CC BY
69
УДК 625.7/8
ВИР1ВНЮВАННЯ ПРО1ЗНО1 ЧАСТИНИ З КОНТРОЛЕМ ПОЧАТКОВО1 НЕР1ВНОСТ1 В ПРОЕКТАХ РЕМОНТУ I РЕКОНС ТРУКЦП АВТОМОБ1ЛЬНИХ ДОР1Г
Н.В. Крупа, асистент, к.т.н., ХНАДУ
Анотацш. Розроблено методику об'емного багатошарового виргвнювання прогзног частини з контролем початковог нергвностг в проектах ремонту г реконструкцИ до-ргг. Методика забезпечуе задовгльнг показники плавностг руху г рацюнальнгсть конструкцИ виргвнювання.
Ключовi слова: ргвнгсть прогзног частини, проектна нергвнгсть, цифрова модель прогзног частини, конструювання шаргв виргвнювання.
Вступ
Пвдвищення техшчного р1вня юнуючих дорн-входить до прюритетних напрямшв розвитку дорожньо! галуз1 Укра!ни. Яшсть проекпв ремонту i реконструкцй' на багато рошв визначае основш транспортно-експлуатацiйнi
характеристики автомобшьно! дороги. Одна з трудомютких i основних задач в цих проектах -це вирiвнювання поверхш про1'зно1' частини з виправленням деформацш поперечного i подовжнього профiлю. Початкова нерiвнiсть формуеться як технологiчними будiвельними i ремонтними операцiями, так i як1стю проекту будiвництва, реконструкцй' або ремонту дороги. Актуальшсть задачi обумовлена зростаючими вимогами транспортно-експлуатацiйним якостям дорщ до рiвностi дорожнього покриття - з одного боку, i найгостршим дефiцитом чорних матерiалiв, 1'х високою варпстю - з iншою. Для обгрунтовування капiтального ремонту дороги i розробки проекту його ремонту необхщно виконати аналiз нерiвностей дорожнього покриття. Такого роду анатз вимагае використання сучасних цифрових технологiй обробки даних.
Аналiз публшацш
Дослiдженню процесiв розвитку руйнувань до-рожнiх покриттiв, контролю нерiвностей та 1'х вирiвнюванню присвяченi роботи О.К. Бiруля, Н.Н. 1ванова, В.К. Некрасова, О.П. Васильева, В.М. Сиденко, С.Г. Мiховiча, М.С. Стороженко, В.Я. Савенко, £.Д. Прусенко, С.С. Кiзiма i iнших дослвднишв. В дослiдженнях дорожшх нерiвностей основну увагу до тепершнього часу надавалося експлуатацiйнiй нерiвностi, методам 11 вимiрювання, технологiчним методам
тдвищення piBHOCTi при peMOHTi дорiг. В дослщженнях по виpiвнюванню noBepxHi про!зно! частини при ремонтах або реконструкцй дорн- не вивченi питання контролю початково! проектно! неpiвностi при конструюванш об'емного багатошарового виpiвнювання про!зно! частини.
Мета i постановка задачi
Щль досл1дження полягае в pозpобцi методики об'емного багатошарового виpiвнювання про!зно! частини з контролем початково! неpiвностi в проектах ремонту i реконструкцй дорщ яка забезпечуе досягнення ваpiанту виpiвнювання з допустимою проектною неpiвнiстю. Методика забезпечуе задов№ш показники плавностi руху i pацiональнiсть конструкци виpiвнювання.
Методика проектування багатошарового об'емного вирiвнювання проТзноТ частини з контролем початковоТ нерiвностi
Початковою iнфоpмацiею для проектування виpiвнювання про!зно! частини з контролем початково! неpiвностi в проектах ремонту i pеконстpукцi! е цифрова модель поверхш про1зно1 частини, побудована по координатах точок х, у, z. На апроксимацп повеpхнi про!зно! частини впорядкованим множиною трикутних граней були заснован програми CREDO, в яких достовipнiсть, швидк1сть створення i редагування piзних поверхонь забезпеченi «гармоншним поеднанням сучасних вдей математичного моделювання поверхонь з сучасними комп'ютерними засобами зйомки i обробки тpадицiйних топографо-геодезичних даних».
Методика проектування багатошарового об'ем-ного виpiвнювання про!зно! частини з контролем
початково1 HepiBHOcn складаеться з таких основных частин:
1) побудова цифрово1 MOAeni про1зно1 частини i трасування колiй руху;
2) аналiз ^piBro^H юнуючо1 повeрхнi про1зно1 частини за показниками поштовхомipу, IRI та плавносл руху;
3) проектування поперечного i поздовжнього ви-piвнювання;
4) проектування поздовжнього профшю;
5) створення цифрово1 модeлi повepхнi проектного покриття;
6) конструювання шаpiв виpiвнювання на цифро-вiй модeлi iз визначенням меж шаpiв дорожнього одягу, що виpiвнюють iснуючe покриття, i розра-хунком об'емiв шаpiв виpiвнювання,
7) аналiз piвностi проектно1 повepхнi про1зно1 частини за показниками поштовхомipу та IRI
i плавностi руху.
Для мiнiмiзацi1 витрат матepiалiв на виpiвнювання про1зно1 частини, нeобхiдна детальна геодезична зйомка ремонтованого покриття. 1снуюча нормативна методика дослiджeнь i зйомки (через 50 м) покриття [3, 4] i методика проектування капитального ремонту [1, 6] не забезпечують достатньо1 точностi модeлi покриття. За рекомендащями Хаpькiвгiпpодоpа i Промтранспроекту для обрахунку дeфоpмацiй покриття необхвдна зйомка з кроком не менше 10-20 м з 5-7 точками на кожному поперечному профш: на оа дороги, на кромках дорожнього одягу, на вщсташ 1 м ввд кромки, на колiях накату. При зйомщ перевагу слiд ввддавати електронним тахеометрам з вбудованими накопичувачами peзультатiв зйомки. Точнiсть сучасних геодезичних пpиладiв забезпечуе побудову цифрово1 модeлi з достовipнiстю 95 % при середньовагових похибках по висоп 0,003 м i визначення piзницi похилiв, необхвдних для моделювання коливань автомобшю, з середньо-ваговою похибкою 0,3 %.
Цифрова модель поверхш про1зно1 частини будуеться в систeмi автоматизованого проектування доpiг CREDO за даними геодезичного вимipювання.
Для побудови цифрово1 модeлi повepхнi покриття даш зйомки представляють в систeмi CREDO у виглядi файлiв, як1 мютить координати i вiдмiтки точок по вах поперечниках та точки, пов'язаш мiж собою кодами (вiсь, кромки, бpiвки i т.iн). Модель поверхш вважають вже побудованою, якщо вона триангульована, тобто описана впорядкованим множиною трикутних граней.
Пiсля заюнчення тpiангуляцi1, для аналiзу дефор-мацш про1зно1 частини та нepiвностeй покриття i проектування об'емного виpiвнювання про1зно1 частини, нeобхiдно вiдобpажувати поверхню горизонталями з достатньо дpiбним кроком висот
(ввд 1 до 5 см).
Методика аналiзу нepiвностi юнуючо! повepхнi включае наступнi основнi операцп: побудову на модел1 повepхнi покриття трас по колiях руху.
Для аналiзу нepiвностi про1зно1 частини будують в систeмi CREDO_MIX траси по лiвiй i по пpавiй коли про1зду автомобiля в прямому i зворотному напрямах, рис. 1.
Траси по кол1ях л1во! смуги
Вкь дороги
Траси по кол1ях право! смуги
Рис. 1. Фрагмент цифрово1 модeлi про1зно1 частини автомоб№но1 дороги Томаровка -Суми з трасами по лiвiй i по пpавiй коли
Дал1 моделюють про1зд автомобiля по доpозi з аналiзом нepiвностeй за показниками поштовхо-мipу (рис.2), а також виконують оцiнку нepiвностi повepхнi про1зно1 частини за показником IRI [2] (рис. 3).
320 Гранично допустима нер1вшсть 50 см/км 280 -„И 240 -200 -О 160 - - А / Права кол1я CJ 120 --& 80-:. 40
27+00 28+00 29+00 30+00 31+00 32+00 33+00
I
Рис. 2. Показники piвностi за поштовхомipом
600
Граничний р1вень нер1вносп IRI = 75 дюйм/миля
Вщстань, м
Рис. 3. Оцшка нер1вности за показником IRI Наступним кроком е проектування саме об'емного вир1внювання пройно! частини. При багатошаровому вир1внюванш через ютотш нер1вносп поперечного 1 подовжнього профшю в проекл ремонту дороги передбачають в конструкци дорожнього одягу не ллькн шари посилення, але 1 вир1внюючи шари. Вир1внювання можна визначити як конструювання нового шару (шар1в) в юнуючому дорожньому одяз1 при 11 ремонт або
реконструкци для забезпечення проектних геометричних форм пройно! частини i для пiдвищення транспортно-експлуатацiйних
якостей дороги.
Оскiльки в ремонтованш поверхнi пройно! частини присутш деформацп поперечного профiлю не тшьки ближче до кромок, але i по вiсi, то при проектуванш ремонту необхiдно виконати i попе-речне, i подовжне вирiвнювання. Оск1льки мщ-нiсть iснуючого дорожнього одягу i форми поперечного профшю мiняються по довжинi дороги, то в бшьшосп випадкiв товщина вирiвнюючого шару на кожному поперечному профш буде р> зна. Проектш вiдмiтки по мiнiмуму посилення на кожному поперечному профш служать опорними точками для проектування подовжнього профiлю. Проведена через цi точки лшя профiлю («корич-невий профш») зламана i вимагае подовжнього вирiвнювання.
При недопустимосп зрiзки можливi великi ви-трати матерiалiв на подовжне вирiвнювання. Якщо ж е упевненiсть в достатнш мiцностi дорожнього одягу тсля фрезерування перед посилен-ням, то на таких дiлянках можна знижувати прое-ктну вiдмiтку нижче за опорну (скоректувати опорну) i тим самим значно знижувати витрату матерiалiв
Проектування об'емного вирiвнювання (поперечного i подовжнього) зводиться до наступних опе-рацiй.
1. Визначення пiкетiв початку i к1нця дшянки прийнятого варiанту вирiвнювання (без або з фрезеруванням).
2. Вщомими методами конструюють посилення i визначають мiнiмальну товщину шару посилення над вирiвняною поверхнею.
3. На кожному знятому поперечнику виконують поперечне вирiвнювання з виправленням дефор-мованого поперечного профiлю. Для цього на юнуючий поперечник накладаеться проектний поперечний профшь iз заданими значеннями ши-рини смуг руху i !х поперечними похилами. По висотi проектний поперечник змiщуеться вщ по-чаткового так, щоб вiдстань по вертикалi вш будь-яко! точки початкового поперечника до проектного не перевищувала задано! товщини поси-лення.
4. На кожному поперечнику обчислюються ввдмь тки оа дороги, умовно названi «коричневими», визначаючi зразкову конфiгурацiю подовжнього профiлю, ламану лiнiю, яку слщ вирiвняти в опе-рацп подовжнього вирiвнювання.
5. Виконують подовжне вирiвнювання так, щоб жодна точка проектного «червоного профiлю» не була нижче «коричневого». Проектування вико-
нують з використанням програм CREDO. При цьому параметри проектно! лшп профiлю повиннi вщповщати нормативним вимогам за подовжшми похилами, радiусами опуклих i угнутих кривих, вщстанню видимостi поверхнi про!зно! частини i стрiчного автомобiля в подовжньому профш.
6. Проектування об'емного вирiвнювання зводиться до накладки проектного поперечного профшю на запроектований подовжнш профш з побудовою тша об'ему вирiвнювання.
7. Пiсля побудови тша об'ему вирiвнювання виконують конструювання багатошарового вирiв-нювання з розрахунком об'емiв по кожному шару i побудовою меж укладання кожного шару.
Конструювання багатошарового вирiвнювання полягае в послшовному розмiщеннi нових шарiв дорожнього одягу (усилюючих i вирiвнюючих). При цьому виконуеться розрахунок об'ему кожного вирiвнюючого шару i знаходяться меж1 цих шарiв для обгрунтовування вшповвдно! технологи i виробництва робгг. Дорожнiй одяг на дiлянках вирiвнювання конструюють, керуючись вимо-гами мщносп [7], вiдновлення проектних геометричних форм i ресурсозбереження [5]. Вшповвдно до цих вимог поперечний розрiз конструкцп ре-монтованого дорожнього одягу в загальному ви-падку включае (зверху вниз) наступнi шари (приклад):
- шар 1 - мшмальний шар посилення одягу тов-щиною hаб (асфальтобетон);
- шар 2 - вирiвнюючий шар з матерiалу, обробле-ного в'яжучим, товщиною hчщ (чорний щебiнь ввд 0 до 6 см)
- шар 3 - вирiвнюючий шар товщиною hII (щебшь) ввд нижньо! поверхш шару 2 до поверхнi юнуючого покриття; звичайно шар 3 влаштовуеться, якщо ввдстань ввд поверхнi нового покриття до поверхш юнуючого покриття перевищуе
10 см.
Поверхня, знижена на 10 см
Рис. 4. Розрiз на ПК 27+00 шсля пониження на 4 см i на 10 см з межами укладання шарiв вирiвнювання
Необхiдну мщшсть ремонтованого одягу забез-печуе шар 1, а шари 2 i 3 влаштовують лише для вирiвнювання i вiдновлення нормативного контуру поперечного профiлю. Тому на деяких попе-речних профiлях шари 2 i 3 можуть бути вiдсутнi i тому, по-перше, ускладненi розрахунки об'емiв робiт за цими матерiалами i по-друге, конфiгура-
цгя меж шарiв 2 i 3 може бути рiзною. Рiшення цих двох задач i складае сутнють конструювання багатошарового вирiвнювання. Меж1 укладання кожного шару i його вщмггки установлюють, знижуючи проектну поверхню покриття вщповь дно на товщину кожного шару (йаб, hчш) i знахо-дять лшп перетину цих знижених поверхонь з поверхнею iснуючого покриття.
Для винесення на креслення меж розподшу щебеня будуеться по структурних лiнiях контур си-туацп i заповнюеться вибраним кольором або умовним знаком. Для зручносл будiвельного роз-биття лшп випрямляють, щоб був забезпечений необхвдний мiнiмум потрiбних розмiрiв при вине-сеннi в натуру меж1 розподiлу щебеня на поверхш iснуючого покриття (рис.5).
1.43 LM & ED 16.27 ,
ПК 26+30
8.52 " 20.00 1.27
Рис. 5. Робоче креслення меж розпод^ щебеня на ПК 26 + 80
Об'ем кожного з вирiвнюючих шарiв визначаеться по контуру, обмеженому кромками про1зно1 частини мгж двома шарами: шаром з юнуючою поверхнею i по черзi з кожним з насгупних шарiв, об'ем яких погрiбно визначиги (шар з проектною поверхнею, шар з поверхнею, зниженою на 4 см, шар з поверхнею, зниженою на 10 см). В CT^^i CREDO об'ем в конгурi мiж двома поверхнями обчислюегься як сума об'емiв призм з вертикальними гранями в цьому конгурi. Подставами призм служать трикутники, огриманi проектуванням трiангуляцil (система
трикутнишв, якими описуеться в CREDO цифрова модель поверхш) нижньо! поверхнi на верхню i верхньо! на нижню.
Загальний об'ем вирiвнювання визначаеться як результат обчислення об'ему мiж поверхнею юнуючого покриття i шаром, зниженим на величину посилення.
Похибка розрахунку об'ему вирiвнювання визначаеться, в першу чергу, погршшстю побудовано! цифрово! модел1 дорожнього покриття. При сучасних методах геодезично1 зйомки висотних вiдмiток поверхнi про1'зно1 частини, цифрова модель поверхш покриття з достовiрнiстю 95,4 % будуеться з похибкою 2mH = 0,006 м по висотних ввдмгтках. Це означае, що з пею ж довiрчою вiрогiднiстю 95 %, загальний об'ем вирiвнювання на кожнi 100 м2 ремонтованiй поверхнi може бути визначений з похибкою не вище 100 0,006 = 0,6 м3.
Анал1з рiвностi проектно! поверхнi про1'зно1 частини за показниками поштовхомiру та IRI i
плавностi руху виконуеться так само, як i аналiз нерiвностi юнуючо1 поверхнi про1'зно1' частини.
Висновки
Дослiдження варiантiв проектiв ремонту показали, що економiя засобiв на влаштуванш вирiвнюючих шарiв досягаеться i нарощуванням дорожнього одягу, i частковим розбиранням (фрезеруванням) окремих дiлянок покриття, що також проектуеться на цифрових моделях.
Методика проектування об'емного багатошарового вирiвнювання про1'зно1' частини в проектах ремонту i реконструкци автомобшьних дорiг використовуеться в Украíнi, Роси, Бiлорусi, кранах Прибалтики в 68 проектних органiзацiях.
Досвiд використання в практищ Укрдiпродору методики аналiзу нерiвностей дорожнього покриття засобами CREDO показав обгрунтова-нiсть методологи цього сучасного програмного продукту i його ефектившсть при рiшеннi актуа-льних задач капитального ремонту автомобiльних дорiг та забезпечення пвдвищення рiвностi про1з-но1 частини автомобiльних дорiг та зменшення об'емiв по И вирiвнюванню.
Л^ература
1. Величко Г.В., Фiлiппов В.В. Забезпечення
рiвностi автомобiльних дорiг // Автошляховик Укра1ни. - 2003. - №2. - С. 40-43.
2. Sayers M.W., Karamihas S.M. The little Book of
Profiling. Basic Information about Measuring and Interpreting Road Profiles. - 1998. - 100 p.
3. ДБН В.2.3-4-2000. Споруди транспорту. Авто-
мобшьш дороги. - К.: Держбуд Укра1ни,
2000. - 117 с.
4. ДСТУ Б В.2.3-3-2000 Державний стандарт
Украши. Споруди транспорту. Дороги авто-мобшьш та аеродроми. Методи вимiрю-вання нерiвностей основ i покриттiв. - К.: Держбуд Укра1ни, 2000. - 12 с.
5. Крупа Н.В. Ресурсосберегающие методы
проектирования капитального ремонта дорожных покрытий // Автомобшьш дороги i дорожне будiвництво: Мiжвiдомчий науково-технiчний збiрник - К.: Нацюнальний транспортний унiверситет,
2001. - №62. -366 с.
6. Крупа Н.В., Токарев Л.А., Филиппов В.В.
CREDO: объемное выравнивание проезжей части в проектах капитального ремонта и реконструкции автомобильных дорог // Автомобильные дороги. - 2001. - №10. - С. 50-53.
7. Савенко В.Я., Дми^ев М.М. Лшський Г.£.,
Петрович В.В. Прогресивш технологи i
енергозбереження в дорожньому будiвництвi // Вюник ТАУ та УТУ. - К. -2001. - №5. -
С. 70-81.
Рецензент: В.К. Жданюк, професор, д.т.н., ХНАДУ. Стаття надшшла до редакцп 10 липня 2006 р.
