У инженеров транспортников существует такой термин – прочность дорожной конструкции. При этом ни одной методики расчета прочности не существует. Почему так? Ответ очень прост, прочность – понятие скорее разговорное, а вот выражаться она может либо модулем упругости, либо коэффициентом прочности.
При проектировании дорожного полотна задаются параметры его слоев, которые при расчетном количестве приложения нагрузки от транспорта должны обеспечивать межремонтный период службы дороги. Для нового строительства сейчас действуют требования, согласно которым дорожное полотно с асфальтобетонным покрытием должно служить не менее 12 лет до ближайшего ремонта того самого покрытия и не менее 24 лет до капитального ремонта, при котором допускается замена слоев основания дорожного полотна.
Правилами диагностики автомобильных дорог предусматривается их периодический мониторинг, который в т.ч. включает контроль наличия дефектов покрытия, продольной и поперечной ровности, уклонов проезжей части, и, конечно, прочности. Многие, наверное, замечали, что профиль дороги на самом деле не плоский, он двускатный на прямых участках и односкатный на виражах. Под воздействием нагрузки от транспорта, влиянием грунтовых вод и промерзания дорожного полотна зимой происходят деформации покрытия. Зачастую причинами этих деформаций является снижение прочности основания дороги.
Раньше прочность дороги определялась 2 способами: подсчетом количества дефектов дорожного покрытия или путем инструментальных измерений. По мере развития требований к качеству дорог первый способ устарел, а вот второй является основным. Его суть заключается в определении вертикальных перемещений дорожного покрытия в момент приложения внешней нагрузки. Перемещения определяют с помощью высокочувствительных датчиков, называемых геофонами, а нагрузку создают с помощью груза определенной массы, который поднимают механическими устройствами на небольшую высоту и сбрасывают на поверхность дороги. Конечно, груз падает не прямо на дорогу, а на специальный круглый штамп, который имитирует колесо автомобиля. Чем больше вертикальное перемещение, зафиксированное геофоном, тем менее прочная дорожная конструкция. Однако тут есть оговорки. Подобные измерения не проводят в жаркую или морозную погоду, т.к. в первом случае повышается пластичность асфальтобетона, а во втором наоборот возрастает несущая способность основания из-за промерзания. Чтобы результаты определения прогиба дорожного покрытия были точны, измерения проводят в теплую не жаркую погоду.
Что же позволяет определить метод падающего груза? Ответ не так однозначен, как может показаться. Основной единицей результатов измерений является расстояние перемещения датчика, например, в микрометрах. Это настолько мельчайшие перемещения, что человеческому глазу их попросту не видно. Но ведь прочность дороги нужно определять с помощью модуля упругости или коэффициента прочности, а не величины прогиба покрытия. Чтобы решить задачу, выполняется специальный расчет модуля упругости дорожного полотна через величину прогиба. В расчетах также участвует толщина слоев дорожного полотна. Модуль упругости можно определить как для всей конструкции, так и для каждого отдельного слоя. В последнем случае установка динамического нагружения имеет несколько геофонов, расположенных на некотором удалении друг от друга. Измеряют при этом не прогиб в одной точке, а чашу прогибов. Отношение полученного после измерения прогиба модуля упругости к нормативному его значению и есть коэффициент прочности.
Но загвоздка кроется в том, что для определения модуля упругости нужно знать толщину слоев в каждой точке нагружения. Определить толщину дорожного покрытия можно только с помощью бурения, т.к. точных непрерывных данных о толщине в архивах собственников дорог не существует. Если толщина асфальтобетона, например, на протяжении 100 м дороги меняется с 18 до 20 см, а скважина пробурена только в одном из мест, то погрешность расчета модуля упругости во втором месте будет слишком высока.
Очевидно, что бурить нужно очень часто, чтобы в каждой точке нагружения рассчитать модули упругости дорожной конструкции. Зачем тогда строить дорогу, если потом придется ее разрушать? Конечно, это не выход.
Решить проблему можно с помощью георадара. До выполнения инструментальных измерений методом падающего груза инженеры выполняют георадарное исследование. В российской нормативной базе есть методика, которая досконально описывает процедуру и способы получения результата определения толщин слоев. Подставляя известную толщину слоев в расчет модулей упругости дорожной конструкции, инженеры максимально точно рассчитывают коэффициент прочности дороги на каждом ее участке. Это в свою очередь позволяет оценить необходимость мер по усилению конструкции дороги или наоборот отсутствие такой необходимости, чтобы избежать ненужных затрат.
Больше информации о георадарных исследованиях дорог вы всегда сможете найти в нашем Телеграм канале