Транспортно-эксплационное качество дорог

 

Недостатком измерения ровности дорожного покрытия толчкомерами типа ТХК-2 и ПКРС-2 является получение с их помощью только общей суммы сжатия рессор на участке длиной 1 км. По этим показаниям невозможно определить величину отдельных неровностей.

Автоматический интегратор неровности АИН-1 (рис. 4.8) позволяет классифицировать все неровности в зависимости от их величины на семь классов.

Все указанные выше толчкомеры не позволяют определить неровности с длиной волны более 0,3 м.

Наиболее совершенным  прибором, применяемым в России, является профилометр ДПП (динамический преобразователь профиля), разработанный в 1960-х гг. в МАДИ под руководством проф. А.А. Хачатурова (рис. 4.9). Данный прибор в процессе движения позволяет записывать микропрофиль поверхности дороги и полностью

 

Рис. 4.9. Схема прибора  для записи микропрофиля конструкции  МАДИ:

 

1 - буксирующий автомобиль; 2 - шарнирное сцепное устройство; 3 - ось вращения маятника;

4 - амортизатор, гасящий колебания; 5 - наружная рама; 6 - внутренняя рама; 7 - груз;

8 - «медленный» маятник; 9 - датчик относительных перемещений маятника

 

Рис. 4.10. Схема прибора  РИКАД-2: В - ширина участка контакта шины с поверхности дороги; сs - жесткость амортизатора; ks - жесткость упругого элемента подвески; k1 - жесткость шины

 

автоматизировать процесс  измерения ровности, обработки получаемой информации на ЭВМ и выдачи результатов в международных индексах ровности IRI. Принцип действия прибора основан на свойстве «медленного» маятника «запоминать» свое первоначальное положение, что позволяет регистрировать перемещение рамы прибора относительно маятника.

В Росдорнии разработан прибор РИКАД-2 (рис. 4.10) для определения параметров микропрофиля автомобильной дороги. Прибор входит с состав диагностического комплекса АДК-м, относится к установкам профилометрического типа и предназначен для определения международного индекса ровности IRI, который рассчитывается путем моделирования движения по микропрофилю 1/4 части расчетного автомобиля.

Прибор РИКАД-2 состоит  из датчиков, регистрирующих пройденный путь и вертикальные перемещения и устанавливаемых на оси колеса и кузове автомобиля, электронного блока регистрации результатов измерений и бортового компьютера.

Во многих странах  для определения ровности дорожного  покрытия используют французский анализатор продольного профиля APL-25 (рис. 4.11), предназначенный для измерения неровностей дорожного покрытия с амплитудой 50 мм и длиной волны 0,3...15 м.

 

 

Рис. 4.11. Анализатор продольного  профиля APL-25:

 

1 - устройство контроля скорости движения автомобиля; 2 - устройство усиления сигнала;

3 - устройство записи информации; 4 - измерительный прицеп

 

Анализатор состоит  из измерительного прицепа 4, устройства усиления сигнала 2 и записи информации 3 на магнитном носителе, устройства 1 контроля скорости движения.

При измерении ровности дорожного  покрытия автомобиль должен двигаться  со скоростью 21,6 км/ч ±2%. Скорость движения контролируется тахометром. Профиль дорожной поверхности регистрируется анализатором APL-25 по величине измерения угла α между несущей балкой и эталонным инерционным маятником. Во время движения анализатора индуктивным датчиком происходит непрерывное измерение угла α, который прямо пропорционален вертикальным перемещениям измерительного колеса и, следовательно, неровностям дорожного профиля.

В последние годы многими странами принята новая система определения  ровности дорожного покрытия. За показатель ровности дорожного покрытия принимается  международный индекс ровности - IRI (Internation Roughness Index), который определяется как отношение сумм вертикального перемещения измерительного колеса прицепа к пройденному расстоянию.

Для определения IRI применяется анализатор продольного профиля APL-72, представляющий собой одноколесный прицеп, буксируемый с постоянной скоростью автомобилем. Анализатор снабжен датчиком пройденного пути и персональным компьютером типа Notebook для записи, обработки и хранения результатов измерений.

Анализатор позволяет  определять неровности дорожного покрытия высотой ±10 см и длиной волны 0,2...100 м. При измерении должна обеспечиваться скорость движения, равная 21,6 или 72 км/ч ±10 %. Производительность анализатора составляет 100 км/смена.

Существуют следующие корреляционные зависимости между толчкомерами разной конструкции:

• ТХК-2 и ТЭД-2М:

                                               (4.8)

 

где S_TXK, S_TЭД - значения ровности дорожного покрытия, измеренные при помощи ТХК-2 и ТЭД-2М соответственно;

• ИВП-1М и ТЭД-2М:

S_ТЭД = 0,83S_ИВП + 20,45,                                             (4.9)

 

где S_ИВП - значения ровности дорожного покрытия, измеренные при помощи толчкомера ИВП-1М;

• ТХК-2 и ИВП-1М:

                          (4.10)

• ТХК-2 и APL-72:

при значениях индексов ровности, превышающих 2,5 м/км по шкале IRI:

 

                                       (4.11)

 

где IRI - значения международного индекса ровности, м/км; а, b, с - коэффициенты, определенные в результате сравнительных испытаний;

при значениях индекса ровности менее 2,5 м/км по шкале IRI:

 

                                                  (4.12)

 

Зависимости, связывающие  показания толчкомеров разной конструкции  с показаниями IRI, действительны только для конкретного прибора и автомобиля, участвующего в сравнительных испытаниях.

Требования отечественной  нормативной документации к ровности дорожных покрытий автомобильных дорог соответствуют следующим значениям IRI: для дорог I, II категорий значение показателя IRI не должно превышать 4,5...4,7 м/км, для III категории - 5,3...5,5 м/км, для IV категории - 6,3...6,5 м/км.

Ровность дорожного  покрытия оказывает большое влияние  на скорость движения. По мере ухудшения ровности происходит снижение скорости движения автомобилей всех типов (рис. 4.12, а). Эта зависимость с достаточной точностью может быть описана уравнениями:

для легковых автомобилей  при 5 < S < 8000 см/км

 

υ = 70,0 - 0,016 S;                                              (4.13)

 

 

Рис. 4.12. Влияние ровности дорожного покрытия на скорость движения

(а) и аварийность (б):

 

1 - для легковых автомобилей; 2 - для грузовых автомобилей

 

для грузовых автомобилей при 5 < S < 8000 см/км

 

υ = 55,0 - 0,023 S,                                            (4.14)

 

где S - показания толчкомера, см/км.

Общий анализ данных о  дорожно-транспортных происшествиях показывает, что с ухудшением ровности дорожного покрытия число дорожно-транспортных происшествий возрастает (рис. 4.12, б). Однако рост дорожно-транспортных происшествий наблюдается до некоторого предела, затем происходит резкое снижение числа происшествий вследствие уменьшения скорости движения автомобилей из-за плохой ровности дорожного покрытия.

Установлена следующая  зависимость для оценки числа  дорожно-транспортных происшествий на 1 млн авт. • км при 80 < S < 300 см/км:

 

                                          (4.15)

 

где S - показание толчкомера при скорости 50 км/ч, см/км.

Основными причинами  дорожно-транспортных происшествий на участках дорог с неудовлетворительной ровностью дорожного покрытия являются взаимное столкновение автомобилей, движущихся на малой дистанции, при резком торможении переднего автомобиля перед неровностью (или выбоиной), а также столкновения автомобилей при внезапных заездах на полосу встречного движения при объезде неровностей.

Возможны также дорожно-транспортные происшествия в ночное время вследствие ослепления водителей отраженным светом фар от поверхности воды, заполняющей неровности.

Практика показывает, что при очень высокой ровности дорожного покрытия водители склонны к превышению безопасных скоростей движения. Поэтому в настоящее время наряду с решением проблемы обеспечения высокой ровности дорожного покрытия ставится задача разработки мероприятий по предупреждению водителей о превышении безопасной скорости движения.

Одним из таких мероприятий  является устройство шумовых и трясущих поперечных полос на опасных участках дорог.

Шумовые поперечные полосы получают путем поверхностной обработки  дорожного покрытия битумно-щебеночной смесью с крупностью щебня 5...15 и 15...25 мм. Трясущие поперечные полосы шириной 0,5...1 м и высотой 5...10 см выполняют из асфальтобетона. Использование таких полос приводит к значительному снижению скоростей движения автомобилей.

Необходимо сочетание  создания хорошей ровности дорожного покрытия с обустройством дороги, обеспечивающим оптимальную эмоциональную напряженность водителя.

Конечным результатом ухудшения  ровности дорожного покрытия является рост себестоимости автомобильных  перевозок. Получена следующая зависимость относительной себестоимости перевозок от ровности дорожного покрытия:

 

Показания толчкомера, см/км…….....	20	100	250	500	1000
Относительная себестоимость перевозок, %....................................................	100	110	127	156	227

 

Ухудшение ровности дорожного  покрытия, отражаемое показаниями толчкомера S, см/км, связано с количеством грузов Q, млн. т брутто, которое может пропустить дорога, линейной зависимостью:

 

S = α Q + β.                                                 (4.16)

 

Значения коэффициентов α и β в уравнении (4.16) зависят от типа дорожного покрытия:

 

Дорожные  покрытия	α	β
Усовершенствованные: капитальные (нежесткие)…………………….	9	60
облегченные…………………………………….	23,5	90
Переходные: обработанные  вяжущим……………………….	47	140
необработанные…………………………………	110	270

 

Продолжение эксплуатации дорожных покрытий при показаниях толчкомера, превышающих 500 см/км, ведет к прогрессирующему ухудшению их ровности, появлению выбоин вплоть до разрушения дорожных покрытий.

Требования к предельно допустимому снижению ровности дорожного покрытия нормируются по минимуму суммарных приведенных расходов автомобильного транспорта на перевозки грузов и дорожного хозяйства, на ремонты дорожных покрытий.

 

Таблица 4.2

 

Тип дорожного покрытия	Предельно допустимые показатели толчкомера, см/км, при интенсивности движения, авт./сут,
	Менее 500	500...1000	1000…2000	2000...3000	Более 3000
Асфальтобетонное, цементобетонное	-	220...270	160...220	130...160	130
Гравийное и  щебеночное, обработанные органическими вяжущими	400	290...400	290...400	180...200	-

 

Таблица 4.3

 

Тип дорожного покрытия	Показание толчкомера, см/км, для дорог		Состояние дорожного покрытия
	I, II категорий	III категории
Асфальтобетонное	Менее 50	Менее 50	Отличное
	50...100	50...150	Хорошее
	100...200	150...300	Удовлетворительное
	Более 200	Более 300	Неудовлетворительное
Цементобетонное	Менее 50	Менее 75	Отличное
		50...100	75...200	Хорошее
		100...200	200...300	Удовлетворительное
		Более 200	Более 300	Неудовлетворительное