ОДМ 218.2.079-2016. Отраслевой дорожный методический документ. Рекомендации по проектированию макрошероховатых дорожных покрытий

(издан на основании Распоряжения Росавтодора от 15.05.2017 № 942-р)

Издан на основании Распоряжения Федерального дорожного агентства от 15 мая 2017 г. № 942-р

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ МАКРОШЕРОХОВАТЫХ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ

ОДМ 218.2.079-2016

ОКС 93.080.01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН обществом с ограниченной ответственностью «Конструктор» (ООО «Конструктор»).

2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства.

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 15.05.2017 № 942-р.

4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

1 Область применения

1.1 Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее — методический документ) является документом рекомендательного характера для использования в дорожном хозяйстве.

1.2 Данный методический документ можно использовать на стадии проектирования при назначении геометрических параметров макрошероховатости дорожного покрытия в зависимости от условий движения, при выборе соответствующих типов покрытий и способов распределения материалов, видов и качества применяемых материалов, технологий и организации работ, а также для контроля качества.

1.3 Этот методический документ рассчитан на инженерно-технических работников дорожного хозяйства и предназначается для практического использования организациями, выполняющими работы по устройству макрошероховатых дорожных покрытий.

1.4 Настоящий методический документ является основой для постоянного совершенствования технологий по проектированию и устройству макрошероховатых дорожных покрытий, а также для создания и развития новых методических документов.

2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 12.0.004-90 Система стандартов безопасности труда. Организация обучения безопасности труда. Общие положения

ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ 3344-83 Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия

ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 8269.0-97 Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний

ГОСТ 8735-88 Песок для строительных работ. Методы испытаний

ГОСТ 8736-2014 Песок для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 9128-2013 Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия

ГОСТ 11508-74 Битумы нефтяные. Методы определения сцепления битума с мрамором и песком

ГОСТ 11955-82 Битумы нефтяные дорожные жидкие. Технические условия

ГОСТ 12801-98 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний

ГОСТ 16557-2005 Порошок минеральный для асфальтобетонных и органо-минеральных смесей. Технические условия

ГОСТ 22245-90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия

ГОСТ 30413-96 Дороги автомобильные. Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием

ГОСТ 31015-2002 Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия

ГОСТ 31424-2010 Материалы строительные нерудные из отсевов дробления плотных горных пород при производстве щебня. Технические условия

ГОСТ 32703-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и гравий из горных пород. Технические требования

ГОСТ Р 50597-2017 Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения

ГОСТ Р 52128-2003 Эмульсии битумные дорожные. Технические условия

СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*)

СП 78.13330.2012 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85)

Примечание - При пользовании настоящим методическим документом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячным информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании данным методическим документом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 базовая линия (поверхность): Линия (поверхность) заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля и служащая для оценки геометрических параметров поверхности.

3.2 впадина профиля: Часть реального профиля, соединяющая две соседние точки пересечения его со средней линией, направленная из тела.

3.3 высота неровностей профиля по десяти точкам: Сумма средних арифметических абсолютных отклонений точек пяти наибольших минимумов и пяти наибольших максимумов профиля в пределах базовой длины.

3.4 выступ профиля: Часть реального профиля, соединяющая две соседние точки пересечения его со средней линией профиля, направленная в тело.

3.5 линия выступов профиля: Линия, эквидистантная средней линии, проходящая через высшую точку профиля в пределах базовой длины.

3.6 линия впадин профиля: Линия, эквидистантная средней линии, проходящая через низшую точку профиля в пределах базовой длины.

3.7 макрошероховатость покрытия: Совокупность макрошероховатостей либо специально созданных бороздок на покрытии в зоне контакта шины автомобиля с поверхностью покрытия.

3.8 неровность профиля: Выступ профиля и сопряженная с ним впадина профиля.

3.9 наибольшая высота профиля: Расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины.

3.10 нормальное сечение: Сечение, перпендикулярное базовой поверхности.

3.11 относительная опорная длина профиля: Отношение опорной длины профиля к базовой длине.

3.12 отклонение профиля: Расстояние между любой точкой профиля и средней линией.

3.13 полиуретан: Класс синтетических эластомеров, состоящий из одного или двух компонентов (полиола и изоцианата, до этапа приготовления на месте производства работ, хранящихся отдельно; при их смешивании образуется реакционноспособная смесь). Свойства полиуретана регулируют, получая жесткий, мягкий, интегральный, ячеистый (вспененный) или монолитный материал.

3.14 разброс высот выступов макрошероховатостей: Статистическое распределение расстояний между проекциями вершин активных выступов макрошероховатости на вертикальную ось.

3.15 средний шаг неровностей: Среднее арифметическое значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины.

3.16 средний шаг неровностей профиля по вершинам: Среднее арифметическое значение шага неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины.

3.17 средняя линия профиля: Базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, чтобы в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии было минимально.

3.18 среднее арифметическое отклонение профиля: Среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины.

3.19 тонкий слой износа: Верхний слой дорожного покрытия толщиной от 1,0 до 2,5 см с повышенными фрикционными (шероховатостью) и гидроизоляционными характеристиками из специально подобранной асфальтобетонной смеси, уложенной по мембранной технологии.

3.20 число знакочередований: Число пересечений с уровнем.

3.21 шаг местных выступов профиля: Длина отрезка средней линии между проекциями на нее двух наивысших точек соседних местных выступов профиля.

3.22 шаг неровностей профиля: Отрезок средней линии профиля, ограничивающий неровность профиля.

3.23 шероховатость поверхности: Совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенная с помощью базовой длины.

3.24 шероховатая поверхность (ШП): Поверхность, которая образуется чередованием выступов зерен щебня и впадин между ними, а также шероховатостью выступов.

3.25 шероховатая поверхностная обработка (ШПО): Верхний конструктивный слой дорожного покрытия, образованный последовательным распределением вяжущего и щебня.

3.26 шероховатое тонкослойное покрытие (ШТП): Шероховатый износостойкий защитный и устойчивый к колее слой толщиной от 2,5 до 4,0 см, частично впрессованный в перекрываемое асфальтобетонное покрытие по высокотемпературной технологии и образующий с ним единый монолит.

3.27 шероховатый поверхностный слой: Специально создаваемый поверхностный слой дорожного покрытия, обладающий макрошероховатостью, защитными и сцепными свойствами.

3.28 элементы макрошероховатости: Крупные структурообразующие неровности профиля шероховатости.

4 Общие положения

4.1 К макрошероховатым дорожным покрытиям относятся шероховатые поверхностные обработки, втапливание черненного щебня в литой асфальтобетон ездового полотна мостовых сооружений, цветные покрытия противоскольжения, покрытия пешеходных мостов, антигололедные дорожные покрытия с максимальной макрошероховатостью, полиуретановые дорожные покрытия, съезды для маломобильных групп населения и др. (СП 34.13330.2012, СП 78.13330.2012, рекомендации [1 - 3]).

4.2 Макрошероховатое дорожное покрытие является самостоятельным конструктивным элементом автомобильной дороги, который должен проектироваться с целью повышения уровня безопасности, устойчивости и комфортности движения; обеспечения требуемой скорости, интенсивности и пропуска расчетных нагрузок, минимальной экологической нагрузки на местность, окружающую дорогу, высоких ремонтопригодности и срока службы, экономичности и простоты содержания.

4.3 Макрошероховатость дорожного покрытия определяет коэффициент сцепления — важнейший транспортно-эксплуатационный показатель автомобильной дороги, обуславливающий устойчивость контакта шины транспортного средства с покрытием.

4.4 Макрошероховатость дорожного покрытия обеспечивают зерна минерального материала, равномерно распределенные по его поверхности и формирующие разные текстуры в виде выступов и впадин.

4.5 Профиль макрошероховатых дорожных покрытий определяется геометрией щебня, его количеством, составом по фракциям и характером распределения. Изменение этих параметров влечет за собой изменение коэффициента сцепления. Определение макрошероховатости проводится при помощи геометрических параметров высоты (вертикально) и шага (горизонтально, продольно и поперечно) неровностей.

4.6 Элементы макрошероховатости (структурообразующие неровности профиля макрошероховатости), характеризуемые частной глубиной впадин и частным шагом шероховатости, представлены на рисунке 1 [2, 4].

- зона активной шероховатости; - зона пассивной шероховатости; 1 — элементы макрошероховатости; 2 — элементы микрошероховатости; 3 — колесо; K — базовая плоскость поверхности колеса в зоне контакта с элементами макрошероховатости; C — плоскость наибольших впадин в зоне контакта колеса; B — плоскость наибольших выступов профиля в зоне контакта колеса; \ell — базовая длина, мм; Si — шаг местных выступов в пределах базовой длины, мм; di — шаг контакта колеса с покрытием в пределах базовой длины, мм; Rai — частная глубина впадин (расстояние между проекциями смежных вершины и впадины на вертикальную ось), мм

Рисунок 1 — Элементы и параметры макрошероховатости

4.7 При распределении компонентов макрошероховатых дорожных покрытий может наблюдаться эффект сегрегации, связанный с неоднородностью распределения геометрических показателей активных выступов макрошероховатости в вертикальном, продольном и поперечном направлениях и определяющий случайный характер возникновения участков с пониженным и повышенным коэффициентом сцепления.

4.8 Регламент контроля качества макрошероховатых дорожных покрытий рекомендуется формировать на основе определения и анализа геометрических показателей макрошероховатости, имеющих свойства инвариантности в отношении базы измерений.

4.9 Технические свойства макрошероховатых дорожных покрытий характеризуются геометрическими параметрами, закладываемыми на стадии проектирования поверхности покрытия с учетом перспективы, обеспечивающими допустимое ухудшение свойств за счет износа покрытия под воздействием возрастающей грузонапряженности движения, природно-климатических факторов и деятельности дорожно-эксплуатационной службы по содержанию и ремонту автомобильной дороги.

4.10 При назначении геометрических параметров макрошероховатости рекомендуется учитывать, что на изменение коэффициента сцепления влияет не только изменение средней высоты выступов и средней глубины впадин макрошероховатостей, но и разброса (диапазона или статистического распределения) высот активных выступов. Измеряемые геометрические параметры макрошероховатости могут быть назначены согласно ГОСТ 2789-73 и рекомендациям [3] с применением дополнительных показателей.

5 Классификация макрошероховатых дорожных покрытий

5.1 Одним из главных способов повышения сопротивления скольжению шины, т.е. обеспечения требуемых значений коэффициента сцепления, согласно ГОСТ 30413-96 и ГОСТ Р 50597-2017, является создание макрошероховатости.

5.2 Минимально допустимые в течение всего срока службы значения коэффициента сцепления: 0,28 — легкие условия движения, 0,30 — затрудненные; 0,32 — опасные [3].

5.3 Классификация макрошероховатых дорожных покрытий производится по параметрам макрошероховатости \sigma_{acp} , приведенным в таблице 1.

Таблица 1

Классификация макрошероховатых дорожных покрытий

5.4 Основные типы макрошероховатых дорожных покрытий, соответствующие типам макрошероховатости, приведены в таблице 2.

Таблица 2

Основные типы макрошероховатых дорожных покрытий

5.5 Для обеспечения безопасности движения изменение коэффициента сцепления в поперечном профиле не должно превышать 0,1.

5.6 Во избежание усиления вибрации во время движения транспортных средств расстояние между соседними выступами макрошероховатости (шаг шероховатости) рекомендуется выбирать менее 40 мм, если это не оговорено особо (например, для шумовой шероховатой поверхностной обработки).

5.7 Во избежание увеличения уровня шума от проезжих транспортных средств крупношероховатые дорожные покрытия не следует применять в пределах населенных пунктов.

5.8 Неопределенность в использовании только средней глубины впадин макрошероховатостей определяется, в частности, разбросом заполнения межзернового пространства вяжущим (обычно от 1/3 до 1/2 высоты зерна). При этом изменение коэффициента сцепления не зависит от высоты вяжущего между зернами щебня.

5.9 Параметры макрошероховатости дорожных покрытий определяются в соответствии с данными раздела 7.

5.10 Предлагается классификация шероховатых структур, основанных на данных ГОСТ 2789-73 и обеспечиваемом коэффициенте сцепления по требованиям ГОСТ Р 50597-2017 и таблицы 46 СП 34.13330.2012. Исходя из условий движения, характеризуемых параметрами указанной таблицы, степень макрошероховатости по обеспечиваемому коэффициенту сцепления классифицируется согласно таблице 3.

Таблица 3

Классификация типов элементов макрошероховатости дорожных покрытий

5.11 Классификация и потребительские качества макрошероховатых дорожных покрытий и обеспечивающие их технические характеристики по уровню макрошероховатости приведены в таблице 4.

Таблица 4

Классификация дорожных покрытий по уровню макрошероховатости (ориентировочно)

5.12 Требуемые качественные характеристики макрошероховатых дорожных покрытий даны в таблице 5.

Таблица 5

Требуемые характеристики макрошероховатых дорожных покрытий (ориентировочно)

Примечание - В числителе указаны значения параметров на начало эксплуатации покрытия, в знаменателе — с учетом допустимого эксплуатационного состояния при неблагоприятных погодно-климатических условиях в процессе эксплуатации.

6 Принципы проектирования макрошероховатых дорожных покрытий

6.1 Процесс проектирования свойств и показателей поверхности макрошероховатых дорожных покрытий проводят в несколько этапов.

\cdot Этап сбора и анализа исходных данных:

• эксплуатационная стадия дорожного покрытия (новое строительство, реконструкция, усиление покрытия, восстановление слоя износа, повышение сцепных качеств);
• тип существующего или проектируемого дорожного покрытия и его свойства (ширина, поперечные уклоны, срок службы, вид материала, толщина, прочностные и деформативные характеристики, степень разрушенности и виды разрушений, общая прочность дорожной одежды, ровность, колейность, характеристики шероховатости, прогнозируемый срок службы);
• участок дорожного покрытия (прямые, кривые в плане, уклоны, полоса движения, подходы к мостам и на мостах, на перекрестках, элементы транспортных развязок, шумовые полосы, укрепительные полосы, населенные пункты, железнодорожные переезды);
• характеристики движения (сезонные интенсивности и состав движения, сезонные грузонапряженности, скорости расчетные и фактические на отдельных участках);
• характеристики безопасности движения (прогнозируемый уровень для проектируемых дорог и фактический для существующих);
• погодно-климатические условия дифференцированно по участкам автомобильной дороги (температура воздуха по сезонам, минимальные и максимальные температуры и их длительность, виды и интенсивность осадков по сезонам, степень снегозаносимости участков, количество туманов по сезонам, гололедоопасные участки и длительность гололедной опасности).

\cdot Этап проектирования (обоснования) основных конструкционных и эксплуатационных свойств макрошероховатого дорожного покрытия:

• обоснование эксплуатационных требований к отдельным участкам дорожного покрытия (обеспечиваемые скорость и грузонапряженность, яркость, минимально допустимая шумность, минимально допустимый уровень безопасности движения);
• обоснование и формулировка требований к нижележащему слою (ровность, прочность, шероховатость) и методы удовлетворения этих требований (очистка, мойка, обработка активизирующими растворами, ремонтная профилировка, фрезерование поверхности и т.п.);
• обоснование конструктивных решений (без усиления покрытия путем придания ему определенных адгезионных свойств, создания тонкослойного поверхностного слоя, обладающего обусловленными качественными характеристиками; создание однослойной или двухслойной поверхностной обработки для восстановления слоя износа; усиление покрытия за счет создания подстилающих слоев и поверхностного слоя, обладающих требуемыми деформационными и прочностными характеристиками);
• подбор соответствующих материалов и формулировка требований к ним (минеральный материал, вяжущее, композитные материалы);
• обоснование технологических режимов и условий создания запроектированного макрошероховатого дорожного покрытия.

\cdot Этап проектирования технологии приготовления, транспортирования и устройства:

• технология подготовительных работ в зависимости от требований к нижележащему слою (рекомендуемые технологические машины, особенности их работы, последовательность технологических операций и рекомендуемая расстановка технологических машин на захватке, технологические условия (температура воздуха, влажность, интенсивность осадков и т.п.)) и технологические режимы работы машин (скорость, интенсивность вибрации и т.п.);
• технология основных работ (технологические машины, технологические режимы их работы, технологические условия, технологическая последовательность выполнения отдельных технологических операций);
• технология ухода и формирование структуры макрошероховатого дорожного покрытия (регулирование движения, возможное время открытия движения и т.п.);
• способы и методы операционного контроля качества.

\cdot Этап разработки рекомендаций по эксплуатации макрошероховатого дорожного покрытия:

• технологические машины по уходу за дорожным покрытием (чистка, мойка), периодичность и особенности выполнения этих работ;
• технологии снегоуборки в зависимости от ее объемов;
• технологии борьбы с зимней скользкостью;
• технологии по текущему ремонту.

6.2 Критериями проектирования макрошероховатых дорожных покрытий являются:

• минимально необходимый коэффициент сцепления шины транспортного средства с дорожным покрытием, гарантирующий возможность движения с разрешенной скоростью, а также возможность остановки на расстоянии допустимого остановочного пути (0,5V км/ч = Lост, м) или экстренного торможения без заноса при неблагоприятном состоянии дорожного покрытия (мокрое, заснеженное), который реализуется определенным уровнем макрошероховатости;
• максимально допустимый коэффициент сопротивления движению (коэффициент сопротивления качению шины по покрытию), обеспечивающий движение автомобиля с разрешенной скоростью при нормативной загрузке, который реализуется определенным уровнем макрошероховатости;
• прочность и устойчивость поверхностного слоя покрытия при воздействии нормативной нагрузки от движущихся транспортных средств и меняющихся природных факторов (вода, температура), которые реализуются прочностью структуры макрошероховатого дорожного покрытия и прочностью связи с нижележащим слоем дорожной одежды;
• износостойкость, характеризующая долговечность сохранения эксплуатационных свойств поверхностного слоя под воздействием нагрузки от движущихся транспортных средств, природных факторов и технологических воздействий содержания в процессе эксплуатации автомобильной дороги, которая реализуется оптимальным подбором материалов, технологии их предварительной обработки, технологиями устройства и содержания;
• водоотведение, характеризующее способность макрошероховатого дорожного покрытия быстро отводить или поглощать воду с поверхности покрытия во время ливней без образования критической пленки воды, способствующей аквапланированию шины по поверхности дорожного покрытия, которое обеспечивается определенным уровнем макрошероховатости;
• яркость поверхности покрытия, гарантирующая минимально допустимую степень зрительного восприятия дорожных условий в процессе движения, которая реализуется подбором светлых материалов для устройства поверхностного слоя покрытий;
• шумность покрытия, характеризующая силу звука, возникающего при проезде транспортных средств с определенной скоростью по дорожному покрытию, которая реализуется подбором оптимальной текстуры макрошероховатости дорожного покрытия.

6.3 Этапы проектирования макрошероховатого дорожного покрытия реализуются исходя из следующих основных принципов:

• максимальное удовлетворение требуемых транспортно-эксплуатационных свойств (скорости, удобства и безопасности движения) в течение расчетного срока службы покрытия;
• максимальное использование имеющихся возможностей производственно-технической базы, технологических машин, местных дорожно-строительных материалов и кадров при устройстве, содержании и ремонте;
• сведение к минимуму негативных свойств текстур макрошероховатых дорожных покрытий (шумности и повышенного коэффициента сопротивления движению).

1 На этапе сбора и анализа исходных данных осуществляется сбор и анализ нижеприведенных характеристик.

\cdot Эксплуатационная стадия жизненного цикла макрошероховатого дорожного покрытия включает:

• новое строительство автомобильной дороги или дорожного покрытия;
• реконструкцию участка автомобильной дороги или дорожного покрытия;
• усиление дорожной одежды;
• восстановление слоя износа дорожного покрытия;
• повышение сцепных качеств дорожного покрытия;
• устройство дополнительных полос для движения и целевую их предназначенность (скоростные полосы, полосы разгона и торможения, дополнительные полосы на подъемах и т.п.).

\cdot Тип существующего или проектируемого макрошероховатого дорожного покрытия и его характеристики:

• вид материала;
• толщина материала;
• прочностные и деформативные свойства (марка прочности, модули упругости, сцепление, угол внутреннего трения) материала;
• геометрические характеристики (ширина, продольные и поперечные уклоны);
• эксплуатационные характеристики (срок службы на момент осмотра, степень разрушенности и виды разрушений, ровность, характеристики макрошероховатости существующего дорожного покрытия, прогнозируемый срок службы).

\cdot Особенности дорожного движения отражаются на участках:

• прямые и кривые в плане;
• продольные и поперечные уклоны;
• полосы с особыми условиями движения;
• покрытия на мостах и подходах к ним;
• покрытия на перекрестках и подходах к ним;
• покрытия в населенных пунктах и на подходах к ним;
• покрытия на железнодорожных переездах и подходах к ним;
• элементы транспортных развязок;
• шумовые полосы;
• укрепительные полосы.

\cdot Характеристики дорожного движения:

• фактические и прогнозируемые сезонные интенсивности;
• состав транспортного потока;
• сезонные грузонапряженности;
• расчетные и фактические скорости на отдельных участках дороги.

\cdot Характеристики безопасности дорожного движения (фактический и прогнозируемый для эксплуатируемых автомобильных дорог уровни безопасности дорожного движения).

\cdot Погодно-климатические характеристики местности:

• температура воздуха по сезонам;
• минимальные и максимальные температуры и их длительности;
• количество и длительность зимних оттепелей;
• виды и интенсивность осадков по сезонам;
• степень снегозаносимости участков автомобильной дороги;
• количество и длительность туманов по сезонам;
• гололедоопасные участки;
• длительность гололедоопасных периодов.

2 На этапе проектирования осуществляется обоснование конструктивных и технологических решений, обеспечивающих требуемые транспортно-эксплуатационные свойства макрошероховатых дорожных покрытий при конкретных условиях движения и воздействии природно-климатических факторов.

\cdot Обосновываются транспортно-эксплуатационные требования к отдельным участкам макрошероховатого дорожного покрытия в зависимости от категории автомобильной дороги и следующих характеристик: обеспечиваемая скорость движения, яркость покрытия, допустимые шумность и уровень безопасности движения, обеспечиваемая грузонапряженность (см. таблицу 5).

\cdot Обосновываются требования к нижележащему слою дорожного покрытия в зависимости от способа устройства, вида материалов вышележащего и нижележащих слоев, воздействующих нагрузок и климатических условий. Требования к нижележащему слою обосновываются исходя из обеспечения требуемой устойчивости, прочности и долговечности сохранения транспортно-эксплуатационных свойств макрошероховатых дорожных покрытий. Условно эти требования можно разделить на три группы.

1. Требования к форме нижележащего слоя регламентируются согласно СП 78.13330.2012 по следующим параметрам:

• высотные отметки по оси;
• ширина слоя;
• толщина слоя;
• поперечные уклоны.

2. Требования к прочностным характеристикам нижележащего слоя регламентируются по следующим параметрам:

• прочность на сжатие определяется из условия, предложенного Н.Н. Ивановым,

R_{\text{сж}} \geq \frac{PK2h}{Dtg(45^{\circ} + \frac{\varphi}{2})} , (1)

где Rсж — минимальная прочность на сжатие материала нижележащего слоя, гарантирующая, что он не будет разрушен колесом автомобиля при непосредственном контакте либо от вдавливания фрагментов материала вышележащего слоя (определяется путем испытания на сжатие кернов, взятых из обрабатываемого покрытия), МПа;

P — максимальное удельное давление от колеса автомобиля в плоскости контакта с покрытием (для нагрузки группы А — 0,6 МПа; для нагрузки группы Б — 0,5 МПа);

K — комплексный коэффициент, учитывающий влияние горизонтальных усилий и степень пластичности материала обрабатываемого покрытия;

Примечание - На перегонах при легких условиях движения K = 3 — 6; на участках с затруднительными условиями движения K = 6 — 12; на участках с опасными условиями движения K = 12 — 18 (меньшие значения берутся для более жестких материалов покрытия и средней интенсивности движения, бульшие — для пластичных материалов и тяжелого движения).

h — толщина нижележащего слоя покрытия, см;

D — диаметр отпечатка контакта колеса с покрытием (для нагрузки группы А — 37 см; для нагрузки группы Б — 32 см);

\varphi — угол внутреннего трения материалов нижележащего слоя, град. (определяется испытанием материала на сдвиг);

• сдвигоустойчивость нижележащего слоя определяется из условия

K_{1}P \leq Ptg\varphi + C_{1} + C_{2} = \tau_{\text{сд}}, (2)

где K1 — коэффициент степени передачи вертикального давления на горизонтальные сдвиговые усилия, численно равный коэффициенту сцепления шины транспортного средства с покрытием в сухом и чистом состоянии (K1 = 0,6 — 0,8);

C₁ - среднее вязкое сцепление при длительном действии повторяющихся нагрузок при высокой температуре (определяется при испытании на сдвиг образцов материала дорожного покрытия), МПа;

C₂ - сцепление при кратковременных нагрузках (обычно в два-три раза больше, чем при длительном действии нагрузки, определяется при испытании на сдвиг образцов материала дорожного покрытия), МПа;

\tau_{\text{сд}} — суммарная сопротивляемость обрабатываемого покрытия сдвигу, МПа;

• прочность на отрыв материала дорожного покрытия находится из условия

Oт >= 0,12, (3)

где Oт — сопротивляемость отрыву частиц материала от поверхности обрабатываемого покрытия в результате вакуумного воздействия шины в плоскости контакта с поверхностью покрытия (определяется испытанием на отрыв материала от поверхности покрытия), МПа;

• прочность на растяжение при изгибе определяется из условия

R_{u} \geq \sigma_{\text{г}}, (4)

где Ru — допустимое растягивающее напряжение в материале рассматриваемого слоя с учетом условий работы, МПа,

R_{u} = \overline{R}(1 - t\nu_{R})K_{y}K_{m}; (5)

\overline{R} — среднее значение сопротивления материала обрабатываемого слоя покрытия растяжению при изгибе (определяется испытанием материала на изгиб), МПа;

t — коэффициент нормативного отклонения \overline{R} , принимаемый в зависимости от уровня проектной надежности (таблица 6);

\nu_{R} — коэффициент вариации, принимаемый равным 0,1;

Kу — коэффициент усталости в зависимости от интенсивности движения;

Km — коэффициент снижения прочности от воздействия природных факторов (принимаемый для асфальтобетона I и II марок на щебне изверженных пород Km = 1,0 и III марки Km = 0,8; для смесей на щебне осадочных пород и гравии I марки — Km = 0,9; для II и III марок Km = 0,7; для дегтебетона Km = 0,7);

\sigma_{\text{г}} — наибольшее растягивающее напряжение от воздействия нагрузки, МПа,

\sigma_{\text{г}} = \overline{\sigma_{\text{г}}}PK_{\text{б}}, (6)

\overline{\sigma_{\text{г}}} — расчетное растягивающее напряжение от изгиба под действием единичной нагрузки в обрабатываемом слое покрытия, МПа;

Kб — коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния (принимается равным 0,85);

• критерий допустимого прогиба под нагрузкой, обеспечивающий прочность на растяжение при изгибе обрабатываемого покрытия, определяется при значительной его разрушенности (площадь деформаций и ранее отремонтированных разрушений превышает 20% от общей площади покрытия; протяженность ранее отремонтированных трещин превышает 1,0 м/м2 покрытия) по формуле

\ell_{\text{ср}} = \frac{PD(1 - \mu)}{E_{\text{тр}}} \leq \ell_{\text{доп}}, (7)

где \ell_{\text{ср}} — фактический упругий прогиб на поверхности покрытия (определяемый с помощью нивелира или прогибомера под колесом расчетного транспортного средства либо расчетом), см;

\mu — коэффициент Пуассона, принимаемый равным 0,3;

Eтр — требуемый модуль упругости дорожной одежды (определяемый в зависимости от интенсивности движения, приведенной к расчетному транспортному средству), МПа;

\ell_{\text{доп}} — допустимый упругий прогиб дорожной одежды на поверхности покрытия, см (для нагрузок группы А принимается равным 0,1 см; для нагрузок группы Б — 0,13 см).

Таблица 6

Зависимость коэффициента нормативного отклонения от уровня проектной надежности

3. Требования к состоянию обрабатываемого слоя, на котором предусматривается устройство макрошероховатого слоя, обуславливаются в зависимости от способа распределения материала и содержания воды в материале замыкающего слоя:

• чистота покрытия — характеризуется количеством твердых частиц (пыли, песка, грунта) на 1 м2 покрытия, г/м2;
• влажность покрытия — оценивается влажностью соскреба с поверхности покрытия, % по массе;
• ровность покрытия — определяется по просветам под трехметровой рейкой (местная ровность) и величине амплитуд продольной ровности, получаемой нивелированием поверхности на базе 5, 10 и 20 м;
• колейность покрытия — оценивается максимальной стрелой просветов под трехметровой рейкой по полосам наката, мм;
• макрошероховатость поверхности — определяется по параметрам уровня макрошероховатости;
• дефектность поверхности — характеризуется степенью отклонения фактического «рельефа» поверхности покрытия (неровности, раковины, выбоины, просадки и т.п.) от идеальной плоскости с поперечным и продольным уклонами, равными проектным в данной точке дорожного покрытия.

\cdot При несоответствии фактического состояния обрабатываемого нижележащего слоя покрытия параметрам, приведенным в таблице 7, необходимо запроектировать мероприятия по приведению фактического состояния к требуемому, которые должны комплексно удовлетворять всем требуемым параметрам.

Таблица 7

Требования к нижележащему обрабатываемому слою покрытия

Примечания

1 Для прочностных характеристик в числителе приведены значения для легких условий движения, в знаменателе — для затрудненных и опасных; для характеристик состояния в числителе даны значения для материалов, не содержащих в своем составе воду, в знаменателе — содержащих в составе воду.

2 <*> Допустимый упругий прогиб на цементобетонных покрытиях определяется при положении расчетной нагрузки над поперечными трещинами в цементобетонной плите. При отсутствии на поверхности цементобетонных плит поперечных или косых трещин этот показатель не определяется.

\cdot В зависимости от видов дефектов на обрабатываемом слое покрытия рекомендуются способы и методы их устранения, указанные в таблице 8.

Таблица 8

Способы и методы приведения фактического состояния нижележащего покрытия к требуемому

\cdot Проектирование замыкающих поверхностных слоев дорожного покрытия осуществляется в приведенной ниже последовательности.

1 В зависимости от категории автомобильной дороги, типа покрытия, его эксплуатационного состояния, интенсивности и состава движения, погодно-климатических факторов поверхность дорожного покрытия условно разбивается на характерные участки, отличающиеся требуемым уровнем макрошероховатости. Для каждого характерного участка в соответствии с таблицей 5 назначаются требуемый уровень макрошероховатости и соответствующие ему параметры по таблице 2.

2 В зависимости от состояния и технологической направленности региональной производственно-технической базы, наличия дорожно-строительных материалов, наличия и состояния технологических машин и оборудования, накопленного регионального опыта намечается тип макрошероховатого слоя покрытия.

\cdot Износостойкость покрытий зависит от ряда факторов: материала поверхностного слоя, структуры макрошероховатой поверхности, климатических условий и нагрузки (интенсивности, состава, скорости движения). Верхний макрошероховатый слой дорожного покрытия может устраиваться и как самостоятельный слой из материалов, отличных от материалов покрытия. Во всех случаях толщина верхнего макрошероховатого слоя должна определяться из условия износостойкости и планируемого срока службы. Годовой износ дорожного покрытия hг, мм/год, определяется по формуле

hг = (a + bQ)Kтех, (8)

где a — износ за счет воздействия природных факторов, зависящий от материала покрытия, мм/год;

b — удельный износ от воздействующей нагрузки и вида материалов покрытия, мм/млн кН;

Q — грузонапряженность (суммарная нагрузка от всех осей на покрытие за год), млн кН/год,

Q = 0,01Nср; (9)

Nср — приведенная средняя интенсивность движения, авт./сут;

Kтех — коэффициент, зависящий от качества содержания поверхности покрытия, применяемых технологических машин и материалов (Kтех = 1,0 — 1,3).

Значения параметров, входящих в формулу 8, даны в таблице 9.

Таблица 9

Значения параметров износостойкости

Примечания

1 Средние значения a и b принимаются для дорог, расположенных в III дорожно-климатической зоне; верхние пределы — для дорог с усовершенствованными покрытиями, расположенными во II дорожно-климатической зоне, нижние — для дорог, расположенных в IV — V дорожно-климатических зонах.

2 Для дорог с щебеночными и гравийными покрытиями, расположенными в зоне избыточного увлажнения, принимаются нижние пределы, а для дорог, расположенных в зонах с сухим климатом, — верхние пределы a и b.

Если ширина покрытия превышает 7 м, значения b уменьшают на 15%, если меньше 6 м, значения b увеличивают на 15%.

6.4 Расчетный износ за рассчитываемый период времени определяется по формуле

h_{T\text{и}} = \text{аТ } + 0,01N_{cp}(b \frac{(Kq)^{T} - 1}{Kq - 1}), (10)

где hTи — износ покрытия за T лет, см;

K — коэффициент, учитывающий повышение количества тяжелых машин в составе транспортного потока (K = 1,05 — 1,07);

q — знаменатель прогрессии роста интенсивности движения

q = 1 + \frac{P}{100} ; (11)

P — процент ежегодного прироста интенсивности движения %.

Планируемый износ не должен превышать допустимого (см. таблицу 9).

Толщина поверхностного макрошероховатого слоя hпс, см, не учитывается при прочностном расчете дорожных одежд и не должна более чем на 30% превышать величину общего износа

hпс = KсрhTи, (12)

где Kср — коэффициент, учитывающий условия работы поверхностного слоя, если поверхностный слой предусматривается как совместно работающий с верхним слоем покрытия, то Kср = 1,2 — 1,3.

Толщина верхнего слоя hвпс, см, рассчитывается по формуле

hвпс = hвсрhпс, (13)

где hвср — расчетная толщина верхнего слоя покрытия, см.

Если макрошероховатый слой предусматривается как самостоятельно работающий и устраиваемый слой, то для тонких слоев толщиной менее 25 мм Kср = 1,1 — 1,2; для слоев толщиной от 25 до 40 мм Kср = 1,5 — 2,0.

Толщину макрошероховатого слоя дорожного покрытия выбирают меньше наибольшей высоты профиля макрошероховатости согласно условию

hпс >= Rmax, (14)

где Rmax — наибольшая высота профиля макрошероховатости, см.

Толщина макрошероховатого слоя дорожного покрытия не может быть меньше максимального диаметра элементов макрошероховатости

hпс >= Q_max, (15)

где Q_max - максимальный диаметр элементов макрошероховатости, см.

6.5 Если поверхностный слой макрошероховатого дорожного покрытия входит в состав верхнего слоя покрытия (совместно работающий и устраиваемый), то минимальная толщина верхнего слоя покрытия должна быть больше максимального диаметра элементов макрошероховатости и удовлетворять условию

hвпс >= Q_max. (16)

6.6 Устанавливаются минимально допустимые прочностные характеристики макрошероховатого дорожного покрытия. Если поверхностный слой не выделяется из верхнего слоя макрошероховатого дорожного покрытия, то прочностные характеристики его регламентируются существующими нормативно-техническими документами как для верхнего слоя покрытия. Если поверхностный слой проектируется как самостоятельный, то устанавливаются следующие характеристики:

• сдвигоустойчивость поверхностного слоя (определяется по формуле (2));
• прочность на отрыв (находится из условия (3));
• прочность на растяжение при изгибе (вычисляется из условия (4)), если толщина поверхностного слоя больше 30 мм, при меньшей толщине этот параметр не регламентируется.

6.7 Проектирование минеральной составляющей структурообразующих элементов макрошероховатого дорожного покрытия осуществляется удовлетворением ряда основных транспортно-эксплуатационных требований.

6.8 Параметры шумности (уровень звука) и яркости макрошероховатого дорожного покрытия зависят от гранулометрического состава минеральной части поверхностного слоя и вида минерала. Уровень звука характеризуется силой звука, которая пропорциональна квадрату амплитуды и квадрату частоты колебательного процесса в зоне контакта шины автомобиля с покрытием. Амплитуда колебаний зависит от глубины впадин Rср, частота колебаний — от шага макрошероховатости Sср и скорости движения транспортных средств. Для снижения уровня звука от движения автомобилей с увеличением расчетной скорости необходимо стремиться к более мелкозернистой и плотной текстуре макрошероховатости при обеспечении минимально необходимого коэффициента сцепления (см. таблицу 2). Увеличение плотности структуры приводит к снижению частоты колебаний звука от высокого к более низкочастотному диапазону, а коэффициент сопротивления движению при этом возрастает.

6.9 Для повышения яркости поверхностного битумосодержащего слоя покрытия необходимо, чтобы крупноструктурные элементы шероховатости (наиболее крупные фракции щебня) подбирались из светлых пород каменных материалов (светло-серого гранита, сиенита, габбро, кварцита, песчаника, известняка и т.п.). Если прочных светлых каменных материалов нет, то в крупнофракционную составляющую материала рекомендуется добавлять от 40% до 50% искусственного каменного материала типа ксилолита.

6.10 На основании вышеизложенного проектируется гранулометрический состав для поверхностного слоя с учетом того, что средний диаметр структурообразующих Qср, см, фракций должен в 1,5 раза быть больше проектируемого среднего квадратичного отклонения \sigma_{acp} , см, т.е. должно выполняться условие

Q_{cp} = 1,5\sigma_{acp}. (17)

6.11 Максимальный и минимальный диаметры структурообразующих элементов определяются в зависимости от принятой степени плотности \rho структурных элементов, рассчитываемой по формуле

\rho = \frac{Q_{cp}}{S_{cp}} , (18)

где Sср — средний шаг макрошероховатости, мм.

6.12 Максимальный диаметр фракции структурообразующих элементов определяется из условия

Q_max = Qср(1 + tрv0), (19)

где tр — коэффициент Стьюдента, который для двухсторонней доверительной вероятности, равной 0,95, принимается равным 2,0;

v0 — коэффициент вариации диаметров частиц, который принимается равным половине диапазона принятой степени плотности структурных элементов,

v_{0} = \frac{1 - \rho}{2} . (20)

Минимальный диаметр фракции структурообразующих элементов определяется из условия

Q_min = Qср(1 + tрv0). (21)

Максимальный диаметр фракций сравнивается с толщиной поверхностного слоя, определенного относительно толщины слоя, и максимального размера фракций структурообразующих элементов. При проектировании осуществляются требуемые корректировки в сторону увеличения толщины слоя либо в сторону уменьшения максимального диаметра фракции структурообразующих сегментов.

6.13 Зная диапазон между максимальным и минимальным диаметрами структурообразующих элементов макрошероховатости, определяются способ устройства шероховатого слоя и методика подбора минерального заполнителя в случае, когда толщина слоя более чем в два раза превышает максимальный диаметр структурообразующего щебня. При этом могут возникнуть варианты, приведенные в таблице 10.

Таблица 10

Варианты устройства поверхностных шероховатых слоев покрытий и методы подбора для них минеральной составляющей

Примечание — Зерновые составы битумоминеральных смесей подбираются по таблице 3 ГОСТ 9128-2013; для ЩМА — по рекомендациям [5], для ЛЭМС — по рекомендациям [6 - 8].

6.14 Подбор вяжущего осуществляется в зависимости от типа, состояния и свойств нижележащего обрабатываемого слоя покрытия, условий движения, климатических условий, вида и технологии.

Свойства вяжущего и при необходимости модифицирующих добавок должны обеспечивать хорошую адгезию к нижележащему обрабатываемому слою и минеральным составляющим макрошероховатого дорожного покрытия, запроектированные прочностные характеристики и требуемую эксплуатационную надежность в течение предусмотренного срока службы.

6.15 Консистенция, тип и марка вяжущего, способ введения, технология обработки, удельная дозировка вяжущего и улучшающих добавок должны подбираться в лаборатории. Образование прочных и устойчивых конгломератных структур достигается использованием физико-химических закономерностей:

• кислотные радикалы (катионоактивные окислы и углеводородные соединения), взаимодействуя с основными радикальными (анионактивными щелочными соединениями), образуют устойчивую и прочную структуру (хорошую адгезию); при взаимодействии кислотных с кислотными радикальными или основных с основными образуются неустойчивые структурные связи (плохая адгезия);
• для активизации поверхностных радикалов затрачивают либо механическую энергию (дробление, перемешивание, соударение), либо физико-химическую (ионизация, активизирующие ионоактивные добавки, катализирующие добавки).

6.16 Контроль сцепления (адгезии) между щебнем и битумом рекомендуется производить по методике Виалита: на начальной стадии производства работ на участке; в процессе производства работ, при замене материалов, марки битума, породы или фракции щебня; постоянно при устройстве шероховатой поверхностной обработки, при температуре воздуха, приближающейся к минимально допустимой.

6.17 Общими принципами проектирования технологических процессов являются: минимум типоразмеров технологических машин, участвующих в технологическом процессе; максимальные коэффициенты использования технологических машин; максимальная простота технологических связей при минимальной технологической взаимозависимости выполнения технологических операций.

6.18 Оптимизация перечисленных технологических принципов может быть достигнута на основе технико-экономического анализа нескольких альтернативных вариантов технологии и организации работ.

6.19 Если возникает необходимость в устройстве на одной и той же дороге шероховатых поверхностных слоев разного уровня шероховатости, то следует проектировать технологию, обеспечивающую многовариантность материалов без коренного изменения конструкций и компоновок технологических машин.

6.20 Технологический процесс рекомендуется настраивать по производительности наиболее загруженной технологической машины или по наиболее загруженному звену в технологическом процессе. Основным критерием удачно запроектированного технологического процесса является качество готовой продукции.

6.21 Технологический процесс проектируется в следующей последовательности.

1 Устанавливается принципиальный технологический метод устройства шероховатого конструктивного слоя (таблицы 11 и 12).

Таблица 11

Варианты технологий устройства макрошероховатых дорожных покрытий

Таблица 12

Критерии качества и их минимальные значения

2 Устанавливаются технологические условия (вид, температура, влажность и т.д.) и оптимальные технологические режимы приготовления материалов и устройства готовой конструкции (скорость перемешивания, интенсивность вибрирования и т.д.), обеспечивающие требуемый уровень качества.

3 Подбираются технологические машины, соответствующие оптимальному технологическому режиму. Составляются технологически связанные группы.

4 Производится технологическое описание процессов с подсчетом производительности отдельных звеньев, групп, отрядов.

5 Составляется технологическая схема взаимодействия технологических звеньев и групп в технологическом процессе, определяется оптимальное количество технологических машин.

6 Оптимизируется длина сменной захватки, комплектуются технологические звенья, устанавливаются объемы ресурсов, необходимых в смену (материалы, технологические и вспомогательные машины, персонал).

7 Определяются основные технико-экономические показатели технологического процесса. Если проектируются различные технологические процессы, то для непосредственного выполнения работ выбирается тот, чьи технико-экономические показатели являются наилучшими применительно к показателю удельной себестоимости единицы готового конструктивного слоя.

8 Для выбранного технологического процесса разрабатывается система контроля качества и методы исправления некачественных результатов работ.

6.22 Рассмотрение различных вариантов устройства поверхностного слоя макрошероховатого дорожного покрытия производится согласно таблице 11.

6.23 При проектировании технологии подготовительных работ уделяют внимание активизации поверхности нижнего обрабатывающего слоя для обеспечения хорошей адгезии между верхним и нижним слоями. С этой целью поверхность обрабатываемого слоя должна быть очищена от пыли и грязи до критериев качества, приведенных в таблице 12.

6.24 Трещины должны быть заделаны битумом или битумной мастикой, искажения поперечного профиля — выравнивающим слоем. Указываются виды используемых материалов, температурные и влажностные характеристики их использования, способы и технологический режим ремонта, рекомендуемые технологические машины, приспособления и оборудование.

6.25 Устанавливаются требуемый критерий качества макрошероховатого дорожного покрытия и его нормативные или проектные значения (минимально допустимые и максимально допустимые величины) согласно таблице 12.

7 Методы проектирования геометрических свойств макрошероховатого дорожного покрытия на основе теоретико-вероятностного подхода

7.1 Измеряемые параметры макрошероховатости дорожных покрытий назначаются согласно ГОСТ 2789-73 и дополнительным статистическим инвариантам.

7.2 Средняя глубина впадин макрошероховатости дорожных покрытий Racp, мм (раздельно вдоль и поперек), определяется по формуле

R_{acp} = \frac{\sum_{i = 1}^{n_{\ell}} R_{ai}}{n_{\ell}} , (22)

где i — номер впадины;

Rai — частная глубина впадины макрошероховатости, мм;

n_{\ell} — количество местных выступов макрошероховатости, шт.

7.3 Средний шаг местных выступов макрошероховатости Rср, мм, дорожных покрытий (средний шаг шероховатости) вычисляется как среднее значение шага местных выступов в пределах базовой длины по формуле

S_{cp} = \frac{\sum_{i = 1}^{n_{\ell}} S_{i}}{n_{\ell}} , (23)

где Si — шаг местных выступов макрошероховатости, мм.

7.4 Средний шаг контактов шины транспортного средства с макрошероховатым дорожным покрытием dср, мм, определяется по формуле

d_{cp} = \frac{\sum_{i = 1}^{n_{\text{к}}} d_{i}}{n_{\text{к}}} , (24)

где di — шаг контакта шины транспортного средства с поверхностью покрытия, мм;

nк — количество контактов местных выступов макрошероховатости с шиной транспортного средства, шт.

7.5 Средняя высота выступов P определяется как среднее из высот выступов pi.

7.6 Статистической характеристикой геометрии макрошероховатости является дисперсия G, вычисляемая по формуле

G^{2} = \frac{\sum_{n = 1}^{N} (X_{n} - \overline{X})^{2}}{N - 1} , (25)

где \overline{X} — среднее значение расстояний от базы измерений до высот активных выступов Xn

\overline{X} = \frac{\sum_{n = 1}^{N} X_{n}}{N} ; (26)

N — число измерений.

Данный параметр не противоречит основным характеристикам макрошероховатых дорожных покрытий и относится к новой статистической оценке разновысотности.

7.7 Относительная плотность контактов элементов макрошероховатых дорожных покрытий с шиной транспортного средства (плотность контактов) Nк определяется по формуле

N_{\text{к}} = \frac{d_{cp}}{S_{cp}} . (27)

7.8 Считается, что если Nк > 2,0 — контактирование очень плотное, Nк > 1,0 — плотное, Nк < 1,0 — разреженное, Nк < 0,5 — редкое, Nк < 0,25 — очень редкое.

7.9 Степень плотности шероховатости \rho характеризуется отношением среднего диаметра элементов макрошероховатых дорожных покрытий к среднему шагу макрошероховатости на площади контакта шины транспортного средства с макрошероховатым дорожным покрытием и рассчитывается по формуле

\rho = \frac{S_{cp}}{Q_{cp}} . (28)

7.10 По степени плотности структуры шероховатости поверхности подразделяются на группы, приведенные в таблице 13.

Таблица 13

Классификация поверхностей в зависимости от степени плотности структуры макрошероховатости

7.11 Активность поверхности элементов макрошероховатости характеризует адгезионную активность материала и структуры микрошероховатости (величину микровыступов и микропор). Активность поверхности элементов макрошероховатости оценивается в баллах согласно таблице 14.

Таблица 14

Характеристика активности поверхности элементов макрошероховатости

7.12 Предполагается, что влияние выпуклости-вогнутости элемента макрошероховатости относится к степени неопределенности и может увеличивать или уменьшать степень активности.

7.13 Для новой поверхностной обработки количество элементов с выпуклостью и вогнутостью считается одинаковым. В процессе износа (приработки) элементы макрошероховатости приобретают сглаженную выпуклую форму и количество элементов с выпуклостью увеличивается.

7.14 Коэффициент развития профиля макрошероховатости Kр характеризует степень изломанности профиля макрошероховатости, численно равен отношению длины линии профиля в пределах базовой длины к базовой длине и рассчитывается по формуле

K_{p} = \frac{L_{\text{пр}}}{\ell} , (29)

где Lпр — длина линии профиля, мм;

\ell — базовая длина, мм.

7.15 Чем больше численное значение принимает коэффициент развития профиля макрошероховатости, тем более шероховатой считается поверхность покрытия. Для гладких покрытий Kр = 1.

7.16 Аналогично методическому обеспечению ГОСТ 2789-73 предлагается использовать способ оценки среднеквадратического отклонения разновысотности \overline{x_{\sigma}} и разноглубинности шероховатости \overline{z_{\sigma}} через показания отдельно десяти измерений активных выступов (разновысотность) и десяти впадин (разноглубинность) на основе формул

\overline{x_{\sigma}} = \frac{\sum_{i = 1}^{5} x_{i\text{верх}} - \sum_{i = 1}^{5} x_{i\text{нижн}}}{5} , \overline{z_{\sigma}} = \frac{\sum_{i = 1}^{5} z_{i\text{верх}} - \sum_{i = 1}^{5} z_{i\text{нижн}}}{5} , (30)

где xi верх, xi нижн — результаты измерений соответственно пяти верхних и пяти нижних выступов;

zi верх, zi нижн — результаты измерений соответственно пяти верхних и пяти нижних впадин.

7.17 Для оценки сегрегации распределенных элементов макрошероховатости (щебня) предлагается использование числа знакочередований выступов или впадин шероховатости относительно их средних линий (как оценки их автокорреляции). Учет информации о знакочередовании позволяет оценить декорреляцию — достижение требуемого качества геометрии макрошероховатого дорожного покрытия.

7.18 Оценка статистических параметров декоррелированности производится следующим образом. Предлагается показатель — число знакочередований, который является физическим смыслом и оценкой коэффициента корреляции соседних отклонений выходного параметра качества и показывает степень декоррелированности как степени выработки возможных ресурсов повышения качества. Выборка представляет собой последовательность бинарных событий вида -1 или +1. Учет информации о знакочередований знаков высот активных выступов позволяет для декоррелированной выборки определять площадки с повышенным коэффициентом сцепления, а для коррелированной — площадки с пониженным коэффициентом сцепления и переходные состояния.

7.19 Могут быть использованы обобщенные выражения для числа знакочередований для объемов (3 — 5) текущей выборки:

S_{n - 1} = - 0,5 + \frac{N}{2} - 0,5_{i =} \sum_{n - N -}^{n - 1} {}_{(1)}signX_{i}^{*}signX_{i - 1}^{*}, (31)

где N — объем скользящей выборки, 3 <= N <= 5;

Sn-1 — число знакочередований в скользящей выборке.

7.20 Расчет числа знакочередований производится по формулам

z_{i} = \prod_{i = 1}^{n - 1} sign(x_{1} - u)sign(x_{i + 1} - u), f_{i} = \frac{z_{i} + 1}{2} , y_{j} = \ell - \sum_{i = j}^{j + \ell - 1} f_{i}, (32)

где xi — дискретное значение высоты выступов или глубины впадин;

zi, fi — служебные параметры;

yj — число знакочередований.

7.21 Результаты измерений параметров шероховатости на участке работ обрабатываются статистически. По полученным значениям оценивается качество макрошероховатого дорожного покрытия путем сравнения среднего значения измеренных параметров с проектными.

7.22 Для оценки типа макрошероховатости дорожных покрытий в практических целях в процессе строительства или эксплуатации автомобильных дорог достаточно определять следующие основные характеристики макрошероховатых структур: среднюю глубину впадин (высоту выступов); средний шаг макрошероховатости; плотность контактов; разновысотность активных выступов, отвечающую за изменение коэффициента сцепления, и разноглубинность впадин, отвечающую за водоотведение. При проектировании макрошероховатого дорожного покрытия необходимо учитывать их зависимость от проектируемых параметров интенсивности и состава движения с учетом обеспечения требуемых значений коэффициента сцепления.

7.23 Разновысотность выступов и разноглубинность впадин предлагается оценивать через дисперсию или среднеквадратическое отклонение, как статистические инварианты.

7.24 Рекомендуемый способ создания макрошероховатого дорожного покрытия реализуется следующим образом. Регулируют разброс размеров зерен в диапазоне фракции щебня, причем его выбирают по определенному закону распределения в диапазоне фракции щебня в соответствии с требуемыми параметрами макрошероховатости, который обеспечивают смешиванием фракции щебня с дополнительной фракцией щебня с меньшим разбросом в заданном диапазоне. Контакт протектора колеса транспортного средства происходит на глубину вжатия до 3,0 мм, поэтому диапазон дополнительной фракции щебня выбирают в пределах 3,0 мм от максимального значения размера щебня в диапазоне основной фракции. Например, щебень основной фракции 5 — 20 мм смешивают с дополнительной фракцией 8 — 11 мм в соотношении 3:2.

7.25 Для обеспечения воспроизводимости результатов измерения и слабой зависимости от выбора уровня сечения профиля необходимо переходить от математического ожидания к дисперсии высот активных выступов.

7.26 Согласно ГОСТ 2789-73 устанавливаются перечень параметров и типов направлений неровностей, которые должны применяться при установлении требований и контроле макрошероховатости поверхности, а также числовые значения параметров.

7.27 Для условий России перспективными являются:

• традиционная технология поверхностных обработок методом поливки с раздельным по времени распределением вяжущего и щебня;
• технология поверхностных обработок с синхронным распределением битума и щебня;
• технология устройства верхних слоев дорожных покрытий из ЩМА, так как эта технология может быть реализована на технологическом оборудовании для производства и укладки традиционных укатываемых асфальтобетонных смесей;
• технология устройства верхних слоев покрытий из обычного асфальтобетона с проектными свойствами поверхности, в том числе и с использованием метода втапливания черного щебня одномерных фракций или пористого многощебеночного асфальтобетона с прерывистой гранулометрией.

7.28 Обеспечение сцепных качеств поверхностей происходит за счет их шероховатости, которая включает макро-, микро- и молекулярную составляющие. При этом вклад макрошероховатой составляющей максимален. Для обеспечения макрошероховатой поверхности используют слои поверхностных обработок или слои из БМО-смесей (битумоминеральные открытые смеси, средняя высота выступов шероховатости которых Rz составляет от 4 до 6 мм и равна абсолютному их износу за межремонтный срок службы слоя).

7.29 Рекомендуется применять слои из многощебеночных смесей, в которых текстура поверхности возобновляется в процессе эксплуатации за счет использования разноразмерного и разноизносостойкого щебня, обеспечивающего разную скорость истирания.

8 Характеристики материалов

8.1 Характеристики материалов выбираются в зависимости от технологий, используемых для устройства макрошероховатых дорожных покрытий, и регламентируются положениями соответствующих технических документов.

8.2 Характеристики щебня, используемого для макрошероховатых дорожных покрытий, рекомендуется выбирать согласно ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 32703-2004.

Массовая доля в щебне слабых и выветренных зерен должна быть не более 10%, а зерен пластинчатой формы — не более 15%.

Массовая доля в щебне пылевато-глинистых частиц, определяемых отмучиванием, не должна превышать 1,0%; содержание глины в виде комков и посторонних засоряющих примесей не допускается.

Щебень из гравия ввиду наличия в его составе зерен различных пород и зернистости, характеризующихся различной износостойкостью, считается наиболее предпочтительным минеральным материалом к применению для устройства шероховатых слоев. Рекомендуется использовать щебень из гравия с массовой долей зерен кремнистых пород не более 25% согласно ГОСТ 31424-2010, ГОСТ 3344-83, ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 8269.0-97.

Адгезионная активность щебня к вяжущему оценивается сцеплением вяжущего с поверхностью щебня по ГОСТ 12801-98. Предварительная оценка адгезии вяжущего и каменного материала в лабораторных условиях производится с помощью прибора Виалита.

Оптимальный вариант модификации битума предоставляется лабораторией. Тест на определение содержания остаточного вяжущего в смеси производят по ГОСТ 12801-98.

Отдельные зерна щебня должны по возможности иметь кубовидную форму, быть трудношлифуемыми и чистыми (без пленки пыли или грязи). С позиции обеспечения макрошероховатости дорожного покрытия наиболее активны щебенки пирамидальной, затем кубовидной и многогранной формы. Наименее активны овальные и выпуклые формы. Варьируя процентным содержанием в смеси фракций и формы щебня, можно подобрать наиболее плотные и макрошероховатые смеси.

Получить фракции соответствующей формы и диапазона можно путем рассева на ситах с определенной формой отверстий. Улучшение сцепных свойств может быть достигнуто смешением фракций щебня исходного и входящего в него диапазонов в заданной пропорции.

Яркость достигается использованием щебня светлого цвета (белого, светло-серого, серого) по массе не менее 30% от общего количества.

8.3 Характеристики битумов, рекомендуемых для макрошероховатых дорожных покрытий, приведены в ГОСТ 11955-82 и ГОСТ 22245-90. Методы испытания даны в ГОСТ 11508-74.

8.4 Оптимальный вариант модификации битума предоставляется лабораторией.

8.5 Регулированием расхода и свойствами битумов обеспечивают проектные прочностные, деформационные и эксплуатационные качества макрошероховатых дорожных покрытий в течение срока службы при воздействии расчетных нагрузок в условиях регионального температурно-влажностного режима.

8.6 Песок для приготовления асфальтобетонной и других битумоминеральных смесей применяется согласно ГОСТ 8736-2014 и ГОСТ 8735-88. Рекомендуется использовать дробленый песок из прочных известняков. Содержание пылеватых и глинистых частиц в песке не должно превышать 1,0% по массе. Песок целесообразно активировать.

8.7 Минеральный порошок применяют для приготовления асфальтобетонных смесей, который представляет собой продукт тонкого измельчения известняков, доломитов, доломитизированных известняков и других карбонатных горных пород, соответствующих требованиям ГОСТ 16557-2005, а также тонкого измельчения некарбонатных пород и пылевидных отходов промышленности, отвечающих специальным техническим условиям. Предпочтительны активированные порошки. Минеральный порошок используется сухим и рыхлым. Активированный минеральный порошок должен быть однородным по цвету.

9 Рекомендации по выбору технологии устройства макрошероховатых дорожных покрытий

9.1 Параметры макрошероховатости могут быть выбраны с учетом взаимосвязи с транспортно-эксплуатационными характеристиками (при неблагоприятном состоянии покрытия).

9.2 Исходя из необходимой толщины устраиваемого слоя, наличия технологических машин и соответствующей производственной базы, подбирается технология устройства макрошероховатых дорожных покрытий.

9.3 В зависимости от типа покрытия, макрошероховатости, заданной величины его износа, а также с учетом условий удаления воды из зоны контакта шин автомобиля с покрытием определяется необходимая толщина макрошероховатого слоя.

9.4 Возможно устройство двух видов макрошероховатых дорожных покрытий, отличающихся по назначению:

• слоев износа, для обеспечения сцепных качеств и требуемой степени их стабильности в период межремонтного срока службы эти слои имеют минимально допустимую плотность;
• защитных слоев, обладающих высокой плотностью и водостойкостью, для предотвращения попадания в обрабатываемые покрытия избыточной влаги (т.е. для обеспечения требуемой степени водонепроницаемости) эти слои имеют существенно меньший срок службы, чем слои износа.

Слои износа применяют на плотных покрытиях для обеспечения максимальных сцепных качеств поверхности и срока их службы, защитные слои — на пористых покрытиях для обеспечения водонепроницаемости.

9.5 Основным критерием выбора макрошероховатого дорожного покрытия по назначению является следующее: свойства слоя должны ликвидировать или снизить недостатки обрабатываемого покрытия и возобновить, сохранить или улучшить сцепные качества поверхности, обеспечивая требуемую степень их стабильности на период межремонтного срока службы; если дефекты покрытия (степень разрушения) или имеющиеся материалы и оборудование не позволяют обеспечить требуемый срок службы, то его следует снизить, не допуская эксплуатации в некачественном состоянии.

9.6 После выбора слоя по назначению (первый этап) производят выбор материалов и способов производства работ, согласовывая их между собой.

9.7 При выборе материалов, прежде всего, отдают предпочтение каменным материалам. Рекомендуется пользоваться таблицей 10 ГОСТ 9128-2013 и корректировать выбор под конкретные слои, ориентируясь на выбранный вид слоя. Битум выбирают с учетом категории автомобильной дороги и дорожно-климатической зоны, руководствуясь приложением А ГОСТ 9128-2013. Следует применять адгезионные добавки.

9.8 При выборе способа производства работ рекомендуется учитывать способ и температурный режим устройства макрошероховатых дорожных покрытий. Различают два принципиально различных способа: способ поверхностной обработки и способ устройства слоев из смесей.

9.9 Существуют три температурных режима укладки слоев: горячий, теплый и холодный. Холодный способ может быть с использованием жидких битумов и вязких в виде эмульсий.

9.10 При выборе способа устройства слоя следует учитывать тип слоя по способу нанесения смеси, который зависит от текстуры поверхности обрабатываемых покрытий. На покрытиях с текстурно закрытой поверхностью устраивают замыкающие (конечные, самые верхние) слои, укладываемые на обрабатываемое покрытие.

9.11 На покрытиях с текстурно открытыми поверхностями, с шелушением и сквозными порами (чернощебеночные покрытия) оптимально устраивать, соответственно, заполняющие или закупорочные слои, укладывая холодную водную ЛЭМС в открытые поры и выравнивая слой вровень с обрабатываемой поверхностью покрытия. Этот прием позволяет сохранить исходные сцепные качества обрабатываемой поверхности покрытия, придавая ему достаточную водонепроницаемость, так как после испарения воды и уплотнения слой уменьшается в объеме и открывает поверхность, обеспечивая ее сцепные качества.

9.12 Указанными способами (поверхностной обработкой и устройством слоев из смесей) при трех температурных режимах (горячем, теплом и холодном) можно уложить нерасчетные слои при ремонте нежестких покрытий: слои износа и защитные слои (таблица 15).

Таблица 15

Варианты устройства макрошероховатых дорожных покрытий

9.13 Физические свойства слоев характеризуются остаточной пористостью и входящей в нее открытой текстурной пористостью, определяемой водопоглощением, открытой структурной пористостью, определяемой водонасыщением, и закрытой пористостью, определяемой разницей между остаточной и открытой пористостью. К свойствам этих слоев относится прочность и водоустойчивость по прочности на растяжение при расколе. Это позволяет макрошероховатым дорожным покрытиям сохранять сплошность под действием транспортных нагрузок и климатических воздействий.

9.14 Для шероховатых поверхностных обработок прочность обеспечивается за счет свойств вяжущего и зацепления щебня [3, 4]. Наибольшего срока службы поверхностных обработок удается добиться при применении резинобитумных и полимербитумных вяжущих, обладающих, в отличие от исходных вяжущих, повышенной деформативностью и теплоустойчивостью [9].

9.15 Эти вяжущие целесообразно использовать при укладке тонких слоев износа и защитных слоев на цементобетонных покрытиях, где необходимо устраивать двойные или тройные поверхностные обработки (одиночные не приживаются). Такие покрытия требуют двойной подгрунтовки, причем первую предварительную устраивают за шесть часов до второй.

9.16 Основное условие успешной работы нерасчетных слоев в составе дорожной одежды — надежное их сцепление с обрабатываемым покрытием. В таком случае эти слои работают с ними как одно целое, обеспечивая трещино- и сдвигоустойчивость дорожной одежды в ее верхней зоне.

9.17 Оптимальную трещино- и сдвигоустойчивость имеют слои износа, устроенные по способу двойной поверхностной обработки, за счет щебеночного каркаса; защитные слои из ЩМАс; макрошероховатые слои из БМО-смесей; слои из асфальтобетонной смеси типа А при содержании щебня более 50% по объему, уплотненные пневмокатками. При необходимости выполнения срочного ремонта прибегают к методу Сларри Сил [10], устраивая тонкие слои толщиной 8 или 15 мм с использованием катионных щебеночных или песчаных ЛЭМС (СП 78.13330.2012). Сцепные качества таких слоев не превышают сцепных качеств слоев из мелкозернистой асфальтобетонной смеси типа А и песчаной типа Г по ГОСТ 9128-2013, уплотненных пневмокатками [1]. Срок службы слоев — один — три года.

9.18 При фактической интенсивности движения свыше 6000 авт./сут целесообразно устройство:

• шероховатых поверхностных слоев из ЩМА с применением фиброволокна [11];
• поверхностной обработки при совмещенном (синхронном) распределении вяжущего и щебня; в качестве вяжущего используется модифицированный полимерами (типа СБС) и фиброволокном битум, вспененный битум или битумная эмульсия с фиброволокном; щебень применяется фракций 15 — 20 (20 — 5) мм, прошедший очистку в моечной установке и обработанный вяжущим [2].

9.19 При фактической интенсивности движения свыше 1000 — 6000 авт./сут рекомендуется:

\cdot устройство:

• поверхностной обработки покрытия при совмещенном (синхронном) распределении вяжущего и щебня с применением битума, вспененного битума или битумной эмульсии с фиброволокном (без модифицирования полимерами), при этом необходима предварительная обработка щебня вяжущим,
• шероховатого тонкослойного покрытия (ШТП) из литых асфальтобетонных смесей,
• поверхностной обработки с применением ЛЭМС (требуется обеспечение ровности покрытия),
• поверхностной обработки покрытия при раздельном распределении битума и щебня, обработанного вяжущим (без использования битумных эмульсий или вспенивания битума);

\cdot повышение шероховатости путем втапливания щебня, предварительно обработанного вяжущим, в свежеуложенный слой покрытия.

Использование битумной эмульсии позволяет удлинить строительный сезон и уменьшить энергозатраты. Это приводит к удорожанию технологии. Решение о применении рекомендуется подтверждать технико-экономическим обоснованием и лабораторными исследованиями.

9.20 Исходя из фактического состояния нижележащего обрабатываемого слоя, выбирается способ распределения материала:

• распределение и разравнивание (разглаживание) материала по поверхности, при которых материал заполняет и выравнивает неровности нижележащего слоя, образуя неравномерный по толщине слой с ровной верхней поверхностью;
• поливка и посыпка поверхности, при которой материал распределяется на предварительно обработанную (пропитанную) вяжущим поверхность одинаковой толщиной равномерно по всей площади, образуя слой, копирующий неровности нижележащего слоя.

9.21 При устройстве шероховатых поверхностных обработок создается защитный слой с целью обеспечения сохранности и срока службы дорожного покрытия. При этом добиваются высокого качества шероховатой поверхностной обработки, формируя плотное прилегание щебенок друг к другу путем использования регламентированных технологических операций.

9.22 Рекомендуется дополнительно обеспечивать коэффициент сцепления с колесом транспортного средства по диапазону фракции щебня или статистическому распределению (разбросу) размеров зерен в диапазоне фракции щебня, а также за счет использования разнопрочных материалов.

9.23 С учетом интенсивности движения на новых и эксплуатирующихся шероховатых дорожных покрытиях целесообразно применять щебень фракции 5 — 10 или 10 — 15 мм, на среднешероховатых — 15 — 20 мм, на сильношероховатых — 20 — 25 мм.

9.24 Используя величины параметров макрошероховатости дорожных покрытий, возможно устанавливать транспортно-эксплуатационные показатели дороги, динамику их изменения в процессе эксплуатации покрытия в зависимости от его типа, вида используемого материала, технологии устройства и эксплуатации, погодно-климатических факторов, интенсивности и состава движения. Анализируя динамику изменения геометрических параметров макрошероховатости в процессе эксплуатации дорожного покрытия, можно определять характеристики износа и долговечности и межремонтные сроки.

9.25 Зная толщину слоя макрошероховатого дорожного покрытия, уровень макрошероховатости, максимальный диаметр структурообразующих элементов, рассматривают возможные варианты технологического метода устройства и вид конструкционного материала, приведенные в таблице 10.

9.26 По выбранному виду технологии устройства и конструкционного материала осуществляется оптимизационное проектирование состава материала.

9.27 Осуществляется логико-экономический анализ различных вариантов технологий и соответствующих им видов материалов по схеме, приведенной на рисунке 2.

Рисунок 2 — Схема логико-экономического анализа альтернативных вариантов

9.28 Под оптимизационным проектированием понимается алгоритм анализа закономерностей изменения качественных характеристик конструктивного слоя в зависимости от состава материала и способов его получения и укладки, результатом которого является получение максимального положительного (или минимально допустимого) эффекта при минимуме затрат на реализацию этого качества.

9.29 Получение закономерностей изменения качественных характеристик конструктивного слоя возможно только на основе лабораторного исследования свойств материалов и соответствующих этим свойствам качественных характеристик конструктивного слоя.

10 Основные технологии устройства макрошероховатых дорожных покрытий

10.1 На основные виды технологии устройства макрошероховатых дорожных покрытий имеются ранее разработанные документы, содержащие сведения о качестве и расходе материалов, организации работ, технологических параметрах приготовления и укладки материалов, контроле качества работ. Сведения о наиболее широко используемых технологиях приведены ниже.

10.2 Для устройства макрошероховатых покрытий применяют горячие асфальтобетонные смеси, температура которых указана в таблице 16.

Таблица 16

Температура асфальтобетонных смесей при их укладке

На подготовительном этапе осуществляется очистка нижележащего покрытия от пыли и грязи, текущий ремонт, заделка трещин и т.п. Покрытие устраивают на сухом, чистом и непромерзшем покрытии (или основании). Повышение адгезионной активности обрабатываемого покрытия рекомендуется осуществлять с учетом его кислотности.

За три — пять часов до начала укладки смеси поверхность покрытия (или основания) обрабатывают битумной эмульсией, вязким разжиженным битумом или жидким битумом. Норма расхода для разжиженного или жидкого битума по основанию составляет от 0,5 до 0,8 и по покрытию от 0,2 до 0,3 л/м2; 60%-ной битумной эмульсии по основанию — от 0,6 до 0,9 и по покрытию — от 0,3 до 0,4 л/м2. Обработку вяжущими материалами исключают, если шероховатый слой устраивают на свежеуложенном слое покрытия. Температура вяжущего при распределении: для вязких битумов от 130 °C до 150 °C; для жидких битумов — от 80 °C до 100 °C; для битумных эмульсий — от 15 °C до 90 °C.

Температура асфальтобетонных смесей при их укладке должна быть не ниже указанной в таблице 16. Ее необходимо проверять в каждой прибывающей машине. При транспортировании асфальтобетонной смеси ее температура снижается (примерно 1 °C на 1 км пути или 10 °C за каждый час в пути). Поэтому время транспортирования ограничивают 1,5 ч или 50 км пути. При транспортировании асфальтобетонную смесь укрывают пологом для сохранения температуры.

Укладка асфальтобетонной смеси осуществляется укладчиком желательно на всю ширину покрытия. Основными условиями являются отсутствие атмосферных осадков и увлажнения поверхности, работы производятся при температуре воздуха весной не ниже 5 °C, осенью не ниже 10 °C.

Для лучшего проявления макрошероховатости рекомендуется применять катки с обрезиненными вальцами (слой резины толщиной не менее 10 мм), способствующие вдавливанию заполнителя смеси в межзерновое пространство и выпиранию структурообразующих элементов. Оптимальные параметры технологического режима укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси определяются в процессе пробных укладок и укаток.

10.3 Щебеночно-мастичный асфальтобетон применяется согласно ГОСТ 31015-2002 и пособию [12]. Для приготовления ЩМАс используется стабилизирующая добавка — однородное целлюлозное волокно с коротко волокнистой структурой (длина фибр определяется под лупой или микроскопом); содержание фибры длиной от 1,2 до 1,9 мм составляет не менее 80% от массы волокна, длиной от 0,5 до 0,9 мм — не более 20%.

10.4 Устройство макрошероховатых дорожных покрытий методом втапливания заключается в распределении одномерного прочного черного (черненного) щебня по свежеуложенному асфальтобетонному слою в горячем состоянии. Толщина асфальтобетонного слоя покрытия — не менее 3 см. Втапливание щебня целесообразно осуществлять в малощебенистые смеси типов В и Д. Для втапливания рекомендуется использовать щебень изверженных горных пород марки по прочности не менее 1200, а по износу не ниже И-I, фракций 5 — 10, 10 — 15 или 15 — 20 мм. Обработка щебня вяжущим осуществляется в асфальтобетонном смесителе при температуре от 140 °C до 170 °C при использовании битумов БНД 60/90 и БНД 90/130; при температуре от 110 °C до 160 °C при использовании битумов Д-6, СГ 130/200, МГ 130/200; при температуре от 80 °C до 120 °C при использовании битумов — Д-5, СГ 70/130, МГ 70/130. Массовая доля вяжущего составляет от 1,0% до 1,3% от массы щебня. Лучшие результаты получаются, когда вяжущее полностью обволакивает щебень и не стекает с него. Целесообразно осуществлять обработку щебня вспененным битумом. Для повышения сцепления вяжущего со щебнем используются ПАВ.

Наиболее хорошие результаты по качеству макрошероховатого слоя достигаются при втапливании горячего черного щебня в горячий асфальтобетон. Такая технология возможна при наличии двух смесителей для синхронного приготовления черного щебня и асфальтобетонной смеси. Возможно втапливание холодного черного щебня в горячий асфальтобетон, при этом щебень должен обрабатываться вяжущим заблаговременно (например, в зимний период).

Технология втапливания черного щебня в асфальтобетон имеет несколько альтернативных вариантов:

1 Укладывается слой малощебенистого или песчаного асфальтобетона типа В или Г с помощью асфальтоукладчика с включенным трамбующим брусом, но с выключенной виброплитой. Затем по поверхности недоуплотненного асфальтобетона производится россыпь черного щебня с помощью щебнераспределителя в количестве: щебень фракции 5 — 10 мм — от 0,9 до 1,1 м3/100 м2, щебень фракции 10 — 15 мм — от 1,1 до 1,2 м3/100 м2, щебень фракции 15 — 20 мм — от 1,2 до 1,4 м3/100 м2.

Производится вдавливание щебня в асфальтобетон вначале пневмокатками массой 16 т (от шести до десяти проходов по одному следу), или гладковальцовыми катками с обрезиненными вальцами массой от 10 до 13 т (от восьми до десяти проходов по одному следу), или виброкатками массой от 6 до 8 т (от пяти до семи проходов по одному следу). Окончательное уплотнение осуществляется гладковальцовыми катками с обрезиненными вальцами массой от 11 до 18 т (от шести до восьми проходов по одному следу).

2 Слой асфальтобетона, уложенный асфальтоукладчиком с включенным трамбующим брусом, прикатывается гладковальцовыми катками массой от 6 до 8 т (от двух до трех проходов по одному следу). Затем проходом асфальтоукладчика по прикатанному асфальтобетону распределяется черный щебень слоем от 1,5 до 2,0 см. Производится уплотнение щебня и асфальтобетона.

3 В случае применения литых асфальтобетонных смесей типа I, II на мостовых сооружениях с высокой интенсивностью движения втапливание щебня производится в горячую распределенную смесь.

Состав литого асфальтобетона определяется в лаборатории [5]. Примерный состав литого асфальтобетона следующий: минеральный порошок — 26%, песок — 12%, щебень фракции 0 — 5 мм — 16%, щебень фракции 5 — 20 (15) мм — 46%, ПБВ 40-60 — 8,7%. Для приготовления ПБВ 40-60 используются нефтяные вязкие битумы марок БНД 60/90, БНД 90/130, полимерная добавка СБС (стирол-бутадиен-стирол) в соотношении битум от 90% до 91,5%, СБС от 8,5% до 10%.

Полимерно-битумное вяжущее приготавливается в котле с термоизолирующей оболочкой, оснащенном смесителем, термостатом и термометром. Время приготовления составляет до четырех часов при температуре нагрева битума не выше 195 °C.

Литая асфальтобетонная смесь приготавливается на АБЗ при температуре не ниже 185 °C. Затем смесь выгружается в котлы-кохеры, в которых при транспортировании осуществляется ее окончательное приготовление с принудительным перемешиванием при температуре 195 °C в течение двух часов.

Литая асфальтобетонная смесь укладывается на сухой слой покрытия из асфальтобетона типа А. Смесь из котлов через запорный люк подается порциями в зону захвата распределителя, который, продвигаясь вперед, разравнивает ее резиновыми термолопатками, а выравнивающей рейкой обеспечивает заданную толщину слоя. За этим распределителем следует распределитель черного щебня фракции 5 — 15 мм, который равномерно укладывает его по поверхности литого асфальтобетона (в местах, где щебень уложен неравномерно, слой выравнивается путем разбрасывания щебня совковой лопатой). Через 10 мин по слою щебня проходит каток массой от 1,5 до 3,0 т для его вдавливания в литой асфальтобетон (колеса катка во время движения по щебню орошаются водой). Для обеспечения адгезии лучше использовать щебень из габбродиабаза. Требуемые фрикционные характеристики уложенного слоя достигаются путем распределения и укатки фракционированного щебня в соответствии с рекомендациями [4].

10.5 Конструкции дорожной одежды мостового полотна, рекомендуемые к применению на металлической ортотропной плите, представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 — Конструкции дорожной одежды мостового полотна, рекомендуемые к применению на металлической ортотропной плите

10.6 Наиболее распространенным методом устройства макрошероховатых дорожных покрытий являются поверхностные обработки (однослойные и двухслойные). Эта технология сводится к поливке обрабатываемой поверхности вяжущим с последующим распределением и укаткой щебня одномерной фракции тонким слоем (практически в одну щебенку). Применяемые технологии условно делятся в зависимости:

• от состояния обрабатываемого слоя (холодное, предварительно подогретое, обработанное или необработанное активирующими добавками, выровненное или невыровненное);
• вида, марки и способа применяемого вяжущего (битумы вязкие или жидкие, битумные эмульсии, ПАВ или активаторы, битумные мастики, битумные пасты, битумные шламы);
• вида, гранулометрических размеров, температуры использования, способа предварительной активации поверхности используемого щебня;
• типов применяемых технологических машин (способов распределения вяжущего и щебня, технологии уплотнения);
• способов и режимов ухода за готовым конструктивным слоем.

На асфальтобетонных и других черных покрытиях следует устраивать, как правило, одиночную поверхностную обработку в соответствии с рекомендациями [4].

Определение оптимальных сочетаний вариантов, способов и методов ведения работ в зависимости от конкретных местных условий рекомендуется осуществлять на основе настоящего методического документа, лабораторных исследований и пробных производственных проверок.

Работы по устройству поверхностной обработки следует производить по чистой незапыленной поверхности, сухой при применении битума и увлажненной (0,5 л/м2) при применении битумных эмульсий. Температура воздуха при использовании в качестве вяжущего битума должна быть не ниже 15 °C, а битумной эмульсии — не ниже 5 °C [6, 7]. В отдельных случаях при невозможности обеспечить требуемую чистоту покрытия рекомендуется его подгрунтовывать путем розлива жидкого битума по норме от 0,3 до 0,5 л/м2.

Решение по предварительной обработке щебня вяжущим в установке (чернение) принимается по результатам лабораторных исследований сцепления щебня с вяжущим по ГОСТ 12801-98. Для чернения рекомендуется применять битумы марок БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, МГ 130/200, МГ 70/130.

Основной розлив вяжущего осуществляют на половине проезжей части в один прием без пропусков и разрывов. При возможности обеспечения объезда розлив вяжущего выполняют по всей ширине проезжей части.

Ориентировочные расходы вяжущего и щебня при их распределении на дороге приведены в таблице 17. При применении необработанного щебня нормы розлива вяжущего повышают на 20%.

Таблица 17

Расход вяжущего и щебня (без учета предварительной обработки)

Температура при распределении для вязких битумов марок БНД 60/90, БНД 90/130 составляет 150 °C — 160 °C; для марок БНД 130/200 — 100 °C — 130 °C; для ПБВ — 140 °C — 160 °C [5].

Температуру и концентрацию эмульсии устанавливают в зависимости от погодных условий следующим образом [8]: при температуре воздуха ниже 20 °C эмульсия должна иметь температуру от 40 °C до 50 °C (при концентрации битума в эмульсии от 55% до 60% подогрев эмульсии до такой температуры осуществляется непосредственно автогудронатором); при температуре воздуха выше 20 °C эмульсию можно не подогревать (при концентрации битума в эмульсии 50%).

Щебень необходимо распределять сразу после розлива битума (не допуская его загустевания). Дополнительного нагрева щебня перед укладкой не требуется. Распределение щебня производится самоходными или навесными щебнераспределителями, осуществляющими распределение в одну щебенку при плотном расположении по поверхности обрабатываемого покрытия. Не допускаются пропуски и чрезмерное распределение щебня по поверхности. После прохода щебнераспределителя окончательное выравнивание и исправление поверхности осуществляется вручную гладилками и скребками.

Сразу после россыпи щебня производится его уплотнение гладковальцовыми катками массой от 6 до 8 т (четыре-пять проходов по одному следу), затем тяжелыми гладковальцовыми катками массой от 10 до 12 т (от двух до четырех проходов по одному следу). Для лучшего проявления шероховатой структуры целесообразно последнюю стадию уплотнения выполнять гладковальцовыми катками с обрезиненными вальцами.

При использовании битумных эмульсий работы ведутся в следующем порядке:

• смачивание обрабатываемого покрытия водой (возможно с активирующими добавками) в количестве от 0,4 до 0,5 л/м2;
• розлив эмульсии по покрытию в количестве 30% от расхода, указанного в таблице 17;
• распределение 70% щебня от расхода, указанного в таблице 17 (разрыв не более 20 м с интервалом во времени не более 5 мин от момента розлива эмульсии);
• розлив оставшейся эмульсии;
• распределение оставшегося щебня;
• укатка катками массой от 6 до 8 т за по четыре прохода по одному следу (начало укатки должно совпадать с началом распада эмульсии);
• уход за устроенной поверхностью.

Уход за поверхностной обработкой осуществляется в течение первых четырех суток после устройства и заключается в регулировании движения (последовательные проходы транспортных средств по определенным продольным полосам со скоростью не более 40 км/ч) и систематическом наметании неприжившегося щебня механическими щетками от кромки на покрытие. По истечении срока ухода неприжившийся щебень удаляется.

В случае использования анионактивной эмульсии движение транспортных средств следует открывать не ранее чем через одни сутки после устройства поверхностной обработки.

При назначении расходов материалов для устройства шероховатого слоя методом поверхностных обработок рекомендуется также использовать нормы [11].

10.7 Материалы для устройства поверхностных обработок с использованием литых эмульсионно-минеральных смесей (ЛЭМС, Сларри Сил, микросурфасинг и др.) выбираются с учетом ГОСТ Р 52128-2003, рекомендаций [6 - 8].

Устройство ШТП может производиться с применением автомобиля для перевозки литой асфальтобетонной смеси с прикаткой ручным катком, а также с выбором характеристик материалов. Шероховатое тонкослойное покрытие выполняется толщиной от 15 до 25 мм в зависимости от используемой фракции щебня 5 — 10, 10 — 15, 10 — 20 мм. Расход смеси составляет от 36 до 60 кг/м2. Работы проводятся как на свежеуложенном, так и на старом покрытии (основании). Укладка литой асфальтобетонной смеси устраивается при температуре весной не ниже 5 °C и осенью 10 °C по подготовленному сухому и чистому покрытию. Укладка смеси в дождливую погоду не допускается. Минимальная температура смеси для ШТП перед выгрузкой должна быть не ниже 190 °C. Формирование смеси происходит за три часа. Процесс укладки непрерывный, допускаются технологические перерывы.

Для технологии устройства слоев износа могут быть использованы данные рекомендаций [12].

10.8 Рекомендуются к применению дорожные антигололедные эпоксидные покрытия (типа SafeLaneTM) с максимальной шероховатостью: двухслойные минимальной толщиной 10 мм и однослойные минимальной толщиной 5 мм, а также конструкции на их основе.

Система двух основных компонентов — полимерного (эпоксидного) состава и специального заполнителя — в зимний период выполняет функцию удержания противогололедных материалов на поверхности покрытия, препятствуя образованию опасных проявлений зимней скользкости.

Применение данной технологии позволяет существенно снизить аварийность на участках концентрации ДТП, где образование гололеда происходит существенно быстрее по сравнению с другими участками, и увеличить пропускную способность автомобильных дорог.

Зерновой состав, способ распределения щебня без его прикатки обеспечивают максимальную разновысотность активных выступов макрошероховатости и максимальную разноглубинность впадин. При обработке противогололедными материалами достигается разновременность образования пятен гололеда на активных выступах шероховатости. При этом последние удаляются колесами транспортных средств. Это определяет максимальную площадь и длину линии профиля шероховатой поверхности, что позволяет обеспечить максимальный контакт между дорожным покрытием и растворенным противогололедным материалом.

Как дополнительный системный эффект покрытие имеет и антигололедные свойства — возможность удерживать за счет слабой смываемости противогололедный материал на дорожном покрытии до очередного возникновения зимней скользкости.

Обычное значение коэффициента сцепления для эпоксидного покрытия после его устройства 0,58 — 0,6 (0,4 по нормам).

Покрытие ориентировано на типовые виды противогололедных материалов типа хлорида натрия, хлорида кальция, хлорида магния, ацетата калия-магния, ацетата кальция и т.д.

10.9 Битумоминеральные открытые смеси для несущих слоев покрытий являются крупнозернистыми асфальтобетонными смесями, обладающими разреженной макрошероховатой структурой.

Макрошероховатый слой можно получить из многощебеночных (от 55% до 85% щебня по массе) смесей, типа БМО, путем применения специальных технологических приемов при их распределении и уплотнении. Формируются щебеночный каркас и пористость за счет последовательного (при ступенчатом увеличении нагрузки) уплотнения пневмокатками распределенной асфальтоукладчиком многощебеночной смеси через прослойку из деформируемого материала.

Режим уплотнения позволяет перевести часть пустот во впадины шероховатости на поверхности слоя и сформировать в его верхней части макрошероховатый поверхностный слой толщиной, равной максимальному размеру щебня смеси, или самостоятельный тонкий слой износа. Высота выступов в таком слое открыта на оптимальную величину, а объем впадин между ними, характеризуемый средней приведенной высотой впадины, обеспечивает дренирование воды с поверхности покрытий.

Состав заполняющей щебень части смеси и специальные технологические приемы при уплотнении пневмокатками позволяют уплотнить ее внутри пустот щебеночного каркаса так, что объем опасных для долговечности средних и мелких пор не будет превышать объем этих пор в асфальтобетоне из смеси типа А по ГОСТ 9128-2013. Часть пор внутри пустот щебеночного каркаса при уплотнении, находящаяся в заполняющей части смеси, уменьшается в объеме, освобождается и образует открытые крупные текстурные поры. Эти поры формируются в слое в процессе уплотнения, их определяют по водонасыщению.

10.10 Полиуретановые дорожные покрытия позволяют обеспечивать гидроизоляцию дорожной одежды от проникновения воды и противогололедных материалов, требуемый коэффициент сцепления и выполняют роль слоя износа. Они предназначены для применения на автомобильных дорогах, мостовых сооружениях и в тоннелях, в частности на опасных перекрестках, в местах концентрации ДТП, на подъездах к шлагбаумам и пешеходным переходам, открытых паркингах, тротуарах и пешеходных переходах, пешеходных мостах, велосипедных дорожках, в местах посадки на общественный транспорт, на примыканиях к объектам дорожной инфраструктуры. В процессе эксплуатации покрытие препятствует продавливанию и смещению зерен щебня при резком торможении транспортных средств. Покрытия устраиваются из щебня фракции 3 — 8 мм (технология предлагается для опытного применения).

По технологии укладки полиуретановых дорожных покрытий устраиваются краевые шумовые поверхностные обработки из щебня фракции 5 — 20 мм (технология предлагается для опытного применения).

После нанесения материала обеспечивается высокая степень сопротивления маслам, бензину, противогололедным материалам и другим агрессивным воздействиям. Покрытие устраивается при температуре от 5 °C до 35 °C при минимальном расходе материала 1 кг/м2. Обеспеченные свойства материала покрытия (через семь дней при температуре 23 °C): прочность при растяжении — не менее прочности щебня на разрыв (когезионный характер отрыва); удлинение при разрыве — не менее 10%.

Требования к материалам следующие.

\cdot Характеристики щебня, используемого для полиуретановых дорожных покрытий, рекомендуется выбирать согласно ГОСТ 32703-2014. Следует обращать внимание на адгезионную активность щебня к вяжущему, на форму и микрошероховатость зерен, а также на цвет структурообразующего щебня, определяющего внешний вид покрытия. Массовая доля в щебне слабых и выветрелых зерен должна быть не более 10%, а зерен пластинчатой формы — не более 15%. Массовая доля в щебне пылевато-глинистых частиц, определяемых отмучиванием, — менее 1,0%; содержание глины в виде комков и посторонних засоряющих примесей не допускается. Отдельные зерна щебня должны по возможности иметь кубовидную форму, быть трудношлифуемыми и чистыми (без пленки пыли или грязи). С позиции обеспечения макрошероховатости поверхности наиболее активны щебенки пирамидальной, затем кубовидной и многогранной формы. Адгезионная активность щебня к вяжущему оценивается сцеплением вяжущего с его поверхностью по ГОСТ 12801-98. Образцы выполняются из подложки, слоя лакокрасочного материала толщиной, указанной в проекте (задании) на выполнение работ, и распределенного щебня. Рекомендуется производить оценку адгезии вяжущего и каменного материала в лабораторных условиях с помощью прибора Виалита. Проверка адгезии к подложке и покрывным слоям также проводится методом технологических проб путем механического отрыва вручную (изгибом, кручением, сдвигом) зерен щебня (подложки или покрывного слоя) от слоя вяжущего. Количество отрываемых зерен щебня во время проб — не менее 10. Количество адгезионных отрывов — не более 20%, когезионных отрывов — не менее 80%. Испытания на прочность макрошероховатого слоя (вертикальная динамическая нагрузка) проводятся с применением стального штампа диаметром 100 мм и опускания на образец груза массой 2,5 кг с высоты 300 мм. На образцах со щебнем М1400 (гранит) видимые разрушения должны начинаться не менее чем с 40-го удара, со щебнем М800 (щебень из гравия) — не менее чем с 22-го удара. Полиуретановый слой в результате испытаний не нарушается.

\cdot Вяжущий материал на основе полиуретана может быть однокомпонентным или многокомпонентным. Вяжущее обеспечивает необходимую прочность и устойчивость с учетом внешних климатических и механических воздействий. Ингредиенты: компонент A — полиол, компонент B — изоционат. Соотношение A и B по массе 100/65.

Время желатизации: от 15 до 45 мин при температуре 24 °C (образец 50 мл в бумажном стаканчике). Время полной полимеризации: не более суток при минимальной температуре 5 °C. Прочность на растяжение на разрыв спустя семь суток: не менее 81 Н/мм2. Внешний вид: от прозрачного до светло-желтого. Температура воспламенения: не менее 93 °C. Агрегатное состояние компонентов: нерастворимая жидкость. Вяжущее нерастворимо. Летучие компоненты отсутствуют. Устойчивость: стабильная. Плотность: 1,1 г/см3. Твердость: 75 по шкале твердости Шор D.

Технология устройства полиуретановых дорожных покрытий включает:

• подготовку основания. Основание обеспыливается путем смета щетками комбинированных дорожных машин и (или) воздуходувными установками или приспособлениями. Поверхность основания должна быть сухой. Границы места производства работ по периметру оклеиваются скотч-лентой;
• подготовку вяжущего на основе полиуретана. На этапе приготовления вяжущего в компонент A добавляется компонент B в указанном технологией соотношении и перемешивается с помощью электродрели с насадкой в виде венчика. Объем единовременно приготавливаемой смеси должен соответствовать ее расходу на 5 м2. Приготовление большей дозы нецелесообразно из-за возможной потери живучести во время перемешивания;
• распределение материалов. При необходимости смешивания компонентов, а также их температурного кондиционирования перед смешиванием и (или) нанесением поставщик вяжущего на основе полиуретана должен обеспечить совместную поставку соответствующего оборудования. Применяются два варианта производства работ: вручную с помощью поливочных средств; с использованием специализированной машины и (или) оборудования. Подача вяжущего материала на основе полиуретана в поливочные средства производится самотеком (из садовых леек, валиком, из ведра и др.) или под давлением (по гидрорукавам к ручным приспособлениям с форсунками и для распыления (полива)) из емкости с готовым для использования полимерным материалом или емкостей с компонентами вяжущего. Вяжущий материал равномерно разравнивается на поверхности дорожного покрытия ручными приспособлениями с П-образными прорезями снизу. Расход вяжущего материала при этом составляет в диапазоне от 0,3 до 1 кг/м2 в зависимости от назначения покрытия и фракции щебня. Время распределения вяжущего материала на 1 пог. м дорожного покрытия на всю его ширину — от 2,5 до 3,0 мин; при использовании специализированной машины ее расчетная рабочая скорость — от 0,8 до 5,0 км/ч. На полимерную основу вручную или с помощью щебнераспределителя высыпается щебень и разравнивается метелками (расход от 7 до 8 кг/м2). Слой не рекомендуется уплотнять или утрамбовывать. Через 30 — 40 мин лишний каменный материал удаляется щетками. Смет щебня используется при устройстве нового участка. Затем удаляют скотч-ленту. Время живучести материалов составляет от 15 до 30 мин. Движение транспортных средств можно открывать через 16 ч. По нанесенному слою щебня можно ходить. При производстве работ по устройству полиуретанового покрытия не существует отходов, требующих разработки специфических требований транспортирования и захоронения.

Вдыхание паров вяжущего может вызывать раздражение слизистой оболочки носа и горла, контакт с кожей — раздражение и воспаление, попадание в глаза — раздражение и повышенную чувствительность. Проглатывание может также вызывать раздражение слизистой рта, зубов и повышенную чувствительность.

11 3D-моделирование макрошероховатых дорожных покрытий

11.1 Трехмерное моделирование макрошероховатых дорожных покрытий представляет собой процесс автоматизированного создания трехмерных математических моделей шероховатости поверхности дорожного покрытия по результатам измерения координат точек их поверхностей. Представление 3D-данных — это способ цифрового описания пространственных объектов, тип структуры пространственных данных. Под их графическим форматом понимается способ машинной реализации представления пространственных данных.

11.2 Построение 3D-модели требует определенной структуры данных, а исходные точки на поверхностях могут быть по-разному распределены в пространстве. Сбор данных может осуществляться по точкам регулярной сетки, по структурным линиям рельефа или хаотично. Первичные данные приводят к одному из наиболее распространенных структур для представления поверхностей: GRID, TIN или TGRID.

11.3 Помимо используемых в компьютерных технологиях векторных и растровых форматов хранения и формирования компьютерных изображений распространены регулярно- и нерегулярноячеистые форматы. К менее распространенным или применяемым для представления пространственных объектов определенного типа относятся гиперграфовая модель, модель типа TIN и ее многомерные расширения. Известны гибридные представления пространственных данных.

11.4 STL-формат файла разработан для хранения трехмерных моделей объектов для представления трехмерных моделей произвольных поверхностей.

В этом формате используется унифицированный способ приближенного представления (аппроксимации) любых поверхностей системой стыкуемых друг с другом плоских треугольников, треугольных фасет. Поверхность объекта покрывается поверхностной сеткой из треугольных ячеек. Поверхность строится триангуляционным методом, получается TIN-поверхность (Triangulated Irregular Network) — нерегулярная триангуляционная сеть, система неперекрывающихся неравносторонних треугольников, соответствующая триангуляции Делоне в цифровом моделировании.

11.5 Вершинами треугольников являются исходные опорные точки, совпадающие с исходной криволинейной поверхностью. Подобное представление отражает геометрические особенности макрошероховатых дорожных покрытий. Рельеф представляется многогранной поверхностью, каждая грань которой описывается линейной функцией (полиэдральная или многоугольная модель), либо полиноминальной поверхностью, коэффициенты которой определяются по значениям в вершинах граней треугольников. При правильном построении эта сеть не имеет ни разрывов, ни наложений. Для получения модели поверхности соединяют пары точек ребрами определенным способом, называемым триангуляцией Делоне. Информация о поверхности объекта представляет собой список параметров треугольных фасет, которые описывают эту поверхность. Используются правила нумерации треугольников. Треугольники определяются с учетом направления узлов (вершины треугольников) по часовой стрелке и подобных узлов в вершинах треугольников. На использовании TIN-поверхностей строятся аппроксимации в большом числе ранее распространенных приложений.

11.6 Триангуляция Делоне в приложении к двумерному пространству формулируется следующим образом: система взаимосвязанных неперекрывающихся треугольников имеет наименьший периметр, если ни одна из вершин не попадает внутрь ни одной из окружностей, описанных вокруг образованных треугольников (рисунок 4). Образовавшиеся треугольники максимально приближаются к равносторонним, а каждая из сторон образовавшихся треугольников из противолежащей вершины видна под максимальным углом из всех возможных точек соответствующей полуплоскости. Интерполяция выполняется по образованным ребрам. В триангуляционной модели нет преобразований исходных данных.

Рисунок 4 — Геометрическое представление процесса 3D-моделирования

11.7 Основное достоинство STL-формата — это универсальность и простота по сравнению с другими форматами. Алгоритм построения горизонтальных сечений и соответствующей вычислительной процедуры в быстром прототипировании сводится к определению тех треугольников, которые пересекает заданная горизонтальная плоскость (одна вершина каждого такого треугольника должна иметь координату z по другую сторону от плоскости в отличие от двух других), а затем из двух линейных уравнений определяется линия пересечения с плоскостью, т.е. участок границы контура. В результате граница горизонтального сечения получается состоящей из отрезков прямых линий. Изменение угловой ориентации при описании поверхности объекта при использовании TIN-поверхностей требует предварительной стандартной операции преобразования координат вершин всех треугольников и направляющих косинусов нормалей.

11.8 ₃D-модели макрошероховатых дорожных покрытий рекомендуется получать в форматах Wavefront OBJ, 3DS models, VRML, Stanford PLY, Autodesk DXF, COLLADA, U3D, Adobe PDF.

11.9 На основе результатов 3D-моделирования проводится статистический анализ и математическое моделирование.

11.10 По результатам прототипирования и печати на 3D-принтере объемной модели проводят физическое моделирование различных прикладных задач, например в аэродинамической трубе или гидравлическом лотке.

12 Контроль качества при устройстве макрошероховатых дорожных покрытий

12.1 Контроль качества работ по устройству макрошероховатых дорожных покрытий состоит в систематической проверке качества применяемых дорожных материалов, приготовления смесей, соблюдении технологии производства работ. Все контрольные работы следует выполнять в строгом соответствии с методами испытания, изложенными в соответствующих технических документах.

12.2 В процессе производства работ по устройству макрошероховатого дорожного покрытия осуществляется операционный контроль процессов приготовления и укладки материалов в поверхностный слой.

12.3 При устройстве макрошероховатых дорожных покрытий контролируемые параметры, частота их определения и допустимые отклонения от нормативных значений регламентируются СП 78.13330.2012.

12.4 После уплотнения покрытия осуществляется операционный контроль параметров макрошероховатости не менее чем в трех местах (по выбору производителя работ) на 100 пог. м устроенного слоя (от 25 до 30 определений на 1 км). Определяются параметры макрошероховатости на соответствие проектным.

12.5 В процессе устройства макрошероховатого дорожного покрытия особое внимание рекомендуется уделять тщательности сопряжения технологических швов и однородности структуры макрошероховатости поверхности. Следует предупреждать появления пятен переизбытка вяжущего, «тощих» обедненных участков и пропусков в устроенном слое.

12.6 На этапе ухода за устроенным слоем определяется степень приживаемости его элементов к поверхности обрабатываемого слоя, которую по площади рекомендуется доводить до 100%, а по объему материала — до 95%. Контролируются проходы грузовых автомобилей и их скорость в течение первых четырех суток после устройства слоя макрошероховатого покрытия.

12.7 Приемочный контроль качества макрошероховатого дорожного покрытия осуществляется по СП 78.13330.2012 после завершения формирования шероховатой поверхностной обработки через 14 сут. Разрешается осуществлять приемку отдельными участками, расположение и протяжение которых устанавливается заказчиком по согласованию со строительной организацией.

12.8 Рекомендуется проводить статистическую обработку результатов измерений параметров макрошероховатости в соответствии с настоящим методическим документом.

12.9 Согласно СП 78.13330.2012 при приемке объекта в эксплуатацию оценивают коэффициент сцепления (ГОСТ 30413-96) базовым прибором ПКРС-2 или другими приборами, показания которых коррелируются с базовым прибором. Значения измеренного коэффициента сцепления должны быть не ниже значений, указанных в проекте.

12.10 В соответствии с СП 78.13330.2012 при приемке объекта в эксплуатацию допускается косвенно оценивать шероховатость методом «песчаное пятно». Значения средней глубины впадин шероховатости в зависимости от коэффициента сцепления должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице 18 (СП 78.13330.2012).

Таблица 18

Контролируемые значения средней глубины впадин шероховатости в зависимости от коэффициента сцепления

12.11 Оценка качества макрошероховатого дорожного покрытия осуществляется путем сопоставления проектных и измеренных параметров макрошероховатости. Приемка работ производится при соответствии параметров макрошероховатости и коэффициента сцепления проекту.

12.12 Оценку качества поверхности макрошероховатого дорожного покрытия производят в период сдачи вновь построенных автомобильных дорог в эксплуатацию и после проведения ремонтных работ в процессе эксплуатации дороги. На эксплуатируемых автомобильных дорогах не реже чем один раз в три года оценивают изменения параметров макрошероховатости и коэффициента сцепления во времени с целью своевременного установления запредельного уровня (см. таблицу 18), по достижении которого необходимы срочные мероприятия по восстановлению макрошероховатости. На участках концентрации ДТП контроль макрошероховатости и коэффициента сцепления следует производить более часто.

12.13 Качество макрошероховатого дорожного покрытия оценивается коэффициентами вариации глубины неровностей макрошероховатости и равномерности распределения щебня.

12.14 Коэффициент вариации средней глубины впадин макрошероховатости Cн определяется по формуле

C_{\text{н}} = \frac{\Delta_{\text{н}}}{\text{Н}_{\text{ср}}} , (33)

где \Delta_{\text{н}} — среднеквадратичное отклонение глубины отдельных впадин макрошероховатости;

Hср — среднее значение глубины неровностей, мм.

Полученный коэффициент Cн не должен превышать 0,15 (для отличной оценки качества).

12.15 Равномерность распределения щебня по поверхности покрытия определяют с помощью прямоугольной рамки размером 0,1 x 0,2 м, в пределах которой подсчитывают количество зерен щебня. Измерения повторяют 10 раз на участке протяженностью 1000 м. По результатам измерений находят среднее число зерен щебня в пределах площади, ограниченной рамкой, и среднеквадратичное отклонение результатов отдельных измерений от среднего \delta_{m} по формуле

\delta_{m} = \sqrt{\frac{(\sum m_{i} - m)^{2}}{(n - 1)}} , (34)

где mi — число зерен щебня, находящихся внутри контура рамки, шт.;

m — среднее число зерен щебня, шт.;

n — число измерений.

12.16 Коэффициент вариации определяют по формуле

C_{m} = \frac{\delta_{m}}{m} . (35)

Полученный коэффициент вариации Cm также не должен превышать 0,15 (для отличной оценки качества).

12.17 Требуемые значения коэффициентов возможно достичь за счет прочности каменного материала, отсутствия «лещадки», т.е. формы зерен, расхода битума. Данными параметрами при приемке работ косвенно проверяются прочность щебня, размер и форма зерен, отсутствие «лещадки», расход битума.

12.18 Коэффициент вариации глубины впадин макрошероховатости достигается путем подбора необходимого размера зерен, т.е. их однородностью. Отклонение этого показателя от требуемого влияет на коэффициент сцепления.

12.19 Коэффициент вариации равномерности распределения щебня обеспечивается однородностью распределения щебня по поверхности, косвенно определяет его расход. Несоблюдение данного параметра влияет на коэффициент сцепления.

12.20 Коэффициент равномерности распределения щебня по поверхности покрытия (определяют с помощью прямоугольной рамки размером 0,1 x 0,2 м) является среднеквадратичным отклонением результатов отдельных измерений от среднего, полученного по результатам десяти измерений, он не учитывает необходимое количество щебня на поверхности ШПО.

12.21 Операционный контроль качества при устройстве одиночной ШПО проводится постоянно техническим персоналом (мастером, оператором, лаборантом) непосредственно на месте производства работ (таблица 19).

Таблица 19

Технология операционного контроля качества при устройстве макрошероховатых дорожных покрытий

12.22 Для автоматизации измерения и расчета геометрических параметров макрошероховатости рекомендуется использовать автоматизированные программные модули.

12.23 Определение параметров макрошероховатости осуществляется по профилограмме, полученной на игольчатом профиломере, или с помощью прибора ПКШ-4 (ФГУП «Союздорнии») либо прибора Подлиха (МАДИ (ГТУ)). В случае отсутствия приборов разрешается использовать в качестве базы метровый элемент дорожной линейки и штангенциркуль с выдвинутым щупом с дискретностью измерения по базовой длине 2,0 мм.

12.24 Возможно использование первичного измерительного преобразователя в виде двухкоординатного лазерного датчика «мыши» компьютера по схеме измерения, когда контактирующий преобразователь перемещается по огибающей по вертикальному сечению измеряемого шероховатого поверхностного слоя, а лазерный датчик взаимодействует с вертикально установленной плоской шероховатой поверхностью. Путь первичного преобразователя очерчивается на экране портативного компьютера и оцифровывается. Определяются параметры макрошероховатости.

12.25 С помощью портативного профиломера можно определить среднюю глубину впадин, дисперсию высот активных выступов, шаг и средний диаметр элементов макрошероховатости.

12.26 Производится расчет параметров макрошероховатости.

12.27 С помощью отпечатка структуры макрошероховатости в зоне контакта шины транспортного средства определяются средний диаметр элементов активной макрошероховатости и активность контакта элементов макрошероховатости с шиной колеса транспортного средства.

13 Охрана труда и техника безопасности

13.1 К работам по устройству макрошероховатых дорожных покрытий допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие предварительный медицинский осмотр, а также обучение и инструктаж по безопасности труда в соответствии с ГОСТ 12.0.004-90, ГОСТ 12.1.005-88 и нормами [13, 14].

13.2 Лица, допускаемые к эксплуатации дорожных машин и оборудования, используемых при устройстве макрошероховатых дорожных покрытий, должны иметь удостоверение на право работы на них. Все работающие должны пользоваться средствами индивидуальной защиты, предусмотренными действующими нормами и по защитным свойствам соответствующими виду и условиям работ, а также применяемым материалам.

13.3 При работе машин по устройству макрошероховатых дорожных покрытий необходимо соблюдать требования, изложенные в нормах [13].

13.4 При проведении работ следует принять меры по обеспечению безопасности движения. С этой целью на участках производства работ, до их начала, устанавливают временные дорожные знаки, ограждения и направляющие устройства, а в необходимых случаях устраивают объезд. Ограждение места работ осуществляют с помощью ограждающих щитов, штакетных барьеров, стоек, вешек, конусов, шнуров с цветными флажками, сигнальных огней.

13.5 Схемы организации движения и ограждения рабочих мест независимо от того, являются они типовыми или индивидуальными, а также сроки проведения работ утверждаются руководителем дорожной организации и согласовываются с органами ГИБДД.

13.6 При составлении схем организации движения необходимо обеспечить выполнение следующих требований:

• предупредить заранее водителей транспортных средств и пешеходов о характере опасности, вызванной дорожными работами, и показать характер этой опасности;
• четко обозначить направление объезда, места имеющихся на проезжей части препятствий, а при устройстве объезда ремонтируемого участка — его маршрут;
• создать безопасный режим движения транспортных средств и пешеходов на подходах и участках проведения дорожных работ.

13.7 При работах, имеющих подвижный и краткосрочный характер, временные знаки можно размещать на переносных барьерах, щитах, а также на автомобилях и самоходных дорожных машинах, участвующих в работе. В темное время суток дорожные машины должны находиться за пределами земляного полотна. В случае невозможности выполнения этого требования дорожные машины должны быть ограждены с обеих сторон барьерами с сигнальными фонарями желтого цвета, зажигаемыми с наступлением темноты. Барьеры устанавливаются на расстоянии от 10 до 15 м от машины.

13.8 Выполнение требований по организации движения и технике безопасности в местах производства дорожных работ возлагается на инженерно-технический персонал, который непосредственно руководит производством работ (руководителя организации, главного инженера, начальника участка, прораба, мастера).

Приложение А

КРИТЕРИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАКРОШЕРОХОВАТЫХ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ

А.1 Критерии проектирования макрошероховатых поверхностных слоев:

• минимально необходимый коэффициент сцепления шины транспортного средства с поверхностью покрытия, гарантирующий возможность движения транспортного средства с разрешенной скоростью, а также возможность остановки на расстоянии допустимого остановочного пути (0,5V км/ч = Lост, м) или экстренного торможения без заноса, при неблагоприятном состоянии покрытия (мокрое, заснеженное), реализуется уровнем макрошероховатости;
• максимально допустимый коэффициент сопротивления движению, обеспечивающий движение автомобиля с разрешенной скоростью при нормативной загрузке, реализуется определенным уровнем макрошероховатости;
• прочность и устойчивость поверхностного слоя покрытия при воздействии нормативной нагрузки от движущихся автомобилей и меняющихся природных факторов (вода, температура) реализуется прочностью структуры слоя и прочностью связи с нижележащим слоем;
• износостойкость характеризует долговечность сохранения эксплуатационных свойств поверхностного слоя под воздействием автомобильной нагрузки, природных факторов и технологических воздействий содержания в процессе эксплуатации дороги и реализуется оптимальным подбором материалов, технологии их предварительной обработки, технологий устройства и содержания слоя;
• водоотведение характеризует способность поверхностного слоя быстро отводить или поглощать воду с поверхности покрытия во время ливней без образования критической пленки воды, способствующей аквапланированию шины по поверхности покрытия, и обеспечивается определенным уровнем макрошероховатости покрытия;
• яркость поверхности покрытия гарантирует минимально допустимую степень зрительного восприятия дорожных условий в процессе движения, реализуется подбором светлых материалов;
• шумность покрытия характеризует силу звука, возникающего при проезде автомобиля с определенной скоростью по поверхности покрытия, обладающего определенной структурой шероховатости, и реализуется подбором оптимальной структуры макрошероховатости.

А.2 Процесс проектирования поверхностного слоя покрытия рекомендуется выполнять в четыре этапа: сбор и анализ исходных данных; проектирование (обоснование) основных конструкционных и эксплуатационных свойств поверхностного слоя; проектирование технологии его устройства; разработка рекомендаций по технологии содержания и ремонта поверхностного слоя в процессе эксплуатации дорожного покрытия.

Этапы проектирования поверхностного слоя устанавливаются исходя из следующих принципов: максимальное удовлетворение требуемых транспортно-эксплуатационных свойств (скорости, удобства и безопасности движения) в течение расчетного срока службы покрытия; максимальное использование имеющихся возможностей производственной базы, технологических машин, местных дорожно-строительных материалов, а также кадров при устройстве, содержании и ремонте; более полное раскрытие функционально-эксплуатационных свойств шероховатых структур поверхности покрытия. Результатом проектирования является карточка проектных решений, отражающая принятые параметры макрошероховатого дорожного покрытия (таблица А.1).

Таблица А.1

Карточка проектных решений с км _____ по км _____

<*> Требования к конструктивным материалам и их составляющим регламентируются СП 34.13330.2012, СП 78.13330.2012 и соответствующими стандартами в зависимости от видов материала, используемого для устройства поверхностного слоя.

БИБЛИОГРАФИЯ