652

6.КОНТРОЛЬ РОВНОСТИ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ

6.1.Общие сведения о неровностях дорожного покрытия

Ровность — одна из наиболее важных эксплуатационных характеристик автомобильной дороги наряду с прочностными характеристиками и сцепными качествами покрытия автомобильных дорог. Ровность определяется на стадии строительства (операционный контроль), приемки дороги в эксплуатацию и во время эксплуатации. Продольная ровность проезжей части — один из показателей качества дорожного покрытия, характеризующийвзаимное воздействиетранспортныхсредствидорожной поверхностинавертикальныеколебания транспортногосредства и динамическую нагруженность дорожной одежды. По степени влияния на вертикальные колебания автомобиля неровности можно разделить на три группы:

—макронеровности,

—микронеровности,

—шероховатость.

Макронеровности формируют макропрофиль поверхности покрытия и состоят из длинных плавных неровностей длиной волны не менее 100 м. Они влияют на работу двигателя и режим движения,но не приводятк колебаниямавтомобиля наподвеске. Фактически это продольный профиль дороги.

Микронеровности формируют микропрофиль поверхности и состоят из неровностей длиной волны от 10 до 100 м, которые вызывают значительные колебания автомобиля на подвеске.

Шероховатость — совокупность неровностей длиной волны от 3 до 10 см, которые не вызывают низкочастотных колебаний автомобиля на подвеске, так как их воздействие поглощают шины.

Все основные неровности относятся к микропрофилю поверхностипокрытия.Значительнаячасть этихнеровностейформируется на стадии строительства, когдафактический микропрофиль покрытия отличается от проектного на размер допустимых просветов под 3-метровой дорожной рейкой. В процессе эксплуатации дороги число и размеры неровностей увеличиваются. Факторы, влияющие на увеличение амплитуды и длины неровности, связаны с деструкцией земляного полотна, дорожных

71

одежд и качеством непосредственно покрытия. Наличие любого из приведенных факторов приводит к изменениям в состоянии дорог. Поэтому неровности покрытия максимально объективно отражают фактическое состояние и динамику изменения автомобильной дороги.

Способов и средств измерения ровности несколько десятков, они делятся на прямые и косвенные [8]. Прямые способы более точные и используются при операционном контроле и приемке дорог в эксплуатацию. Косвенные способы применяются для оценкисостояниядорог приназначении ремонтов имероприятий по содержанию последних.

К прямым методам измерения ровности относятся:

—метод амплитуд,

—метод измерениянеровностей относительнозаданной плоскости РДУ (рейка дорожная универсальная),

—методы измерения стрел изгиба в вертикальной плоскости относительнозаданнойбазы(профилограф).Погрешностьизмерениянеровностейпрямымиметодамисоставляет1мм. Значение ровности определяется в процентах отклонений величин неровностей, превышающих допуск 5 мм (7 мм).

В СГУПСе разработаны, запатентованы и сертифицированы приборы для определения ровности (просадки) железных дорог АПК «Профиль» и для автомобильных дорог УДК «Ровность».

К косвенным методам относятся методы, в основе которых лежит принцип определения вертикальных колебаний кузова автомобиля относительно шасси или измерение колебаний в вертикальной плоскости фиксированной массы под действием неровностей покрытия дороги. В России на базе косвенных методов построены ПКРС-2У [9], толчкомер типа ТХК-2, передвижная дорожная лаборатория КП-514 и другие приборы. Значение ровности определяется, см/км, с погрешностью 5 %.

В зависимости от методов измерений неровностей приборы нашлиширокоеприменениеприпроведении диагностики,операционном контроле, приемке пусковых комплексов в эксплуатацию и т.д. При этом прямые методы, являясь высокоточными, используютсяприоперационном контроленаучасткахкапитального ремонта, реконструкции, строительстве новых магистралей

иаэродромов. Косвенные методы и приборы, созданные на базе

72

косвенных методов, применяются при проведении диагностики для назначения ремонта, оценки состояния дорог по безопасности.

Наиболее трудоемким методом является метод амплитуд, основанный наопределении неровностей по высотным отметкам, полученным путем нивелирования точек, закрепленных краской через 5 м на проезжей части дороги. Менее трудоемким является метод,прикоторомиспользуетсярейкадорожнаяуниверсальная и клиновидный промерник. Все остальные методы не являются трудоемкими, так как полностью автоматизированы.

Наиболее низкая производительность у метода амплитуд (0,5 км/ч), наиболее высокая при использовании ТХК-2 или ПКРС-2У — 50 км/ч.

Наиболеевысокуюточностьизмеренияровностиобеспечивает метод амплитуд, наименьшую — ТХК-2 и ПКРС.

Таким образом, метод амплитуд, обеспечивая высокую точность,являетсянаиболеетрудоемкими наименеепроизводительным. При приемке дорог в эксплуатацию для обеспечения высокой точности и достоверности Федеральным дорожным агентством рекомендовано ровность определять методом амплитуд в соответствии с ГОСТ 30412–96 [8].

6.2. Методы определения неровностей покрытия автомобильных дорог

6.2.1. Прямые методы определения ровности дорожного покрытия

Прямые методы определения ровности наиболее высокоточные и характеризуются измерением или вычислением стрел изгиба в вертикальной плоскости на заданной базе от 10 см до

40 м.

Измерения ровности рейкой дорожной универсальной с клиновым промерником

Рейка дорожная универсальная (РДУ) «КОНДОР» пред-

ставляет собой трехсекционную складную конструкцию, служащую для измерения неровностей поверхности покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов; определения продольных и поперечных уклонов проезжей части дорог и аэродромныхпокрытийвсоответствиистребованиямиСНиП2.05.02– 85; СНиП 32-03–96; СНиП 2.05.11–83; определения линейных параметров конструктивных элементов дороги.

73

Изображение рейки дорожной универсальной с клиновым промерником см. на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Рейка дорожная универсальная с клиновым промерником (РДУ)

Требования к рейке и клиновидному промернику [8]:

Длина рейки должна быть 3000 ± 2 мм.

Прогиб рейки от собственного веса в середине пролетадлиной 2900 мм не должен превышать 0,4 мм.

Ширина опорной грани рейки должна быть 50 ± 2 мм. Отклонение опорной грани рейкиотплоскостности недолжно

превышать 0,2 мм; допускается вместо отклонения от плоскости измерять отклонениеот прямолинейностипродольного профиля поверхности опорной грани рейки, которое не должно превышать 0,2 мм.

Отклонение боковой грани рейки от прямолинейности не должно превышать 10 мм на всей длине рейки.

На боковых гранях рейки должно быть пять меток, указывающихместаизмеренийпросветовподрейкой;шагметок500 ± 2 мм; расстояние от крайних меток до торцов рейки 500 ± 2 мм.

Клиновой промерник должен иметь две плоские грани шириной 50 ± 0,5 мм; угол между поверхностями граней должен быть в пределах 5°45' ± 5'.

Однаиз гранейклинового промерникадолжнаиметьпоперечные риски; шаг рисок 10 ± 0,1 мм. Риски должны иметь цифровые обозначения от 1 до 15.

Рейка и клиновой промерник должны быть проверены.

74

Подготовка к измерениям

Длину участкаизмерений следует принимать в пределах 300– 400 м.

Суммарная длина участков измерений должна составлять не менее 10 % длины контролируемого покрытия (основания) в однорядном исчислении.

Поверхность участка измерений должна быть чистой.

Проведениеизмерений

Измерениенадорогахиулицахследуетпроводить,прикладывая рейку к поверхности основания (покрытия) на расстоянии 0,5–1,0 м от каждой кромки покрытия или края полосы движения, а на аэродромах — по оси ряда (полосы)*.

При каждом приложении рейки следует измерять величину пяти просветов под рейкой в местах, соответствующих меткам на боковых гранях рейки.

Места приложения рейки должны быть равномерно расположены по длине участка измерений.

Общее число измерений просветов под рейкой на участке измерений должно быть не менее 120.

Обработкаданныхипредставлениерезультатовизмерений

Общее число измерений следует принять за 100 %. Необходимо определить число просветов под рейкой, превышающих максимально допустимую величину, установленную СНиП 3.06.03–85,ичислопросветов, меньшихминимальнодопустимой величины, установленной теми же документами. Из общего числа измерений найти наибольшую величину просвета.

Измерения ровности стрелографом

Стрелограф — наиболее простое и одно из первых автоматизированных средств определения ровности на железных и автомобильных дорогах. Конструкция и принцип работы показан на рис. 6.2.

Достоинства и недостатки прямых методов

Метод амплитудобеспечивает высокуюточность определения амплитуды неровности, высокую точность воспроизводимости результатов измерений (внутренняя сходимость). Основным

* При многополосной проезжей части дороги рейку следует прикладывать на расстоянии 0,5–1,0 м от границы каждой полосы движения.

75

недостатком метода является жесткая база измерений — 5 м, что не дает возможности определить неровности менее длины базы, например, 4 м. Названный недостаток не позволяет объективно оценивать состояние покрытия в процессе измерений. Поэтому работывыполняютнивелиромсразбивкойизакреплениемточек, что удорожает получения результатов измерений.

= f( )

Рис. 6.2. Стрелограф

При автоматизации метода амплитуд указанные недостатки можно полностью исключить.

Рейка универсальная дорожная не обеспечивает высокий уровень производительности по отношению к косвенным и другимсредствам,восновекоторыхлежатпрямыеметоды.Приэтом шаблоны типа РДУ являются удобными для контроля функциональных геометрических параметров на ограниченных участках. Точность измерений также высокая. Недостатком шаблонов является ограниченная база измерений — 3 м.

Аналогичные недостатки имеют стрелографы (стрела изгиба) и другие приборы. Преимуществом названных приборов по отношению к другим служит высокая степень автоматизации измерений.

76

6.2.2. Косвенные методы измерений неровности

Установки, использующие косвенные методы (толчкомер, ПКРС),—недорогиеидоступныеприборы,широко применяются при определении эксплуатационной ровности дорожных покрытий и являются основными приборами для определения ровностипридиагностикеавтомобильныхдорог.Кдостоинствам этого метода можно отнести высокую производительность и оперативность получения данных, что позволяет осуществлять сплошной,аневыборочныйконтроль.Втоже времяизпрактики известно, что даже новые однотипные установки могут иметь существенный разброс данных (до 25 % и более), получаемых при контроле ровности одного и того же участка. Используемые методики измерений не позволяют получить хорошую сходимостьрезультатовприиспользованиитолчкомеровразныхтипов или однотипных, но установленных на различных автомобилях

инаходящихся в различном техническом состоянии.

Квыполнению работ по диагностике автомобильных дорог привлекаются различные организации, оснащенные, как правило, неоднотипными установками. Поэтому получить сопоставимые оценки о состоянии ровности диагностируемой сети автомобильных дорог по результатам измерений с помощью толчкомеров без принятия дополнительных мер затруднительно.

6.2.2.1. Сущность косвенных методов

Суть метода заключается в измерении сжатия рессор (пружин) подвески автомобиля или специального прицепного устройства, используемых для контроля ровности при проезде контролируемого участка. Суммирование и регистрация сжатия рессор осуществляется с помощью измерителя механического или электронного типа. Суммарное сжатие рессор, полученное на участке длиной 1 км, выражается величиной, имеющей размерность,см/км.Припроведенииизмерений скоростьтранспортного средствадолжнаподдерживатьсяпостоянной. Напрактике эта скорость принята равной 50 км/ч [9].

На прогиб рессор, помимо основного возмущающего воздействия (неровности дороги), влияют подрессоренная и неподрессоренная массы автомобиля или прицепного устройства, коэффициент суммарного сопротивления гидравлических амортизаторов итрение всочлененияхподвески,жесткость рессорподвес-

77

ки и радиальная жесткость шин колес. Для повышения стабильности получаемыхданныхнеобходимо,чтобыпараметрыоставались неизменными в процессе эксплуатации. К сожалению, на практике достичь этого не удается и с помощью различных мер можно лишь значительно уменьшить влияние их нестабильности на результаты измерений.

Придвиженииавтомобилядополнительнымивозмущающими факторами, влияющими на колебания подвески, кроме неровностей покрытия будут также: дисбаланс колес и отклонение шин от круглой формы, изменение скорости движения в процессе измерений, переключение передач и др.

При повторных измерениях на одном и том же участке невозможно выдержать первоначальный след движения, что приводит к разбросу получаемых данных. Величина этого разброса в значительной степени зависит от поперечной ровности.

Конструктивное исполнение измерителя (толчкомер, ПКРС) также оказывает влияние на точность измерения. Его влияние на результаты контроля обусловлено состояниемпривода, дискретностью измерения, количеством значащих цифр и др.

6.2.2.2. Методы калибровки

При проведении измерений с помощью различных установок часто принимают одно средство измерения в качестве эталонного

ипо нему калибруют остальные устройства. Таким способом решают проблему сопоставимости данных, получаемых с помощью различных средств измерений. При контроле ровности с помощью толчкомеров такой вариант принципиально возможен, но только в рамках одной организации.

Параметры подвескииспользуемыхэталонногоикалибруемого автомобилей (прицепных устройств) не остаются постоянными в процессе эксплуатации и при замене отдельных элементов подвески. Следствием этого будет изменение калибровочной зависимости в процессе эксплуатации и различие получаемых оценок ровности одного и того же участка с помощью эталонной

ипрокалиброванной установок. Поэтому периодически необходимо делать поверку полученных калибровочных зависимостей

ипринеобходимостиосуществлятьихкорректировку.Притаком варианте калибровки остается проблема сохранения параметров эталонного устройства неизменными в процессе эксплуатации.

78

При диагностике автомобильныхдорог в различных регионах с помощью разнотипного оборудования рассмотренный вариант получения сопоставимых данных практически не приемлем. В этомслучаевкачествеэталонногосредстваконтролянеобходимо выбирать устройство (метод), который характеризуется значительно большей стабильностью и точностью, чем калибрируемое устройство.

6.2.2.3. Измерение ровности дорожных покрытий

Так как на результаты контроля ровности с помощью толчкомера оказывают влияние многие факторы, то для повышения достоверности контроля необходимо строго соблюдать требования по техническому обслуживанию и эксплуатации установок и методику проведения измерений.

Для проведенияизмерений следует использоватьтолько установки, прошедшие калибровку. Она должна осуществляться перед началом измерительного сезона ежегодно. Через 1–2 мес. эксплуатации и при замене элементов подвески необходимо проверить калибровку.

Измеритель должен располагаться на заднеприводном автомобиле. Перед выездом на испытания водитель должен убедиться в технической исправности автомобиля, а инженер-испыта- тель проверить работу измерителя в соответствии с установленной методикой.

Колеса автомобиля должны быть отбалансированы и иметь минимальные биения в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

На всех колесах (включая запасное) следует установить однотипные шины, рекомендованные ТУ по эксплуатации автомобиля.Использование шин с неравномернымизносом недопускается.

При проведении измерений следует поддерживать рабочую скорость движения в пределах ±5 % от принятой для измерений без переключения передач, обеспечивая плавность движения автомобиля. На рабочую скорость необходимо переходить не менее чем за 50 м до начала контролируемого участка.

Измерение ровности осуществляется при движении по полосе наката. Количество проездов по каждой полосе не менее двух.

79

При разбросе результатов двух измерений более чем на 15 % проводят третье измерение.

Снятие показаний толчкомера о интегральной величине (сумме) неровностей Т осуществляютпротив каждого километрового знака или через 1 км по датчику пути. Одновременно снимают показания с датчика пройденного пути.

6.2.2.4. Обработка результатов измерений толчкомером

Обработку результатов измерений выполняют в следующей последовательности:

1.Определяют среднее значение результатов измерений ровности Тср для каждого участка измерений.

2.Определяют длину каждого участка измерений.

3.Для участков, длина которых более или менее 1 км, приводят полученное значение к оценке участка длиной в 1 км

путемумноженияТср накоэффициент.Оценкаровностиучастков протяженностью в 1 км должна выражаться в см/км.

4.С помощью полученной калибровочной зависимости Е(Р) = Е(Т) перевести оценку ровности каждого «участка» по

толчкомеру Тср в соответствующую оценку по эталонному пока- зателю—просветупод трехметровойрейкой.Аналогичноможно получить оценку по международному показателю ровности IRI при наличии соответствующей калибровочной зависимости

Е(IRI) = Е(Т).

Используяполученнуюоценкуровностипометодутрехметровой рейки, с помощью приведенной ниже табл. 6.1 можно для каждого участка получить значения частного коэффициента обеспеченности расчетной скорости Кр.с.

Таблица 6.1

Значение обеспеченности расчетной скорости от количества просветов под трехметровой рейкой, превышающих 5 мм

	№	Кол-во просветов под трехметровой	Коэф. обеспеченности расчетной
		рейкой более 3 мм, %	скоростиКр.с
	1	1,0	1,15
	2	2,5	1,0
	3	5,0	0,89
	4	10,0	0,72
	5	15,0	0,61
	6	20,0	0,53

80