книги / Техническое нормирование макрошероховатости дорожных покрытий автомобильных и лесовозных дорог

–съемку и оценку состояния вертикальной и горизонтальной дорожной разметки;

–определение глубины и формы колеи.

В ходе обследования на скорости до 60 км/ч АДС фиксирует продольную ровность покрытия, дефекты на проезжей части, состояние дорожной разметки и т.п. Автомобильный «черный ящик» – это интеллектуальная система для автоматической регистрации параметров движения и показателей управления транспортным средством.

Для повышения эффективности автоматического определения дефектов покрытия производится совмещенное трехмерное сканирование с фотосъемкой поперечных объектов. Сравнение технологии сканирования с одновременным фотографированием состояния проезжей части представлено на рис. 5.15.

Рис. 5.15. Сравнение технологии сканирования с одновременным фотографированием состояния проезжей части дороги: а – результат работы видеокамеры; б – работа линейного сканера

Фиксация колеи с помощью трехмерного лазерного сканера показана на рис. 5.16.

291

Согласно СН 509-78 – инструкции для определения экономической эффективности применения в строительстве новых технологий и изобретений, экономическая эффективность определяется с помощью приведенных затрат по вариантам сравнения [97]. Из опыта строительства известно, что ШПО возобновляется через 6–7 лет, что совпадает с периодичностью среднего ремонта. Поэтому экономическая оценка применения ШПО обработки проводится за период 7 лет [100, 105].

Экономический эффект от использования ШПО-обработки можно определить, сравнивая годовые транспортные расходы на содержание автомобильных дорог с макрошероховатой поверхностной обработкой и без нее. Тогда положительная разница расходов будет говорить о целесообразности применения ШПО. Экономический эффект находится по формуле [105]

где Е – разница годовых транспортных расходов; Егл, Ешер – годовые приведенные транспортные расходы, соответственно на гладких и шероховатых покрытиях.

Профессор М.В. Немчинов дает следующую формулу по определению разницы приведенных транспортных расходов [105]:

Здесь N – интенсивность движения, авт/сут; z – протяженность участка дороги (принимаем 1 км); i – количество участков с разными дорожными условиями; v, m, n – число дней с сухими, влажными и мокрыми покрытиями соответственно; Si – средняя цена одного км пробега при определенных условиях движения, руб/авт·км; Ен – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; q1 – показатель роста интенсивности движения; Т – время в годах.

Для сухих покрытий скорость движения не зависит от степени макрошероховатости, поэтому выражением v(Siгл – Siшер )сух в формуле

(5.4) можно пренебречь. Тогда упрощенная формул будет выглядеть как [105]:

293

где

здесь Sпост – постоянные расходы для определенного типа машин, руб; S – часовая тарифная ставка водителей, руб/авт·ч; V – средняя скорость движения автомобилей для определенных условий, км/ч.

Расчеты, проведенные по данным уравнениям для покрытий с шероховатой (Rср не менее 2 мм) и гладкой поверхностью (Rср = 0,7 мм), показали, что наибольший экономический эффект от снижения транспортных расходов наблюдается в диапазоне скоростей движения от 60

до 65 км/ч [105].

Потери от ДТП на шероховатых и гладких покрытиях можно определить путем сравнения этих потерь, рассчитанных по формуле [105]

где А – потери от ДТП, руб; n1 – количество дней холодного периода года; p – потери ДТП на один автомобилекилометр пробега, которые зависят от коэффициента сцепления и интенсивности движения руб/авт·км [92].

На сухих и гладких макрошероховатых дорожных покрытиях коэффициент сцепления намного больше предельных значений, допустимых условиями безопасности, и аварийность из-за скользкости невелика [105]. Уменьшение потерь от ДТП происходит за счет снижения аварий на мокрых макрошероховатых покрытиях по сравнению с гладкими покрытиями. Это можно определить по формуле

За время службы макрошероховатой поверхности снижение потерь отДТП можно определить по формуле на 1 км и с допущением, что зимой потери от ДТП равны потерям на мокром покрытии [105]:

294

По данным профессора М.В. Немчинова, при увеличении скорости движения влияние макрошероховатости дорожных покрытий на транспортные расходы уменьшается, а аварийность снижается. Поэтому суммарный экономический эффект имеет минимум, местоположение которого зависит от интенсивности движения. Чем она выше, тем больше экономический эффект, и при меньшей скорости он наблюдается. Высокий экономический эффект от улучшения условий движения и снижения аварийности доказывает быструю окупаемость макрошероховатых покрытий. Например, для ШПО при интенсивности движения 3000 авт/сут срок окупаемости 2,3 года, а для интенсивности 5000 авт/сут – не больше одного года. Для дорог IV и V категорий уже при интенсивности движения 1000 авт/сут приведенные затраты равны затратам на строительство [105].

Экономическую оценку вибрационного воздействия макрошероховатой поверхности на здоровье водителей можно рассмотреть также

в[105].

5.11.2.Определение технико-экономической эффективности

спомощью обобщенного риска

На основании положений Федерального закона «О техническом регулировании» и ФЗ технического регламента по безопасности зданий и сооружений был проведен упрощенный расчет технико-экономичес- кого обоснования новых методов расчета. Применение норм ФРГ может помочь достичь повышения уровня ответственности на один уровень, в этом случае коэффициент вариации снизится на 0,05. Экономическая составляющая риска определяется долей экономической стоимости части объекта, на которое распространяется воздействие применения инновационного решения к общей стоимости объекта. В этом случае можно рассмотреть пессимистический, нормальный и оптимистический прогнозы. Например, доля риска может составлять 20, 40, 60 %. Критерием технико-экономического обоснования может быть обобщенный риск как произведение технической и экономической составляющей риска:

где R – экономическая эффективность (в долях инвестиционного проекта); T – положительное приращение коэффициента вариации как

295

оценки степени риска; Э – доля инвестиционного проекта. Тогда обобщенный риск будет равен 0,2·0,4 = 0,08. Технико-экономическими расчетами по программе NPV – Road было установлено, что в техническом регламенте и национальном стандарте для эксплуатируемых автомобильных дорог необходимо применять допустимый риск, равный 0,001.

Это может значительно сократить объем работы по исправлению геометрических параметров дороги и позволяет средствами организации автодорожного движения (включая ограничение скоростных режимов по степени допустимого риска причинения вреда) обеспечить приемлемый уровень безопасности на дорогах.

Применение механизмов экономии при оценке и оплате выполненных работ. В России в качестве несущих слоев основания используют щебеночные и гравийные смеси, в Германии несущим слоем для асфальтобетонной дорожной одежды является черный слой. В итоге разница в толщине черных слоев составляет 12–14 см. В Германии срок службы дорожной одежды, назначаемый для расчетов, составляет 30 лет, в России – 18 лет.

Сравнительный анализ норм России и ФРГ показывает, что если для норм ФРГ толщина асфальтобетонного покрытия может достигать 32 см, при этом разрешенное снижение толщины может быть 15 % (4 см) (норматив на 30 лет), то для России это 22 см на 18 лет, при этом снижение толщины слоев может достигать 10 % (2 см). Между тем в ФРГ оплата за выполненные работы проводится пропорционально реально определенной толщине, а в России по проектному решению. Применение такого метода оплаты, как в ФРГ, на автомобильных дорогах Государственной компании «Автодор» позволяет достичь существенной экономии государственных средств.

Применение данной методики в целом соответствует результатам последних научных исследований в области экономики, удостоенных Нобелевской премии за то, что была доказана принципиальная невозможность прогнозирования курса валюты по его показателю, при этом новым научным результатом стало обоснование в качестве прогнозируемого измерителя содержательных и информативных показателей величины разброса курса доллара дисперсии или коэффициента вариации.

Данная методика полностью основана на использовании в качестве измерителя дисперсии и коэффициента вариации показателя дорожной деятельности как показателя однородностей и степени риска.

296

Выводы по разделу 5

1.Разработан проект ОДМ «Рекомендации по проектированию макрошероховатых дорожных покрытий». Предложены методы проектирования шероховатых поверхностных обработок автомобильных дорог и ездового полотна мостовых сооружений, основанные на использовании показателей неоднородности.

2.Разработан проект ОДМ «Устройство поверхностной обработки

итонких слоев износа с применением различных видов фиброволокон». Разработаны критерии назначения работ по устройству поверхностной обработки и тонких слоев износа с применением различных видов фиброволокон в зависимости от состояния существующего покрытия, интенсивности и состава движения, климатических факторов [45].

3.Представлен новый способ создания дорожного покрытия с макрошероховатым поверхностным слоем, который обеспечивает заданный коэффициент сцепления поверхностного слоя с колесом автомобиля без усложнения технологии строительства дороги.

4.Предложены технология строительства дорожной одежды мостового полотна с применением литых асфальтобетонных смесей и контроль качества работ. Особенностью является необычное состояние конструктивного основания дорожного покрытия – недоуплотненный асфальтобетон. Черненый щебень укатывается катками с прорезиновыми вальцами. Предлагается новый способ создания деформационных швов мостовых сооружений заключающийся в том, что необходимо обеспечить требуемую высоту неровности макрошероховатого поверхностного слоя и плотность прилегания активных выступов.

5.Разработаны схемы технологического процесса по устройству

конструкций дорожной одежды металлической ортотропной плиты и технологического процесса устройства конструкций дорожной одежды железобетонной плиты с ШПО и карты контроля качества.

6. Разработана подсистема автоматического управления амплитудой вальцов пневмокатков при устройстве макрошероховатых слоев в конструкциях ездового полотна мостовых сооружений. В процессе производства работ определяются участки с требуемой однородностью. Предлагается условие однородности в виде значения ±0,15 мм среднего квадратического отклонения активных выступов макрошероховатостей.

297

7.Разработаны рекомендации по применению измерителя размеров

иперемещений триангуляционного ТИРП 100, который предназначен для бесконтактного измерения перемещения объекта. Измеритель предполагается использовать в мобильной установке для бесконтактного определения прогиба дорожных одежд.

8.Предложено приборно-метрологическое обеспечение и методика контроля качества макрошероховатых дорожных покрытий. Разработана концепция создания системы автоматизации оборудования для поверхностной обработки на основе существующих на отечественном рынке современных средств автоматизации и контроля. В условиях получения неполной информации наиболее эффективным представляется использование оригинальных знаковых адаптивных пульсирующих алгоритмов с объемом текущей выборки, равным шести и семи измерениям.

9.Разработана методология проведения мониторинга инноваций на объектах государственной компании, включающей в себя в том числе определение основных направлений мониторинга, перечня контролируемых параметров, периодичность мониторинга по каждому направлению на 2013–2015 гг. Разработана методика применения цифрового микроскопа DM 200-2 с видеокамерой с увеличением в 200 раз. Рассмотрены типовые результаты калибровки и применения цифрового микроскопа для съемки поверхностей композитных материалов.

10.В МАДИ при участи авторов разработана и успешно применена дорожная лаборатория для мониторинга дорожной и уличной сети «Автомобильный дорожный сканер». Она применяется для диагностики транспортно-эксплуатационных состояний дорожных покрытий объектов УДС. Кроме вопросов содержания УДС мегаполиса, была решена задача внедрения данного дорожного сканера в структуры автоматизированных отраслевых систем диагностики дорог.

11.Доказано, что при увеличении скорости движения влияние макрошероховатости дорожных покрытий на транспортные расходы уменьшается и снижается аварийность. Поэтому, согласно данным профессора М.В. Немчинова, суммарный экономический эффект имеет минимум, местоположение которого зависит от интенсивности движения. Чем она выше, тем больше экономический эффект, и при меньшей скорости он наблюдается. Высокий технико-экономический эффект от улучшения условий движения и снижения аварийности доказывает быструю окупаемость макрошероховатых покрытий.

298

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данное научное исследование содержит в себе новые научные результаты, которые позволяют решить важную отраслевую прикладную проблему технического нормирования и контроля качества устройства макрошероховатого покрытия автомобильных и лесовозных дорог на основе совершенствования перечня инвариантных статистических показателей качества и однородности. Важность настоящей научной работы заключается в создании нового перспективного научно-методи- ческого направления технического нормирования показателей качества автомобильных и лесовозных дорог на примере макрошероховатости дорожных покрытий.

Краткие итоги исследования заключаются в следующем:

1)сформированы основные подходы и разработана теоретическая основа оценки неоднородности и сегрегации распределения фракционированного щебня на дорожном покрытии при устройстве и эксплуатации макрошероховатого дорожного покрытия; предложена и обоснована оценка вариативности (неоднородности, вероятности нежелательного события), отличающаяся формированием числового ряда измерений макрошероховатости дорожного покрытия в виде статистического инварианта, позволяющая не зависеть от базы измерения;

2)предложены новые геометрические показатели макрошероховатости дорожного покрытия с учетом статистического распределения глубин впадин и активных выступов щебня – разновысотность, разноглубинность, разнодлинность на основе дополнения ГОСТ 2789–73 оценкой статистических распределений разбросов глубин впадин и высот активных контактирующих выступов макрошероховатости, а также их числом пересечений уровня, позволяющей использовать элементы корреляционного анализа на этапе технического нормирования показателей качества;

3)предложена оценка корреляционной функции числового ряда измерений макрошероховатого дорожного покрытия, отличающаяся применением числа пересечений уровня, как оценки автокорреляционной функции макрошероховатости поверхностей, что позволяет достоверно определить места с пониженными и повышенными параметрами макрошероховатости;

299

4)выбрана адекватная структура в виде теоретико-вероятностных моделей описания геометрии шероховатых поверхностей А.А. Первозванского и А.В. Королева на основе усовершенствования известных математических моделей для описания статистического распределения активных выступов и глубин впадин макрошероховатости относительно уровня вяжущего, позволяющая опробовать разработанные модели

иметодики на собственных экспериментальных данных, а также на результатах других зарубежных и отечественных ученых;

5)разработаны методы технического нормирования и проектирования шероховатых поверхностных обработок автомобильных и лесовозных дорог и ездового полотна мостовых сооружений, отличающиеся использованием статистических показателей неоднородности, обеспечивающие достоверность и воспроизводимость результатов измерения макрошероховатости;

6)усовершенствован теоретико-вероятностный подход определения требуемых показателей качества макрошероховатых дорожных покрытий, отличающийся использованием математической модели оценки риска снижения коэффициента сцепления, позволяющий учесть уменьшение глубин неровностей макрошероховатости на дорожном покрытии;

7)усовершенствованы методы автоматизированного контроля показателей макрошероховатости дорожных покрытий, в том числе разработана структура 3D-моделирования и экспериментальный стенд для исследования макрошероховатых дорожных покрытий, отличающийся использованием современных средств фото- и видеомониторинга, обработки информации и статистического анализа числовых рядов, позволяющие обосновать метод определения параметров шероховатости с помощью цифрового портативного микроскопа;

8)разработан новый метод по устройству ШПО и тонких слоев из-

носа, отличающийся применением новых композитных материалов

исоставов смесей, позволяющий предложить методику оценки качества работ с учетом новых методов технического нормирования.

Решение и внедрение в производство этих актуальных задач дорожной отрасли позволит выйти на путь инновационного развития – массового и эффективного применения макрошероховатых дорожных покрытий, поиска и накопления теоретических знаний в содержании

иремонте автомобильных дорог, практическом использовании этих

300