мм или высверливанием кернов диаметром 100 мм. Наиболее целесообразно высверливать пробы при помощи специальной буровой установки. Пробой считают не менее двух образцов кернов, взятых на расстоянии не более 0,5 м один от другой (два керна - одна проба).
Отбор проб проводят с целью определения причины образования колеи в дорожной одежде (поиск слабого слоя) и оценки возможности вторичного использования материалов.
Глубина отбора проб зависит от вида и характера колеи:
при поверхностном характере колеи - глубину отбора кернов назначают равной толщине слоев асфальтобетона в дорожной одежде;
при глубинном характере колеи - глубину отбора кернов назначают равной толщине всей дорожной одежды. В этом случае необходимо взять и пробы грунта из активной зоны земляного полотна.
Рекомендуемые места отбора проб на одной полосе движения показаны на рис. 18.3. Точка 1 расположена на дне внешней колеи (ближе к обочине) примерно в середине внешней колеи. Точка 2 удалена от оси дороги либо от линии, разделяющей полосы движения, на 0,2-0,3 м. Точка 3 расположена на вершине гребня выпора. Точка 3 является дополнительной. Независимо от вида колеи, на каждом характерном участке отбирают одну контрольную пробу из точки 1 на всю толщину дорожной одежды.
Рис. 18.3. Схема отбора проб из покрытия: 1, 2, 3 - места (точки) отбора проб, расположенные в одном створе, на одной полосе движения
При поверхностном характере колеи пробы отбирают из точек 1 и 2. Точка 1 расположена на дне внешней колеи, а точка 2 - удалена от оси дороги либо от линии, разделяющей полосы движения на 0,2- 0,3 м. В одном сечении (створе) необходимо отобрать две пробы (4 керна). Максимальное расстояние между створами отбора проб по длине дороги составляет не более 500 м.
При глубинной колее, сопровождающейся выдавливанием материала из слоя с образованием гребней выпоров, дополнительно отбирают пробу кернов в самой высокой точке колеи - точка 3 (гребень выпора) через 1000 м или одну пробу на каждый характерный участок (при длине участка с колеей менее одного километра). Отобранные образны испытывают в 4 этапа: испытывают на разрушенный керн; испытывают каждый слой керна в естественном состоянии; испытывают переформованные образцы асфальтобетона; определяют свойства смесей и их компонентов.
Испытание кернов проводят на месте отбора проб в передвижной лаборатории. При ее отсутствии после визуального осмотра и маркировки (место взятия проб, дата отбора, номера створа, пробы и керна) образцы доставляют в лабораторию и испытывают в день отбора проб. Если керн не удалось отобрать на всю глубину дорожной одежды целиком (один или несколько слоев могут рассыпаться), необходимо собрать весь материал разрушенного слоя в отдельный пакет и записать толщину данного слоя в конструкции (на основании замера толщины слоя в высверленном отверстии).
Толщину слоя в конструкции замеряют с помощью глубинного щупа. В процессе испытания не переформованных кернов определяют толщину слоев по результатам измерения толщины в 3 точках с точностью до 0,5 мм. За толщину слоя принимают среднее арифметическое значение трех измерений.
Керны разделяют на отдельные слои и определяют прочность сцепления между слоями и среднюю плотность слоев дорожной одежды в кернах
- средняя плотность слоя в конструкции, кг/м 3 ;
m - масса образца в воздухе (взвешивают с точностью до 0,01 г);
V - объём образца (определяют методом гидростатического взвешивания или рассчитывают, м 3 .
Затем определяют влажность слоя в естественном состоянии (с точностью до 0,01 %) и рассчитывают водонасыщение и набухание слоев. После этого проводят испытания переформованных образцов в соответствии с действующими нормативными документами.
Материал каждого из слоев асфальтобетона (одна проба 2 керна) разогревают в термостате и изготавливают цилиндрические образцы в соответствии с п.6 ГОСТ 12801-98 , при испытании которых определяют среднюю плотность асфальтобетона; рассчитывают коэффициент уплотнения каждого слоя; определяют водонасыщение и набухание асфальтобетона, предел прочности при сжатии при температурах +50°С, +20°С и 0°С, предел прочности на растяжение при расколе, предел прочности на растяжение при изгибе и показатели деформативности, характеристики сдвигоустойчивости и водостойкость. Допускается проводить испытания ускоренным методом в соответствии сГОСТ 12801-98 , п. 21.
После проведения испытаний переформованные образцы нагревают в термостате до 80°С, превращают в смесь и определяют: истинную плотность смесей пикнометрическим методом, среднюю плотность минеральной части, пористость минерального остова и остаточную пористость, качество сцепления вяжущего с минеральной частью асфальтобетонной смеси.
Определяют состав асфальтобетонной смеси и проводят оценку качества составляющих компонентов. Для этого выполняют экстрагирование битума из асфальтобетонной смеси. Определяют количество битума в смеси и зернового состава минеральной части асфальтобетонной смеси.
После окончания экстрагирования (извлечения битума из асфальтобетонной смеси) экстракт (растворенный битум) высушивают и взвешивают компоненты смеси. При этом определяют: содержание битума в смеси из покрытия с точностью до 0,1 % и зерновой состав асфальтобетонной смеси после экстрагирования.
Качество битума после экстрагирования из смеси определяют путем следующих испытаний: глубина проникания иглы по методике ГОСТ 11501-78* ; растяжимость по методикеГОСТ 11505-75 *; температура размягчения по кольцу и шару по методикеГОСТ 11506-73* ; температура хрупкости по Фраасу по методикеГОСТ 11507-78* ; сцепление битума с мрамором или песком по методикеГОСТ 11508-74* .
Качество щебня и песка в асфальтобетонной смеси и конструктивных слоях дорожной одежды после экстрагирования определяют в соответствии с требованиями действующих стандартов. Составляют сводные ведомости состояния дорожной одежды и свойств материалов, в которые заносят средние арифметические значения всех испытанных свойств.
Анализ состояния слоев дорожной конструкции . Анализ состояния дорожной конструкции проводят в четыре стадии. На первой стадии проводят анализ однородности толщины каждого слоя в пределах одного створа в точках 1, 2 и 3. Отмечают изменения в толщине слоев. Слой, в котором отмечен разброс свойств в одном створе более чем на 10 %, считают нестабильным, подверженным пластическим деформациям. Отмечают номер створа и слой, в котором отмечены нестабильные свойства.
На второй стадии проводят анализ однородности свойств нестабильного слоя по длине участка. Для этого оценивают однородность свойств в одноимённых пробах (дно колеи или граница раздела полос движения, или гребень выпора колеи) по длине участка. Однородность свойств в одноимённых точках по длине участка подтверждает выявленную нестабильность или позволяет судить о случайности полученного результата.
На третьей стадии определяют причины потери стабильности слоев дорожной одежды путём анализа соответствия свойств, слоев дорожной одежды и составляющих их компонентов требованиям стандартов и нормативных документов.
При анализе зернового состава смесей отмечают изменения в составе смесей одного створа и отклонения в составе от проектных значений. Слои, в которых отмечено дробление щебня, или качество материалов не соответствует требованиям нормативных документов более чем на 5 %, считают слабыми, нуждающимися в укреплении или замене (полной или частичной).
Составляют ведомость нестабильных слоев дорожной одежды, в которой отмечают расположение участка на дороге, номер слоя и свойства, по которым данный слой признан нестабильным. Составляют ведомость расположения участков, материал которых не пригоден для повторного использования.
Завершающим этапом обследования участков дорог с колеей является составление заключения о качестве материалов в слоях дорожной одежды и их соответствии требованиям нормативных документов. В заключение необходимо указать места колеи, на которых обнаружены нестабильные слои, указать возможные причины потери стабильности и возможности дальнейшей работы слоя в дорожной конструкции. Следует отметить возможности вторичного использования материалов дефектных слоев в дорожной одежде и предложить способы ремонта участка дороги с колеей.
На основании данных, полученных в процессе полевых обследований и лабораторных испытаний, производят расчёт и прогнозирование возможного развития колееобразования, результаты которого позволяют обосновать решения о методе и способах устранения колеи.
Ровность покрытия автомобильной дороги – один из основных факторов безопасности движения. Но в процессе эксплуатации неизбежно появляется колея, препятствующая безопасному движению. В чем причина ее образования, как избежать ее появления, можно ли управлять процессом колееобразования и не допускать его – об этом и многом другом мы поговорили с крупнейшим профессионалом в данной области, профессором Ростовского государственного строительного университета, председателем совета директоров ООО «Автодор-Инжиниринг» Сергеем Константиновичем Илиополовым.
– Сергей Константинович, в чем причина образования колеи на автомобильной дороге?
– Главная причина колейности объясняется процессами накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции, то есть в каждом слое дорожной одежды и в верхнем дорожном слое полотна. Это так называемая пластическая колея. Второй и основной причиной является износ верхнего слоя покрытия в результате совместного воздействия износа и преждевременного ненормированного разрушения слоя асфальтобетона под влиянием внешних факторов, к которым относятся наряду с воздействием колес осадки, перепады температур и солнечная радиация. Эта колея разрушения и износа образуется только в верхнем, замыкающем слое дорожной одежды. И хорошо, что в выпущенные в прошлом году отраслевые нормативные документы в ОДН, регламентирующие срок восстановления или замены верхних слоев покрытия, равно как и в ГОСТ, который готовится, внесено понятие слоя износа. Поэтому корректнее сказать, что второй вид колеи образуется при преждевременном разрушении и износе слоя дорожной одежды, то есть верхнего слоя. В реальных условиях эксплуатации автомобильной дороги оба эти фактора действуют еще и совместно и в существенной степени влияют на безопасность движения. Но их необходимо разделять не только для того, чтобы понимать причины образования колейности, но и для того, чтобы знать, как с этой колейностью бороться.
– Можно ли уйти от пластической колеи вообще и решить этот вопрос нормативно?
– Уйти от пластической колеи совсем невозможно. Даже если учесть все действующие факторы, мы не сможем изменить существующую природу материала. Например, любой асфальтобетон по своей сути является упруго-вязким пластичным материалом, который имеет все основные проявления, свойственные этой категории материала: и усталость восприятия нагрузки, и перераспределение основного каркасного материала – щебня, который находится в составе асфальтобетона, поскольку основным элементом асфальтобетона является дисперсная структура асфальтовяжущая, придающая ему свойства упруго-вязкопластического тела. Это не упругое тело, он будет накапливать остаточные деформации по мере нагрузки. Разница состоит лишь в том, что упруго-пластические свойства и свойства накопления остаточной деформации асфальтобетона находятся в некоторой зависимости от температуры.
Хочу отметить абсолютное игнорирование физической природы асфальтобетона при расчете нежестких дорожных одежд, где каждое тело, берущееся в расчет, принимается как обладающее упругими свойствами, которое по своей сути таковым не является. Это исключает также остаточную деформацию после нагрузки. Как известно, при приложении нагрузки тело деформируется, а при снятии ее оно должно восстановиться до прежних размеров. Вот асфальтобетон при циклическом воздействии нагрузки, являясь упруго-вязкопластичным телом, не может восстанавливаться до тех же параметров, он восстановится, но чуть меньше. Эта разница и называется остаточной деформацией.
– Можно ли управлять процессом колееобразования на наших дорогах?
– При существующей нормативной базе нельзя. Асфальтобетоны, как и иные материалы, присутствующие в нежесткой дорожной одежде, как уже сказали, принимаются как жесткие, не являясь таковыми по сути.
– Есть ли выход в такой ситуации?
– Необходимо совершенствовать нормы проектирования нежестких дорожных одежд, вводя в расчет два дополнительных управляемых критерия: накопление расчета нежестких дорожных одежд на накопление остаточной деформации и образование усталостных трещин. Асфальтобетон в существующей нормативной базе рассматривается как материал, который может выдержать любое число нагрузки за расчетный период, закладывающийся в нормативах. Еще недавно, в зависимости от дорожно-климатической зоны и категории дороги, данный период был 18 лет, сегодня – 24 года. Это те межремонтные сроки, в течение которых предполагается, что абсолютно упругое тело, которым является асфальтобетон, должно работать без нарушения своей сплошности, точнее без образования усталостных трещин. Это миф, который любому понятен. Если даже сталь, гораздо более твердое тело, имеет усталость, при наступлении которой происходит разрыв металла, то что говорить про асфальтобетон. В современной нормативной базе нет разницы, для какой дороги мы проектируем: с интенсивностью движения более 110 тысяч автомобилей в сутки или 20 тысяч автомобилей в сутки. Понятно, что эффективность асфальтобетона в разных условиях будет различна. Срок службы дорожной одежды определяется категорией дороги и закладывающимися в расчет существующими нагрузками, но нигде не предъявляются требования к сопротивлению усталостного разрушения асфальтобетона, исходя из чего не рассчитывается срок службы либо при заданном сроке службы дорожной одежды не определяется и не рассчитывается период эксплуатации, после которого возникают усталостные разрушения, чтобы планировать ремонтные мероприятия. Вот именно с этой целью необходимо разрабатывать один из тех двух критериев, которые я назвал выше.
Если образование колейности – это очевидный факт, то трещины – тот коварный фактор, который не всегда бросается в глаза, но его влияние и необходимость учета при расчете иногда более значимы.
Первая причина. Асфальтобетон закладывается в расчет дорожной одежды с некими заданными физико-механическими свойствами, в первую очередь это модуль его упругости. И мы даже в обиходе всегда называем прочность некоего конструктивного элемента, состоящего из асфальтобетона, модулем упругости асфальтобетона. И в этом кроется еще один корень зла. Для дорожной одежды крайне важны параметры и прочность не материала, а слоя. Таким образом, на эксплуатационные характеристики даже нежесткой дорожной одежды первостепенное влияние оказывает модуль упругости слоя из асфальтобетонной смеси или асфальтобетона. Как только в этом слое образуются усталостные трещины, происходит нарушение сплошности. И при том же самом модуле упругости как материала получаем резкое снижение прочности, поскольку при разбивании на блоки принципиально меняется система распределения нагрузки, и все нижние слои будут испытывать гораздо большую нагрузку в зонах трещин. Казалось бы, элементарные вещи, но о них сегодня никто не говорит, они являются бичом наших автомобильных дорог.
Вторая причина. Получая усталостные трещины, мы получаем ненормативное состояние нежесткой дорожной одежды. В этих условиях расчетные схемы, заложенные в нормативах, уже не работают, а дорожная одежда должна работать дальше.
Для высоконагруженных автомагистралей с интенсивностью движения свыше 100 тысяч автомобилей четырьмя полосами, то есть дорог первой категории, а зачастую и второй категории, пакет асфальтобетонных слоев должен состоять, как правило, из трех слоев. И эти три слоя суммарно должны быть не меньше определенной толщины – 28 см. Кстати, в нормативной базе Российской Федерации не существует критерия, который бы определял рекомендуемую толщину асфальтобетонных слоев и от чего она зависит. Сегодня вы не найдете нигде ни одного поясняющего материала, который мог бы указать на факторы, позволяющие определить минимальную толщину пакета асфальтобетонных слоев. Мы приближаемся к разработке этого нормативного документа, который позволит ответить на вопрос, почему пакет асфальтобетонных слоев не может быть меньше определенной величины. Определяется эта величина составом и интенсивностью движения и необходимостью поглощения данным пакетом высокочастотной части динамического спектра воздействия автомобиля. Этот критерий, на мой взгляд, очень важен. Самую высокочастотную энергоемкую часть спектра динамического воздействия автомобилей должен поглотить асфальтобетон, так как он, обладая определенной сплошностью, содержит в себе асфальтовое вяжущее, ту дисперсную часть, в которой как в вязком веществе поглощаются эти частоты воздействия автомобиля. Что такое частота? Это некое воздействие, определяемое длиной волны. Мы должны поглотить ту часть спектра динамического, длины волн которого сопоставимы с толщиной пакета асфальтобетонных слоев. С уменьшением этой толщины существенная часть спектра опускается ниже, в те слои, которые данному энергетическому воздействию при длинных частотах сопротивляться не способны. А если еще дальше находится щебень, это будет означать существеннейшее превышение истирания материала и превращение его в каменную муку в течение 5–7 лет при сроке службы дорожной одежды 24 года. На эту тему тоже нет никаких рекомендаций, никаких критериев.
– Почему усталостные разрушения опаснее пластических?
– Учет усталостных разрушений и недопущение появления их очень важны. Усталостные трещины образуются на нижней грани последнего сверху слоя асфальтобетона в пакете асфальтобетонных слоев, поскольку именно эта грань испытывает максимальное растяжение. Следовательно, мы можем получить усталостные трещины на нижней грани последнего, третьего слоя. Процесс прорастания трещины вверх очень быстр. В течение полугода получим проросшую трещину, причем с каждым последующим слоем скорость ее образования будет выше, потому что все меньший массив асфальтобетона будет сопротивляться растягивающему напряжению, тем более концентратором напряжения всегда служили края. Таким образом, на поверхности покрытия появляются трещины, причем они могут быть и строго поперечные, и под углом, и продольные, и сетки трещин. Проблема даже не в том, что это создает дискомфорт при движении, при образовании сетки трещин быстро достигается фрагментация асфальтобетона верхнего слоя покрытия, в образующуюся трещину будет проникать влага, а в том, что нарушается сплошность пакета асфальтобетонных слоев, которые при этом кардинально меняют свою распределяющую способность на нижние слои. И нижние слои основания начинают испытывать те напряжения, на которые они по своей физике не рассчитаны. В результате мы резко снижаем ресурс нижележащих слоев, рабочий ресурс которых существенно превышает и 20, и 30 лет. Мы этот ресурс просто уничтожаем. Поэтому усталостные разрушения с точки зрения долговечности нежестких дорожных одежд имеют принципиальное значение.
Выход из этого положения очень простой. Нельзя говорить о неких вещах и явлениях до той поры, пока ты не управляешь ими. Ни колееобразование, ни усталостные разрушения сегодня в Российской Федерации нигде нормативно не определены и никто не управляетданным процессом, потому что управлять им можно только тогда, когда ты умеешь его рассчитывать, знаешь законы его образования.
Таким образом, надо срочно разрабатывать два новых критерия. Первый – это расчет нежестких дорожных одежд на их эксплуатационную долговечность, или надежность, что позволило бы рассчитывать накопления остаточных деформаций в виде образования поперечной неровности или пластической колейности в течение расчетного срока службы нежесткой дорожной одежды. Второй критерий – должен быть расчет нежестких дорожных одежд на накопление усталостных разрушений. До той поры, пока на стадии проектирования мы не будем получать два графика накопления остаточной деформации усталостных разрушений по годам жизненного цикла, не будем не только управлять данными процессами, но не сможем даже осмысленно констатировать сам факт существования этих проблем.
– Есть ли способ решения данных проблем? В каком направлении нужно двигаться?
– Государственная компания «Автодор» на протяжении последних пяти лет неоднократно заявляла на всех уровнях о том, что такие критерии необходимы. И более того, основные сложности при разработке данных критериев заключаются даже не в том, что мы должны признать несовершенство методов расчета дорожных одежд. Нам нужны новые критерии на уровень эксплуатационного состояния автомобильных дорог в процессе эксплуатации нежестких дорожных одежд. Самая большая проблема, которую предлагала взять на себя Государственная компания, это те методики, те знания, научные школы, которые могут реализовать и решить ее. Это методики расчета, разработка критериев, на основе которых методики будут работать. У нас существуют сегодня научные школы, которые не только в состоянии решить этот вопрос, но уже работают для Государственной компании «Автодор» по разрешению данных проблем. И я очень надеюсь, что к концу 2018 года эти критерии будут представлены для апробирования. Это позволит нам управлять теми процессами, о которых мы говорим, потому что сегодня даже у технической элиты дорожной отрасли нет четкого понимания того, что все проблемы с верхними слоями покрытия, включая повышенные межремонтные сроки, невозможно решить только верхним слоем износа. Есть интегральный совокупный показатель здоровья всей дорожной конструкции.
Свой взнос в образование пластической колеи или неровности вносит каждый элемент дорожной конструкции, включая земляное полотно. Ровность верхнего слоя нежесткой дорожной одежды должна начинаться с ровности верхних слоев земляного полотна, нижних подстилающих слоев, нижних асфальтобетонных слоев пакета, а ровность верхнего, замыкающего слоя является их интегральным, суммирующим показателем. Итак, все проблемы, с которыми сталкиваются водители на наших дорогах, это усталостные разрушения, колейность, возникающая в результате разрушения верхнего слоя, потому что все эти параметры не имеют не только критерии, но даже внутреннего понимания необходимости их учета.
– Какие факторы основные при определении долговечности дорожных одежд?
– Речь идет о накоплении. Если мы говорим о колейности, то вспомним, что вклад в нее вносят два фактора: накопление остаточной деформации в каждом элементе дорожной конструкции плюс разрушающее и истирающее воздействие колес автомобиля, для которых прежде всего важна структура верхнего замыкающего слоя. Для того чтобы управлять этими процессами, как я уже отметил, нужно создавать методики, которые учитывают накопление и образование остаточной пластической деформации в нежесткой дорожной одежде. Первостепенное значение для каждого элемента одежды имеют и влажность, и температура. Влажность, например, для грунта земляного полотна или песчано-гравийной смеси важна, потому что прочность земляного полотна прямо пропорциональна его плотности, а плотность обратно пропорциональна влажности. Влажность обязательно будет учитываться в этих критериях. Так и для асфальтобетона: при 20 °С он работает совершенно иным образом, нежели при 60 °С. Все эти факторы должны участвовать в методике расчета нежестких дорожных одежд на накопление остаточных деформаций. Равно как и усталость находится в существенной зависимости от влажности грунта земляного полотна, поскольку при переувлажнении несущая способность вообще теряется и асфальтобетон будет работать в существенно более жестких условиях, поскольку опереться ему практически не на что. Поэтому все эти факторы являются основными при определении долговечности дорожных одежд.
Колея - это деформирование поперечного профиля проезжей части с образованием углублений и гребней выпора вдоль полос наката вследствие неравномерного износа и накопления пластических деформаций в покрытии, а также остаточных деформаций в слоях дорожной одежды и земляного полотна, происходящее при многократном воздействии колёс автомобилей.
Наиболее часто колея образуется на нежёстких дорожных одеждах с покрытием из асфальтобетона и других битумоминеральных смесей, однако колея истирания может формироваться и на цементобетонных покрытиях. Как и большинство других деформаций, колея образуется при неблагоприятном сочетании двух групп факторов:
внешние факторы - воздействия нагрузки, климатические факторы, особенно температура воздуха и солнечная радиация, а также условия увлажнения грунта земляного полотна;
внутренние факторы - физико-механические характеристики дорожной конструкции: сдвигоустойчивость, структурное состояние, прочность и степень уплотнения дорожной одежды и земляного полотна, тип грунта и его свойства.
Самым важным из всех факторов образования колей является воздействие тяжелых многоосных автомобилей. Процесс образования колей начинается одновременно с открытием движения по дороге. Вначале он идет медленно, затрагивая только верхний слой покрытия, а затем распространяется на другие слои дорожной одежды и на земляное полотно. Однако в случае когда материал какого-то слоя дорожной одежды плохо уплотнён или имеет низкую прочность и сдвигоустойчивость, остаточные деформации накапливаются в этом слое и проявляются на поверхности покрытия.
Характер и причины образования колей, а также динамика их развития могут существенно различаться по сезонам года (рис. 5.14).
Рис. 5.14. Динамика развития составляющих общей глубины колеи по сезонам года
Прежде всего колея может образовываться за счёт доуплотнения слоёв дорожной одежды, если они не были достаточно уплотнены при строительстве. Колея по этой причине образуется в первый год эксплуатации. Опыт показывает, что доуплотнение дорожной одежды завершается после прохода 300 тыс. стандартных осей грузового автомобиля.
В программе НDМ-4 принято, что начальное недоуплотнение является причиной образования колей в 20 % случаев. Однако эта величина получена при условии, что земляное полотно не участвует в процессе образования колей. Если принимать во внимание участие земляного полотна, то доля недостаточного уплотнения слоёв дорожной одежды составит 5-10 % от общего числа причин образования колей.
Износ (истирание) покрытия под действием колёс автомобиля происходит при торможении и при движении в режиме тяги за счёт неизбежного проскальзывания шины в зоне контакта колеса с покрытием. Износ происходит примерно одинаково в течение года, если зимой не применяются шины с шипами. Учитывая это обстоятельство, можно считать, что в странах с короткой зимой доля колей по причине износа покрытия составляет около 5 %.
Пластические деформации покрытияявляются причиной 15-20 % случаев образования колеи на асфальтобетонных покрытиях, которые состоят в накоплении вертикальных остаточных деформаций вследствие повышения пластичности, т.е. снижения структурной вязкости асфальтобетона при высоких температурах, которое, в свою очередь, происходит из-за снижения вязкости битума или вязкого сопротивления битума сдвигу (рис. 5.15).
Рис. 5.15. Колея, образующаяся в результате вязкопластического размягчения вяжущего:
1 - первоначальное положение щебёнки; 2 - положение щебёнки после смещения; 3 - щебёнка; 4 - плёнка вяжущего
Одновременно с вертикальными накапливаются и горизонтальные остаточные деформации, когда под действием сдвигающих напряжений происходит выдавливание частиц асфальтобетона в стороны. Эти деформации при многократных повторных приложениях нагрузки непрерывно возрастают, в результате чего по бокам колеи появляются гребни или валы.
Накопление пластических деформаций в асфальтобетонном покрытии происходит летом при температуре воздуха выше 25-30 О С, при которой температура покрытия повышается до 40-60 О С и выше. Расчётной принимают температуру асфальтобетона 40-50 О С и выше в зависимости от вязкости битума.
Глубина пластической колеи зависит от исходной вязкости битума, состава асфальтобетона, числа приложений нагрузки и её величины, толщины слоя асфальтобетона.
Структурное разрушение и остаточные деформации покрытия и слоёв основания. Под действием многократно прилагаемых нагрузок в слоях дорожной одежды могут сложиться такие условия, когда вертикальные или горизонтальные напряжения превысят местные предельно допустимые значения напряжений и начнется разрушение сплошности или структуры материала слоя с потерей прочности и сдвигоустойчивости. Следствием этого является ускоренное накопление остаточных деформаций и формирование колеи, которая появляется после критического для данной конструкции дорожной одежды числа приложений тяжёлой нагрузки.
Структурные разрушения покрытия происходят примерно одинаково в течение всего года, а в слоях основания они накапливаются больше всего весной, когда прочность дорожной одежды наименьшая. Глубина колеи за счет структурного разрушения зависит от прочности дорожной одежды, трещиностойкости, сдвигоустойчивости, срока службы покрытия, загруженности и т. д.
Из общего количества случаев образования колеи структурные разрушения отмечаются в 25-35 % случаев. В программе НDМ-4, где не учитывается роль земляного полотна, эта доля принята равной 50 %, т.е. это одна из наиболее важных причин образования колеи.
Остаточные деформации в грунтах земляного полотнаявляются причиной образования колеи в 20-30 % случаев. Проблеме накопления остаточных деформаций в земляном полотне, в том числе и неравномерных остаточных деформаций посвящено много работ . Установлен общий вид кривой накопления остаточных деформаций в земляном полотне в течение года, из которой следует, что наиболее активно оно происходит в весенний период. На кривой зависимости глубины и формы колеи от сопротивления грунта вдавливанию и сдвигу можно выделить фазу сжатия и уплотнения, фазу местных сдвигов и фазу выдавливания или выпучивания грунта в стороны.
Имеются математические модели расчёта величины равномерных и неравномерных остаточных деформаций в земляном полотне. Однако они нуждаются в дальнейшем совершенствовании и, в частности, в учёте восстановления части накопившихся деформаций, которое может произойти летом и зимой.
Таков общий характер образования колеи как сочетание всех возможных факторов.
Основной характеристикой колеи является её глубина. Общая глубина колеи может быть определена исходя из схемы, приведённой на рис. 5.16:
h К = h УК + h В, где (5.5)
h УК - величина углубления на поверхности дорожной одежды за счёт накопления остаточной деформации в слоях дорожной одежды и в земляном полотне, мм;
Средняя высота гребней выпора с левой и правой стороны, образующихся за счёт пластических деформаций в слое асфальтобетона и земляном полотне, мм.
Рис. 5.16. Основные параметры колеи:
1 - линия поверхности покрытия после строительства; 2 - то же, после образования колеи; 3 - измерительная рейка
Величина углубления в общем случае составляет
h УК = h g У + h И + h АБ + h О + h Г, где (5.6)
h g У - величина колеи за счёт доуплотнения дорожной одежды и грунта земляного полотна, мм;
h И - глубина колеи за счёт износа (истирания), мм;
h АБ - величина колеи за счёт пластических деформаций в слоях асфальтобетона, мм;
h О - глубина колеи за счёт структурных деформаций в слоях основания, мм;
h Г - глубина колеи за счёт накопления остаточных деформаций в земляном полотне, мм.
На начальном этапе исследований можно пренебречь учётом глубины колеи, образующейся за счёт износа (истирания), поскольку доля автомобилей, оснащённых шинами с шипами, в нашей стране невелика.
Также можно опустить учёт глубины колеи за счёт доуплотнения слоёв дорожной одежды для эксплуатируемых дорог, так как это явление, как правило, прекращается после года эксплуатации дороги.
Тогда общая глубины колеи будет определяться по формуле
h К = h АБ + h О + h Г + h В. (5.7)
В последние годы проблема борьбы с колеями стала одной из важнейших на дорогах России. Это объясняется тем, что в составе транспортного потока происходит увеличение доли тяжёлых многоосных автомобилей, которые ускоряют процесс образования колей и доли легковых быстроходных автомобилей, для которых колеи представляют наибольшую опасность.
Глубокая колея затрудняет маневры автомобиля при обгоне, вызывает поперечное скольжение, боковые колебания и потерю устойчивости при выезде из колеи, что приводит к снижению скорости движения и повышению аварийности. Особенно опасны колеи для движения в период дождей и таяния снега, когда в колеях образуется слой воды, в результате чего происходит снижение сцепных качеств покрытия, создаются предпосылки возникновения аквапланирования с потерей управляемости автомобиля. В период оттепелей и заморозков в колее образуется лёд, во время метелей и снегопадов откладывается и уплотняется снег, который трудно удалить снегоочистительными машинами.
Чтобы найти правильное решение по устранению колей в каждом конкретном случае, необходимо выполнить глубокий анализ причин их образования. Нет и не может быть одного решения, пригодного во всех случаях. Это должен быть широкий спектр конструктивных и технологических решений, позволяющих выбрать наиболее эффективное в каждом конкретном случае.
В процессе содержания и ремонта дорог устраняют главным образом колеи, образовавшиеся за счёт истирания покрытия, накопления пластических деформаций в слоях покрытия. Колея, образовавшаяся за счет накопления остаточных деформаций в слоях основания и в земляном полотне, как правило, устраняется при капитальном ремонте или реконструкции дорог.
От чего образуются колеи на асфальте? Многие автолюбители считают, что главная причина — шипованные покрышки. Расскажем про основные моменты образования колеи на автомобильных дорогах. Кто виноват?
Основные причины
Если полностью запретить эксплуатацию машин с шипованной резиной, это не избавит от появления колеи на дорогах. Но почему шипы считают главным источником, ведь есть другие причины. Колеи от шипованной резины бывают в виде узеньких полосок. А от грузового транспорта и большого потока автомобилей — в виде деформирования дорожного полотна. В результате на дорогах появляются широкие впадины, с возвышенными краями.
Именно, этот тип колеи встречается чаще всего. А разрушения от шипованной резины по сравнению с деформацией от большого потока машин — минимальны.
Получается, важными причинами появления колеи является несовершенство дорожно-строительных работ и низкое качество асфальтобетонной смеси. Согласно техническим требованиям, дорожное полотно должно состоять из двух слоев, каждый из которых нужно оставлять в покое на трое суток. Часто бывает наоборот — дорожники положат только один слой асфальта, который способен выдерживать нагрузку лишь на 300 автомобилей в сутки. А где найдешь такие дороги в крупном городе, с такой малой интенсивностью движения?
К тому же, при наложении каждого слоя асфальта необходимо дать ему засохнуть в течение 72 часов. У нас делается всё наоборот, как положат асфальт, так сразу пустят по нему поток автомобилей. А кто не против, из автолюбителей, «пролететь» на новом гладком асфальте с ветерком.
Ещё одна причина несовершенства
При ремонте старой дороге с глубокими колеями часто удаляют лишь верхний слой асфальта, и на место него накладывают новый. Это конечно дешевле, чем строить её заново, но толку мало. Через некоторое время вновь образуются колеи.
При образовании колеи деформируется все дорожное полотно. Чтобы от них избавиться, нужно перестраивать автодорогу заново, а не только заменять верхний слой. Кстати, в Европе, поверхностный ремонт дороги, т.к. толку от него мало.
Понятно, главной причиной в образовании колеи является низкое качество дорожного полотна и дорожных работ. Их вклад в разрушении асфальта минимален на фоне воздействия холода, жары, ветра, тяжелых грузовиков. Большее значение имеет качественная работа строителей. Если сделано грамотно, то ровная и гладкая поверхность дороги будет радовать водителей десятилетиями. Но, многие автолюбители продолжают утверждать, что виноваты шипы на колесах. И часто, ссылаются на европейский опыт.
В Германии запрещена эксплуатация шин с шипами с 1975 года, но это не связано с разрушением дороги. Причина запрета — больший тормозной путь автомобиля с шипованными шинами на сухом асфальте.
Можно ли переделать плохие дороги?
Планировка улиц крупных городов и большая загруженность приведут к тому, что при капитальном ремонте целые районы охватит транспортный коллапс. Срезание и замена верхнего поврежденного слоя не даёт нужного эффекта, ведь происходит деформация покрытия в целом, а не только удаляемых нескольких сантиметров. Пройдет год, и новая поверхность проявит дефекты старой. Например, в Европе такая схема не применяется. Если дорога нуждается в ремонте, ее закрывают целиком. Обходится дороже, но в результате выгоднее…
При восстановлении поврежденного покрытия используют шершавый асфальт. У него больше срок службы, а значит надо меньше его ремонтироваться. Но шум от него выше среднего. При ремонте используют обходные технологии, когда верхний слой укладывают из гравия. Автолюбители сами должны его «прокатать». На практике это оборачивается, в первые дни после ремонта, вылетом камней из-под шин, что нередко приводит к сколам на стекле .
Чтобы автомобильная дорога дольше прослужила - нужно соблюдать все технологии строительства. Но шипы в разрушении асфальта определенно ни при чем… Колея – результат несоблюдения технологии укладки.
Самое ужасное в зимний период – вовсе не нежелание (хотя на данный момент ещё не так холодно). И даже не гололёд. Самое ужасное – это колея, а их сейчас в городе – почти на любой улице. Чем опасна обледенелая колея – автомашину легко может крутануть, выбросить на встречку либо на обочину, а если и там и там плотный поток? Или трамвай параллельным, или того гораздо хуже – встречным курсом?
Почему это происходит?
Если вы двигаетесь на заднеприводной машине, то задние колёса толкают автомобиль, а передние из колеи выехать не в состоянии, потому что соскальзывают со стенок. В таком случае заднюю ось сносит, начинается раскачка машины.
Если же на , то передние колёса легко вылезают из колеи, но там остаются задние, автомашину моментально ставит боком , а то и раскручивает – тоже абсолютно ничего хорошего. Правда, передний привод в этом случае предпочтительней, так как ведущие колёса одновременно и управляемые.
Но процесс развивается обычно настолько стремительно, что зачастую водитель не успевает отреагировать. Поэтому в обледенелой колее двигаться необходимо строго по ее оси . А перед выездом из колеи снижать до минимальной и вытаскивать машину под очень острым углом. На большой скорости на плавные движения руля машина может и не обратить внимание, а вот резкие гарантированно приведут к описанным выше последствиям.
Вообще, когда ширина проезжей части позволяет, то гораздо лучше двигаться не в колее , оставив выбитые канавки между колёсами, но в этом случае также необходимо быть очень осторожным, чтобы в неё не сорваться, или по правому ряду, он обычно не так разъезжен (всяко лучше сплошное снежное покрытие, чем колеи).
Ради справедливости необходимо отметить, что в такой ситуации можно оказаться и летом на загородной трассе , когда правые колёса съехали с асфальта на обочину. В таком случае правило то же самое – на маленькой скорости аккуратно под острым углом втаскивать машину обратно на асфальт.
И ещё одно: на таких скользких дорогах очень важным становится соблюдение бокового промежутка между машинами , в особенности на перекрёстках. Это летом можно вставать "впритирку", а сейчас при трогании с места у переднеприводной машины может потащить вбок передок, у заднеприводной – корму, поэтому и трогаться нужно аккуратно, и интервал боковой оставлять побольше, а в случае если такое невозможно, то лучше уйти со светофора вторым, нежели втискиваться в узкий просвет в первом ряду.
Естественно, что в ДТП лучше не попадать, но в случае, если благодаря ледяным колеям вашу автомашину всё-таки крутануло и вы зацепили чьё-то авто, то вполне резонно будет вчинить иск дорожникам , которые, кстати, обязаны очистить дороги от снега и льда всего лишь через шесть часов после окончания снегопада. И если причина ДТП в ненадлежащем состоянии дорожного покрытия, то значит и возмещать ущерб обязаны те, кто в ответе за состояние дороги.
Поэтому даже если вы въехали в столб и инспекторы ГИБДД говорят, что вы неправильно выбрали скорость движения по скользкой дороге, настаивайте на том, что правил вы не нарушали, ну а в аварию попали только из-за льда на дороге . При этом необходимо привлекать свидетелей, которые могут подтвердить, что на дороге был лёд и колеи, и сфотографировать дорогу, так как после ДТП всего лишь через несколько часов дорожники могут убрать весь снег и лёд, и доказать их вину станет очень затруднительно. Ну а потом, если дорожники откажутся возмещать ущерб, то нужно идти в суд.
