СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СЛОЯ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ НЕЖЕСТКОГО ТИПА НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ
METHOD FOR DETERMINING STRENGTH OF LAYER OF ROAD PAVEMENT OF NON-STIFF TYPE ON AUTOMOBILE ROADS

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для оценки технико-эксплуатационных качеств дорожных одежд нежесткого типа автомобильных дорог.
Одним из основных параметров, характеризующих состояние дорожной одежды, является ее прочность. Прочность дорожной одежды определяет ее срок службы, от прочности дорожной одежды в значительной степени зависит важнейшее транспортно-эксплуатационное качество дороги - ровность покрытия.
В настоящее время наиболее часто потребность в определении прочности дорожной одежды возникает: при выполнении диагностики автомобильных дорог; при сдаче в эксплуатацию вновь построенных дорог, а также участков реконструкции и капитального ремонта; при оценке вновь разработанных конструкций дорожных одежд, например конструкций, выполненных с применением новых материалов.
Необходимо отметить, что затраты на контроль прочности составляют значительную часть общих затрат на проведение диагностики.
Известны способы определения прочности дорожной одежды нежесткого типа на автомобильных дорогах, методика которых содержится в ОДН 218.1.052-2002. Оценка прочности нежестких дорожных одежд (взамен ВСН 52-89), ОДН 218.0.006-2002. Правила диагностики и оценки состояния автомобильных дорог (взамен ВСН 6-90).
Недостатком этих способов является то, что при их применении непосредственно на дороге, все они предназначены для определения общего модуля упругости (основного показателя прочности) дорожной одежды, т.е. совместной прочности дорожной одежды и земляного полотна.
Для оценки и повышения технико-эксплуатационных качеств дорожных одежд, принятия решений по качественному содержанию и ремонту, а также возможной реконструкции, необходимо определять только прочность дорожной одежды, т.е. модуль упругости слоя дорожной одежды.
В существующих способах прочность слоя дорожной одежды можно определять только после взятия монолитных проб ненарушенной структуры, определенных размеров и массы, характерных для того слоя, из которого проба взята, с последующей их немедленной консервацией в соответствии с ГОСТ 12071-72 «Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение проб» или «Рекомендациями по выбору и эффективному применению способов бурения инженерно-геологических скважин в различных природных и геологических условиях» (Госстрой СССР, ЦНИИС, 1974).
Отобранная проба покрывается несколькими слоями растопленной смеси на основе парафина, причем образцы талых пород необходимо предохранять от замораживания, а мерзлых - от оттаивания, так как при этом они теряют структуру. После доставки проб в лабораторию определяют их модуль упругости.
Это сложная, трудоемкая, малопроизводительная и дорогостоящая работа.
Известен способ, при котором отобранная проба после специальной подготовки доставляется в лабораторию для определения модуля упругости, описанный в Технических указаниях по оценке и повышению технико-эксплуатационных качеств дорожных одежд и земляного полотна автомобильных дорог, ВСН 29-76. Министерство строительства и эксплуатации автомобильных дорог РСФСР. М., «Транспорт», 1977.
Недостатком известного способа является то, что это тоже сложная, трудоемкая, малопроизводительная и дорогостоящая работа.
Задача изобретения заключается в разработке простого способа определения прочности слоя дорожной одежды без отбора проб, их консервации и доставки в лабораторию.
Технический результат при использовании изобретения состоит в создании простого, дешевого и удобного способа определения прочности слоя дорожной одежды, в отличие от известных способов, которые определяют общий модуль упругости дорожной конструкции: дорожной одежды и земляного полотна.
Указанный технический результат достигается тем, что способ определения прочности слоя дорожной одежды нежесткого типа предусматривает измерение толщины слоя дорожной одежды в двух разных точках, определение общих модулей упругости дорожной конструкции в этих точках любым из известных способов, например штамповыми испытаниями или с помощью прогибомера, и затем определение прочности материала слоя дорожной одежды по формуле:
<mrow><msub><mi>E</mi><mi>в</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>3</mn><mo>,</mo><mn>3</mn><mi>D</mi><mo stretchy="false">(</mo><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mo>"</mo></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mfrac><mrow><msubsup><mi>h</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mi>D</mi><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>h</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mi>D</mi><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow></mfrac></mrow>
в
где E - модуль упругости материала дорожной одежды, МПа;
D - диаметр эквивалентного круга колеса автомобиля, м;
<mrow><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow>
- общий модуль упругости в одной точке дорожной одежды, МПа;
<mrow><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo></mrow></msubsup></mrow>
- общий модуль упругости в другой точке дорожной одежды, МПа;
1
<mrow><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow>
h - толщина слоя дорожной одежды в точке измерения
, м;
2
<mrow><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo></mrow></msubsup></mrow>
h - толщина слоя дорожной одежды в точке измерения
, м.
По полученным результатам решают вопросы оценки и повышения прочности дорожных одежд, принятия решений по качественному содержанию и ремонту, а также возможной реконструкции (усиления) дорожных одежд.
1
2
<mrow><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo></mrow></msubsup></mrow>
На чертеже показан поперечный профиль однослойной дорожной одежды с двумя точками измерения толщины слоя дорожной одежды - h и h и общих модулей упругости в этих точках
и
.
Авторами впервые предложена формула для определения модуля упругости слоя дорожной одежды нежесткого типа, с учетом известного диаметра эквивалентного круга следа колеса автомобиля.
Эта формула получена следующим образом:
общий модуль упругости можно определять
<mrow><msub><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Е</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mn>2</mn><mi>π</mi></mfrac><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>Е</mi><mi>н</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>Е</mi><mi>в</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>33</mn></mrow></msup></mrow><mo>]</mo></mrow><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>Е</mi><mi>в</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>Е</mi><mi>н</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>33</mn></mrow></msup><mfrac><mi>h</mi><mi>d</mi></mfrac></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
(Ильин Б.А. Оптимизация дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог // Лесосечные, лесоскладские работы и сухопутный транспорт леса: межвуз. сб. научн. тр. - Л.: ЛТА, 1980. Вып.9. - С.36-39.)
или более простой зависимости
<mrow><msub><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>Е</mi><mi>н</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>3</mn><mo>,</mo><mn>3</mn><mi>D</mi></mrow></mfrac><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>h</mi></munderover><mrow><mfrac><mrow><msubsup><mi>h</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><msub><mi>E</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mi>D</mi><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac></mrow></mstyle></mrow>
,
i
где h- толщина слоев дорожной одежды, м;
i
E - модули упругости материалов слоев, МПа;
D - диаметр эквивалентного круга следа колеса автомобиля, м.
После составления системы из двух уравнений для двух выбранных точек
<mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><mtable><mtr><mtd><mrow><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>Е</mi><mi>н</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>h</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><msub><mi>E</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mi>D</mi><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mn>3</mn><mo>,</mo><mn>3</mn><mi>D</mi></mrow></mfrac></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>Е</mi><mi>н</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>h</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><msub><mi>E</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mi>D</mi><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mn>3</mn><mo>,</mo><mn>3</mn><mi>D</mi></mrow></mfrac></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow></mrow></mrow>
и математических преобразований получаем предлагаемую формулу
<mrow><msub><mi>E</mi><mi>в</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>3</mn><mo>,</mo><mn>3</mn><mi>D</mi><mo stretchy="false">(</mo><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mo>"</mo></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mfrac><mrow><msubsup><mi>h</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mi>D</mi><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>h</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mi>D</mi><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow></mfrac></mrow>
Пример
Способ определения прочности осуществляется следующим образом.
Материал дороги - песчано-гравийная смесь.
1
2
1
2
С помощью линейки определяют толщины h и h слоя дорожной одежды в точках А и Б: h=0,3 м; h=0,25 м.
<mrow><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup><mo>=</mo><mn>200</mn><mtext> МПа</mtext></mrow>
<mrow><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>190</mn><mi>М</mi><mi>П</mi><mi>а</mi></mrow>
С помощью прогибомера КП-204 определяют общие модули упругости в точках А и Б:
;
.
Принимаем диаметр эквивалентного круга следа колеса неподвижного автомобиля группы A: D=0,33 м (по ОДН 218.046-01. «Проектирование нежестких дорожных одежд» / Росавтодор Минтранса РФ. - М.: Информавтодор, 2001. - 145 с.).
Модуль упругости данной дорожной одежды, рассчитанный по формуле
<mrow><msub><mi>E</mi><mi>в</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>3</mn><mo>,</mo><mn>3</mn><mi>D</mi><mo stretchy="false">(</mo><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>E</mi><mrow><mi>о</mi><mi>б</mi></mrow><mo>"</mo></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mfrac><mrow><msubsup><mi>h</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mi>D</mi><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>h</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mi>D</mi><mo>+</mo><msub><mi>h</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow></mfrac></mrow>
равен 239,58 МПа.
Полученные результаты определения прочности слоя дорожной одежды необходимы для решения вопроса оценки прочности дорожной одежды, принятия решений по качественному содержанию и ремонту, а также возможной реконструкции (усиления) дорожной одежды.
Повышение прочности дорожных конструкций должно выполняться одним из способов, изложенных в Технических указаниях по оценке и повышению технико-эксплуатационных качеств дорожных одежд и земляного полотна автомобильных дорог, ВСН 29-76. Министерство строительства и эксплуатации автомобильных дорог РСФСР. М., «Транспорт», 1977.
Усиление дорожной одежды производят в соответствии с рекомендациями «Методических указаний по оценке прочности и расчету усиления нежестких дорожных одежд» (Гипродорнии, 1974).