Обеспечение прочности и работоспособности дорожных конструкций

Под работоспособностью автомобильной дороги понимают свойство обеспечивать в течение заданного периода эксплуатации до ее реконструкции расчётный объем автотранспортных перевозок и допустимый уровень обслуживания движения. Работоспособность автомобильной дороги, представляющей собой комплекс дорожных инженерных сооружений, зависит от работоспособности каждого из них. Одним из основных дорожных сооружений является система «дорожная одежда - земляное полотно», которую принято называть дорожной конструкцией.

Заданный период эксплуатации дорожной конструкции (дорожной одежды и рабочей зоны земляного полотна) обычно равен периоду времени от ввода автомобильной дороги до ее реконструкции или между двумя последовательными реконструкциями. В течение этого периода дорожная конструкция должна обладать показателями и характеристиками, обеспечивающими требуемый уровень потребительских свойств автомобильной дороги, в том числе:

-геометрические элементы, соответствующие требуемой пропускной способности, скорости, безопасности и удобству движения;

-прочность дорожной конструкции;

-ровность дорожного покрытия;

-сцепные свойства покрытия проезжей части.

Фактический срок службы дорожной одежды оценивают по изменению во времени основных показателей ее эксплуатационного состояния - прочности и ровности. Исследования привели к выводу, что изменение ровности дорожного покрытия во времени, в свою очередь, зависит от прочности дорожной одежды в целом и суммарного размера пропущенного движения. В связи с этим обеспечение прочности дорожной конструкции и ее основного элемента - дорожной одежды - является важнейшим условием обеспечения работоспособности автомобильной дороги и одной из главных ее задач.

Чтобы обеспечить требуемые потребительские свойства автомобильной дороги, в процессе ее строительства необходимо выполнить ряд условий:

-обеспечить требуемую прочность и устойчивость земляного полотна;

-обеспечить прочность дорожной одежды, в том числе в зонах контакта между ее конструктивными слоями;

-обеспечить начальную (строительную) и эксплутационную ровность проезжей части.

Прочность и устойчивость грунта земляного полотна в рабочем слое оценивают по величине коэффициента прочности по сопротивлению сдвигу, то есть активным касательным напряжениям от действия расчетной транспортной нагрузки. Прочность монолитных слоев дорожной одежды оценивают по величине коэффициента прочности по сопротивлению растяжению при изгибе от действия расчетной транспортной нагрузки. Прочность дорожной конструкции в целом оценивают по величине коэффициента прочности по общему модулю упругости (сопротивлению вертикальному упругому перемещению под действием расчетной транспортной нагрузки).

В теории надежности технических систем различают безотказность (в том числе начальную), ремонтопригодность, долговечность, сохраняемость.

Под безотказностью автомобильной дороги понимают вероятность того, что фактические значения показателей потребительских свойств дороги будут соответствовать их требуемым значениям. Под начальной безотказностью автомобильной дороги понимают вероятность того, что в момент окончания строительства и сдачи дороги в эксплуатацию фактические значения показателей потребительских свойств дороги соответствовали их требуемым значениям. Для определения вероятности отказа по тому или иному показателю необходимо установить закон и параметры закона распределения случайной величины, характеризующей изменчивость этого показателя. Под отказом понимают событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности автомобильной дороги.

Под ремонтопригодностью автомобильной дороги понимают ее свойство восстанавливать свою работоспособность в результате проведения соответствующих ремонтных работ. Под долговечностью автомобильной дороги понимают период времени, в течение которого она сохраняет работоспособное состояние, то есть обеспечивает транспортную работу с установленными эксплуатационными показателями движения в течение периода времени от сдачи дороги в эксплуатацию до ее реконструкции или между двумя последовательными реконструкциями.

Отказы автомобильных дорог возникают, как правило, вследствие влияния существенных дефектов дорожных сооружений. Отказы могут быть внезапными и постепенными, полными и частичными, очевидными и скрытыми. Отказы дорожной одежды обычно имеют постепенный характер. Отказ дорожной одежды по прочности физически характеризуется образованием неровностей поверхности дорожной одежды в продольном и поперечном направлении, связанных с прочностью конструкции (продольные неровности, колея, усталостные трещины), с последующим развитием других видов деформаций и разрушений (частые трещины, сетка трещин, выбоины, просадки, проломы и т.д.). Номенклатура дефектов и методика их количественной оценки определяются специальными нормами, используемыми при эксплуатации дорог.

В качестве количественного показателя отказа дорожной одежды как элемента инженерного сооружения линейного характера используют предельный коэффициент разрушения , представляющий собой отношение суммарной протяженности (или суммарной площади) участков дороги, требующих ремонта из-за недостаточной прочности дорожной одежды, к общей протяженности (или суммарной площади) участков дороги или к общей протяженности (или общей площади) дороги между корреспондирующими пунктами. Значения на последний год службы в зависимости от капитальности дорожной одежды и категории дороги принимают в соответствии с отраслевыми дорожными нормами.

Надежность - свойство системы (сооружения) сохранять требуемые эксплуатационные характеристики (выходные параметры) в условиях, для которых она (система) создана, в течение срока службы (нормативного или установленного).

Надежность автомобильной дороги, как комплексного транспортного сооружения - способность обеспечивать безопасное расчетное движение транспортного потока со средней скоростью, близкой к оптимальной, в течение нормативного или заданного срока службы дороги при достаточных значениях других показателей, и соответственно общий отказ автомобильной дороги - состояние дороги, при котором не обеспечивается безопасное расчетное движение со средней скоростью, близкой к оптимальной.