Безусловно, каждый автолюбитель хоть раз сталкивался с проблемой колейности на дорогах: проезжая по некоторым автомагистралям, можно заметить характерные следы от колес в виде продавленного асфальта, которые могут тянуться на многие и многие километры. Колейность - достаточно распространенное явление, которое не только затрудняет движение, но еще и портит внешний вид дороги, а также является весьма опасным фактором аварийности, именно поэтому важно знать о реальных причинах колейности и способах борьбы с ней.
Структура дорожного полотна
Современные дороги, особенно автомобильные трассы с активным движением, создаются из нескольких конструктивных слоев, которые называются дорожной одеждой. Дорожная одежда - это укрепленная поверхность земляного полотна, по которой непосредственно движется транспорт.
Дорожная одежда обычно состоит из следующих конструктивных слоев:
- Покрытие - это верхний слой дорожной одежды, который должен быть наиболее прочным, поскольку он напрямую контактирует с колесами.
- Основание
- Дополнительный (выравнивающий) слой - этот слой предназначен для дополнительного выравнивания полотна, дренажа и защиты от промерзания.
Тип дорожной одежды напрямую зависит от назначения дороги: так, профилированные грунтовые дороги создаются всего с помощью одного слоя качественного грунта, поскольку они обычно используются в сельской местности, где мало транспорта. Автомобильные магистрали городов и крупных мегаполисов, а также трассы федерального значения требуют совершенно другого подхода, поскольку каждый день они испытывают на себе огромную нагрузку от проходящего по ним транспорта - легковых и грузовых автомобилей.
Причины колейности
Поскольку дорожная одежда состоит из нескольких конструктивных слоев, то каждый из них существенно влияет на прочность и жесткость дорожного полотна, а, следовательно, и на способность дороги выдерживать длительные нагрузки.
Обычно для автомагистралей и автомобильных дорог с активным движением используют асфальтобетонное или цементобетонное покрытие. При этом колейность может возникать только на дорогах с асфальтобетонным покрытием, поскольку оно, несмотря на свою прочность и малую изнашиваемость, все же гораздо менее жестко, чем цементобетонное.
Асфальтовое покрытие обычно очень прочно и после застывания с трудом поддается деформации. Однако если покрытие положено на не очень прочное основание, которое начинает проседать и смешиваться с дополнительным «дренажным» слоем, это постепенно приводит к образованию колеи на дороге.
Итак, основная причина колейности - это недостаточная плотность нижних конструктивных слоев дорожного полотна (основания и дополнительного слоя), которая способствует смешению слоев и ведет к просадке покрытия дороги.
Методы борьбы с колейностью
Очевидно, что избежать проседания дорожного покрытия можно за счет укрепления нижних конструктивных слоев.
Часто в качестве основания дорожного полотна используется асфальтобетон, однако это позволяет решить проблему колейности далеко не всегда, поскольку более мягкие нижние слои неизбежно проседают.
Современные геосинтетические материалы - георешетки и геосетки - отлично решают решают проблему колейности. Двуосные георешетки и армирующие полимерные геосетки выглядят как сетчатые гибкие полотна из полимерных волокон, которые используются в качестве прокладки для грунта и значительно увеличивают его прочность.
Геосинтетики широко применяются для следующих целей:
- Укрепление склонов, откосов и берегов
- Строительство стоянок, вертолетных площадок
- Устройство подпорных стенок
- Укрепление оснований дорожных одежд, армирование слабых грунтов в дорожном строительстве
Если при строительстве автомобильной дороги в качестве дополнительного слоя использовать плоскую армирующую геосетку, то это поможет избежать появления колейности даже при постоянных серьезных динамических и статических нагрузках на дорогу.
Колея - это деформирование поперечного профиля проезжей части с образованием углублений и гребней выпора вдоль полос наката вследствие неравномерного износа и накопления пластических деформаций в покрытии, а также остаточных деформаций в слоях дорожной одежды и земляного полотна, происходящее при многократном воздействии колёс автомобилей.
Наиболее часто колея образуется на нежёстких дорожных одеждах с покрытием из асфальтобетона и других битумоминеральных смесей, однако колея истирания может формироваться и на цементобетонных покрытиях. Как и большинство других деформаций, колея образуется при неблагоприятном сочетании двух групп факторов:
внешние факторы - воздействия нагрузки, климатические факторы, особенно температура воздуха и солнечная радиация, а также условия увлажнения грунта земляного полотна;
внутренние факторы - физико-механические характеристики дорожной конструкции: сдвигоустойчивость, структурное состояние, прочность и степень уплотнения дорожной одежды и земляного полотна, тип грунта и его свойства.
Самым важным из всех факторов образования колей является воздействие тяжелых многоосных автомобилей. Процесс образования колей начинается одновременно с открытием движения по дороге. Вначале он идет медленно, затрагивая только верхний слой покрытия, а затем распространяется на другие слои дорожной одежды и на земляное полотно. Однако в случае когда материал какого-то слоя дорожной одежды плохо уплотнён или имеет низкую прочность и сдвигоустойчивость, остаточные деформации накапливаются в этом слое и проявляются на поверхности покрытия.
Характер и причины образования колей, а также динамика их развития могут существенно различаться по сезонам года (рис. 5.14).
Рис. 5.14. Динамика развития составляющих общей глубины колеи по сезонам года
Прежде всего колея может образовываться за счёт доуплотнения слоёв дорожной одежды, если они не были достаточно уплотнены при строительстве. Колея по этой причине образуется в первый год эксплуатации. Опыт показывает, что доуплотнение дорожной одежды завершается после прохода 300 тыс. стандартных осей грузового автомобиля.
В программе НDМ-4 принято, что начальное недоуплотнение является причиной образования колей в 20 % случаев. Однако эта величина получена при условии, что земляное полотно не участвует в процессе образования колей. Если принимать во внимание участие земляного полотна, то доля недостаточного уплотнения слоёв дорожной одежды составит 5-10 % от общего числа причин образования колей.
Износ (истирание) покрытия под действием колёс автомобиля происходит при торможении и при движении в режиме тяги за счёт неизбежного проскальзывания шины в зоне контакта колеса с покрытием. Износ происходит примерно одинаково в течение года, если зимой не применяются шины с шипами. Учитывая это обстоятельство, можно считать, что в странах с короткой зимой доля колей по причине износа покрытия составляет около 5 %.
Пластические деформации покрытияявляются причиной 15-20 % случаев образования колеи на асфальтобетонных покрытиях, которые состоят в накоплении вертикальных остаточных деформаций вследствие повышения пластичности, т.е. снижения структурной вязкости асфальтобетона при высоких температурах, которое, в свою очередь, происходит из-за снижения вязкости битума или вязкого сопротивления битума сдвигу (рис. 5.15).
Рис. 5.15. Колея, образующаяся в результате вязкопластического размягчения вяжущего:
1 - первоначальное положение щебёнки; 2 - положение щебёнки после смещения; 3 - щебёнка; 4 - плёнка вяжущего
Одновременно с вертикальными накапливаются и горизонтальные остаточные деформации, когда под действием сдвигающих напряжений происходит выдавливание частиц асфальтобетона в стороны. Эти деформации при многократных повторных приложениях нагрузки непрерывно возрастают, в результате чего по бокам колеи появляются гребни или валы.
Накопление пластических деформаций в асфальтобетонном покрытии происходит летом при температуре воздуха выше 25-30 О С, при которой температура покрытия повышается до 40-60 О С и выше. Расчётной принимают температуру асфальтобетона 40-50 О С и выше в зависимости от вязкости битума.
Глубина пластической колеи зависит от исходной вязкости битума, состава асфальтобетона, числа приложений нагрузки и её величины, толщины слоя асфальтобетона.
Структурное разрушение и остаточные деформации покрытия и слоёв основания. Под действием многократно прилагаемых нагрузок в слоях дорожной одежды могут сложиться такие условия, когда вертикальные или горизонтальные напряжения превысят местные предельно допустимые значения напряжений и начнется разрушение сплошности или структуры материала слоя с потерей прочности и сдвигоустойчивости. Следствием этого является ускоренное накопление остаточных деформаций и формирование колеи, которая появляется после критического для данной конструкции дорожной одежды числа приложений тяжёлой нагрузки.
Структурные разрушения покрытия происходят примерно одинаково в течение всего года, а в слоях основания они накапливаются больше всего весной, когда прочность дорожной одежды наименьшая. Глубина колеи за счет структурного разрушения зависит от прочности дорожной одежды, трещиностойкости, сдвигоустойчивости, срока службы покрытия, загруженности и т. д.
Из общего количества случаев образования колеи структурные разрушения отмечаются в 25-35 % случаев. В программе НDМ-4, где не учитывается роль земляного полотна, эта доля принята равной 50 %, т.е. это одна из наиболее важных причин образования колеи.
Остаточные деформации в грунтах земляного полотнаявляются причиной образования колеи в 20-30 % случаев. Проблеме накопления остаточных деформаций в земляном полотне, в том числе и неравномерных остаточных деформаций посвящено много работ . Установлен общий вид кривой накопления остаточных деформаций в земляном полотне в течение года, из которой следует, что наиболее активно оно происходит в весенний период. На кривой зависимости глубины и формы колеи от сопротивления грунта вдавливанию и сдвигу можно выделить фазу сжатия и уплотнения, фазу местных сдвигов и фазу выдавливания или выпучивания грунта в стороны.
Имеются математические модели расчёта величины равномерных и неравномерных остаточных деформаций в земляном полотне. Однако они нуждаются в дальнейшем совершенствовании и, в частности, в учёте восстановления части накопившихся деформаций, которое может произойти летом и зимой.
Таков общий характер образования колеи как сочетание всех возможных факторов.
Основной характеристикой колеи является её глубина. Общая глубина колеи может быть определена исходя из схемы, приведённой на рис. 5.16:
h К = h УК + h В, где (5.5)
h УК - величина углубления на поверхности дорожной одежды за счёт накопления остаточной деформации в слоях дорожной одежды и в земляном полотне, мм;
Средняя высота гребней выпора с левой и правой стороны, образующихся за счёт пластических деформаций в слое асфальтобетона и земляном полотне, мм.
Рис. 5.16. Основные параметры колеи:
1 - линия поверхности покрытия после строительства; 2 - то же, после образования колеи; 3 - измерительная рейка
Величина углубления в общем случае составляет
h УК = h g У + h И + h АБ + h О + h Г, где (5.6)
h g У - величина колеи за счёт доуплотнения дорожной одежды и грунта земляного полотна, мм;
h И - глубина колеи за счёт износа (истирания), мм;
h АБ - величина колеи за счёт пластических деформаций в слоях асфальтобетона, мм;
h О - глубина колеи за счёт структурных деформаций в слоях основания, мм;
h Г - глубина колеи за счёт накопления остаточных деформаций в земляном полотне, мм.
На начальном этапе исследований можно пренебречь учётом глубины колеи, образующейся за счёт износа (истирания), поскольку доля автомобилей, оснащённых шинами с шипами, в нашей стране невелика.
Также можно опустить учёт глубины колеи за счёт доуплотнения слоёв дорожной одежды для эксплуатируемых дорог, так как это явление, как правило, прекращается после года эксплуатации дороги.
Тогда общая глубины колеи будет определяться по формуле
h К = h АБ + h О + h Г + h В. (5.7)
В последние годы проблема борьбы с колеями стала одной из важнейших на дорогах России. Это объясняется тем, что в составе транспортного потока происходит увеличение доли тяжёлых многоосных автомобилей, которые ускоряют процесс образования колей и доли легковых быстроходных автомобилей, для которых колеи представляют наибольшую опасность.
Глубокая колея затрудняет маневры автомобиля при обгоне, вызывает поперечное скольжение, боковые колебания и потерю устойчивости при выезде из колеи, что приводит к снижению скорости движения и повышению аварийности. Особенно опасны колеи для движения в период дождей и таяния снега, когда в колеях образуется слой воды, в результате чего происходит снижение сцепных качеств покрытия, создаются предпосылки возникновения аквапланирования с потерей управляемости автомобиля. В период оттепелей и заморозков в колее образуется лёд, во время метелей и снегопадов откладывается и уплотняется снег, который трудно удалить снегоочистительными машинами.
Чтобы найти правильное решение по устранению колей в каждом конкретном случае, необходимо выполнить глубокий анализ причин их образования. Нет и не может быть одного решения, пригодного во всех случаях. Это должен быть широкий спектр конструктивных и технологических решений, позволяющих выбрать наиболее эффективное в каждом конкретном случае.
В процессе содержания и ремонта дорог устраняют главным образом колеи, образовавшиеся за счёт истирания покрытия, накопления пластических деформаций в слоях покрытия. Колея, образовавшаяся за счет накопления остаточных деформаций в слоях основания и в земляном полотне, как правило, устраняется при капитальном ремонте или реконструкции дорог.
От чего образуются колеи на асфальте? Многие автолюбители считают, что главная причина — шипованные покрышки. Расскажем про основные моменты образования колеи на автомобильных дорогах. Кто виноват?
Основные причины
Если полностью запретить эксплуатацию машин с шипованной резиной, это не избавит от появления колеи на дорогах. Но почему шипы считают главным источником, ведь есть другие причины. Колеи от шипованной резины бывают в виде узеньких полосок. А от грузового транспорта и большого потока автомобилей — в виде деформирования дорожного полотна. В результате на дорогах появляются широкие впадины, с возвышенными краями.
Именно, этот тип колеи встречается чаще всего. А разрушения от шипованной резины по сравнению с деформацией от большого потока машин — минимальны.
Получается, важными причинами появления колеи является несовершенство дорожно-строительных работ и низкое качество асфальтобетонной смеси. Согласно техническим требованиям, дорожное полотно должно состоять из двух слоев, каждый из которых нужно оставлять в покое на трое суток. Часто бывает наоборот — дорожники положат только один слой асфальта, который способен выдерживать нагрузку лишь на 300 автомобилей в сутки. А где найдешь такие дороги в крупном городе, с такой малой интенсивностью движения?
К тому же, при наложении каждого слоя асфальта необходимо дать ему засохнуть в течение 72 часов. У нас делается всё наоборот, как положат асфальт, так сразу пустят по нему поток автомобилей. А кто не против, из автолюбителей, «пролететь» на новом гладком асфальте с ветерком.
Ещё одна причина несовершенства
При ремонте старой дороге с глубокими колеями часто удаляют лишь верхний слой асфальта, и на место него накладывают новый. Это конечно дешевле, чем строить её заново, но толку мало. Через некоторое время вновь образуются колеи.
При образовании колеи деформируется все дорожное полотно. Чтобы от них избавиться, нужно перестраивать автодорогу заново, а не только заменять верхний слой. Кстати, в Европе, поверхностный ремонт дороги, т.к. толку от него мало.
Понятно, главной причиной в образовании колеи является низкое качество дорожного полотна и дорожных работ. Их вклад в разрушении асфальта минимален на фоне воздействия холода, жары, ветра, тяжелых грузовиков. Большее значение имеет качественная работа строителей. Если сделано грамотно, то ровная и гладкая поверхность дороги будет радовать водителей десятилетиями. Но, многие автолюбители продолжают утверждать, что виноваты шипы на колесах. И часто, ссылаются на европейский опыт.
В Германии запрещена эксплуатация шин с шипами с 1975 года, но это не связано с разрушением дороги. Причина запрета — больший тормозной путь автомобиля с шипованными шинами на сухом асфальте.
Можно ли переделать плохие дороги?
Планировка улиц крупных городов и большая загруженность приведут к тому, что при капитальном ремонте целые районы охватит транспортный коллапс. Срезание и замена верхнего поврежденного слоя не даёт нужного эффекта, ведь происходит деформация покрытия в целом, а не только удаляемых нескольких сантиметров. Пройдет год, и новая поверхность проявит дефекты старой. Например, в Европе такая схема не применяется. Если дорога нуждается в ремонте, ее закрывают целиком. Обходится дороже, но в результате выгоднее…
При восстановлении поврежденного покрытия используют шершавый асфальт. У него больше срок службы, а значит надо меньше его ремонтироваться. Но шум от него выше среднего. При ремонте используют обходные технологии, когда верхний слой укладывают из гравия. Автолюбители сами должны его «прокатать». На практике это оборачивается, в первые дни после ремонта, вылетом камней из-под шин, что нередко приводит к сколам на стекле .
Чтобы автомобильная дорога дольше прослужила - нужно соблюдать все технологии строительства. Но шипы в разрушении асфальта определенно ни при чем… Колея – результат несоблюдения технологии укладки.
размер шрифта
ПРАВИЛА ДИАГНОСТИКИ И ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ- ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ- ОДН 218-0-006-2002 (утв- Распоряжением... Актуально в 2018 году
4.7. Измерение и оценка колейности дорожного покрытия
4.7.1. Измерения параметров колеи в процессе диагностики выполняют в соответствии с ОДМ "Методика измерений и оценки эксплуатационного состояния дорог по глубине колеи" по упрощенному варианту с помощью 2-метровой рейки и измерительного щупа.
Измерения производят по правой внешней полосе наката в прямом и обратном направлении на участках, где при визуальном осмотре установлено наличие колеи.
4.7.2. Количество створов измерений и расстояния между створами принимают в зависимости от длины самостоятельного и измерительного участков. Самостоятельным считается участок, на котором по визуальной оценке параметры колеи примерно одинаковы. Протяженность такого участка может колебаться от 20 м до нескольких километров. Самостоятельный участок разбивается на измерительные участки длиной по 100 м каждый.
Если общая длина самостоятельного участка не равна целому количеству измерительных участков по 100 м каждый, выделяется дополнительный укороченный измерительный участок. Также назначается укороченный измерительный участок, если длина всего самостоятельного участка меньше 100 м.
4.7.3. На каждом измерительном участке выделяются 5 створов измерения на равном расстоянии один от другого (на 100-метровом участке через каждые 20 м), которым присваиваются номера от 1 до 5. При этом последний створ предыдущего измерительного участка становится первым створом последующего и имеет номер 5/1.
Укороченный измерительный участок также разбивается на 5 створов, расположенных на равном расстоянии один от другого.
4.7.4. Рейку укладывают на выпоры внешней колеи и берут один отсчет h_k в точке, соответствующей наибольшему углублению колеи в каждом створе, при помощи измерительного щупа, устанавливаемого вертикально, с точностью до 1 мм; при отсутствии выпоров рейку укладывают на проезжую часть таким образом, чтобы перекрыть измеряемую колею.
Если в створе измерения имеется дефект покрытия (выбоина, трещина и т.п.) створ измерения может быть перемещен вперед или назад на расстояние до 0,5 м, чтобы исключить влияние данного дефекта на считываемый параметр.
4.7.5. Измеренная в каждом створе глубина колеи записывается в ведомость, форма которой с примером заполнения приведена в табл.4.9.
Таблица 4.9
ВЕДОМОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ КОЛЕИ
| Номер самостоятельного участка | Привязка к километражу и протяженность | Длина измерительного участка l,м | Глубина колеи по створам | Расчетная глубина колеи h_кн, мм | Средняя расчетная глубина колеи h_кс, мм | |
| номер створа | глубина колеи h_к, мм | |||||
| 1 | от км 20+150 до км 20+380, L = 230 м | 100 | 1 | 11 | 13 | |
| 2 | 8 | |||||
| 3 | 12 | |||||
| 4 | 17 | |||||
| 5/1 | 13 | |||||
| 100 | 2 | 16 | 13 | 12,7 | ||
| 3 | 10 | |||||
| 4 | 13 | |||||
| 5/1 | 11 | |||||
| 30 | 2 | 9 | 12 | |||
| 3 | 14 | |||||
| 4 | 12 | |||||
| 5 | 7 | |||||
По каждому измерительному участку определяют расчетную глубину колеи. Для этого анализируют результаты измерений в 5 створах измерительного участка, отбрасывают самую большую величину, а следующую за ней величину глубины колеи в убывающем ряде принимают за расчетную на данном измерительном участке (h_КН).
4.7.6. Расчетную глубину колеи для самостоятельного участка определяют как среднеарифметическую из всех значений расчетной глубины колеи на измерительных участках:
| , мм. | (4.1) |
4.7.7. Оценку эксплуатационного состояния дорог по глубине колеи производят по каждому самостоятельному участку путем сравнения средней расчетной глубины колеи h_КС с допустимыми и предельно допустимыми значениями (табл.4.10).
Таблица 4.10
Шкала оценки состояния дорог по параметрам колеи, измеренным по упрощенной методике
| Расчетная скорость движения, км/ч | Глубина колеи, мм | |
| допустимая | предельно допустимая | |
| >120 | 4 | 20 |
| 120 | 7 | 20 |
| 100 | 12 | 20 |
| 80 | 25 | 30 |
| 60 и меньше | 30 | 35 |
Участки дорог с глубиной колеи больше предельно допустимых значений относятся к опасным для движения автомобилей и требуют немедленного проведения работ по устранению колеи.