Методы оценки эксплуатационного состояния автомобильных дорог

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Автоматизация технологических процессов в машиностроении» Курсов ой проект по дисциплине: « Пути сообщений, технологические сооружения » на тему: « М етоды оценки эксплуатационного состояния автомобильных дорог » Вариант 6 Выполнил Мусин Р.К. студент IV – МиАТ – 16 (Ф.И.О.) (группа) Проверил старший преподаватель Зимина Л.Н. (Ф.И.О.) _________________ (Оценка защиты) (Подпись преподавателя) Самара 2008 Содержание Содержание 2 техническое задание 3 введение 6 1. ОЦЕНКА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ РАСЧЕТНОЙ СКОРОСТИ 7 2. ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОГИ 12 3. ОЦЕНКА УРОВНЯ ЗАГРУЗКИ ДОРОГИ ДВИЖЕНИЕМ 13 4. ОЦЕНКА РОВНОСТИ ПОКРЫТИЯ ДОРОГ 14 5. ОЦЕНКА СЦЕПНЫХ КАЧЕСТВ ПОКРЫТИЯ ДОРОГ 15 6. ВИЗУАЛЬНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ 16 7. ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД 18 7.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАКТИЧЕСКОГО МОДУЛЯ УПРУГОСТИ НЕЖЁСТКОЙ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ИСПЫТАНИЙ 22 7.2. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ 23 7.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБУЕМЫХ РАСЧЕТНЫХ МОДУЛЕЙ УПРУГОСТИ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД 24 7.4. ОЦЕНКа пРОЧНОСТИ НЕЖЁСТКОЙ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ ПО ДАННЫМ ИСПЫТАНИЙ 28 8. Назначение работ по содержанию и ремонту 34 9. Содержание автомобильных дорог и дорожных сооружений 35 10. Ремонт автомобильных дорог и дорожных сооружений 38 11. Безопасность движения 40 12. Ямочный ремонт 44 заключение 55 литература 56 техническое задан и е Определить следующие эксплуатационные характеристики дороги: показатель обеспеченности расчетной скорости, уровень загрузки дороги движением, показатели аварийности, ровности, сцепных качеств покрытия, а также показатели прочности нежестких дорожных одежд на основе данных испытаний характеристики состояния покрытия в зависимости от вида и количества дефектов по данным визуального обследования. По результатам расчёта необходимо назначить состав работ по содержанию и ремонту асфальтобетонного покрытия дорожной одежды. Таблица 1. Исходные данные для оценки показателей технико – эксплуатационного состояния дороги. Вариант задания Фактические показатели ТЭС дороги V ф max , км/ч N ф , авт/сут Пропускная способность, авт/сут К аф ц ф 6 100 6700 10000 25 0,2 6 Примечания: 1 . Значения коэффициента сцепления определялись ПКРС 2 с протектором без рисунка. 2. Для дорог с фактической интенсивностью движения менее 4000 авт/сут пропускную способность не проверяют . Таблица 2. Исходные данные для визуальной оценки состояния дорожной одежды . № пп. Состояние покрытия и характер повреждения Длина участка, м 1. Отдельные трещины на расстоянии 20 – 40 м между трещинами - Тоже на расстоянии 10 – 20м - 2. Редкие трещины на расстоянии между соседними трещинами 8 – 10 м - То же 6 – 8 м - То же 4 – 6 м - 3. Частые трещины на расстоянии между соседними трещинами 3 – 4 м 300 То же 2 – 3 м 200 То же 1 – 2 м 250 4. Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой, менее 30 % 380 То же 30 – 60% 340 То же 60 – 90% 120 5. Колейность при средней глубине колей 5 мм 300 То же 5 – 10 мм 320 То же 10 мм 250 6. Просадки при относительной площади просадок 20% - То же 20 – 50% - 7. Проломы дорожной одежды при относительной площади, 25 занимаемой проломами, 10% Таблица 3. Исходные данные для оценки прочности дорожных одежд. Параметры Значения Категория дороги II Приведённая интенсивность движения N np , ед./сут 390 Дорожно – климатическая зона II I Грунт земляного полотна Супесь пылеватый Тип местности по увлажнению 2 Относительная влажность грунта 0,77 Тип покрытия Капитальный Общая толщина дорожной одежды, м 0,73 Толщина песчаного слоя, м 0,35 Толщина асфальтобетона, м 0,14 Марка асфальтобетона, м II Температура асфальтобетона, С 0 1 0 Вид испытаний Стат ические Вид нагружений или установки Жесткий штамп Диаметр штампа, м 0,357 Для испытательной установки УДН – НК диаметр отпечатка колеса определяется по формуле: , Q =50 кН; P Ш =0,6 МПа Таблица 4. Прогибы дорожных одежд. Номер точек Прогиб нежёсткой дорожной одежды, мм, по вариантам задания 6 1 1,10 2 1,12 3 1,03 4 1,25 5 1,23 6 1,18 7 1,02 8 1,34 9 1,31 10 1,20 Таблица 5. Исходные данные для оценки ровности покрытий. Варианты задания Показания измерительных приборов, см/км Количество просветов под рейкой >6мм, % Толчкомер ПКРС – 2 6 7 Таблица 6. Исходные данные: влияние параметров автомобильной дороги на скорость движения автомобиля. Вариант задания Расчётные схемы 6 Движение на трехполосной проезжей части при отсутствии разметки введение Эксплуатационное состояние дороги – степень соответствия нормативным требованиям переменных параметров и характеристик дороги, изменяющихся в процессе эксплуатации под воздействием нагрузок транспортных средств, метеорологических условий и уровня содержания. Основные технико – эксплуатационные характеристики, по которым оценивается состояние дороги: обеспеченная скорость движения автомобилей пропускная способность и уровень загрузки дороги движением, безопасность движения, прочность дорожной одежды, ровность и сцепные качества покрытия. В зависимости от значений показателей этих параметров и характеристик назначаются работы по содержанию и ремонту дорог. Содержание дорог в весенний, летний и осенний периоды включает работы по систематическому уходу за дорогой для поддержания ее в надлежащем состоянии в течение всего года. К содержанию относятся также следующие работы: устранение выбоин, раковин, трещин, отдельных волн, бугров, наплывов и т. п. в асфальтобетонных покрытиях; работы по профилактической защите цементобетонных покрытий от поверхностных разрушений (пропитка); работы по ликвидации выбоин, раковин, по ликвидации кромок и углов плит, а также по заливке трещин и швов в цементобетонных покрытиях. Кроме того, к содержанию относятся работы по устранению местных просадок и вспучиваний для всех типов покрытий. Ремонт дорожных одежд заключается в работах по восстановлению слоя износа, улучшению ровности, повышению шероховатости и сцепных качеств покрытия, по усилению дорожных одежд и уширению проезжей части. 1. ОЦЕНКА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ РАСЧЕТНОЙ СКОРОСТИ Автомобильные дороги по эксплуатационному состоянию должны обеспечивать возможность безопасного движения автомобилей с максимальной скоростью, близкой к расчетной для данной категории дороги. Скорость движения автомобилей оценивается по эксплуатационному коэффициенту обеспеченности расчетной скорости К рсэ определяемому по формуле: (1) где V ф m ах – фактическая максимальная скорость движения на каждом участке эксплуатируемой дороги; V p – расчетная скорость для данной категории дороги в соответствии со СНиП 2.05.02 – 85. Автомобильные дороги. Фактические скорости движения приведены в табл. 1. Назначение ремонтных работ в зависимости от величины К рсэ осуществляется в соответствии с табл. 7. Таблица 7. Значение коэффициента К рсэ Требуемый вид работ 0,75 – 1,0 Содержание 0,75 Ремонтные работы 0,5 – 0,75 В неблагоприятные периоды года требуется усиленное содержание и последующее улучшение <0,5 Первоочередная перестройка Следовательно, на данной автомобильной дороге требуется только содержание. Влияние ширины укреплённой поверхности дороги на обеспеченность расчётной скорости оценивают исходя из понятия «ширины психологического коридора» . «Психологический коридор» – это ширина поверхности дороги, которая оказывает психологическое воздействие на водителя при выборе траектории и режима движения. Общая ширина психологического коридора: ; Сокращение ширины укреплённой поверхности приводит к уменьшению ширины психологического коридора. Вместе с этим снижается и скорость движения. Величина снижения скорости при уменьшении ширины укрепленной поверхности существенно зависит от интенсивности движения. С учетом факторов расчетные формулы для определения максимальной скорости и коэффициента обеспеченности расчётной скорости, которые имеют вид: V ф max = K 1 (В 1ф – В п ), км/ч; К рс =К 2 (В 1ф – В п ), где К 1 и К 2 – коэффициенты, учитывающие интенсивность и расчётную схему движения; В п – минимальная ширина психологического коридора для различных расчётных схем, м. Расчётные формулы, значения К 1 К 2 и В п , а также пределы применимости расчётных формул по интенсивности движения приведены в таблице 8. Таблица 8. Расчетная схема Расчётные формулы Границы применения по интенсив ности движения, физич. авт/сут летом в переходные периоды зимой 1. Свободное движение одиночного автомобиля V ф max = K 1 (В 1ф – 3,1), К рс= К 2 (В 1ф – 3,1), где К 1 =40; К 2 =0,33 <700 <600 <500 2. Движение в частично связанном потоке на двухполосной проезжей части при интенсивности, авт./сут а) 500 – 1500 V ф max = K 1 (В 1ф – 4), К рс= К 2 (В 1ф – 4), где при В 1ф до 7 м К 1 =42,8; К 2 =0,36 при В 1ф от 7 м К 1 =40; К 2 =0,33 700 – 1500 600 – 1200 500 – 1000 б) 1500 – 4200 V ф max = K 1 (В 1ф – 4), К рс= К 2 (В 1ф – 4), где К 1 =36,4; К 2 =0,30 1500 – 4 200 1200 – 3600 1000 – 3000 3. Движение при интенсивном встречном потоке на двухполосной проезжей части V ф max = K 1 (В 1ф – 4), К рс= К 2 (В 1ф – 4), где К 1 =30,7; К 2 =0,25 >4200 >3600 >3000 4. Движение на трёхполосной проезжей части: а) при полной разметке V ф max = K 1 (В 1ф – 7,3), К рс= К 2 (В 1ф – 7,3), где К 1 =25,7; К 2 =0,21 >7000 >6000 >5000 6) при отсутствии разметки V ф max = K 1 (В 1ф – 8,5), К рс= К 2 (В 1ф – 8,5), где при В 1ф до 11 м К 1 =38; К 2 =0,32 при В 1ф от 11,1 до 12,5 м К 1 =26,4; К 2 =0,22 при В1ф >12,5 м К 1 =23,2; К 2 =0,19 >7000 >6000 >5000 5. Движение на проезжей части одного направления четырёхполосной автомагистрали с разде – лительной полосой, м: а) более 5 V ф max = K 1 (В 1ф – 4,1), К рс= К 2 (В 1ф – 4,1), где при В 1ф до 8 м К 1 =36; К 2 =0,30 при В 1ф от 8,1 до 9,75 м К 1 =30,9; К 2 =0,26 < 15000 <12000 <12000 6) до 5 V ф max = K 1 (В 1ф – 4,1), К рс= К 2 (В 1ф – 4,1), где К 1 =30,9; К 2 =0,26 < 12000 <10000 <10000 Для определения обеспеченной скорости необходимо иметь данные о фактически используемой для движения ширине укреплённой поверхности дороги В 1ф , т.е. ширине чистой проезжей части и краевых укреплённых полос. При отсутствии данных непосредственных измерений она может быть вычислена по формуле: В 1ф =В+2 b – 2 b 3 , м, где В – ширина проезжей части, м; b – ширина краевой укреплённой полосы, м; b 3 – ширина полосы загрязнения у кромки проезжей части или краевой укреплённой полосы, м. Ширина полос загрязнения в зимний и осенне – весенний периоды зависит от параметров дороги, типа укрепления обочин и уровня содержания дороги. Ширину полос загрязнения определяют путём непосредственных измерений на каждом характерном участке, непосредственные измерения принимаются в зависимости от типа укрепления обочин (табл. 9). Влияние ширины и типа укрепления обочин на скорость движения до определенной степени соизмеримо с влиянием ширины укрепленной поверхности дороги. Однако расчетных формул оценки этого влияния не разработано. Установлено, что наибольшее влияние оказывает вид и состояние полосы обочины шириной от кромки проезжей части до 1,5 м. зависимость скорости от ширины обочин представлена графически (рис. 2). Таблица 9. Вид укрепления обочины В зимний период В осенне – весенние периоды На прямых участках и на кривых в плане радиусом более 600 м при высоте насыпи больше высоты снежного покрова На кривых в плане радиусом 200 – 600 м при высоте насыпи больше высоты снежного покрова На снегозаносимых участках, на участ ках с ограждениями, направляющими столбиками, тумбами, парапетами На прямых участках и на кривых в плане радиусом более 200 м На кривых в плане ра диусом менее 200 м и на участках с ограждениями, направляющими столбиками, тумбами, парапетами Слой щебня или гравия 0,2 – 0,4 0,3 – 0,5 0,3 – 0,5 0,1 – 0,3 0,1 – 0,3 0,4 – 0,5 0,5 – 1,0 0,6 – 1,2 0,2 – 0,4 0,3 – 0,5 Засев травой 0,2 – 0,75 0,3 – 0,5 0,3 – 0,5 0,1 – 0,3 0,1 – 0,3 0,4 – 1,0 0,6 – 1,2 1,2 – 1,8 0,4 – 0,6 0,5 – 1,0 Обочины не ук реплены 0,2 – 0,75 0,4 – 0,6 0,4 – 0,6 0,1 – 0,5 0,1 – 0,5 0,4 – 1,0 1,2 – 1,8 1,2 – 2,0 0,6 – 0,8 1,0 – 1,5 Примечания: 1. В числителе для дорог I – П категорий, в знаменателе для дорог III – IV категорий. 2. Ширина полосы загрязнения зависит от оснащения дорожных организаций машинами для содержания дорог. При оснащении, равном 100% нормативной потребности, ширину полосы загрязнения принимают минимальной, при 60 – 70 % оснащённости принимают средние значения, а при оснащении менее 50 % – максимальные. 3. При устройстве на обочинах покрытия шириной более 1,5 м из асфальтобетона, цементобетона или из материалов, обработанных вяжущими, сокращения ширины укреплённой поверхности не происходит. Рис. 2. Влияние ширины и типа укрепления обочин на коэффициент обеспеченности расчётной скорости: 1 – обочина укреплена цементобетоном, асфальтобетоном или каменными материалами, обработанными вяжущим; 2 – обочина, укреплённая слоем щебня или гравия; 3 – это же, засевом трав; 4 – обочина не укреплена При расчетной схеме « Движение на трехполосной проезжей части при отсутствии разметки » : V фmax =K 1 (В 1ф – 8,5 )= 38(12,75 – 8,5 )=1 6 2 км/ч К рс =К 2 (В 1ф – 8,5 ) =0,32(12,75– 8,5)=1,36 при В 1ф до 11 м ( 12,75 м) К 1 = 38 ; К 2 =0,3 2 Ширина психологического коридора составляет 4 ,5 м. 2. ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОГИ Безопасность дороги оценивается по нескольким показателям: коэффициенту происшествий (или относительной аварийности), коэффициенту безопасности К б и коэффициенту аварийности К а (для участков дороги в равнинной и холмистой местности). Для дорог, проходящих в горной местности, безопасность оценивается по разнице коэффициентов аварийности на соседних участках с уклонами более 50‰, и радиусами менее 300 м. Итоговым коэффициентом аварийности К а называется произведение частных коэффициентов аварийности, учитывающих влияние постоянных параметров дороги (элементов плана, профиля), переменных (сезонных), а также временных (кратковременных) параметров: сцепных качеств и ровности покрытия фактически используемой ширины проезжей части и обочин и т. д., изменяющихся в течение года под воздействием транспортных средств, сезонных и временных колебаний метеорологических условий. Исходные данные для определения итогового коэффициента аварийности приведены в табл. 1. допустимые значения итоговых коэффициентов аварийности приведены в табл. 10. Таблица 10. Параметры Степень опасности участков дороги Не опасный Малоопасный Опасный Очень опасный К а для участков дорог в равнинной и холмистой местности 0 – 10 10 – 20 20 – 40 40 Разница в коэффициен тах К а соседних участков (для горной местности), % 20 20 – 40 40 – 100 100 На участках дороги в равнинной и холмистой местности с К а >20 необходимо выполнение работ по повышению безопасности движения. При ремонте и реконструкции такие участки подлежат перестройке в первую очередь. При К аф = 25 требуется выполнение работ по повышению безопасности движения . 3. ОЦЕНКА УРОВНЯ ЗАГРУЗКИ ДОРОГИ ДВИЖЕНИЕМ Фактический уровень загрузки дороги движением Z определяется как отношение фактической интенсивности N , авт/сут, приведенной к легковому автомобилю, к пропускной способности Р, авт/сут, т. е.: Z = N / P (2) Исходные данные для определения фактического уровня загрузки дороги приведены в табл. 1. Допустимые уровни загрузки дорог приведены в табл. 11. Z = 6700 / 10000=0,67 Таблица 11. Уровни загрузки дорог. Характеристика участков дороги Допустимый уровень загрузки дороги Подъезды к аэропортам, железнодорожным станциям, морским и речным причалам и пристаням ( I А, I Б, II ) 0,5 Внегородские магистрали (дороги категории IA ) 0,6 Въезды в города, обходы и кольцевые дороги вокруг больших городов (дороги категорий I Б, II , III ) 0,65 Автомобильные дороги II и III 0,7 4. ОЦЕНКА РОВНОСТИ ПОКРЫТИЯ ДОРОГ Состояние покрытий проезжей части дорог по ровности оценивается коэффициентом ровности К р . К р = S доп / S факт (3) где S доп – предельно допустимое значение состояния покрытий по ровности, определяемое по табл. 12; S факт – фактическое значение показателя ровности покрытия; в данной курсовой работе фактическое значение ровности покрытия определяется по табл. 5 . Таблица 12. Допустимые показатели ровности покрытий. Группа дорог в соответст вии с [2] Интенсивн ость движения, авт/сут Предельно допустимое состояние покрытия S доп по ровности Показатель ровности, см/км Число просветов под 3 – метровой рейкой, превышающих указанные в СНиП 3.06.03 – 85,% По прибору ПКРС – 2 По точкомеру А Б В 3000 1000 – 3000 1000 7000 660 860 1200 540 120 170 265 100 7 9 14 6 Примечание: Для дорог с интенсивностью движения более 7000 авт/сут нормативы даны в соответствии с [1]. В соответствии с [1] при коэффициенте ровности К р > 1 назначаются работы по содержанию дороги, при К р <1 – ремонтные работы. Предельно допустимое значение состояния покрытий по ровности S доп =6 , фактическое значение показателя ровности покрытия S факт = 7 К р = S доп / S факт = 6 / 7 = 0,86 следовательно, требуются ремонтные работы. 5. ОЦЕНКА СЦЕПНЫХ КАЧЕСТВ ПОКРЫТИЯ ДОРОГ Сцепные качества покрытий оцениваются коэффициентом К с , определяемым по формуле: К с =ц ф /ц доп (4), где ц ф – фактический коэффициент продольного сцепления; в курсовой работе определяется по табл. 1 в зависимости от варианта задания; ц доп – допустимое значение коэффициента сцепления по условию безопасности движения; в соответствии с [2] допустимый коэффициент сцепления ц доп равен 0,3 при измерении его прибором ПКРС – 2У с шиной без рисунка протектора и 0,4 при измерении прибором ПКРС – 2У с шиной, имеющей рисунок протектора. Фактический коэффициент продольного сцепления ц ф =0,2 6 ; ц доп =0,3 К с =0,2 6/0,3=0,8 7 Для автомобильных дорог I I категории допустимый коэффициент продольного сцепления составляет К с =0, 8 5– 0, 95 . Следовательно, требуются работы только по содержанию. 6. ВИЗУАЛЬНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ Визуальная оценка состояния дорожной одежды позволяет получить предварительную информацию о прочности дорожной одежды и выявить участки для проведения детальной инструментальной оценки в соответствии с методикой [3] учитываются дефекты дорожных покрытий, связанные, с недостаточной прочностью (несущей способностью) нежестких дорожных одежд: трещины (отдельные, редкие и частые), сетка трещин, колейность, просадки, проломы. Состояние дорожной одежды в зависимости от вида и количества дефектов оценивается в баллах в соответствии с табл. 13. В случае наличия на участке дороги нескольких видов дефектов балл назначается по дефекту, дающему наиболее низкое его значение. На дороге, или на участке дороги вычисляют средний балл по формуле: (5) где Б j – балл на частном участке j ; L j – протяженность частого участка. По величине среднего балла определяется целесообразность инструментальной оценки прочности на дороге или участке дороги: для дорог I категории при Б ср