Методика оценки безопасности движения и транспортных качеств автомобильных дорог


Рабочая таблица статистической обработки показателей ровности (километры 27 - 40, правая полоса движения)

S

K

K - 1

(K - 1)2

(K - 1)3

272

1,21

+0,21

0,044

+0,009

332

1,46

+0,46

0,212

+0,101

174

0,78

-0,22

0,048

-0,011

210

0,93

-0,07

0,005

-

218

0,96

-0,04

0,002

-

166

0,73

-0,27

0,073

-0,020

156

0,69

-0,31

0,096

-0,030

224

0,99

-0,01

-

-

197

0,87

-0,13

0,017

-0,002

184

0,81

-0,19

0,036

-0,007

288

1,27

+0,27

0,073

+0,020

256

1,13

+0,13

0,017

+0,002

266

1,17

+0,17

0,029

+0,005

2943

13,00

 

0,652

+0,137

По данным таблицы вычисляем коэффициент вариации:

коэффициент асимметрии:

среднеквадратическое отклонение:

σ = Cv · Sср = 0,232 · 226,4 = 50,5 см/км

и случайную ошибку в определении средней:

или в %:

Анализ графиков и выражений статистической обработки позволяет оценить не только ровность всего маршрута в целом, но и выяснить характерные особенности состояния дорожного покрытия. Так, например, кривая накопления частот позволяет определить общее протяжение отдельных участков дороги с ровностью, которая характеризуется конкретной величиной показания прибора. На графике рис. 63 видно, что большинство участков имеют ровность в пределах от 150 до 250 см/км, кривая накопления частот указывает на то, что в таких пределах показания толчкомера имеют 68 % из всех измеренных километров, а удовлетворительную оценку имеют 80 % всех участков.

Форма кривых распределения, а именно их асимметричность, указывают на транспортно-эксплуатационные качества дорожного покрытия. Чем ближе форма кривой приближается к нормальной, симметричной, тем лучше транспортно-эксплуатационные качества покрытия. Для рассматриваемого участка дороги (правой полосы) отчетливо видно на графике распределения шлейф, вытянутый в сторону высоких показателей толчкомера. Это указывает на наличие участков с весьма неудовлетворительной ровностью, которые требуют немедленного ремонта. Об этом же свидетельствуют и значения коэффициентов вариации и асимметрии, величины которых имеют весьма высокие значения.

При многократном проведении измерений ровности можно судить об изменениях качества покрытия во времени. Об улучшении ровности в этом случае свидетельствуют уменьшение среднеквадратического отклонения, медианы и среднеарифметической величин, а также сдвиг асимметрии в сторону более низких показателей.

Исследования изменений ровности на ряде дорог во времени показали ухудшение ровности в первые два - три года после постройки. Это является признаком начала формирования земляного полотна и уплотнения покрытия. В последующие годы наблюдается стабилизация ровности с незначительными колебаниями в зависимости от климатических условий, типа грунтов земляного полотна и осенне-зимнего водно-теплового режима. Более существенные изменения ровности наблюдаются по сезонам года. В начале весны, в период оттаивания грунтового основания, отмечено ухудшение ровности. Особенно заметное изменение ровности наблюдалось на участках со слабой дорожной одеждой и на наиболее грузонапряженных участках. В этот период кривые распределения изменяют свою форму, асимметрия их увеличивается в сторону более высоких показателей. В последующий период, примерно с середины июня, на дорогах центральной полосы нашей страны происходит закатывание неровностей автомобилями. Ровность улучшается и на этом уровне сохраняется в продолжение всего летнего периода. В некоторых случаях может наблюдаться ухудшение ровности в особенно жаркий период года за счет деформации поверхностной обработки и асфальтобетонного покрытия в виде сдвигов и наплывов. Причиной ухудшения ровности цементобетонных покрытий в периоды с высокой температурой воздуха может служить поднятие плит из-за заклинивания швов.

§ 27. ОЦЕНКА СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕС С ПОВЕРХНОСТЬЮ ДОРОГИ

Важным показателем качества дорожных покрытий является их шероховатость, обеспечивающая надежное сцепление колес автомобилей с покрытием.

Основной характеристикой степени шероховатости дорожных покрытий служит величина сцепления с ними колес автомобиля (коэффициент сцепления). Коэффициент сцепления определяют по отношению максимального тягового усилия, возникающего при скольжении полностью заторможенного колеса в плоскости контакта с покрытием, к давлению колеса на дорогу.

Для оценки шероховатости покрытий предложено большое количество различных методов и приборов, их можно объединить в две большие группы:

приборы и методы, непосредственно оценивающие шероховатость покрытия;

приборы для измерения коэффициента сцепления.

К первой группе относятся приборы и методы, позволяющие оценивать шероховатость по записанному механическим способом или полученному в результате обработки стереофотографий микропрофиля поверхности покрытия. В этом случае шероховатость оценивают по средним величинам высоты неровностей, угла при вершине выступов и шага неровностей (рис. 64). К этой же группе относят приборы, позволяющие по отраженному от поверхности покрытия ультразвуковому или световому лучу оценить шероховатость покрытия. Характеристикой шероховатости в этом случае служит отражательная способность поверхности покрытия. Шероховатость можно оценивать и по действительной площадке контакта пневматической шины колеса с поверхностью покрытия. Для этого тем или иным способом получают отпечаток выступающих из поверхности покрытия частиц минерального материала, которые находятся в непосредственном контакте с пневматической шиной. По проценту отпечатанных выступов (по площади их отпечатков) оценивают шероховатость покрытия.

Рис. 64. Основные характеристики шероховатости

h - высота неровностей, b - шаг неровностей (расстояние между выступами), α - угол при вершине

Из существующих в настоящее время приборов этой группы наиболее совершенными являются разработанные на кафедре «Проектирования дорог» МАДИ канд. техн. наук Э.Г. Подлихом дорожный профилограф (рис. 65) и оптический прибор (рис. 66) конструкции канд. техн. наук В.П. Залуги, оценивающий шероховатость по коэффициенту отражения луча света, направленного на покрытие под углом.

Рис. 65. Прибор для записи микропрофиля поверхности дорожного покрытия:

1 - рама прибора; 2 - выключатель электродвигателя; 3 - электродвигатель; 4 - эксцентрический вал; 5 - меловая бумага; 6 - запись микропрофиля; 7 - измерительная игла-щуп; 8 - основание прибора; 9 - измеряемая поверхность

Рис. 66. Прибор для оценки шероховатости дорожного покрытия:

1 - источник света; 2 - трехлинзовый конденсатор; 3 - объектив; 4 - отражатель; 5 - зеркало; 6 - двухлинзовый конденсатор; 7 - черные матовые пластины; 8 - фотоэлемент; АВ - прорезь в корпусе прибора

Практика обследований дорожных покрытий прибором этого типа позволила разработать методику оценки шероховатости. Ориентировочно участки для оценки шероховатости намечают в подготовительный период после ознакомления с материалами, характеризующими тип и конструкцию дорожных покрытий, срок их службы и интенсивность движения. В процессе рекогносцировочного проезда по дороге намеченные участки уточняют путем визуального осмотра их состояния. Во время рекогносцировочного осмотра количество намеченных ранее участков значительно увеличивается за счет уточнения состояния покрытий одного и того же типа. На выбранных для обследований участках намечают поперечники, отражающие шероховатость всего рассматриваемого участка. В среднем, в зависимости от состояния покрытия, намечают один поперечник на километр. На каждом поперечнике оценку шероховатости выполняют по всей ширине проезжей части, назначая первый участок измерений на расстоянии 0,5 м от кромки проезжей части, а последующие через каждый метр друг от друга. На каждом из участков измерения проводят перпендикулярно и параллельно оси дороги, а затем, если результаты не сходятся, дополнительно под углом 45° к одному из ранее замеренных направлений. Таким образом, на каждом участке получают 3 - 4 значения, характеризующие шероховатость покрытия. В соответствии с этой методикой на каждом поперечнике проезжей части шириной 7 м измерения проводят на 7 участках и на каждом из них получают 3 - 4 характеристики шероховатости. В общей сложности на каждом поперечнике получают от 24 до 28 величин. Результаты измерений заносят в ведомость по следующей форме:

Таблица 50

Ведомость оценки шероховатости дорожного покрытия

Дата измерений _____________________________________________________________

Дорога _____________________ на участке с ПК ___________ до ПК ________________

Погода ____________________________________________________________________

Температура воздуха: а) на высоте 2-х метров ___________________________________

б) на поверхности покрытия _______________________________

Тип дорожного покрытия ____________________________________________________

Состояние покрытия ________________________________________________________

Дата последнего возобновления покрытия ______________________________________

Характер вяжущего материала ________________________________________________

Природа и размер каменного материала ________________________________________

Методика обработки результатов измерения зависит от задач обследования. Если необходимо дать общую характеристику шероховатости на створе, то пользуются среднеарифметическими величинами. При необходимости оценки шероховатости покрытия на всем протяжении маршрута или отдельных характерных участков - результаты измерений обрабатывают методами, аналогичными рассмотренным выше в разделе оценки ровности. Этот же метод обработки следует применять для выяснения изменений шероховатости или по ширине проезжей части на участке с однородным покрытием, или по всему обследуемому маршруту. В этом случае в обработке участвуют средние значения шероховатости для мест измерений, расположенных на одном определенном расстоянии от кромки проезжей части.

В практике обследований транспортно-эксплуатационных характеристик автомобильных дорог гораздо большее распространение получили приборы второй группы, позволяющие оценивать шероховатость покрытия по величине коэффициента сцепления.

Для оценок коэффициента сцепления могут быть использованы два метода:

по величине тормозного пути,

при помощи динамометрических тележек.

В первом из них в качестве прибора для измерения коэффициента сцепления используется автомобиль, оборудованный отметчиком начала торможения. В качестве отметчика применяют различные приспособления, выбрасывающие на поверхность дороги в момент натяжения тормозной педали жидкую или сухую краску. Сущность метода заключается в торможении автомобиля, двигающегося с определенной скоростью, до полной остановки и в размере длины тормозного пути. Величину коэффициента сцепления вычисляют по формуле:

                                                        (41)

где: V - скорость в момент начала торможения, км/час;

Sт - длина тормозного пути по данным измерений, м;

i - продольный уклон участка торможения;

φ1 - коэффициент сцепления.

Для получения надежных результатов, измерения рекомендуется проводить не менее трех раз на одном и том же участке. Этот метод связан с большим износом шин и не может применяться для оценки коэффициента сцепления при высоких скоростях движения, а получаемые данные в значительной степени зависят от интенсивности торможения. Поэтому при обследованиях целесообразнее использовать динамометрические тележки.

При использовании прицепных динамометрических тележек коэффициент сцепления определяют из отношения максимальной тангенсиальной реакции Pт, возникающей в площади контакта шины с покрытием, к давлению Pв, передающемуся через колесо на покрытие:

                                                              (42)

Для измерения величины тангенсиальной реакции применяют динамометры различных типов, устанавливаемые в месте сцепки прицепа с тягачом на каком-либо участке дышла или подвески прицепа.

На обследованиях транспортно-эксплуатационных характеристик дорог кафедра «Проектирования дорог» МАДИ применяла динамометрические тележки трех конструкций: одноколесную тележку, предназначенную для работы в сцепе с легковым автомобилем М-21 «Волга», и двухколесные, для работы с автомобилем УАЗ или ГАЗ-51.

Перед испытаниями проверяют готовность автомобиля, динамометрической тележки (проверка основных узлов и агрегатов с контрольным включением их в работу) и полевой документации; проводят рекогносцировочный объезд участка дороги, на котором будут проводиться измерения, намечают программу и календарные сроки выполнения работ раздельно по каждому участку, увязывая с общим календарным планом. После этого проводят тарировку динамографа или другого регистрирующего прибора при статическом нагружении ступенями по 0,05 или по 0,1 т в зависимости от применяемого типа динамометрической тележки. Для тарировки монтируют простейшее нагрузочное приспособление, позволяющее регистрировать показания динамографа при ступенчатом приложении нагрузки к прицепной серьге тележки. Тарировку проводят не менее трех раз при нагружении и разгрузке.