CC BY
69
УДК 625.85.002.237
МОНИТОРИНГ НАКОПЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ МЕТОДОМ ЗОНДИРОВАНИЯ СЛОЕВ ДОРОЖНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
В.П. Матуа, профессор, д.т.н., П.С. Пляка, инженер, ДорТрансНИИ РГСУ, В.В. Солодов, аспирант, РГСУ
Аннотация. Метод позволяет с высокой точностью получить данные по накоплению остаточных деформаций не только на поверхности автомобильной дороги, но и в нижележащих конструктивных слоях дорожной одежды, что позволит детально изучить поведение дорожной конструкции в целом под воздействием реальных динамических нагрузок и погодно-климатических факторов.
Ключевые слова: мониторинг, зонд, накопление остаточных деформаций, дорожная конструкция.
Введение
В целях исследования кинетики накопления остаточных деформаций в конструктивных слоях дорожной одежды и грунте земляного полотна в ДорТрансНИИ РГСУ разработан и внедрен в эксплуатацию комплекс автоматизированного мониторинга накопления остаточных и регистрации обратимых деформаций от динамического воздействия транспортных средств на элементы дорожной конструкции.
Комплекс состоит из четырех зондов, установленных в конструктивные слои дорожной одежды, и автоматического регистрирующего устройства, находящегося вне дорожной конструкции.
Зонды располагаются в продольном направлении через 6 м со смещением в поперечном направлении на 25 см в области крайней полосы наката правой полосы движения.
Технология установки измерительных зондов в процессе строительства дорожной одежды разработана с учетом обеспечения полной механизации работ и создания идентичных условий работы материалов в слоях дорожной конструкции на всем протяжении экспериментального участка (в том числе в точках их заложения).
Конструкция измерительного зонда разработана сборной для обеспечения его поэтапного монтажа в процессе строительства дорожной одежды по мере устройства каждого конструктивного слоя. Длина каждого сегмента вертикальной оси соответствует толщине конструктивного слоя. Место сочленения сегментов вертикальной оси должно быть на 1 - 3 см ниже поверхности каждого слоя в уплотненном состоянии (рис.1).
После уплотнения каждого слоя положение зонда определяют высокоточными геодезическими приборами, открывают, снимают заглушку, предотвращающую засорение зонда, наращивают следующий сегмент соответствующей длины, нанизывают меж-слойный измерительный диск, который фиксируется на границе слоев и т.д.
Рис.1. Сегмент вертикальной трубки и корпус магнитной сборки
Замыкающий блок вертикальной оси конструктивно представляет собой заглушенную с торца трубку с резьбой, позволяющей установить положение заглушки вровень с поверхностью покрытия.
Зонд состоит из вертикальной металлической тонкостенной трубы, имеющей заостренный нижний
торец, свободно погружаемый в грунт, и плоский верхний торец, совмещенный с поверхностью дорожного покрытия. Наружный диаметр трубы 20 мм, материал - нержавеющая сталь, толщина стенок 2 - 4 мм. Материал и параметры конструкции выбраны с учетом требуемой прочности (изгибной), минимального влияния на процессы деформирования дорожной конструкции, магнитной прозрачности и долговечности.
Межслойные металлические диски из тех же материалов выполнены в единой конструкции с магнитной сборкой и нанизаны на вертикальную трубу. Количество дисков может быть различным и соответствует количеству слоев дорожной конструкции. (При необходимости межслойные диски с магнитной сборкой могут устанавливаться и внутри слоев). Зазор между поверхностью трубы и внутренней поверхностью межслойных измерительных дисков составляет 1мм, он не может быть меньшим для обеспечения скольжения дисков вдоль трубы, и не может быть большим для уменьшения влияния горизонтального смещения дисков на величину магнитного поля в точке измерения (рис. 1).
Вертикальная труба специальным подвижным сочленением связана с горизонтальной трубой, по которой электрический кабель для питания и связи выходит в установленный на откосе металлический сейф (рис.2).
Электронная система для измерения скорости накопления остаточных деформаций в слоях дорожной конструкции работает по следующему принципу: магнитная система из двух кольцевых магнитов, заключенных в герметический корпус, имеет участок с линейно меняющейся вдоль оси системы индукцией магнитного поля. В измерительном зонде внутри вертикальной трубки на специальном каркасе закреплены аналоговые пре-цезионные датчики Холла. При перемещении магнитной сборки относительно датчиков индук-
ция магнитного поля в точке их установки изменяется и, соответственно, меняет напряжение на выходе датчика Холла, которое регистрируется цифровым вольтметром.
Вся необходимая электроника для измерения и обработки информации устанавливается после монтажа зонда.
Современный уровень развития средств вычислительной техники и высоких технологий предоставляет широкие возможности осуществления долгосрочного беспрерывного всепогодного автоматического наблюдения за состоянием дорожных конструкций. Метод зондирования слоев дорожной одежды и рабочего слоя грунта земляного полотна позволяет при минимальном влиянии на них получать полную информацию о накоплении остаточных деформаций, о динамическом влиянии транспортных средств и изменении температурного режима.
По полученным данным о поведении дорожной конструкции под воздействием реального динамического нагружения строятся графики для каждого конструктивного слоя. В качестве примера на рис. 3 приведен график, который показывает величину обратимого вертикального перемещения нижней точки верхнего слоя асфальтобетонного покрытия. Об адекватности и точности предлагаемого метода свидетельствует тот факт, что вертикальные перемещения от задних осей автомобиля превышают перемещения от передних осей на 15 - 20 % (рис. 3).
Получаемые с автоматических станций данные о динамическом влиянии транспортных средств с большой точностью повторяют данные, полученные путем расчетов в программном комплексе «Прогнозирование и учет накопления остаточных деформаций при проектировании нежестких дорожных одежд», разработанном в ДорТрансНИИ РГСУ под руководством В.П. Матуа.
Рис. 2. Общий вид положения зонда и сейфа в дорожной конструкции
Рис. 3. Вертикальные перемещения покрытия при движении грузового автомобиля со скоростью 80 км/ч на расстоянии 0,5м от кромки проезжей части
Вертикальные перемещения
Заключение
При разработке измерительных зондов были достигнуты следующие результаты.
1. Разработана конструкция измерительных зондов и технология определения скорости накопления остаточных деформаций в каждом конструктивном элементе дорожной одежды и в грунте земляного полотна.
2. Обеспечено минимальное влияние измерительных зондов на процессы, протекающие в дорожной конструкции при ее эксплуатации.
3. Разработан автоматический метод процесса измерения скорости накопления остаточных деформаций в дорожной конструкции с накоплением и хранением результатов за длительный срок.
4. Обеспечена стабильность показаний в течение длительного срока и достоверность результатов измерений.
Рецензент: В.К. Жданюк, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 12 сентября 2006 г.
