Анализ и оценка показателей качества асфальтобетонных покрытий автомагистралей Литвы Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ЛИТЕРАТУРА

1. Правила технической эксплуатации мелиоративных систем в Белорусской ССР. - Мн.: Ураджай, 1976. -С. 33-45.

2. Михневич Э. И. Устойчивость русл открытых водотоков. - Мн.: Ураджай, 1988. - 240 с.

3. Печкуров А. Ф. Устойчивость русл рек и каналов. -Мн.: Ураджай, 1989. ~ 644 с.

4. Справочник по эксплуатации мелиоративных систем Нечерноземной зоны РСФСР / Сост. Т. И. Даишев. -Л.: Агрометеоиздат, 1987. ~ 263 с.

5. Русецкий А. П. Расчет магистральных каналов польдерных систем // Мелиорация переувлажненных земель: Тр. БелНИИМиВХ. - Мн.: Ураджай, 1976. -С.33-45.

6. Зайцев Н. И., Клавен А. Б. Структура макротурбулентности руслового потока // Тр. V Всесоюзного гидрологического съезда. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - Т. 10, Кн. 2.-С. 230-237.

7. Мирцхулава Ц. Е. Основы физики и механики эрозии русел. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 304 с.

УДК 625

АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ АВТОМАГИСТРАЛЕЙ ЛИТВЫ

Инженеры ПЕТКЯВИЧЮС Э., ПЕТКЯВИЧЮС Р.

Вильнюсский технический университет им. Гедиминаса,

ЗАО «Лемминкайнен Лиетува» {Вильнюс, Литва)

Сеть автомобильных дорог Литвы по состоянию на 01.01.2005 составляет 21345 км. Из них 1734 км - магистральные, 4873 км - краевые и 1473 км - районные дороги. Покрытие на большей части дорог (59 %) асфальтобетонное. Опыт эксплуатации подобных дорог свидетельствует о сравнительно небольшом сроке их службы. Зимой, осенью и весной при неблагоприятных погодных условиях, а летом при высокой температуре покрытие становится вязким, появляются колеи, волны, сдвиги и другие дефекты, которые со временем становятся более интенсивными, а площади поврежденных участков увеличиваются. Если вовремя не устранить дефекты, то на этих участках уменьшается скорость транспортных средств, ухудшаются условия и безопасность движения. Проблемы ухода за дорожными покрытиями и их ремонта тесно связаны с увеличением числа тяжеловесных и многоосных автомобилей. Дороги Литвы по ровности покрытия, прочности дорожных одежд и другим показателям не соответствуют таким транспортным нагрузкам.

Состояние асфальтобетонных покрытий и показатели качества автомобильных дорог ис-

следовались многократно [1-7], однако лишь немногие авторы ставили своей целью установить взаимосвязь между результатами ровности покрытия, определенными по международному индексу ПИ и по 3- или 4-метровой рейке, а некоторые [1, 3, 4] пытались нормировать показатели состояния покрытия. В Литве из-за постоянного увеличения числа тяжеловесных многоосных автомобилей в потоке транспортных средств исследование состояния покрытий остается важнейшей проблемой.

В настоящей работе проанализированы показатели состояния асфальтобетонного покрытия автомагистралей и предложены нормативные значения этих показателей.

Методика и обработки результатов исследований. Исследования состояния дорожного покрытия проводились на участках автомагистрали Вильнюс-Каунас-Клайпеда (А1) и Вильнюс-Укмярге-Паневежис (А2). Была определена ровность асфальтобетонного покрытия, измеренная с помощью 3- или 4-метровой рейки (рис. 1, 2) и по международному индексу Ш Уш с применением прибора БУКАТЕЗТ 5051 ЯБР, а также колейность покрытия, изме-

ренная 2-метровой рейкой. Результаты сравнены с допустимыми показателями качества покрытия.

®

©

0,5 м

0,5 м 0,5 м

——м*—1-----

0,5 м

Рис. 1. Схема мест измерения ровности под 3- или 4-метровой рейкой: 1-5 - места измерения под рейкой; Ь - длина рейки (Ь~Ъ или 4 м)

1/2

Рис. 2. Схема мест на полосе движения дороги, в которых была положена 3- или 4-метровая рейка (при измерении на участке длиной Ь = 30-50 м)

Данные экспериментальных исследований были обработаны методами математической статистики. Статистические характеристики рассчитаны по формулам:

х=-(х1+х2+... + хи) = -£х; Я п м

(1)

где х - среднее арифметическое (среднее значение исследуемого параметра); хьх2, хп - соответствующие 1, 2, ..., г-е, ..., я-е (последнее) значения исследуемого параметра; п -число значений исследуемого параметра;

(2)

где а- среднеквадратическое отклонение исследуемого параметра;

(3)

где V - коэффициент вариации исследуемого параметра.

Анализ исследований показал, что уровень разрушения покрытия дороги В проще и удобнее определить, пользуясь формулой [3]:

В =

/=1

•100/5, (4)

где I) - относительная площадь покрытия дороги, поврежденная дефектами (уровень разрушения), %; 5 - площадь исследуемого участка дороги, м2. Целесообразно исследовать покрытие участков крайней полосы (с наиболее тяжелым движением) длиной Ь = 30-50 м. При ширине полосы движения Ь = 3,25 м и длине участка Ь = 40 м 5 = 130 м2, при Ъ = 3,50 м, Ь = 40 м 5 = 140 м2 и при Ъ = 3,75 м, Ь = 40 м 5 = 150 м2; £</ - площадь покрытия на исследуемом участке, поврежденная выбоинами и другими аналогичными дефектами, м2; ^ - площадь покрытия, поврежденная сетью трещин, м2; Бр - площадь покрытия, поврежденная волнами, колеями, сдвигами и другими сдвиговыми и пластическими дефектами, м2; /,- - длина отдельной /-й трещины, м; Ъ\ - ширина полосы покрытия, утратившей прочность (несущую способность), с обеих сторон /-й трещины в зависимости от ширины трещины, определяемая по методике [8], м.

На каждом участке дороги по формуле (4) был определен уровень разрушения асфальтобетонного покрытия В. После обработки результатов были определены зависимости между уровнем разрушения асфальтобетонного покрытия В и уровнем его ровности 7, между сроком службы покрытий и дорожных одежд Т и показателем Д показателями Т и 7, показателями колейности покрытия #а, Япих? 5 и показателем В и др. Были проанализированы условия эксплуатации асфальтобетонного покрытия автомагистралей Литвы и важнейшие показатели качества асфальтобетонного покрытия.

Анализ и оценка показателей качества асфальтобетонного покрытия. Для достижения поставленной цели был проведен специальный эксперимент. На 103 элементарных участках крайней полосы движения длиной 30-50 м и шириной 3,75 м автомагистралей А1 и А2 были исследованы следующие показатели:

• ровность покрытия, измеряемая с 3-метровой рейкой: и 7, мм; 7, см/км;

• ровность покрытия, измеряемая с 4-метровой рейкой: У^ и 7, мм; 7, см/км;

• степень разрушения покрытия (масштаб): показатели В, Вп, Ве,, Д, %;

0.5 м

0.5 м

1Г = 30-50 м

• КОЛеЙНОСТЬ покрытия: Нг, Яшах, 5. Характеристика исследованных показателей: ^тах " среднее арифметическое самых больших значений ровности покрытия, измеренных на исследуемом участке 3- или 4-метровой рейкой, когда число исследований п = 9;

У - среднее арифметическое всех значений ровности покрытия, измеренных на исследуемом участке 3- или 4-метровой рейкой при я = 45 (3-метровой рейкой) и п = 64 (4-метровой рейкой);

В - уровень (масштаб) разрушения покрытия соответственно всего усталостного разрушения Д,, разрушения от эрозии Ве, разрушения от температурных трещин Д, %;

Н?» Дтх - соответственно глубина средней (обобщенной) и самой большой колеи, мм;

5 - площадь сечения колеи в асфальтобетонном покрытии, мм2.

Для названных показателей автомагистралей А1 и А2 установлены следующие статистические характеристики: среднее арифметическое х, среднеквадратическое отклонение а и коэффициент вариации V (табл. 1).

Таблица 1

Статистические характеристики показателей состояния покрытия автомагистралей Литвы

Показатель и единица измерения Особенности измерения Автомагистраль А2, л = 43 Автомагистрали А1 и А2, п = 103

X а У,% X а к%

Ущахэ ММ 7, мм 7, см/км 3-метровой рейкой 1,29 0,53 346 0,55 0,24 73 42,75 44,90 21,19 1,62 0,83 388 0,57 0,25 68 35,38 30,34 17,44

Ущахэ 7, мм 7, м/км 4-метровой рейкой 1,50 0,61 3,61 0,68 0,26 0,86 45,48 43,11 23,83 1,88 0,90 4,12 0,86 0,36 0,82 45,48 40,00 19,88

ЯтаХ5 мм #а, ММ <£, мм2 Измерялась крайняя колея полосы движения 4,23 1,96 2237 2,57 1,08 1371 60,76 54,80 61,26 7,17 3,46 4590 5,14 2,55 3857 71,75 73,78 84,03

Апах? ММ #а, ММ 5, ММ2 Измерялась внутренняя колея полосы движения 2,58 1,92 1962 1.40 1.40 1773 54,26 73,09 90,40 6,59 3,23 4023 4,79 2,30 3680 72,63 71,28 91,48

А % А, % А,% А, % Измерялись все разрушения крайней полосы движения дороги 11,68 8,51 2,14 1,03 15,27 14,37 5,91 1,39 130,74 168,84 275,71 135,12 9,06 5,29 2,52 1,25 11,56 9,89 5,50 1,48 127,58 186,98 218,45 118,76

Результаты измерений свидетельствуют о незначительной разнице показателей качества асфальтобетонного покрытия дорог Вильнюс-Каунас-Клайпеда и Вильнюс-Укмярге-Паневе-

жис (табл. 1). На исследованных участках дороги Вильнюс-Каунас уровень разрушения В колебался от 0 до 14,01 %. Разрушения усталостные и из-за недостаточной прочности дорожной одежды составили 14,77 %, эрозии - 3,75 %, температурных трещин - 81,48 %. На исследованных участках автомагистрали Каунас-Клайпеда уровень разрушения В колебался от 0 до 39,78 %. Разрушения усталостные и из-за недостаточной прочности дорожной одежды составили 39,89 %, эрозии - 40,46 %, температурных трещин - 19,65 %. На исследованных участках автомагистрали А2 уровень разрушения В колебался от 0 до 61,27 %. Разрушения усталостные и из-за недостаточной прочности дорожной одежды составили 56,49 %, эрозии -22,10, температурных трещин - 21,41 %. Анализ свидетельствует о том, что основным дорогам Литвы присущи следующие дефекты покрытия: разрушения из-за температурных трещин и усталостного напряжения, а также из-за недостаточной прочности дорожной одежды. Чаще всего результаты ровности покрытия главных дорог Литвы соответствуют нормальному закону Гаусса.

Обобщенная зависимость ровности асфальтобетонного покрытия автомагистралей А1 и А2, измеренной 3- и 4-метровой рейкой, представлена на рис. 3.

Рис. 3. Взаимосвязь между значениями ровности покрытия измеренных 3-метровой рейкой, 73, и 4-метровой рейкой, % : ?4 = -0,276 + 1,332 % ; Я = 0,933

По результатам видно, что между исследуемыми параметрами существует тесная корреляционная связь (значение коэффициента корреляции Я = 0,93).

Результаты, полученные в 1999-2001 гг. на основании исследований показателей ровности покрытия У, уровня разрушений В и других показателей состояния, позволили установить

зависимости регрессии корреляции между показателями ровности покрытия 7 И Углах, Между показателями однородности ровности покрытия Оу и оу щах, между показателями ровности 7 и 7Ш, между показателями ровности 7^ и 7Ш, между показателями продолжительности срока

а

службы покрытия Г и показателем ровности покрытия 7Ш, между показателем уровня разрушения покрытия В и уровнем ровности ¥ш (рис. 4-9). Значение коэффициента корреляции в установленных зависимостях составляло от Я = 0,73 до 7? = 0,96.

б

•

•

• V • •

- -• • » * -•

0,1 0,3 0,5 0,7 0,8 Г, ММ 1,2

В

Рис. 4. Взаимосвязь средних арифметических самых больших И всех значений ровности покрытия Утах и У автомагистрали А2: а - У^ = 0,114 + 2,269 У ; Я = 0,876

по данным 1999 г.; б ~ У^ - 0,074 + 2,428 У ; Я - 0,833,

2000 г.; в - У^ = 0,072 + 2,291 У ; Я = 0,959, 2001 г.

3,790

СТу тах» ММ

3,163 2,535 1,907 1,280 0,652 0,025

0,2 0,5 0,8 1,1 1,4 о^, мм 1,9

2,134

Оутах? ММ 1,800

1,466

1,132

0,797

0,463

0,129

ОД 0,3 0,6 0,8 1,1 СТУугсЬ мм 1,6

В

а

•

• •

Рис. 5. Взаимосвязь среднеквадратических отклонений оутах и оу самых больших и всех значений ровности покрытия автомагистрали А2: а - су^ = -0,361 + 1,770ау^; Я = 0,915 по данным 1999 г.; б - оу^ = -0,330 + 1,788оу^; Я = 0,929, 2000 г.; в - сгутах = -0,066 + 1,390бсгуУц1; Я = 0,932,2001 г.

2,682-ах, мм- • •

2,354' 1 \

Z,Uz / 1 лоо • • ф • ^

1,077 • Л * • •

1,0/2 • . • •

0 717 1 • • • •

0,16 ) 0,31 : 0,4 О'і о >0 0,1 г5 0, 89 1,(

2,221 ау шах? ММ

1,979

1,737

1,495

1,253

1,011

0,769

•

• • • 9л.

% 1 • •( • •

• " " • •

• ■ • ■ •

У, мм

0,38 0,81 1,24 1,67 2,10 2,53 2,96

у , мм

Рис. 6. Взаимосвязь средних арифметических К ровно- Рис. 7. Взаимосвязь средних арифметических ров-

сти по ІШ Уш и всех значений ровности покрытия авто- ности п0 тт ут и самых больших значений ровности

магистрали А2 по данным 2000 г.: Уш = 0,789 + 1,345 7, покрытия автомагистрали А2 по данным 2000 г.: Уш =

Л = °>734 = 0,949 + 0,416 ¥■ Я = 0,767

1,872 Ущі, м/км 1,718-

1,564

1,410-

1,256-

1,102'

0,948'

• У

1/

у X ф... ..... ..

Г 9

>1 7*

0,15 3,85 7,55 11,25 14,95 18,65 22,3^

Г, годы

Рис. 8. Взаимосвязь значений ровности по ПК Уш и про- Рис- 9. Взаимосвязь значений ровности по ІЯІ Уіи и должительностн функционирования покрытия Т автома- уровня разрушения покрытия О автомагистрали А2 по гистрали А2 по данным 2000 г.: Уш = 0,931 + 0,040 У; данным 2000 г.: Уш = 1,343 + 0,017 У; К = 0,727

Я = 0,920

Исследования, проведенные сотрудниками кафедры дорог Вильнюсского технического университета им. Гедиминаса [1], показали, что с достижением коэффициентом прочности дорожной одежды Кп критического значения (Кп = 1,0) степень разрушения покрытия также достигает критической величины (2) = 16 %). Когда значение уровня разрушения становится критическим (Р = 16 %), продолжительность срока службы дорожных одежд автомагистралей Т также достигает критической величины (Т — 8 лет).

Данные Института транспорта и дорожных исследований [9] свидетельствуют о том, что с ухудшением ровности дорожного покрытия по 1Щ от Г1Ю = 2,0 м/км до Уш = 2,5 м/км, транспортные расходы /,, приходящиеся на пробег 1000 автомобилей на расстояние в 1 км, возрастают на 1,7 %, а с ухудшением ровности по-

крытия по Ш1 от Уди = 2,0 м/км до Уш = = 2,75 м/км - увеличиваются на 2,5 %. Предлагается значение ровности асфальтобетонного покрытия автомагистралей по 1М У1Ы = 2,5 м/км считать критерием для расчета продолжительности срока службы покрытия до среднего ремонта Тс, а значение ровности Ут = 2,75 м/км применять в качестве критерия при определении продолжительности срока службы дорожной одежды до капитального ремонта Гк. При этом Тс = 5 лет, а Тк = 8 лет.

Исследования показателей колейности Нтях, #а, £ асфальтобетонного покрытия автомагистрали А2 и ровности покрытия по ПИ ¥т, выявившие взаимосвязь этих параметров, позволили предложить нормативные значения показателей колейности покрытия Нтт, #а, 5 (табл. 2).

Применение предлагаемых рациональных

значений показателей состояния покрытий и дорожных одежд автомагистралей позволит эффективнее планировать средства на ремонт покрытий и дорожных одежд.

Таблица 2

Предлагаемые нормативные значения параметров асфальтобетонного покрытия и дорожной одежды для автомагистралей Литвы

ВЫВОДЫ

1. Между уровнем разрушения покрытия В и его ровностью У существует тесная взаимосвязь, которая позволяет установить критические уровни разрушения покрытия автомагистралей: они равны 8 и 16 %. Показатель О = = 8 % рекомендуется в качестве критерия при оценке необходимости проведения среднего ремонта покрытия, а показатель В = 16 % - в качестве критерия для определения срока капитального ремонта дорожной одежды.

2. Состояние покрытия и его эксплуатационные характеристики для большинства автомагистралей Литвы различаются незначительно. Результаты исследований в своем большинстве соответствуют нормальному закону распределения.

3. Для основных дорог Литвы характерны следующие дефекты покрытия: разрушения из-за температурных трещин и усталостного напряжения, а также из-за недостаточной прочно-

сти дорожной одежды. Это необходимо учитывать при организации работ по ремонту дорог.

4. Исследования показали, что между показателями качества покрытия У и В, У и Уш существует заметная корреляционная связь (коэффициенты корреляции R в установленных зависимостях были от R = 0,73 до R = 0,96). На основе полученных результатов определены нормативные значения параметров состояния покрытий и дорожных одежд автомагистралей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Sivilevi&us Н., Petkevicius К. Regularities of Defect Development in the Asphalt Concrete Road Pavements. Journal of Civil Engineering and Management // Technika. -2002. - Vol. VIII, № 3. - P. 206-213.

2. Nosov V. P. Road pavement destruction forecasting principles. Science and engineering in road building. (Наука и техника в дорожной отрасли). - 2001. - № 2(17). - Р. 2427 (in Russian).

3. Bennett С. R., Petersen W. D. HDM-4. Vol. 5. A guide to Calibration and Adaptation. - PIARC, 1999. 198 p.

4. Braga A., Cygas D. Adaptation of pavement deterioration models to Lithuanian automobile roads. Journal of Civil Engineering and Management // Technika. - 2002. -Vol. VIII, №3.-P. 214-220.

5. Bakhrakh G. S. Estimation of strengthening of flexible road pavements according to fatique cracking criterion // Science and engineering in road building (Наука и техника в дорожной отрасли). - 1998. - № 2 (9). - Р. 21-25 (in Russian).

6. Kazanovskij V. D. Rutting problem on roads with asphalt concrete pavement // Science and engineering in road building (Наука и техника в дорожной отрасли). - 2000. -№ 2(13). - Р. 3-4 (in Russian).

7. Sayers М., Gillespie Т., Queiroz С. The International Road Roughness Experiment // World Bank Technical Paper. - Washington, 1986. - № 45.

8. Bakaev A. V., Vizgalov E. V., Kriachov V. V. On the unavoidability of the influence of various cracks in the paving on the value of elastic deflection of road paving // Transactions of GiprodorNII: Improvement of reliability of exploitation of motor roads (Труды ГипродорНИИ). - 1980. -30th edition. - P. 81-88 (in Russian).

9. PataSius J., Galkiniene V., Domatas A. et al // Methods and system of management of the paving of motor roads. Research report (Методика и система управления покрытиями автомобильных дорог: Отчет об исследова-тельной работе). - Kaunas, 1997. - 66 p. (in Russian).

Показатель и единица Нормативное значение

Ровность покрытия Уш, м/км:

до среднего ремонта 2,50

до капитального ремонта 2,75

Показатели колейности покрытия:

до среднего ремонта

^гпахз ММ 6,0

#а, мм 3,0

Я, мм2 3000

Продолжительность срока службы

покрытия или дорожной одежды Г,

годы:

до среднего ремонта Тс 5

до капитального ремонта Тк 8