CC BY
136
УДК 625.7: 625.731
DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2019-6-718-745
АНАЛИЗ ПРИЧИН КОЛЕЕОБРАЗОВАНИЯ НА ПОКРЫТИЯХ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УМЕНЬШЕНИЮ ЭТОГО ЯВЛЕНИЯ
Введение. В настоящее время работы, направленные на уменьшение интенсивности колееобразований на автомобильных дорогах, являются актуальными. Мероприятия, направленные на повышение устойчивости дорожных одежд к колееобразованию включают в себя работы, нацеленные на решение матери-аловедческих задач, совершенствование методов расчета конструкций и разработки новых технологий для обеспечения высокого качества строительства.
Материалы и методы. Анализом данных натурных и лабораторных экспериментальных исследований установлены причины формирования колеи на покрытиях нежестких дорожных одежд. Приведена методика экспериментального исследования распределения проходов шин транспортных средств по ширине проезжей части и полос движения. Установлены коэффициенты для расчета числа нагрузок в центральных и краевых частях полос наката, а также в межколейном пространстве.
Результаты. Предложены конструкции дорожных одежд со скрытоколейными элементами, которые в целях борьбы с глубинной колеей размещаются на поверхности земляного полотна, а при борьбе с поверхностной колеей на основании дорожной одежды.
Заключение. В результате близкого расположения скрытоколейных элементов друг от друга грунт земляного полотна между ними испытывает компрессионное сжатие, при котором девиатор напряжений имеет наименьшее значение по сравнению с другими напряженными состояниями земляного полотна, обусловленными трехосным сжатием, возникающим как от подвижной нагрузки, так и от собственного веса дорожной одежды. Это способствует существенному снижению деформаций в грунте. Для успешного внедрения скрытоколейных дорожных одежд необходимо разработать новую или обоснованно выбрать известную методику расчета глубины колеи, которая необходима для проверки критерия колееобразования при расчете толщин скрытоколейных элементов и толщины дорожной одежды.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: дорога, дорожное покрытие, колея, колея поверхностная, колея глубинная, полоса наката, боковой выпор колеи.
Поступила 07.11.2019, принята к публикации 17.12.2019. Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Прозрачность финансовой деятельности: авторы не имеют финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.
Для цитирования: А.С. Александров, Т.В. Семенова, А.Л.Калинин Анализ причин колееобразования на покрытиях нежестких дорожных одежд и рекомендации по уменьшению этого явления. Вестник СибАДИ. 2019;16(6): 718-745. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2019-6-718-745
© Александров А.С., Семенова Т.В., Калинин А.Л.
А.С. Александров, Т.В. Семенова, А.Л.Калинин
ФГБОУ ВО «СибАДИ», г. Омск, Россия
АННОТАЦИЯ
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2019-6-718-745
RUTTING ON THE SURFACES OF NON-RIGID ROAD PAVEMENTS: ANALYSIS OF THE CAUSES AND RECOMMENDATIONS FOR REDUCING
ABSTRACT
Introduction. The works of reducing the intensity of rutting on the roads are relevant nowadays. Activities of improving the stability of road pavements include solving material problems, improving methods of calculation of structures and the development of new technologies to ensure high quality construction.
Materials and methods. The analysis of data of natural and laboratory experimental researches established the reasons of formation of the rut on coverings of non-rigid road pavements. The authors presented the technique of experimental research of the tires passes' distribution of vehicles on width of the traffic way and traffic lane. Moreover, the authors gave the coefficients for calculating the number of loads in the central and marginal parts of the coasting strips as well as in the inter-track space.
Results. As a result, the authors suggested designs of road pavements with hidden rut elements, which placed on a surface of a highway subgrade on the basis of road pavement.
Discussion and conclusions. As a result of the close proximity of the hidden track elements from each other, the soil of the subgrade between them experiences compression, in which the stress deviator is of the least importance compared to other stresses of the subgrade due to triaxial compression arising from both the moving load and its own weight pavement. The suggested variant helps to reduce significantly the deformation. For the successful implementation of hidden rut pavement, it is necessary to develop a new or reasonably choose a well-known method of calculating the depth of the rut, which is necessary to verify the criterion of gauge formation in the calculation of the thickness of hidden rut elements and the thickness of the pavement.
KEYWORDS: road, road surface, rut, surface rut, deep rut, coasting strip, lateral track gauge.
Submitted 07.11.2019, revised 17.12.2019.
The authors have read and approved the final manuscript.
Financial transparency: the authors have no financial interest in the presented materials or methods. There is no conflict of interest.
For citation: Anatoliy S. Aleksandrov, Tatiana V. Semenova, Aleksandr L. Kalinin Rutting on the surfaces of non-rigid road pavements: analysis of the causes and recommendations for reducing. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2019;16(6): 718-745 (in Russ.). https://doi.org/10.26518/2071-7296-2019-6-718-745
© Aleksandrov A.S., Semenova T.V., Kalinin A.L.
Anatoliy S. Aleksandrov, Tatiana V. Semenova, Aleksandr L. Kalinin
Siberian State Automobile and Highway University,
Omsk, Russia
Content is available under the license Creative Commons Attribution 4.0 License.
ВВЕДЕНИЕ
Колея, появляющаяся и развивающаяся на поверхности покрытий нежестких дорожных одежд, негативно отражается на потребительских свойствах автомобильных дорог. В первую очередь страдает безопасность движения. Дело в том, что колея препятствует отводу воды с поверхности покрытия, и в ней скапливаются атмосферные осадки. При движении по дороге с колеей, заполненной водой, водители стараются выбрать траекторию движения так, чтобы колеса транспортного средства располагались в межколейном пространстве. В этом пространстве поверхность покрытия увлажнена, но очищена стекающей водой от пыли и грязи. При такой схеме движения коэффициент сцепления шины с покрытием достаточный для передвижения со сравнительно высокой скоростью. При разъезде со встречным автомобилем водители меняют траекторию движения, и шины колес транспортного средства оказываются на полосах наката, в пределах которых расположена колея, заполненная водой. В этот момент времени коэффициент сцепления шины с покрытием уменьшается, а его величина зависит от скорости движения, глубины воды в колее, параметров шероховатости покрытия (макро- и микрошероховатость) [1, 2, 3]. Поэтому работы, направленные на борьбу с образованием колеи, актуальны для дорожной отрасли и позволяют уменьшать интенсивность ухудшения безопасности движения, снижения ровности и прочности дорожной одежды, поддерживать скорость движения на требуемом уровне.
Мероприятия по обеспечению устойчивости дорожных одежд к образованию колей можно разделить на три большие группы, к которым отнесем исследования в области материаловедения, конструирования и расчета дорожных одежд, разработки новых технологий и совершенствования методов организации строительства.
Материаловедческие решения направлены
на:
- поиск составов смесей, обладающих каркасной устойчивостью к пластическому деформированию при испытаниях на сдвиг и трехосное сжатие, что актуально как для асфальтобетонных смесей [4, 5], так и для смесей из зернистых материалов [6, 7];
- разработку добавок, в том числе из отходов промышленности, к органическим вяжущим материалам, снижающих пластичность
смесей, что эффективно для смесей и грунтов с органическим вяжущим [8, 9];
- исследования в области применения медленнотвердеющих вяжущих, позволяющих добиваться эффекта набора прочности в течение длительного периода [10], что повышает сопротивление смеси, обработанной такими вяжущими, накапливанию остаточных деформаций на длительном отрезке эксплуатации дорожной конструкции.
Новые технологии позволяют улучшать качество строительства и увеличивать однородность показателей прочности и деформируемости материалов в слоях дорожной одежды. Усовершенствованные способы организации строительства приводят к рациональным расчетам дальности транспортирования горячих асфальтобетонных смесей и обеспечению оптимального температурного режима их укладки и уплотнения [11, 12, 13].
Задачи, решаемые в области совершенствования расчетов дорожных одежд, дают возможность внедрять в практику проектирования новые решения, позволяющие конструировать деформационно-устойчивые слои из известных материалов. Критерием создаваемых методов расчета служит условие, в соответствии с которым фактическая глубина колеи, формирующаяся в результате накапливания остаточных деформаций, не может превышать предельных значений. Предельные значения глубины колеи оговариваются в нормативных и методических документах, а их обоснованию посвящены отдельные научные работы [14]. Для прогнозирования процесса развития колеи применяют численные методы1 [15], аналитические решения [16, 17, 18, 19] и эмпирические формулы, полученные на основе лабораторных [20, 21, 22, 23] и натурных испытаний [24, 25, 26, 27, 28, 29].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В целях рационального конструирования деформационно-устойчивых дорожных одежд представляют интерес данные натурных испытаний, позволяющие определить причины формирования колей в конструкциях из различных материалов и разной капитальности. Такие данные получены в рамках международной программы полномасштабных ускоренных испытаний покрытий (Full-scale Accelerated Pavement Testing «f-sAPT»), при реализации которой выполнены испытания дорожных конструкций в
1 Горшков Н.И. Разработка и внедрение геомеханического обеспечения проектирования транспортных сооружений на основе метода конечных элементов: дис....д-ра техн. наук по специальности 05.23.11. Хабаровск, 2016. 389 с.
Рисунок 1- Кольцевыестенды[30,31, 32]: а - имитаторуниверситета Кентербери(НоваяЗеландия,южныйостров);
б - имитаторНантскогоуниверситета(Франция); в - имитаторАндскогоуниверситета(Колумбия)
Figure 1- Ringstands[30,31, 32]: а - simulatorof the CanterburyUniversity (NewZealand,SouthIsland);
б - simulatorofthe NantesUniversity (France); в - simulatorof the AndesUniversity (Colombia)
Австралии, Бразилии, Германии, Голландии, Китае, США (штаты Вирджиния, Дааата, Индиана, Калифорния, Канзас, Луизиана, Миннесота, Флорида и др), Швеции, ЮАР, Японии. Безусловна, чта такие экспериментальные данные уникальны и могут бить использованы во многих странах мира. Испытания проводятся при помощи кольцевых стендов, прииеряеиых для специально построенных аарструаций, или имитаторов колесной нагрузки, аатарые используют для испытаний дорожных одежд, как на опытных полигонах, так и конструкций на эксплуатируемых дорогах.
Кольцевые стенды приведены на рисунке 1 [30, 31, 32].
^ла^оые стенды араменяютна опытных nагигарах, на которых преБваритегьра устраивают испытываемую конструкцию Баражрай одежды. При строительстве дорожной аБежБы в нее устаравгивают датчики, позволяющие измерять Бефариации [30, 32, 33]. Согласно ОДМ 218.2.001-20172 такие измерения называют терззметричесаими наблюдениями, nрииеряеиыии для ацераи напряженно-деформированного састаярия аарструаций. До-стаирстваи этих испытаний является возможность расположения Батчиаав по ггурире как на границах раздела слоев, так и внутри слоя. При арраратае данных иажра судить о вагаБе того или ирага слоя Баражрай одежды, а также
2 ОДМ 218.2.091-2017 Геотехтхческхй мониторинг сооружений хтжетертой защиты автомобильных дорог. - М. савтодор, 2017. - 91 с.
Ро-
РаЗДЕЛ III.
строительство и зрхитектура
грунта земляногопозотна в смещение поверх-номти ос^крь^т^о^?^, нак0смрнр0н в р^в^е^у^^ воздействие нагрузки.
На ра гфивьдены лкнейные «зеиa-
торы н«движнo0 таф°ьки [34, СЗо, 36, КЗ'7], достоинством который являеесв тoнмaжooсть их туанспop^-иpoвки. 10—0X^0 тoппз иiv^р^t^i приодряют как длявр«ыиaниOко^^стoс«OиИl по-cтpoрвных наупытныспo7игoнax,тaк и о орож-н^юс одежд на 7кcплyaтиpеeмыx7«аoянаp дордг
Аилии pезсP07aтс>в аo7еп■уе«й
гзтноляет oпр««аоиeн услонив, пво иетотых оьуеделеннзь элемент доуожноь констуек-яои вньаиe нaибол«шиo в ндкопденндю
всей оистимио «зоуржнао е^с^^а - ивмлжниз ползтно» остаточоею ,пeфopмяLIнp илиглз озно кряеи нaпolфыинol Танке импеиoа еюз мижностн олследования еeлoвoO, пр« ютовых дeфoам«ции рlaнeвиaло онОЯ
явеяются дьфоoмаикоЬ едвигв.
Рисунок2-Имитаторы подвижной нагрузки [34,35, 36, 37]: а- Caltrans/UCPRC HVS; б - FloridaDOT; в - TxDOT MLS (обновленный вариант); г - Kansas APT;
д - Indiana DOT APTF; е - Louisiana DOTD ALF
Figure 2 - Moving load simulators [34, 35, 36, 37]: а - Caltrans/UCPRC HVS; б - FloridaDOT; в - TxDOT MLS (updated version); г - Kansas APT;
д - Indiana DOT APTF; е - Louisiana DOTD ALF
Одним из вариантов исследования глубин колей, формирующихся в результате дефор-мирзвария Баражрых аарструаций, является отрывка траншей. Траншеи располагают перпендикулярно оси дороги, в них разбивают первоначальные nаверхрасти слоев, закре-
пляя натянутым шпагатом, или прорисовывают мелом. Траншеи дают наглядное представление о Бефариираварии nаверхрасти каждого конструктивного слоя. Иллюстрация траншей и деформированных слоев Баражрай аБежБы nривеБера на рисунке 3.
Рисунок 3 - Исследования деформирования слоев дорожной одежды в траншеях, отрытых перпендикулярно оси дороги [38, 43, 44, 45]: а - шоссе SR 267 (Невада, США); б - шоссе SH 28 East (Миссисипи, США); в - шоссе US 281 (Техас, США); г - шоссе US 64 East (северная Каролина, США);
д - улица 24-я Северная (Омск, Россия); е - шоссе S11 (США)
Figure 3 - Research of the layers' deformation on road pavements in trenches perpendicular to the axis
of the road [38, 43, 44, 45]: a - highway SR 267 (Nevada, USA); 6 - highway SH 28 East (Mississippi, USA); e - highway US 281 (Texas, USA); a - highway US 64 East (North Carolina, USA);
d - 24, Severnaya St. (Omsk, Russia); e - highway S11 (USA)
Нами проанализированы научно-технические отчеты [38, 39, 40, 41, 42] и публикации [32, 43, 44, 45], в которых приведены иллюстрации колей в траншеях, результаты измерений их глубин, деформаций поверхностей слоев и даны сведения о дорожной конструкции и условиях ее эксплуатации. На основе анализа выделили три модели условий развития колеи в нежестких дорожных одеждах с асфальтобетонным покрытием.
Анализируя данные рисунка 3,а,б, можно заметить, что основной причиной возникновения колеи является деформирование слоев, подстилающих однослойное асфальтобетонное покрытие. Боковые выпоры колеи, отчетливо просматривающиеся на рисунке 3,б, обусловлены деформациями основания из зернистого материала, который в данном случае испытывает деформации сдвига. Асфальтобетон в верхнем слое не имеет четко выраженных деформаций, а незначительное изменение толщины этого слоя может объясняться износом покрытия. При этом величина износа много меньше глубины колеи. Основной причиной колейности, возникающей в дорожных одеждах с покрытием переходного типа, характеризующихся суммарной толщиной слоев из материалов, обработанных органическим вяжущим, до 12 см, следует считать деформации, возникающие в слоях оснований из зернистых материалов и грунтах земляного полотна. Эти деформации носят упругопластический характер и обуславливаются двумя составляющими: уплотнением и сдвигом. Уплотнение возникает в результате воздействия шаровой составляющей тензора напряжений, а сдвиг -девиатора напряжений.
Объяснение такому поведению материалов можно дать из анализа методов расчета тонких пластин, базирующихся на гипотезах об их работе при изгибе. Расчетная схема тонкой пластины предполагает, что при ее изгибе материал не испытывает вертикальных нормальных напряжений или деформаций. При расчете тонких пластин вводится допущение об их плоском напряженном состоянии3. Такое допущение называют гипотезой о ненадавливании продольных волокон. Эта гипотеза постулирует, что вертикальное нормальное напряжение много меньше горизонтальных
нормальных напряжений, вследствие чего вертикальное нормальное напряжение можно принять равным нулю4. Отсутствие вертикальных деформаций в тонкой пластине также является допущением, которое называют гипотезой плоских сечений или гипотезой Бер-нулли. Эта гипотеза постулирует, что поперечные сечения, плоские и перпендикулярные к оси балки до деформации, остаются плоскими и перпендикулярными к изогнутой оси после ее деформации.
Анализ данных рисунка 3,а,б позволяют утверждать, что к асфальтобетонным покрытиям одежд переходного типа применимы гипотезы изгиба тонких пластин. Следовательно, вертикальными деформациями асфальтобетона можно пренебречь, а причиной возникновения колеи следует считать деформации слоев из зернистых материалов основания и грунтов земляного полотна.
Усовершенствованные покрытия капитального типа, имеющие суммарную толщину слоев из материалов, обработанных органическим вяжущим, более 18 см, работают на изгиб как толстая плита и испытывают вертикальные компоненты напряжений и деформаций. Подобное деформирование приведено на рисунке 3,в и рисунке 3,е, причем на рисунке 3,е дана иллюстрация локализации деформаций в верхнем слое, так называемой «вечной» дорожной одежды [43]. Такая колея является поверхностной, формирующейся за счет деформирования слоев покрытия.
На рисунке 3, д и более детально на рисунке 4 приведены результаты наших исследований [44], иллюстрирующие накапливание деформаций в глинистом грунте земляного полотна дороги, расположенной по ул. 24-я Северная г. Омска. Особенностью ул. 24-я Северная является отсутствие грузового движения, наибольшими нагрузками значатся автобусы с коэффициентом приведения к расчетной нагрузке 0,7. Траншея устроена на расстоянии 10 м от пересечения с дорогой по ул. Герцена, а измерения выполнены: по правой стороне движения за светофорным объектом в пределах участка разгона транспорта и по левой стороне движения в пределах участка торможения транспорта перед светофором.
3 Макаров Е.Г. Теория пластичности и ползучести для инженеров (курс лекций). - СПб : БГТУ-Военмех, 2017. - 140 с.
4 Завьялов В.Н., Мартынов Е.А., Романовский В.М. Основы строительной механики пластин: учебное пособие - 2-е изд., испр. - Омск : СибАДИ, 2012. - 116 с.
Рисунок 4 - Иллюстрации измерений толщин слоев дорожной одежды при обследовании колеи на участке разгона
проезжей части по ул. 24-я Северная в г. Омске: а - общий вид траншеи с натянутым шпагатом между слоями; б - измерение толщин слоев между колей; в и г -измерения общей толщины асфальтобетонных слоев и деформации земляного полотна в сечении с максимальной
глубиной колеи
Figure 4 - Illustrations of measurements of thickness of the layers of road pavements at survey of a rut on
an acceleration lane of the traffic way on 24-ya Severnaya St. in Omsk: a - general view of the trenches with stretched twine between the layers; б - measurement of the thickness of layers between the cart-ruts; в and г - measure of the total thickness of asphalt layers and deformation of the highway subgrade in cross-
section with the maximum rut depth
При обследовании дорожной одежды на участке разгона в траншее установлено, что глубина внешней колеи составляет 24 мм, а внутренней - 22 мм, причем суммарная толщина слоев из асфальтобетона 27 см в любой точке поперечного профиля. Деформация земляного полотна в центре внешней колеи составила 20 мм, а внутренней - 17 мм. Таким образом, вклад деформаций грунтов земляного полотна в глубину колеи будет 77% по внутренней колее и 83% по внешней колее. Поверхность дополнительного слоя основания из песка деформирована на 22 и 20 мм по внешней и внутренней колее. Таким образом, остаточные деформации, накопленные песчаным дополнительным слоем основания, составляют 2 мм по внешней колее и 3 мм по внутренней колее. Следовательно, вклад деформаций песчаного слоя в глубину колеи
будет 8% по внешней колее и около 14% по внутренней колее. Оставшаяся часть деформации 2 мм накоплена щебеночным основанием толщиной 18 см. Таким образом, вклад щебеночного основания во внешнюю и внутреннюю колею составил 8% и 9% соответственно. Такая колея носит глубинный характер и иллюстрирует отсутствие остаточных деформаций слоев в слоях из материалов, содержащих органическое вяжущее. Примечательно, что на участке разгона транспорта отсутствовал износ поверхности покрытия, хотя в г. Омске 6 месяцев в году покрышки на колесах легкового транспорта имеют шипы.
На противоположной стороне движения, то есть в пределах участка торможения, наблюдалась несколько иная картина. На данном участке суммарная толщина асфальтобетонных слоев в колее на 3 мм меньше суммар-
ной толщины этих слоев между колей. Общая ггуPирр внешней азгеи 33 им, а внутренней 20 им. Так, вклад изрзср покрытия и деформаций уплотнения рсфргьтзPетзрр транспортом в глубину азгеи изжрз характеризовать от 0% до^/о. Деформация щебеночного зсрзвррия сзстрвигр те же 2 им, но его вклад в глубину азгеи уменьшился до 6% и 7% соответственно по внешней и врутреррей колее. Деформации песчаного слоя будет по врутреррей колее 3 им, а по внешней - 4 им. Поэтому вклад ще-Pерзчрзгз зсрзвррия в общую глубину азгеи составляет 10-12%. Деформации земляного nзгзтрр по внешней и внутренней колее 21 и 24 им соответственно. Значит, вклад грунта земляного nзгзтрр в глубину колеи 72-73%.
Усзвершерствзврррые покрытия облегченного типа, хррратеризующиеся суиирррзй толщиной слоев из иртериргзв, обработанных органическим вяжущим, 12-18 си могут работать по ЗБPЗй из этих двух схем.
При нагреве асфальтобетонного покрытия зPгегчеррзгз иги арnитргьрзгз типа до высоких температур, вязкость битумного вяжущего существеррз уменьшается, и плита утрачивает способность работать на изгиб. В этом случае асфальтобетон и материалы, обработанные ритуизи, nзБзPрз зернистым материалам, испытывают трехосное сжатие, претерпевая деформации сдвига. Такая схема формирования колеи nривеБерр на рисунке 3,г. Отличительной чертой такого Бефзриирзвррия является уменьшение толщины асфальтобетонного слоя в пределах полосы наката и ее увеличение в боковом выпоре. Колея рзсит поверхностный характер, но развивается за счет деформаций сдвига.
Попытки агрссифиарции колей принима-гись в различных работах [38, 30, 46]. Авторы работ [38, 46] колеи, формирующиеся на поверхности рсфргьтзPетзррых покрытий, разделяют на три типа, два из которых зтрзсятся к поверхностной азгее, а ЗБИP тип к ггуPиррзй колее. Пзверхрзстрря колея возникает всгед-ствие изрзср иатериага покрытия иги из-за рестрригьрзсти иатериага верхнего слоя, например рсфргьтзPетзрр. ГгуPиррря колея называется структурной колеей, обу^ав™-вающейся Бефзрирцияии грунтов зеигярзгз nзгзтрр и слоев Бзрзжрзй ЗБежБы, подстилающих покрытие.
Колея изрзср образуется за счет отделения частиц асфальтобетона с nзверхрзсти покрытия. Местами сосредоточения такой азгеи являются участки торможения [46], а иртерсиврзсть ее развития возрастает в зимний период. Это объясняется двумя причинами. Авторы работ [38, 46] указывают, что при борьбе с зимней скользкостью на поверхность покрытия подаются абразивные материалы, например песок. Трение абразива о nзарытие увеличивает износ [46]. В работе [47] исследовано вгиярие шипов на глубину азгеи изрзср, а шипы рассматриваются в качестве главной причины износа. Таким зрррззи, для образования азгеи изрзср резPхзБИиыии усгзвияии являются участки торможения и зимний период года.
С таким типом азгеи мы стзгаругись при обследовании покрытия автзизPигьрзй дороги по уг. 1-я Черелзвая, расnзгзжеррзй в г. Омске, иллюстрации полевых измерений и отбора проб nривелеры на рисунке 5.
Колея, nрзтяжеррзстью 12 и, возникла на участке торможения реnзсрелстверрз на съезде с уг. 1-я Чередовая на уг. Невского (рисурза 5, а). Реизрт обеих угиц выполнен в августе и сентябре 2016 г., а наше обследование датируется 13.11.2010 г., таким образом, отремонтированный участок эксплуатировался в течение 3 гет. Дорожная азрструация представляет собой существующую дорожную злежлу, реизрт которой выnзгрер путем фрезерзвария асфагьтзPетзррзгз покрытия на среднюю глубину 4 си и устройством двух новых слоев из горячих асфагьтзPетзррых смесей. Нижний слой является выравниваю-щии слоем, он устроен из горячей пористой иегаззерристзй смеси. Верхний слой толщиной 5 си выnзгрер из горячей, плотной, иег-аззерристзй асфальтобетонной смеси типа А, марки II.
Глубина азгеи зnрелегягась путем измерения максимального просвета под двухметровой рейкой, что сззтветствует требованиям ОДМ5, а также требованиям ОДН 218.0.0062002, являвшегося действующим нормативным документом на изиерт приемки автомобильных дорог и ввода их в эксплуатацию. Из анализа рисунка 5,а следует, что колея обра-ззвагась на участке торможения, и сзггасрз рисунку 5,в имеет глубину 60 им, что превы-
5 ОДМ РеазреPБPЦии по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных зБежБPх. Ч. 1. Методика изререрий и зцераи эасnгуртрцизррзгз состояния дорог по глубине азгеи. - М. : РзсрвтзБзр, 2002.
Рисунок 5 - Обследование колеи на дороге по ул. 1-я Чередовая в г. Омске: а - измерение глубины колеи под 2-х метровой рейкой; б - отбор кернов из колеи и между колей; в - результат измерения глубины колеи 60 мм; г - иллюстрации различий поверхностей кернов, взятых из колеи и
между колей
Figure 5 - Inspection of the rut on the road surface on 1-ya Cheredovaya St. in Omsk: a - measure of the depth rut under the 2 meter rail; б - core drilling out of the rut and between the ruts; в- rut depth measurement result of 60 mm; г - illustration of differences in surface core drilling of the rut and between the ruts
шает предельные значения, регламентируемые ГОСТ Р 505976 для дорог, относящихся к группам угиц Б и В. Дгя определения причины формирования колеи использована методика, рекомендуемая ОДН7, дополненная нами измерениями толщин кернов, взятых из дна колеи (в Баррзм случае из внутренней колеи) и межко^^^ого пространства, расположенного между внешней и внутренней колеями. Иллюстрация отбора приведена на рисунке 5, б.
При визуальном осмотре наше внимание привлекло различие поверхностей асфальтобетонного покрытия на дне колеи и между колей. Такое различие показано на примере отличий поверхностей кернов, nреБCтавгеррых на рисунке 5,г. При изиерерии толщин зррару-жиги nзгрзе отсутствие верхнего слоя покрытия у кернов, взятых со дна азгеи. У кернов, зтзPраррых между колей, толщина верхнего слоя сзставига 4,8 им, что на 2 им меньше
6 ГОСТ Р 50597-2017. Дороги автомобильные и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения. Методы контроля. Введен в действие 01.06.2018. Взамен ГОСТ Р 50597-93 - М. : Стандартинформ, 2017. - 28 с.
7 ОДМ Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных одеждах. Ч. 3. Рекомендации по устранению колей на автомобильных дорогах. - М. : Росавтодор, 2002.
проектной толщины. Керны доставлены в лабораторию и испытаны в соответствии с требованиями ГОСТ 12801-988 на предмет определения соответствия асфальтобетона и смеси требованиям ГОСТ 9128-201 39. В результате установлено, что асфальтобетон верхнего конструктивного и нижнего выравнивающего слоя и примененные для их устройства горячие асфальтобетонные смеси соответствуют всем требованиям государственного стандарта. Измерения толщин выравнивающего слоя в кернах, отобранных из одного и того же поперечного сечения со дна внутренней колеи и между колей, позволили сделать вывод об их одинаковых значениях. В соответствии с этим результатом констатировали отсутствие износа нижнего выравнивающего слоя. Поэтому причиной колеи является полный износ верхнего слоя покрытия из горячей, плотной, мелкозернистой асфальтобетонной смеси типа А, марки II на величину 50 мм и деформирование нижележащих слоев существующей дорожной одежды и грунтов земляного полотна на величину 10 мм. Таким образом, на участках торможения износ покрытия является основной причиной образования колеи, обуславливающей ее глубину на 83%, и только 17% глубины колеи объясняется деформированием слоев дорожной одежды и грунтов земляного полотна.
Исследованию механизма износа покрытия посвящена одна из последних кандидатских диссертаций, выполненная А.И.Котовым 10. Суть гипотезы А.И. Котова состоит в том, что процессу износа сопутствует образование в асфальтобетоне сетки пор, в которую попадает вода, а под воздействием нагрузки от колеса автомобиля вода создает поровое давление. Возникновение такого давления способствует интенсификации износа.
Этой интересной и новой гипотезе мы нашли экспериментальное подтверждение, полученное при обследовании колеи на автомобильной дороге по ул. Д. Бедного в г. Омске. Ремонт автомобильной дороги произведен одновременно с ремонтом дорог по ул. Невского и 1-я Челюскинцев. Работы на всех дорогах выполнены одним и тем же подрядчиком, приготавливав-
шим горячие пористую и плотную асфальтобетонную смесь на одном заводе из одинаковых материалов. Конструкции дорожных одежд одинаковые и включают в себя выравнивающий слой из горячей пористой асфальтобетонной смеси и верхний слой толщиной 50 мм из горячей плотной смеси типа А, марки II. Участок с колеей, обнаруженной на автомобильной дороге по ул. Д. Бедного, имеет протяженность 336 м и расположен от перекрестка с ул. 10-я Чере-довая до перекрестка с ул. Полторацкого.
На обследуемом участке отбирались пробы асфальтобетона в виде кернов со дна колеи и между колей. Для отбора проб выбрано две точки: одна точка с колеей глубиной 30 мм в районе остановки ул. Полтарацкого, а вторая напротив дома 114 по ул. Д. Бедного (рисунок 6).
Обе точки отбора расположены в пределах одного прямолинейного участка. Первая точка находится в районе ост. «Ул. Полторацкого» на расстоянии 40 м от пешеходного перекрестка, то есть вне пределов участка торможения. Глубина колеи составляет 30 мм, а толщина верхнего слоя в кернах, отобранных со дна колеи, 42 мм, а в кернах, взятых между колей 45 мм. Значения контролируемых параметров обоих асфальтобетонов и их смесей соответствуют требованиям ГОСТ 9128-2013. Таким образом, износ составляет 3 мм, а оставшаяся часть колеи глубиной 39 мм обусловлена деформациями материалов слоев оснований и грунтов земляного полотна. Коэффициенты уплотнения плотного асфальтобетона составили 0,99 для верхнего слоя и 0,98 для нижнего слоя, они соответствуют требованиям СП 78.13330.2012 и имеют такие же значения, какие были получены специалистами строительного контроля три года тому назад. Следовательно, деформации уплотнения асфальтобетона колесами транспортных средств за предшествующие нашим исследованиям теплые периоды эксплуатации дороги можно исключить. Это значит, что износом верхнего слоя покрытия объясняется 10% глубины колеи, а причиной формирования оставшейся части колеи глубиной 90% следует считать деформации земляного полотна и слоев дорожной одежды, подстилающих покрытие.
8 ГОСТ 12801-98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний. Введен в действие 01.01.1999. Взамен ГОСТ 12801-84. - М. : ГУП ЦПП, 1999. - 54 с.
9 ГОСТ 9128-2013. Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия. Взамен ГОСТ 9128-2009. Введен в действие 01.11.2014. - М. : Стандартинформ, 2014. - 51 с.
10 Котов А.И. Повышение износостойкости покрытия автомобильной дороги при наличии влаги в верхнем слое. Автореферат дис. ... к-та техн. наук по спец. 05.23.11. Воронеж, ВГТУ, 2019 - 19 с.
Рисунок 6 - Обследование колеи на дороге по ул. Д. Бедного в г. Омске: а - измерение глубины колеи в точке ост. «Ул. Полторацкого»; б - отбор кернов из колеи и между колей; в - результат измерения глубины колеи 30 мм; г - иллюстрации измерения толщины верхнего слоя асфальтобетонного покрытия; д - измерение глубины колеи в точке напротив д. 114 по ул. Д. Бедного;
е - отбор кернов со дна колеи
Figure 6 - Survey of a rut on the traffic way on D. Bednogo St. in Omsk: a - measuring the depth of the rut at the point ««ost. Poltoratskogo St.»; б - core drilling from the rut and between the ruts; в -result of measuring the depth of the 30 mm rut; г - illustrations of measuring the thickness of the asphalt surface course; д - measuring the depth of the rut at the point ««opposite 114, D. Bednogo St.».; e - core drilling from the bottom of the ru.
Рисунок 7 - Измерение глубины внешней и внутренней колеи на дороге по ул. Интернациональная: а - измерение глубины внешней колеи; б - результат измерения глубины внутренней колеи
Figure 7 - Measuring the depth of the external and internal rut on the traffic way on the International St.: a - external rut depth's measurements; b - result of measuring the depth of the internal rut
Во второй точке, напротив д. 114 по ул. Д. Бедного, глубина колеи составляет 25 мм, а разница толщин верхнего асфальтобетонного слоя в кернах, отобранных со дна колеи и между колей составляет 4 мм. Оставшаяся часть колеи глубиной 21 мм объясняется деформациями грунтов земляного полотна и материалами существующей дорожной одежды. Лабораторные испытания показали, что водо-насыщение асфальтобетона в кернах, взятых со дна колеи, составляет 6,1%, а в кернах, отобранных между колей, оно равно 4,8%. Керны взяты из одного и того же поперечного сечения. Это значит, что покрытие в местах отбора проб устроено из смеси, привезенной одним и тем же самосвалом, причем из одного и того же замеса. Уплотнение произведено при одинаковых условиях. Однако в кернах, отобранных между колей, водонасыщение соответствует требованию «не более 5%», регламентируемому ГОСТ 9128-2013, а в кернах, взятых со дна колеи, этот параметр не соответствует требованиями стандарта. Отсюда следует вывод, что в процессе износа асфальтобетона в этом поперечном сечении в покрытии образовались дополнительные поры, которые могут создавать сетку, а при попадании в нее воды под воздействием транспортной нагрузки могут создавать дополнительное поровое давление, которое приводит к интенсификации процесса износа. Подтверждением этому служит увеличение величины износа от 3 мм (первая точка) до 4 мм (вторая точка). Причем для второй точки вклад износа в общую глубину колеи составляет 16%, а для первой точки
10%. Поэтому предложение А.И. Котова заслуживает внимания. При этом отметим, что обе точки полевых измерений и отбора проб находятся вне участков торможения транспорта и наибольший вклад в развитие колеи вносят деформации материалов в нижележащих слоях и грунтов земляного полотна. Этот вклад составляет 90% для первой точки и 84% для второй точки отбора.
Также следует отметить, что необходимо разрабатывать методики расчета дорожных одежд, позволяющие учитывать вклад процесса износа поверхности покрытия в глубину колеи. Кроме того, развитие сетки пор, происходящее в процессе износа асфальтобетона, свидетельствует об увеличении его повре-жденности. Поэтому актуальны работы, выполняемые в направлении модификации методов расчета дорожных одежд, путем учета увеличения поврежденности асфальтобетона в процессе эксплуатации дороги.
Практический интерес вызывает изучение колей, образующихся в местах кратковременных стоянок транспортных средств и на участках подхода к ним. Такая колея обнаружена нами на дороге по ул. Интернациональная в г. Омске. На рисунке 7 приведена иллюстрация измерения глубины колеи в сечениях участка напротив остановки общественного транспорта «Главпочтамт».
Особенностью колеи на обследуемой дороге является то, что она распространена на протяжении всей улицы на участке от остановки «Кинотеатр В. Маяковского» до перекрестка с ул. Герцена. На основном протяжении глубина
колеи на момент обследования была одинаковая и составляла 4 мм, но в районе остановки «Главпочтамт» глубина колеи увеличивается и на крайней правой полосе движения достигает значений 72 мм по внешней полосе наката и 50 мм на внутренней полосе наката. Причем по длине колеи, равной 80 м, ее глубина изменяется, достигая максимальных значений в местах наиболее длительной стоянки автобусов. Результаты измерения глубин колей в сечениях, расположенных на расстоянии 10 мм друг от друга, приведены в таблице 1.
Ремонт дорожной одежды выполнен летом 2016 г, а обследования проведены 10.10.2018 г. Конструкция дорожной одежды представляет собой двухслойное асфальтобетонное покрытие с верхним слоем толщиной 50 мм из горячей плотной, мелкозернистой асфальтобетонной смеси типа Б, марки II и нижним выравнивающим слоем из горячей пористой мелкозернистой асфальтобетонной смеси, а также существующей дорожной одежды и земляного полотна из суглинка легкого песчанистого. При выполнении ремонта существующее покрытие фрезеровалось на среднюю глубину 4 см, после чего выполнялось устройство выравнивающего и конструктивного асфальтобетонных слоев.
В пределах обследуемого участка колеи на крайней правой полосе останавливаются автобусы, интенсивность движения которых в обоих направлениях составляет 2953 автобусов в сутки. В ходе обследований из сечений, расположенных в пределах поперечных профилей,
отбирались керны. Местом отбора, также как и в предыдущих случаях, служили дно колеи и пространство вне колеи, и боковые выпоры внешней колеи. В результате установлено, что разница толщин верхнего слоя в кернах, взятых со дна колеи и из боковых выпоров, составляет 2-4 мм. Отличие толщин верхнего слоя в кернах, взятых со дна колеи и между колей, находится в пределах 2-8 мм. Поэтому деформации сдвига асфальтобетона нами исключены, глубина колеи, обусловленная износом покрытия, может составлять до 8 мм. При этом нужно принимать во внимание факт отличия коэффициентов уплотнения. Асфальтобетон верхнего слоя в кернах, отобранных между колей и боковых выпоров, имеет коэффициент уплотнения 0,99, а в кернах, взятых со дна колеи, коэффициент уплотнения этого асфальтобетона составил 1,0 в двух пробах и 1,01 в одной пробе. Таким образом, асфальтобетон верхнего слоя в колее доуплотнялся в теплый период года нагрузкой от автобусов. Аналогичное различие коэффициентов уплотнения характерно для горячего пористого асфальтобетона выравнивающего слоя, его коэффициент уплотнения в кернах, отобранных между колей, составил 0,98, в кернах, взятых из боковых выпоров 0,98, а в образцах, извлеченных со дна колее 1,01 (два образца) и 1,0 (один образец). Поэтому часть колеи глубиной 8 мм обусловлена как износом верхнего слоя, так и уплотнением асфальтобетона в обоих слоях нагрузкой от автобусов.
Таблица 1
Результаты измерения глубины колеи по полосам наката
Table 1
Results of measuring the depth of the rut on the coasting strips
Полоса движения Направление Адрес точки измерений Глубина колеи, мм
хода измерений ПК+ Внешняя Внутренняя
0+00 6 5
0+10 22 20
0+20 30 13
В сторону ул.Герцена 0+30 55 24
Крайняя правая 0+40 72 41
0+50 55 50
0+60 36 29
0+70 30 24
0+80 43 24
В этом случае износ асфальтобетона верхнего слоя и уплотнение асфальтобетона обоих слоев объясняет до 13% глубины колеи, причиной оставшихся 87% необходимо считать деформации грунтов земляного полотна и слоев существующей дорожной одежды. Причем в данном случае деформирование слоев основания из зернистых материалов и земляного полотна повлекло появление выпоров колеи, что свидетельствует о явном проявлении деформаций сдвига хотя бы в одном из этих слоев, то есть по аналогии с рисунка 3, б. На этом рисунке отчетливо виден выпор в слое из зернистого материала, образовавшийся в результате сдвига и ставший причиной выпора колеи на асфальтобетонном покрытии.
Считаем, что важным фактором, объясняющим большую глубину колеи на этом участке, является продолжительность действия нагрузки. Наибольшую глубину колея имеет в центральной части, то есть в месте наиболее длительной стоянки автобусов. В результате чего развивается деформация ползучести. Обнаруженные условия формирования колей в местах кратковременных стоянок требуют их более тщательного учета при проектировании дорожных одежд.
Для структурной (глубинной) колеи характерна практически одинаковая толщина слоев покрытия и основания дорожной одежды в колее и за ее пределами. По данным работы [38] основной причиной такой колейности являются остаточные деформации, накапливаемые в земляном полотне. Исследуя такие колеи, износ покрытия не обнаруживают или он незначителен, на что прямо указано в работе [38].
Колея, обусловленная нестабильностью материала верхнего слоя, объясняется возникновением деформации сдвига. Такая колея формируется по пути следования колеса, а за его пределами формируется боковой выпор [38].
В работе [39] выполнена классификация колей для дорожной одежды со слоями из зернистых материалов. Авторы выделили три типа колей. Колея первого типа образуется за счет деформаций уплотнения слоя из зернистого материала, уложенного на стабильное земляное полотно. Обязательным условием такого деформирования является отсутствие тяжелых нагрузок и хорошее уплотнение слоев из зернистых материалов и земляного полотна. Авторы работы [39] отмечают, что в районах с промерзающими грунтами данное
деформирование может быть нарушено. Дело в том, что деформации морозного пучения приводят к разуплотнению грунтов земляного полотна, после чего они накапливают остаточные деформации. В этом случае, по данным авторов работы [39], колея первого типа может перейти в колею второго типа. Колея второго типа формируется за счет деформаций сдвига в грунте земляного полотна. Такая колея может возникать и без разуплотнения земляного полотна, для формирования необходимо возникновение больших напряжений, вызывающих деформации сдвига. Вторым условием образования колеи является существенное увлажнение земляного полотна, например в результате оттаивания грунтов, после глубокого сезонного промерзания [39]. Третий тип колейности обусловлен деформациями сдвига зернистого материала по поверхности скольжения, возникшей в слое. При достаточной толщине слоев дорожной одежды деформирования земляного полотна не происходит. Причина такой колеи состоит в промерзании и последующем оттаивании самого слоя из зернистого материала. В этом случае слой испытывает деформации сдвига, но в процессе эксплуатации повторно уплотняется транспортными нагрузками [39]. Данная колея характерна для северных стран [39].
Особый интерес представляют работы, в которых измерялись деформации поверхности слоев дорожной конструкции. На рисунке 8 приведены результаты измерения деформаций поверхностей слоев дорожных конструкций, представленных в таблице 2 [33]. Испытания проведены имитатором HVS, снабженным одним колесом со спаренной шиной, имеющей возможность смещать траекторию движения по ширине. Смещение проходов задается программой и необходимо для имитации распределения проходов шины по ширине полосы наката. Этот имитатор HVS находится в совместном владении Швеции и Финляндии.
Из анализа данных на рисунке 8 несложно определить, что по центру колеи в сечении х=0 глубина колеи на поверхности конструкции типа 1 составляет 61 мм, а типа 2 - 2-44 мм. Используя графоаналитический метод можно определить деформацию материала каждого слоя и вклад этого слоя в общую глубину колеи. Это реализуется путем определения местоположения поверхности рассматриваемого элемента конструкции до и после деформирования.
^а) Расстояние от центра колеи, см ^ -100 -50 0 50 100
Расстояние от центра колеи, см -100 -50 0 50 100
100
0
s
5 -100
03
ЭС M -200
Ю
-300
-400
-500
/■N /X —
_____' rur-
©
©
©
100
0
s
s -100
o3
К M -200
Ю
>> -300
-400
-500
/"N._
----- ©
ИГ
©
—-- ©
Рисунок 8 - Форма колеи и деформирование поверхностей слоев дорожных одежд [33]:
а - конструкция типа 1; б - конструкция типа 2; 1 - 5 конструктивные элементы, материалы которых приведены в таблице 2
Figure 8 - Shape of the rut and deformation of the surfaces of the road pavements' layers [33]:
а - type 1 construction; б - type 2 construction; 1 - 5 structural elements, the materials of which are given in the table 2
Таблица 2
Материалы слоев дорожных одежд рисунка 8
Table 2
Materials of the road pavements' layers on the figure
Номер на рисунке 8 Материал конструктивного слоя и модуль упругости Толщина, мм
Тип 1 Тип 2
1 Слой износа 12 13
2 Зернистый материал, Е=240 МПа 191 103
3 Зернистый материал, Е=180 МПа 194 204
4 Земляное полотно (грунт песок), Е=80 МПа - -
5 Зернистый материал, обработанный битумной эмульсией, соответствующей требованиям стандарта Швеции (ВЕ 65М В180), Е=600 МПа - 91
Примечание: на рисунке 8, б положение нижней границы слоя износа не показано (на границе раздела слоев износа и покрытия датчики не устанавливались).
Начальное местоположение определяется суммой толщин слоев, расположенных выше рассматриваемого элемента. Местоположение поверхности этого же элемента конструкции после деформирования определяется по графику рисунка 8. Например, начальное местоположение поверхности земляного полотна в точке х=0 составит 12+191+194=397 мм, а ее местоположение на рисунке 8 составляет 414 мм. Следовательно, накопленная песчаным земляным полотном остаточная дефор-
мация в точке х=0 составляет 17 мм. Далее определяя местоположение поверхности нижнего слоя конструкции типа 1 до и после деформирования, и вычитая из их разности деформацию земляного полотна, получим, что деформация материала в этом слое составила 30 мм или 49% от глубины колеи.
В таблице 3 приведены результаты расчета деформаций, накапливаемых каждым элементом обеих дорожных конструкций, и указан их вклад в колею.
Таблица 3
Деформации элементов дорожной конструкции
Table 3
Deformation of road structure elements
Тип конструкции Материал конструктивного слоя Деформация слоя, мм (%)
1 Слой износа 0 (0)
Зернистый материал, Е=240 МПа 14 (23)
Зернистый материал, Е=180 МПа 30 (49)
Земляное nзгзтрз (песок), Е=80 МПа 17 (28)
Суммарная Бефзррация всех эгерертзв 61(100)
2 Зернистый материал, зPраPзтаррий зргаричесаир вяжущим, Е=600 МПа 1 (2)
Зернистый материал, Е=240 МПа 25 (56,8)
Зернистый материал, Е=180 МПа -22 (-50)
Зергярзе полотно (песок), Е=80 МПа 40 (91)
Сурраррая деформация всех эгерертзв 44(100)
Особенностью деформирования конструкции типа 2 является отрицательная деформация нижнего слоя дорожной злежлы. Объ-ясрериеи такому деформированию является разуnгзтрерие слоя из зернистого иатериага. Разуnгзтрерие nрзисхзлит по двум причинам. На рисунке 8,б в сечении х=0 на nзверхрзсти этого слоя имеет место выпор иатериага. Таким образом, разуnгзтрерие объясняется деформациями сдвига в этом слое и образованием выпора. Однако высота ларрзгз выпора меньше 22 им. Поэтому лефзриация сдвига лишь отчасти объясняет разуnгзтрерие зернистого иатериагзв в этом слое. Рассматривая nзверхрзсти зеигярзгз полотна и рижрегз слоя зсрзвария на рисунке 8,б изжрз заметить, что по всей ширине в пределах вариации х от -100 до 100 песчаная nзверхрзсть расположена ниже глубины 411 им, на которой находилась эта поверхность до лефзриирзвария. Толщина нижнего слоя зсрзвария по всей ширине больше 204 им, то есть после накатывания колеи толщина рижрегз слоя увеличилась. Такому nзвелерию иатериага изжрз дать только злрз зPъясрерие. В процессе деформирования нижний слой зсрзвария дорожной злежлы азnирзваг зселающую nзверхрзсть песчаного зеигярзгз nзгзтра, и в процессе такого азnирзвария несвязный зернистый материал испытал разуплотнение.
Отсюда следует, что определение вагала зеигярзгз полотна в раазnгеррую на поверхности покрытия деформацию возможно, а расположенных выше него слоев из зернистых материалов затруднительно. Подтверждением служат ларрые эасnерииерта авторов работы [32], выполнивших исnытария 5 конструкций на стенде, nрелставгеррзи на рисунке 1,б. Кзрструации 1-4 имели однослойное асфагьтзPетзррзе по-арытие толщиной 5 си (типы 1 и 2) и 8 си (типы 3 и 4). Основание этих дорожных одежд выполне-рз из зернистого иатериага толщиной 20, 35, 40 и 50 си. Конструкция типа 5 имела двухслойное асфальтобетонное nзарытие суииаррзй толщиной 14 си и основание из зернистого иатериага толщиной 20 си. Земляное nзгзтрз выnзгрерз из песчаных грунтов с излугеи упругости 80110 МПа. В процессе эксперимента приложено 1,5 игн нагрузок с измерением глубины азгеи на nзверхрзсти с последующим устрзйствзи траншей и определением иестзnзгзжерия по-верхрзстей слоев. Несмотря на проделанную работу авторы [32] отмечают, что вклад слоев в накопленную колею им зnрелегить не удалось. Тем не менее они устарзвиги, что в азрструаци-ях типов 1-4 наибольшее лефзриирзварие происходит в слоях зсрзварий из зернистых материалов и песчаных грунтах земляного полотна. В конструкции типа 5 вклад асфагьтзPетзррых слоев значительный.
Рисунок 9 - Форма колеи и деформирование поверхностей слоев дорожных одежд из материалов,
обработанных органическим вяжущим [48]: a - история развития колеи от левого и правого колеса имитатора; б - схема испытательного полигона и отбора кернов в местах С1 - С4; в - схема деформирования слоев с указанием толщин в колее и за ее пределами
Figure 9 - Shape of the rut and deformation of the surfaces of the road pavements layers from materials treated
with organic binder [48]: a - history of rut development from left and right wheel simulator; б - scheme of the test site and core drilling in places C1 - C4; в - scheme of deformation of layers with the indication of thicknesses in a rut and beyond its limits
Данные рассмотренных нами экспериментов свидетельствуют о том, что слои из необработанных зернистых материалов нестабильны, а при передаче на земляное полотно сравнительно больших давлений его грунты способны накапливать большие деформации, составляющие значительную долю от глубины колеи на поверхности покрытия. Поэтому стабилизация зернистых материалов, например путем их обработки вяжущим, позволяет уменьшить интенсивность накапливания деформаций.
На следующем этапе исследования нами выполнен анализ данных о накапливании деформаций в дорожной одежде капитального типа. Данные такого эксперимента приведены в работе [48], а его результаты на рисунке 9.
Испытания выполнены имитатором ALT LAVOC (Швейцария), ось которого снабжена двумя колесами с одной шиной. В качестве
критерия окончания испытания принята средняя глубина колеи 20 им. Средняя глубина колеи определялась как среднеарифметическое значение глубин колеи от левого и правого колеса имитатора. Верхняя часть дорожной одежды включала слои из материалов, обработанных битумами различной вязкости, суммарной толщиной 22 си [48]. Подстилающий слой толщиной 28 си выполнен из пес-чарз-гравийрзй смеси (0-60 им), а земляное полотно из песка мелкого [48].
Анализируя данные рисунка 9,в несложно заметить, что суммарная деформация слоев, обработанных битумом от воздействия левого колеса имитатора, составила 21 им, а общая глубина колеи 24 им. Это соответствует лан-ныи рисунка 3, согласно которым деформации концентрируются в верхних слоях асфальтобетонных покрытий.
Опытная станция на автомобильной дороге Омск - Павлодар
Рисунок10-Иллюстрацияэксперимента: а - общий вид опытной станции; б -фиксация номеров полос при проезде шин
Figure 10 - Illustration ofthe experiment: а - general view of the experimental station; б - fixing lane numbers by the tires' passing
©
■L
Аеализируя этот рисунок, обратам ваима-нсе еа ^ковые выпоры колеив диух резных слоях, лвсдетельстЕ!ующие о деформациа сдерга и рlaтfH|твооcЕx, оТработянные биваомом. Оометом.цто ассlпeабтyca cиоeт яри аг умпьь даaеи coyтаелxво 4к 0С, а нмтаyзкт ив колея! втитатост ся лС. Гымбиню шлет пр^
дтлноoго значения после пpилтжeниx93 Т 0м нагру^л. Отсюда плед^т, что пcиeoнeниe маоериалк1П, о6тоготтроыл ^лугмом, вребует анcлитa усыовий эсcтлyтоaиeo впт рсясмe-дятеl нaЕауeки р 00гсlст0-клeм0т000cким даны нысф, л тто™вном случаы дcоео накаяывялтса пра лcaoбPтевьно нEMмтв числи оятнолolз.
Mыомлпевaнaлcз мaогтоиcбeнныxэкcпe-ртменталвяыв дтоныа с мровcвx c0слтеoвб-нос ктдай на улицах г. Омска (рaбоды выпол-нялмсь ФГБОУ ВО «ХвбАДИ»), мы прмалм к выводу о нeoMxoдиxocдм peopaбмтяикoнстpyя-
ДЖE^lPtalX MepOПpИЯTИЙ, ТозПСЛЯЮЩМХ выраслИ-
вать эи^еУМЯ нжкaлливaммыxдeфo жмaцмй в пределах полос нaкaдa и межколелном про-сдрaнсдве. В данном aспекде прaкдвческвл вн-дерес предсдaвляед ысдролсдво скрыдоколел-ныр дорожныр одежо11.
Исследовaнве необходимо начать с изучения рaрaкдерa распределения проходов шин по аврвне полос дввженвя. Для эдого на эксплуатируемых дорогах с пaрaмедрaмв проезжей частв, соодведсдвыющвмв требованиям СП 34.13330.2012,12 оргaнвзовывaлвсь опыдные
ы-aнцит.Cyте экcпepнлeрca сотлеимо ч л(тм, что на г^бкрыcдт вдоле oсв псceзжяоч асти му-aдбятся бтoyсмoныe полосы1 ют Б1 порядое оозрттлттия им осл л сяoLснт, Стар-Ц1я, ирЕaнизирснвнc на aвдолаУбмьрoй пороге OмcвтПaoлооep паcдсдлeлeнб ра сн^>^i^нко (^.й. Гв уворнке т,д нтавттввлао лоо^ент аpoвздa шин ет ypокдмepoвaнным вмитсаям.
мУбвю,исволн паскиyoдoл тидеосъемиу стaиЕ^yв, припамсщв фскси-
ceтaoeаб помо^ пoJгcc, а п^Алла, кcоаpыр спд»ыeлбoтт вилы атанспортново шредЕЛла прт о-а лрoсндa чер^п оыeeниe лсpoго: Уиcоы яoдлтeале вцоход Ь1 шиl- етyклeоlx aвaoмобя-лсй aaвтoBыств. Этoмсoбcтоатcлeсдyy ^джут те тПмлcлeooT| кcр дасpaбaтыбрeжыe тcмo конструктивные мероприятия предназначений для борьбы с колеей, обуславливающейся дкфcрмтpоeaдиeм слота омловмнмй ворож-е^е.ях одежд хо вeиьиаиыx мaтeтeдтюд в грунтов земляного полоднa. Прв рaсчeдe дaкoр деформаций рaсчeднымo являются нагрузки дoпa А1, А2 в А3. Ирaдoцoонно к данным рaсчeдным нагрузкам одежд коэффициент првведенвя вн-дeнсoвностo оввженвя легковыр aвдомобoлeл првнвмается равным нулю. Поэтому в нашвр исследованиях распределение их проходов по шврвне полосы оввженвя не ычoдывaлось. Тем не менее одмeдoм, что для колев взноса воз-дeлствoe шипованных швн легковыр автомобилей является одним из наиболее значимых
11 ФЕДЛОВСКЕй Н.А. СкрЫТОКОЛЕйНЫЕ КОНСТруКЦЕЕ НЕЖЕСТКЕХ ДОрОЖНЫХ ОДЕЖД ВНуТрЕХОЗЯйСТВЕННЫХ ДОрОГ КОЛХОЗОВ Е совхозов // эвТОреф....КЭНД. техн. НауК. МОСКва: 1987. 16 с.
12 СП 34.13330.2012. АвтОВОбЕЛьные дороге. АКтуалЕЗЕрОванная реДЭКЦЕЯ СНеП 2.05.02-85. Введен в действее 01.07.2013. - М. : ГоССтрой Россее, 2013. - 109 С.
факторов, и при разработке методов прогнозирования износа и мер борьбы с ним пренебрегать интенсивностью движения легковых автомобилей и ее распределением по ширине проезжей части нельзя. Однако специалисты в области трения и износа выделяют целый ряд разновидностей изнашивания контактирующих поверхностей. Поэтому разработка методики прогнозирования износа асфальтобетонного покрытия является сложной контактной задачей, требующей рассмотрения различных типов возможных износов и обоснования основного из них. Из этого следует, что для прогнозирования износа покрытия необходимо разработать принципиально новую методику приведения интенсивности движения легковых автомобилей и прочих транспортных средств к расчетной нагрузке.
Обработку результатов наблюдений по видеосъемке производили в камеральных условиях, фиксируя в ведомости номера полос, в пределах которых осуществлялся проезд шин. Данные учета распределения проходов шин приводили к проходам задней оси автомобиля, колеса которой снабжены спаренными шинами. При проезде такого автомобиля центр каждой шины оказывался в пределах строго определенной пронумерованной полосы. Для автомобилей с задней осью, снабженной шинами с одним баллоном для каждого ко-
леса, фиксировали по две пронумерованные полосы, в пределах которых осуществлялся проезд. Независимо от числа шин, которыми снабжены задние оси транспортных средств, проезд каждого автомобиля позволял выделить 4 пронумерованные полосы, воспринимающие нагрузку.
Транспортные средства, подлежащие изучению распределения проходов шин по ширине проезжей части, были разделены на три группы. Первую группу составляли тяжелые и очень тяжелые грузовые автомобили, седельные тягачи, самосвалы, автопоезда. Ко второй группе отнесены средние и легкие грузовые автомобили, а к третьей группе - автобусы.
На рисунке 11 приведены результаты экспериментальных исследований распределения проходов шин тяжелых грузовых автомобилей, самосвалов, седельных тягачей и автопоездов по ширине проезжей части автомобильной дороги II технической категории с осевой разметкой 1.5 или 1.6 и краевой разметкой 1.2.1 или 1.2.2.
Из анализа данных рисунка 11 следует, что основное число проходов шин расположено в пределах полос шириной 90 см, у которых наиболее нагруженными являются центральные части шириной по 30 см, воспринимающие до 80% воздействий шин от общего числа нагрузок.
Рисунок 11 - Эпюры распределения проходов шин в пределах полосы движения дороги II технической категории: 1 и 2 - внешняя и внутренняя шина левого колеса; 3 и 4 - внутренняя и внешняя шина правого колеса; 5 - суммарная
эпюра
Figure 11 - Plots of distribution of passes of tires within a lane of the road of the II technical category: 1 and 2 - external and internal bus of the left wheel; 3 and 4 - internal and external bus of the right wheel; 5 - total plot
Краевые части шириной по 30 см воспринимают до 50% воздействий шин каждая. В межколейном пространстве реализуется 20% воздействий шин от каждого колеса.
Эпюры распределения проходов шин на рисунке 11 представлены в форме эмпирического дискретного распределения, но их можно обработать методами математической статистики, подобрав теоретический закон распределения проходов для каждой шины. В этом случае распределение будет непрерывным.
Авторы считают возможным выполнять подсчет количества нагрузок при помощи поправочных коэффициентов, задаваемых эмпирическим распределением, подобным распределению, представленному на рисунке 11 (суммарная эпюра). Такие данные можно применять для прогнозирования глубины колеи, причем они пригодны для использования в любом известном методе расчета. Это подтверждается тем, что эмпирические, механико-эмпирические и аналитические методы прогнозирования глубины колеи, независимо от типа математического аппарата, использованного при их разработке, содержат функцию числа нагрузок.
Методы определения числа расчетных нагрузок многократно модифицировались. В результате в инструкциях по проектированию дорожных одежд нежесткого (ВСН 46-7213, ВСН 46-8314, ОДН 18.046-0115) и жесткого типов (ВСН 197-8316, ВСН 197-9117 и ОДМ18) появлялись новые модифицированные формулы, заменяющие предыдущую методику расчета. Ориентируясь на зависимости ОДН 218.04601, формулыдля расеета суммарного числа приложения нагрузок в различных сечениях поперечного и^филя полосы дтнжeния дадим в виде
XN = f-ILNim • K • Twa • 0,7)• • kn • kmi,
m=1
где fn- коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по
ним; п - общее число различных марок транспортных средств в составе транспортного потока; N1m - суточная интенсивность движения автомобилей марки т в первый год службы (в обоих направлениях), авт\сут т; S-к - суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства марки т к расчетной нагрузке; Тргд - расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции; К, - коэффициент суммирования; кп - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого; кт1 - введенный нами коэффициент распределения проходов шин автомобилей марки т по ширине полосы движения, определяющий их долю в центре ¡-го сечения, пронумерованного при эксперимента (рисунок 10, а).
Величина введенного нами коэффициента распределения проходов шин меньше 1. Поэтому в любом сечении, выделенном в пределах ширины полосы движения, суммарное число приложения расчетных нагрузок меньше, чем по нормативному документу.
В каждом сечении, выделенном в пределах ширины полосы движения, суммарное число приложения нагрузок индивидуально, поэтому поверхность поперечного профиля испытывает неодинаковые остаточные деформации по ширине. Отсюда возникает идея о повышении однородности деформирования дорожиой одежды в пределах полосы движения за счет устройства неравнопрочной по ширине конструкции.
Для таких условий Н.А. Фидловский1° предложил скрытоколейную конструкцию дорожной одежды. В этой конструкции основание из щебня в пределах полос наката укреплено битумом по способу пропитки. Конструкция имеет ограничения, связанные с тем, что способ пропитки позволяет устраивать слой толщиной не более 8 см. Такое усиление основания подходит для ограниченного числа приложе-ниянагрузок.
13 Инсирукцияпопроекиированию дородныходедднедесикого иипа.ВЯН46-У2.- М. : Транспорт, 1973, - 110 с.
14 Инсирукцияпопроекиированиюдородныходедд недесикого иипа.ВЯН46-И3.- М. : Транспорт, 1985. - 157 с.
15 Проектирование недесиких дородных одедд. ОДН 218-046-01.- М. : ГСДХ Минтранса России, 2001. - 146 с.
16 Инсирукцияпо проекиированиюдесикихдородныходедд. ВЯН197-И3.-М.:Миниранссирой, 1984. - 129 с.
17 Инструкция попроекиированиюдесиких дородных одедд. ВСН 197-91.- М. : Яоюздорнии, 1992. - 130 с.
1ИОДММеиодические рекомендации по проекиированиюдесиких дородных одедд. - М. : Росавиодр, 2004.
19 Фидловский Н.А. Якрыиоколейные конструкции недесиких дородных одедд внутрихозяйственных дорог колхозов и совхозов//авиореф....канд. иехн.наук.Москва:19И7.16 с.
Рисунок 12 - Скрытоколейные дорожные одежды для дороги II технической категории: а - с устройством скрытоколейного элемента в основании из зернистых материалов;
б - с устройством скрытоколейного элемента в земляном полотне; 1 - слои покрытия и основания из материалов, обработанных органическим вяжущим; 2 - слои из зернистых материалов; 3 - скрытоколейный элемент из материала или грунта,
обработанного вяжущим; 4 - земляное полотно
Figure 12 - Concealed rut road pavements for road II technical category: a - with the device hidden knee element in the base of granular materials; 6 - with the device of the hidden rut element in the highway subgrade; 1 - coating and base layer of materials treated with organic binder; 2 - layers of granular materials; 3 - hidden knee element of the material or soil treated with a binder;
4 - subgrade
По мнению авторов, более эффективны скрытоколейные элементы, устраиваемые в траншеях, нарезанных в основании из зернистого материала или грунте земляного полотна. Современная техника позволяет разрабатывать траншеи с различным поперечным профилем, а доработка траншеи по шаблону позволяет добиваться полного копирования формы скрытоколейного элемента, рассчитанного при проектировании. Поэтому мы предлагаем две разновидности конструкций дорожных одежд, включающих в себя скрытоколейные элементы неодинаковой толщины по ширине полосы наката. Форма поперечного сечения скрытоколейного элемента может быть задана в виде трапеции, что показано на
рисунке 12. На этом рисунке приведены две конструкции, направленные на уменьшение глубины поверхностной колеи (рисунок 12, а) и глубинной колеи (рисунок 12, б).
Конструкция, представленная на рисунке 12,б разработана нами давно20, но в первоначальном варианте ширина скрытоколейного поверху составляла 90 см, а ширина центральной части понизу 30 см. Выполненные исследования по измерению ширин деформированных поверхностей земляного полотна потребовали увеличения ширин скрытоколей-ных элементов на земляном полотне. Конструкция, показанная на рисунке 1,а, является модификацией конструктивного решения Н.А. Фидловского, она приведена впервые.
20 Александров А.С. Скрытоколейные дорожные одежды и особенности их проектирования //«Совершенствование организации и технологии ремонта и содержания автомобильных дорог» Сб. науч. трудов СибАДИ, 2001, С. 115-123.
■ 70
739
Спецификой наших предложений является то, что в центральной части полосы наката, в которой глубина колеи равнопрочной по ширине дорожной одежды имеет максимальную глубину, скрытоколейный элемент имеет наибольшую толщину. В этих сечениях толщина элемента рассчитывается при величине коэффициента распределения проходов шин km=0,8. В краевых частях скрытоколейных элементов расчет их толщины выполняется при величине коэффициента - km=0,5. Для проверки достаточности толщины дорожной одежды в межколейном пространстве значение коэффициента - km=0,2. Здесь отметим принципиальное отличие нашего предложения от конструкции Н.А. Фидловского. Идея Н.А. Фидловского направлена на усиление зернистого основания в пределах полос наката. Эта идея основана на том, что щебеночное основание дорожной одежды, рассчитанной по всем правилам нормативного метода, усиливается по методу пропитки по полосам наката. В данном случае происходит некоторое увеличение материалоемкости дорожной конструкции за счет пропитки битумом, которого при нормативном расчете на прочность не требуется. Наше предложение состоит в том, что дорожная одежда со скрытоколейными элементами рассчитывается при трех различных числах суммарных приложений нагрузки. Эти суммарные числа приложения расчетных нагрузок составляют: для межколейного пространства 20% от числа расчетных нагрузок по нормативной методике, для центральных и краевых частей полос наката соответственно 80% и 50%. В этом случае материалоемкость конструкции уменьшается, а за счет выравнивая величин деформаций поверхностей слоев по их ширине глубина колеи уменьшается. Безусловно, что при таком расчете все условия прочности и морозостойкости, регламентируемые нормативным документом, должны удовлетворяться.
Усиление слоев основания из зернистых материалов (см. рисунок 12,а) направлено на предотвращение деформаций сдвига в этом конструктивном элементе. Такое усиление может быть применено при деформировании поверхности покрытия, показанном на рисунке 3,а,б. Эта же конструкция может быть применена для уменьшения материалоемкости дорожных одежд с многослойным толстым асфальтобетонным покрытием, накапливающим деформации в верхних асфальтобетонных слоях (см. рисунок 3,в,г). В этом случае скрытоколейный элемент можно выполнить из
асфальтобетонной смеси, получив после его перекрытия одним или двумя слоями асфальтобетона с одинаковой толщиной по ширине, большую суммарную толщину асфальтовых слоев только в пределах полосы наката, а в межколейном пространстве толщина таких слоев будет соответствовать облегченному или переходному типу дорожной одежды. В данных конструкциях ширина скрытоколейного элемента поверху принимается 90 см, то есть она равна ширине полосы наката в наиболее деформируемой части. Ширина особенно толстой части элемента понизу составляет 30 см, то есть она равна ширине полосы наката с наибольшим числом повторных нагрузок.
Скрытоколейные элементы в земляном полотне имеют ширину поверху 1,5 м, а ширина наиболее толстой части элемента понизу составляет 60 см. В этом случае учитывается распределяющая способность дорожной одежды, то есть ее способность перераспределять нагрузку на площадь, возрастающую по глубине. Грунт земляного полотна, расположенный между скрытоколейными элементами испытывает благоприятное напряженно-деформированное состояние, близкое к компрессионному сжатию. Такое состояние возникает в результате близкого расположения элементов друг от друга на расстоянии 30 см (см. рисунок 12,б). В результате этого грунт между скрытоколейными элементами работает в условиях существенного ограничения боковых деформаций, поэтому увеличение ширины скрытоколейных элементов и ее фактическая увязка с распределяющей способностью дорожной одежды нецелесообразны.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В первой части статьи выявлены причины возникновения колей на асфальтобетонных покрытиях нежестких дорожных одежд. При этом показано, что за исключением участков торможения, наибольший вклад в глубину колеи вносят деформации слоев дорожной одежды и грунтов земляного полотна. В местах кратковременных стоянок автобусов глубина колей, обусловленных деформированием слоев дорожной одежды и земляного полотна, существенно выше глубин колей на участке с обычным режимом движения. Следовательно, актуальность работ, направленных на разработку конструктивных мероприятий борьбы с глубинной колеей нами доказана.
Поэтому в заключение ограничимся достоинствами и недостатками предложенных нами
конструкций, обозначив круг задач для дальнейших исследований.
Обе предлагаемые конструкции обладают двумя преимуществами, они уменьшают материалоемкость дорожной одежды и повышают однородность деформирования дорожной одежды по ширине полос движения, тем самым способствуя уменьшению глубины колеи.
В результате близкого расположения скры-токолейных элементов друг от друга грунт земляного полотна между ними испытывает компрессионное сжатие, при котором девиа-тор напряжений имеет наименьшее значение по сравнению с другими напряженными состояниями земляного полотна, обусловленными трехосным сжатием, возникающим как от подвижной нагрузки, так и от собственного веса дорожной одежды. Это способствует существенному снижению деформаций в грунте.
В качестве недостатка отметим повышенную трудоемкость устройства элемента дорожной одежды со скрытоколейными элементами, но они могут устраиваться с применением средств механизации. Возможность механизации работ по устройству скрытоко-лейных элементов делает эти конструкции реальными в обозримой перспективе, поэтому необходимо поставить задачи, решение которых позволит внедрять скрытоколейные дорожные конструкции в строительстве.
Для успешного внедрения скрытоколейных дорожных одежд необходимо:
- разработать новую или обоснованно выбрать известную методику расчета глубины колеи, которая необходима для проверки критерия колееобразования при расчете толщин скрытоколейных элементов и толщины дорожной одежды;
- установить значения коэффициентов приведения транспортных нагрузок к расчетной нагрузке для всех типов транспортных средств. Это позволит более точно определять суммарный коэффициент приведения Sтс в формуле , а значит, повысятся достоверность вычисления суммарного числа приложения расчетных нагрузок и надежность расчета скрытоколейных дорожных одемд.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Новизенцев В.В., Оськин Д.В. Скорость, дорожные условия и безопасность движения // Наука и техника в дорожной отрасли. 2007. № 3. С. 7-10.
2. Александров А.С., Александрова Н.П., Яееенова Т.В. Критерии проектирования шероховатых асфальтобетонных покрытий из условия обе-
спечения безопасности движения // Известия вузов. Строительство. 2009. № 2. С. 66-73.
3. Кириллов А.М. Учет скорости движения транспортных средств в расчетах нежестких дорожных одежд // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. №8 (119). С. 959-972.
4. Berthelot C., Crockford B., Lytton R. Comparison of alternative test methods for predicting asphalt concrete rut performance // Canadian Technical Asphalt Association Proceedings. Canada. 1999. Vol. XLVL. P. 405-434.
5. Zheng, J.; Huang, T. Study on triaxial test method and failure criterion of asphalt mixture // J. Traffi Transp. Eng. 2015. No 2. P. 93-106.
6. Werkmeister S. Permanent deformation behaviour of unbound granular materials in pavement constructions // Ph.D. thesis, University of Technology, Dresden, Germany. 2003. 189 p.
7. Александров А.С. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гра-вийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки / Инженерно-строительный журнал. 2013. №4. С. 22-34.
8. Галдина В.Д. Серобитумные вяжущие. Омск: Изд-во СибАДИ, 2011. 124 с.
9. Прокопец В.С., Т.Л. Иванова. Модификация дорожного асфальтобетона резиновыми порошками механоактивационного способа получения. Омск: Изд-во СибАДИ, 2012. 116 с.
10. Лыткин А.А. Влияние повторного уплотнения и транспортных нагрузок на характер твердения белитового шлама в слоях дорожных одежд // Вестник СибАДИ. 2017. № 3 (55). С. 125-132.
11. Завьялов М.А., Завьялов А.М. Влияние удобоукладываемости асфальтобетонной смеси на энергоемкость процесса уплотнения // Строительные и дорожные машины. 2002. № 1. С. 14-16.
12. Завьялов М.А. Закономерности остывания асфальтобетонного слоя и их связь с продолжительностью процесса уплотнения // Механизация строительства. 2004. №2. С. 17-18.
13. Завьялов М.А. Термодинамическая теория жизненного цикла дорожного асфальтобетонного покрытия. Омск: Изд-во СибАДИ, 2007. 283 с.
14. Герцог В.Н., Долгих ГВ., Кузин Н.В. Расчет дорожных одежд по критериям ровности. Часть 1. Обоснование норм ровности асфальтобетонных покрытий // Инженерно-строительный журнал. 2015. № 5 (57). С. 45-57.
15. Матуа В.П., Панасюк Л.Н. Прогнозирование и учет накопления остаточных деформаций в дорожных конструкциях. Ростов на/Д: РГСУ. 2001. 372 с.
16. Aleksandrov A.S., Semenova T.V., Aleksandrova N.P. Analysis of permanent deformations in granular materials of road structures // Roads and Bridges. 2016. Vol.15. No 4. P. 271-284.
17. Niemunis A., Wichtmann T. Separation of time scale in the HCA model for sand // Acta Geophysica. 2014. Vol. 62. No 5. P. 1127-1145.
18. Wichtmann T., Niemunis A., Triantafyllidis T.Strain accumulation in sand due to drained cyclic
loading: on the effect of monotonic and cyclic preloading (Miner's rule) // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2010. Vol. 30. No 8. P. 736-745.
19. Aleksandrov A.S., Dolgikh G.V., Kalinin A.L. 2017. Analysis and modeling of process of residual deformations accumulation in soils and granular materials // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering International Conference on Construction, Architecture and Technosphere Safety (ICCATS 2017) 012004.
20. Sweere G.T.H. Unbound granular bases for roads // PhD Thesis. Netherlands. Delft University of Technology. 1990. 127 p.
21. Wolff H., Visser, A.T., Incorporating elasto-plasticity in granular layer pavement design // Transportation Engineering. 1994. Vol. 105. P. 259272.
22. Lekarp F., A. Dawson. Modelling permanent deformation behaviour of unbound granular materials // Construction and building materials. 1998. Vol. 12. No1. P. 9-18.
23. Aleksandrov A.S., Dolgikh G.V., Ignatov V.F. Kalinin A.L. 2018. The application of the principles of the theory of shakedown to the calculation of pavement layers of granular materials in shear // MATEC Web of Conferences. Vol. 239. 05019.
24. Su. K., Sun L.J., Hachiya Y. Rut Prediction for Semi-rigid Asphalt Pavements // First International Symposium on Transportation and Development Innovative Best Practices. China, Beijing. 2008. P. 486-491.
25. Sousa J.B., Craus J., Monismith C. L. Summary report on permanent deformation on asphalt concrete // SHRP-A-318, Strategic Highway Research Program, National Research Council. Washington D.C., 1994. P. 40-60.
26. Eisenmann J., Hilmer A. Influence of wheel load and inflatio pressure on the rutting effectat asphalt pavement experiments and theoretical investigations // Proceedings of the sixth international conference on the structural design of asphalt pavements. 1987. P. 392-403.
27. Brunette B.E., Lundy J.R. Use and Effects of Studded Tires on Oregon Pavements // Transportation Research Record 1536, TRB, National Research Council, Washington, D.C., 1996. P. 64-72.
28. Odermatt, N., Janoo, V., Magnusson, R. Analysis of Permanent Deformation in Subgrade Material Using a Heavy Vehicle Simulator // Proceedings of the First International Conference on Accelerated Pavement Testing, Reno, Nevada. 1999.
29. Myers L.A. Drakos C., Roque R. The combined effects of tire contact stresses and environment on surface rutting and cracking performance // Proceedings of the ninth international conference on asphalt pavements. Denmark, Copenhagen. 2002.
30. Steven B.D. The development and verification of a pavement response and performance model for unbound granular pavements // PhD Thesis. New Zealand. University of Canterbury. 2005. 291 p.
31. Zornberg J.G., Gupta R. Geosynthetics in pavements:NorthAmerican contributions Geosynthetics
in pavements: North American contributions // 9th International Conference on Geosynthetics, Brazil, 2010 9th International Conference on Geosynthetics, Brazil, 2010. P. 379-398.
32. Balay J.M., Kerzreho J.P. Assessment of French design method for flexible pavement by mean of the LCPC. ALT facility // 3rd International Conference APT'08. Madrid, Spain, 1-3 October, 2008.
33. Erlingsson S., Ingason Th. Performance of two thin pavement structures during Accelerated Pavement Testing using a Heavy Vehicle Simulator // 2nd Int. Conf. on Accelerated Pavement Testing. University of Minnesota. 2004. 19 p.
34. Harvey, J.T. at all. Caltrans Partnered Pavement Research Program (PPRC) Summary Report: Four Year Period: 2000-2004, Report No: UCPRC-SR-2006-02, UCPRC, Davis, Calif., 2007. 96 p.
35. Khazanovich, L., Yut, I., Tompkins, D. The Second Generation of Minnesota Accelerated Loading Facility - Minne-ALF-2. // Proceedings of the 8th International Conference on Concrete Pavements, Colorado Springs, Colo., Aug. 14-18, 2005.
36. Monismith, C. at all. Ten Year Perspective on Accelerated Pavement Testing; Caltrans Partnered Pavement Research Program, // Proceedings of the 2nd International Conference on Accelerated Pavement Testing, Minneapolis, Minn., Sep. 26-29, 2004.
37. Stokoe, K.H. at all. Super-Accelerated Testing of a Flexible Pavement with the Stationary Dynamic Deflectometer (SDD) // Transportation Research Record 1716, TRB, National Research Council, Washington, D.C., 2000, P. 98-107.
38. White Th.D., Haddock J.E., Hand A. J.T. Contributions of Pavement Structural Layers to Rutting of Hot Mix Asphalt Pavements // National Cooperative Highway Research Program. NCHRP Report No 468. Washington, D.C., 2002. 151 p.
39. Dawson A., Kolisoja P. Permanent deformation // Report on task 2.1. University OF Nottingham and Tampere University of Technology. 2007. 47 p.
40. Parker F., Brown E.R. A Study of Rutting of Alabama Asphalt Pavements. // Alabama Department of Transportation, final report for Project 2019-09, Bureau of Research and Development, Montgomery, Alabama. November 1993.
41. Sargand S.M., Young B.A., Khoury I.S., Wasniak D L., Goldsberry B.M. Final Report on Forensic Study for Section 390101 of Ohio SHRP US 23 Test Pavement // Ohio Department of Transportation and Federal Highway Administration. Columbus, Ohio. February 1998.
42. Chen D.-H., Bilyeu J., Murphy M., Walker D. Comparison of Rut-Depth Measurements // draft of a paper submitted to the Transportation Research Board for consideration for presentation and publication at the 80th Annual Meeting of the Transportation Research Board. Washington, D.C., by the Texas Department of Transportation, Austin, Texas. July 2000.
43. Радовский Б.С. Концепция вечных дорожных одежд. / Б.С. Радовский // Дорожная техника. 2011. № 11. С. 132-144.
44. Александров А.С., Калинин А.Л. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Учет деформаций в условии пластичности Кулона — Мора // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 7 (59). С. 4-17.
45. Александрова Н.П., Чусов В.В. Особенности расчета асфальтобетонных покрытий по сопротивлению сдвигу с учетом накапливания повреждений // Вестник СибАДИ. 2016. № 3 (49). С. 42-50.
46. Dawley C.B., Hogewiede B.L., Anderson K.O. Mitigation of Instability Rutting of Asphalt Concrete Pavements in Lethbridge, Alberta, Canada. // Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. Vol. 59, Association of Paving Technologists, St. Paul, Minnesota. 1990. P. 481-508.
47. Lenngren C.A. Some Approaches in Treating Automatically Collected Data on Rutting. // Transportation Research Record 1196, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, D.C., 1988.
48. Blab R., Kappl K., Lackner R., Aigner E. Permanent deformation of bituminous bound materials in flexible pavements. Evaluation of test methods and prediction models // Samaris D28. 2006. Vol. 1. 144 p.
REFERENCES
1. Novizencev V.V., Os'kin D.V. Skorost', dorozhnye usloviya i bezopasnost' dvizheniya [Speed, road conditions and traffi safety] // Nauka i tekhnika v dorozhnoj otrasli, 2007; 3: 7-10 (in Russian).
2. Aleksandrov A.S., Aleksandrova N.P., Semenova T.V. Kriterii proektirovaniya sherohovatyh asfal'tobetonnyh pokrytij iz usloviya obespecheniya bezopasnosti dvizheniya [Criteria for the design of rough asphalt pavements from the conditions of ensuring traffi safety] // Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo, 2009; 2: 66-73 (in Russian).
3. Kirillov A.M. Uchet skorosti dvizheniya transportnyh sredstv v raschetah nezhestkih dorozhnyh odezhd [Accounting for vehicle speed in non-rigid pavement calculations] // Vestnik MGSU, 2018; T.13; 8 (119): 959-972 (in Russian).
4. Berthelot C., Crockford B., Lytton R. Comparison of alternative test methods for predicting asphalt concrete rut performance // Canadian Technical Asphalt Association Proceedings. Canada, 1999, Vol. XLVL: 405-434.
5. Zheng, J.; Huang, T. Study on triaxial test method and failure criterion of asphalt mixture // J. Traffi Transp. Eng. 2015, 2: 93-106.
6. Werkmeister S. Permanent deformation behaviour of unbound granular materials in pavement constructions // Ph.D. thesis, University of Technology, Dresden, Germany, 2003: 189 p.
7. Aleksandrov A.S. Plasticheskoe deformirovanie granodioritovogo shchebnya i peschano-gravijnoj smesi pri vozdejstvii trekhosnoj ciklicheskoj nagruzki [Plastic deformation of granodiorite crushed stone and sand-gravel mixture under the action of a triaxial cyclic load] / Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal, 2013, 4: 22-34 (in Russian).
8. Galdina V.D. Serobitumnye vyazhushchie [Gray-bituminous binders]. Omsk: Izd-vo SibADI, 2011:124 p. (in Russian).
9. Prokopec V.S., T.L. Ivanova. Modifikaciy dorozhnogo asfal'tobetona rezinovymi poroshkami mekhanoaktivacionnogo sposoba polucheniya [Modification of road asphalt concrete with rubber powders of the mechanical activation method for producing]. Omsk: Izd-vo SibADI, 2012: 116 p. (in Russian).
10. Lytkin A.A. Vliyanie povtornogo uplotneniya i transportnyh nagruzok na harakter tverdeniya belitovogo shlama v sloyah dorozhnyh odezhd [The effect of re-compaction and transport loads on the nature of hardening of belitic sludge in the layers of pavements] // Vestnik SibADI, 2017, 3 (55): 125-132 (in Russian).
11. Zav'yalov M.A., Zav'yalov A.M. Vliyanie udoboukladyvaemosti asfal'tobetonnoj smesi na energoemkost' processa uplotneniya [Effect of workability of asphalt mix on the energy intensity of the compaction process] // Stroitel'nye i dorozhnye mashiny, 2002, 1: 14-16 (in Russian).
12. Zav'yalov M.A. Zakonomernosti ostyvaniya asfal'tobetonnogo sloya i ih svyaz' s prodolzhitel'nost'yu processa uplotneniya [Patterns of cooling of the asphalt concrete layer and their relations with the duration of the compaction process] // Mekhanizaciya stroitel'stva, 2004, 2: 17-18 (in Russian).
13. Zav'yalov M.A. Termodinamicheskaya teoriya zhiznennogo cikla dorozhnogo asfal'tobetonnogo pokrytiya [Thermodynamic theory of the life cycle of asphalt pavement] Omsk: Izd-vo SibADI, 2007: 283 p. (in Russian).
14. Gercog V.N., Dolgih G.V., Kuzin N.V. Raschet dorozhnyh odezhd po kriteriyam rovnosti. Chast' 1. Obosnovanie norm rovnosti asfal'tobetonnyh pokrytij [Calculation of pavement according to evenness criteria. Part 1. Justification of the evenness standards of asphalt concrete pavements] // Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal, 2015, 5 (57): 45-57 (in Russian).
15. Matua V.P., Panasyuk L.N. Prognozirovanie i uchet nakopleniya ostatochnyh deformacij v dorozhnyh konstrukciyah [Prediction and accounting for the accumulation of residual deformations in road structures]. Rostov-na-Donu: RGSU, 2001: 372 p. (in Russian).
16. Aleksandrov A.S., Semenova T.V., Aleksandrova N.P. Analysis of permanent deformations in granular materials of road structures // Roads and Bridges, 2016, Vol.15, 4: 271-284.
17. Niemunis A., Wichtmann T. Separation of time scale in the HCA model for sand // Acta Geophysica, 2014, Vol. 62, 5: 1127-1145.
18. Wichtmann T., Niemunis A., Triantafyllidis T.Strain accumulation in sand due to drained cyclic loading: on the effect of monotonic and cyclic preloading (Miner's rule) // Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2010, Vol. 30, 8: 736-745.
19. Aleksandrov A.S., Dolgikh G.V., Kalinin A.L. (2017) Analysis and modeling of process of
residual deformations accumulation in soils and granular materials // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering International Conference on Construction, Architecture and Technosphere Safety (ICCATS 2017): 012004.
20. Sweere G.T.H. Unbound granular bases for roads // PhD Thesis. Netherlands. Delft University of Technology, 1990: 127 p.
21. Wolff H., Visser, A.T., Incorporating elasto-plasticity in granular layer pavement design // Transportation Engineering, 1994, 105: 259-272.
22. Lekarp F., A. Dawson. Modelling permanent deformation behaviour of unbound granular materials // Construction and building materials, 1998, Vol. 12, 1: 9-18.
23. Aleksandrov A.S., Dolgikh G.V., Ignatov V.F. Kalinin A.L. (2018) The application of the principles of the theory of shakedown to the calculation of pavement layers of granular materials in shear // MATEC Web of Conferences. Vol. 239: 05019.
24. Su. K., Sun L.J., Hachiya Y. Rut Prediction for Semi-rigid Asphalt Pavements // First International Symposium on Transportation and Development Innovative Best Practices. China, Beijing, 2008: 486491.
25. Sousa J.B., Craus J., Monismith C. L. Summary report on permanent deformation on asphalt concrete // SHRP-A-318, Strategic Highway Research Program, National Research Council. Washington D.C., 1994: 40-60.
26. Eisenmann J., Hilmer A. Influence of wheel load and inflatio pressure on the rutting effectat asphalt pavement experiments and theoretical investigations // Proceedings of the sixth international conference on the structural design of asphalt pavements, 1987: 392-403.
27. Brunette B.E., Lundy J.R. Use and Effects of Studded Tires on Oregon Pavements // Transportation Research Record 1536, TRB, National Research Council, Washington, D.C., 1996: 64-72.
28. Odermatt, N., Janoo, V., Magnusson, R. Analysis of Permanent Deformation in Subgrade Material Using a Heavy Vehicle Simulator // Proceedings of the First International Conference on Accelerated Pavement Testing, Reno, Nevada, 1999.
29. Myers L.A. Drakos C., Roque R. The combined effects of tire contact stresses and environment on surface rutting and cracking performance // Proceedings of the ninth international conference on asphalt pavements. Denmark, Copenhagen, 2002.
30. Steven B.D. The development and verification of a pavement response and performance model for unbound granular pavements // PhD Thesis. New Zealand. University of Canterbury, 2005: 291 p.
31. Zornberg J.G., Gupta R. Geosynthetics in pavements:NorthAmerican contributions Geosynthetics in pavements: North American contributions // 9th International Conference on Geosynthetics, Brazil, 2010 9th International Conference on Geosynthetics, Brazil, 2010: 379-398.
32. Balay J.M., Kerzreho J.P. Assessment of French design method for flexible pavement by mean of the LCPC. ALT facility // 3rd International Conference APT'08. Madrid, Spain, 1-3 October, 2008.
33. Erlingsson S., Ingason Th. Performance of two thin pavement structures during Accelerated Pavement Testing using a Heavy Vehicle Simulator // 2nd Int. Conf. on Accelerated Pavement Testing. University of Minnesota, 2004: 19 p.
34. Harvey, J.T. at all. Caltrans Partnered Pavement Research Program (PPRC) Summary Report Four Year Period: 2000-2004, Report No: UCPRC-SR-2006-02, UCPRC, Davis, Calif., 2007: 96 p.
35. Khazanovich, L., Yut, I., Tompkins, D. The Second Generation of Minnesota Accelerated Loading Facility - Minne-ALF-2. // Proceedings of the 8th International Conference on Concrete Pavements, Colorado Springs, Colo., Aug. 14-18, 2005.
36. Monismith, C. at all. Ten Year Perspective on Accelerated Pavement Testing; Caltrans Partnered Pavement Research Program, // Proceedings of the 2nd International Conference on Accelerated Pavement Testing, Minneapolis, Minn., Sep. 26-29, 2004.
37. Stokoe, K.H. at all. Super-Accelerated Testing of a Flexible Pavement with the Stationary Dynamic Deflectometer (SDD) // Transportation Research Record 1716, TRB, National Research Council, Washington, D.C., 2000: 98-107.
38. White Th.D., Haddock J.E., Hand A. J.T. Contributions of Pavement Structural Layers to Rutting of Hot Mix Asphalt Pavements // National Cooperative Highway Research Program. NCHRP Report No 468. Washington, D.C., 2002: 151 p.
39. Dawson A., Kolisoja P. Permanent deformation // Report on task 2.1. University OF Nottingham and Tampere University of Technology, 2007: 47 p.
40. Parker F., Brown E.R. A Study of Rutting of Alabama Asphalt Pavements. // Alabama Department of Transportation, final report for Project 2019-09, Bureau of Research and Development, Montgomery, Alabama. November, 1993.
41. Sargand S.M., Young B.A., Khoury I.S., Wasniak D L., Goldsberry B.M. Final Report on Forensic Study for Section 390101 of Ohio SHRP US 23 Test Pavement // Ohio Department of Transportation and Federal Highway Administration. Columbus, Ohio. February, 1998.
42. Chen D.-H., Bilyeu J., Murphy M., Walker D. Comparison of Rut-Depth Measurements // draft of a paper submitted to the Transportation Research Board for consideration for presentation and publication at the 80th Annual Meeting of the Transportation Research Board. Washington, D.C., by the Texas Department of Transportation, Austin, Texas. July, 2000.
43. Radovskij B.S. Koncepciya vechnyh dorozhnyh odezhd. / B.S. Radovskij // Dorozhnaya tekhnika, 2011, 11: 132-144 (in Russian).
44. Aleksandrov A.S., Kalinin A.L. Sovershenstvovanie rascheta dorozhnyh konstrukcij
po soprotivleniyu sdvigu. Chast' 1. Uchet deformacij v uslovii plastichnosti Kulona — Mora // Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal, 2014, 7 (59): 4-17 (in Russian).
45. Aleksandrova N.P., Chusov V.V. Osobennosti rascheta asfal'tobetonnyh pokrytij po soprotivleniyu sdvigu s uchetom nakaplivaniya povrezhdenij // Vestnik SibADI, 2016, 3 (49): 42-50 (in Russian).
46. Dawley C.B., Hogewiede B.L., Anderson K.O. Mitigation of Instability Rutting of Asphalt Concrete Pavements in Lethbridge, Alberta, Canada // Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. Vol. 59. Association of Paving Technologists, St. Paul, Minnesota, 1990: 481-508.
47. Lenngren C.A. Some Approaches in Treating Automatically Collected Data on Rutting. // Transportation Research Record 1196, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, D.C., 1988.
48. Blab R., Kappl K., Lackner R., Aigner E. Permanent deformation of bituminous bound materials in flexible pavements. Evaluation of test methods and prediction models // Samaris D28, 2006, 1: 144 p.
ВКЛАД СОАВТОРОВ
Александров А.С. - Разработка скрытоколей-ных конструкций дорожных одежд с усиливающими элементами переменной толщины, выполнение экспериментальных исследований распределения проходов шин по ширине полос движения проезжей части автомобильных дорог, обработка данных эксперимента. Сбор и анализ информации об экспериментальном изучении остаточных, накапливаемых слоями дорожных одежд и грунтами земляного полотна. Написание введения и заключения.
Семенова Т.В. - Учет и регистрация проходов шин транспортных средств в пределах сечений, выделенных на полосах движения автомобильных дорог, необходимых при выполнении экспериментальных исследований по изучению распределения проходов шин по ширине полос движения проезжей части. Проверка статьи.
Калинин А.Л. - Вычисление остаточных деформаций, накапливаемых конструктивными слоями дорожной одежды и грунтом земляного полотна при обработке экспериментальных данных. Определение вклада слоев дорожной и грунтов земляного полотна в глубину колеи, образующуюся на поверхности покрытия дорожной одежды.
AUTHORS' CONTRIBUTION
Anatoliy S. Aleksandrov - development of hidden rut structures of road pavements with reinforcing elements of variable thickness; experimental studies of the distribution of tire passes over the width of the lanes of the roadway; processing of experimental data; collection and analysis of information on the
experimental study of residual accumulated layers of pavements and soils of the highway subgrade; formulation of further research; writing the introduction and conclusion.
Tatiana V. Semenova - accounting and registration of vehicle tire passes within the sections allocated to the coasting strip and necessary for the implementation of experimental studies to study the distribution of traffic way over the width of the roadway traffic lanes; checking the article.
Aleksandr L. Kalinin - calculation of residual deformations accumulated by structural layers of road pavement and soil of the highway subgrade during the processing of experimental data; determination of the contribution of layers of road pavements and soil of the highway subgrade to the depth of the rut formed on the surface of road pavements.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Александров Анатолий Сергеевич - канд. техн. наук, доц., кафедра «Строительство и эксплуатация дорог», Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), ORCID 0000-0003-2009-5361 (644080, г. Омск, пр. Мира, д. 5, e-mail: [email protected]),
Семенова Татьяна Викторовна - канд. техн. наук, доц., кафедра «Строительство и эксплуатация дорог», Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), ORCID 0000-0002-1921-8531 (644080, г. Омск, пр. Мира, д. 5, e-mail: [email protected]),
Калинин Александр Львович - ст. преподаватель, кафедра «Строительство и эксплуатация дорог», Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), ORCID 0000-0003-0291-2022 (644080, г. Омск, пр. Мира, д. 5, e-mail: [email protected])
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Anatoliy S. Aleksandrov - Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Department of the Road Construction and Operation, Siberian State Automobile and Highway University (SibADI), ORCID 0000-0003-2009-5361 (644080, Omsk, 5, Mira Ave., e-mail: [email protected]).
Tatiana V. Semenova - Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Department of the Road Construction and Operation, Siberian State Automobile and Highway University (SibADI), ORCID 0000-00021921-8531 (644080, Omsk, 5, Mira Ave., e-mail: stv8@ yandex.ru).
Aleksandr L. Kalinin -Ssenior Lecturer, Department of the Road Construction and Operation, Siberian State Automobile and Highway University (SibADI), ORCID ORCID 0000-0003-0291-2022 (644080, Omsk, 5, Mira Ave., e-mail: [email protected]).
