В.М.КРУГЛОВ доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Мосты» (Московский государственный университет путей сообщения). В.В.Щербаков, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Инженерная геодезия», (Сибирский государственный университет путей сообщения, г. Новосибирск)
КООРДИНАТНЫЕ МЕТОДЫ определения геометрических параметров при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог
Современные средства измерений и вычислительная техника позволяют разработчикам создавать самые разнообразные диагностические, контрольно-измерительные и специализированные приборы для определения геометрических параметров при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог.
Широкий спектр задач, решаемых при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог, разнообразие технических требований, включая точность, детализацию, объемы измерений и многие другие факторы, обуславливают создание различных типов измерительных систем от портативных до комплексов, устанавливаемых на автомобили.
Одним из основных критериев, определяющих разнообразие измерительной техники, является эффективность. Например, для контроля геометрических параметров при выполнении небольших, локальных участков автомобильных дорог применяется рейка дорожная универсальная «Кондор», а при выполнении диагностики для назначения ремонта - дорожные лаборатории. Такой выбор обусловлен как технической, так и экономической эффективностью применения различных приборов. Так, при проведении проектно-изыскательских работ наибольшую эффективность, особенно на крупных объектах, можно получить при использовании дорожных лабораторий, оснащенных лазерными сканерами, при этом экономическая эффективность таких лабораторий при проектировании и строительстве небольших объектов будет низкая.
Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС) более 10 лет разрабатывает диагностические приборы на базе автомобилей различных моделей [1] и ходовых тележек [2].
Опыт диагностики автомобильных дорог в Новосибирской области, Алтайском Крае и Республике Алтай, а также приемки в эксплуатацию новых автомобильных дорог (например, Северный обход г. Новосибирска) и оценка качества после выполнения капитального ремонта выявил недостатки современных методов и средств диагностики. Особого внимания заслуживает определение ровности покрытия автомобильных дорог при приемке в эксплуатацию пусковых комплексов после капитального ремонта и новых дорог.
В соответствии с ГОСТ 30412-96 [3] ровность может быть определена рейкой с клиновым промерником, установкой ПКРС-2 или по высотным отметкам с использованием нивелира и нивелирных реек. Приведенные в ГОСТ 30412-96 методы применяются для определения ровности как при операционном контроле, так и при приемке пусковых комплексов в эксплуатацию.
При выполнении диагностики для определения эксплуатационного состояния автомобильных дорог, допустимого по условиям обеспечения безопасности дорожного движения [4], ровность может быть определена с использованием ПКРС-2 и по просветам под трехметровой рейкой. В соответствии с требованиями ОДН 218.0.006-2002 [5] предусмотрено определение ровности с использованием толчкомера ТХК-2. Кроме этого, в соответствии с рекомендациями Росавтодора оценку ровности необходимо выполнять по международному индексу ровности IRI. В этом направлении ведутся научно-исследовательские работы по установлению корреляционных зависимостей между показателями IRI и толчкомерами различных типов [6], разрабатываются требования к выполнению измерений.
Каждый из приведенных методов имеет функциональные недостатки. Рассмотрим недостатки оценки ровности по международному показателю ровности IRI.
В расчет показателя IRI входят подрессорная и неподрессорная масса автомобиля, жесткость рессорной подвески, коэффициент суммарного сопротивления амортизатора и трения в сочленениях подвески [7], радиальная жесткость шины колеса.
Анализируя факторы, влияющие на точность измерений, можно сделать вывод о том, что все перечисленные параметры изменяются в силу различных причин, включая температуру, угол наклона автомобиля (перераспределение давления) на передние и задние колеса, объем заправки топливом, сила ветра, осадки, временные факторы, влияющие на жесткость пружин и т.д. Учесть каким-либо образом данные изменения практически нельзя, при этом точность измерений в значительной степени зависит от динамики изменения приведенных факторов.
В целом, достоверность получаемых данных по ровности может соответствовать только качественным показателям, надежность количественных характеристик в связи с влиянием приведенных факторов находится под вопросом. Кроме того, неровности покрытия с увеличением длины волны при интегрировании сглаживаются. Важным фактором в реальных условиях является движение с постоянной скоростью во время измерений. Очевидным достоинством данных методов является высокая производительность и простота реализации. Косвенные (интегральные) методы обеспечивают высокую техническую и экономическую эффективность при диагностике с целью оценки состояния автомобильных дорог, когда важны относительные характеристики.
К прямым методам относится определение ровности с помощью трехметровой рейки дорожной универсальной, а также с помощью нивелира и нивелирных реек. Определение ровности с использованием рейки дорожной универсальной наиболее простой метод. К недостаткам этого метода следует отнести низкую производительность и ограниченность базы измерений (3 м). Второй недостаток особенно важен, так как влияет на точность и достоверность оценки ровности при наличии длины волны (неровности), превышающих базу измерений, поэтому оценка ровности по рейке дорожной универсальной всегда является завышенной по отношению к другим прямым методам. На рисунке 1 показана неровность, фактическая величина которой (стрела изгиба), а при измерении неровности с использованием рейки с промерником значение неровности составит . Стрела изгиба (неровность), измеренная рейкой дорожной универсальной, как видно из рисунка 1, составит и .
Рисунок 1 – Сущность определения неровности рейкой дорожной универсальной.
Значение неровности (стрелы изгиба) можно определить из выражения:
(1)
где - радиус неровности длиной .
Для того же значения величины неровности стрел изгиба составят:
. (2)
Предположим, что , , тогда из выражения (1) найдем, что , а значение .
Разность стрел изгиба , фактической и полученной, при измерении неровности длиной рейкой дорожной универсальной, определяется из выражения:
(3)
Из выражения (3) видно, что чем длиннее неровность, тем больше разность стрел изгиба и, соответственно, ниже точность определения фактической неровности. Поэтому достоверно величину неровности рейкой дорожной универсальной можно определять, исходя из выражения (3) при длинах неровностей, не превышающих длину самой рейки. Учитывая широкий спектр частот и распределения в этом спектре длин неровностей, применение рейки дорожной универсальной для оценки состояния покрытия по параметру «ровность» не обеспечивает требуемую достоверность и, соответственно, качество оценки состояния покрытия.
Определение ровности по высотным отметкам (метод амплитуд) наиболее точный метод. Он широко применяется в геодезии в различных областях инженерной деятельности от геодезического обеспечения строительства ядерных реакторов до обеспечения идеально ровной плоскости (линии) при установке технологического оборудования.
Для определения неровностей используются различные виды нивелирования (гидростатическое, гидродинамическое, геометрическое), в том числе с использованием лазерных построителей плоскости.
Сущность метода заключается в определении высотных отметок путем геометрического нивелирования покрытия автомобильной дороги (см. рисунок 2) с «шагом» 5 м и вычислении по формуле (4) амплитуд неровностей.
(4)
Рисунок 2 – Метод амплитуд по ГОСТ 30412-96.
Метод амплитуд в соответствии с требованиями ГОСТ 30412-96 имеет существенные недостатки, некоторые из них являются принципиальными.
Так, «шаг» съемки 5 м не обеспечивает надежное и однозначное определение неровностей, длина которых менее 5 м.
Рисунок 3 – Принципиальные недостатки метода амплитуд в соответствии с ГОСТ 30412-96
Из рисунка видно, что неровность с амплитудой на длине (менее 5 м) при измерении не зафиксирована, и, соответственно, при обработке данных и оценке состояния не будет учтена, что ограничивает достоверность определения ровности в соответствии с ГОСТ 30412-96 (метод амплитуд).
Формально часть спектра частот длин неровностей вообще не попадает в оценку состояния покрытия по параметру ровность. Трудоемкость работ при этом не сопоставима с другими методами. Для оценки ровности требуется квалифицированный геодезист и выполнение большого объема измерений и вычислений, как правило, с выявлением собственных ошибок и дополнительными полевыми и камеральными работами.
Оценка состояния покрытия автомобильных дорог в настоящее время также не соответствует фактическому состоянию. Например, неровности, определенные по рейке и методом амплитуд, оцениваются в соответствии со СНиП 3.06.03-85 без учета разности базы измерений 3 и 5 м.
Из формулы (3) видно, что стрелы изгиба (амплитуды неровностей), измеренные на базе 3 и 5 м, не могут однозначно оцениваться. При оценке ровности аэродромных покрытий в соответствии со СНиП 32-03-96 [8] допускаются отклонения до 2 % от допустимого при использовании трехметровой рейки, а при использовании метода амплитуд – до 5 %.
Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС) на базе опыта, полученного при различных видах диагностики автомобильных и железных дорог, разработал координатный способ определения геометрических параметров [9] и реализовал его при создании приборов для определения ровности на автомобильных дорогах (УДК «Ровность») и железных дорогах (АПК «Профиль»).
Универсальный дорожный курвиметр (УДК) «Ровность» представляет собой ходовую тележку с установленной на ней инерциальной системой, содержащей гироскоп и акселерометры. УДК «Ровность» позволяет определять пространственные координаты () текущего положения тележки и определять с высокой точностью () геометрические параметры, в том числе ровность. В основе измерений лежит схема гирополукомпаса и соответствующая аппаратная реализация.
Главным и основным отличием УДК «Ровность» от существующих измерительных средств является автоматизация измерения высотных отметок для определения продольной ровности покрытия автомобильных дорог. Для исключения недостатков интегральных (косвенных) и прямых методов разработан алгоритм определения ровности на скользящей хорде заданной длины или нескольких хорд, например, от 1 м до 100 м с «шагом» съемки 5 см и единичным смещением хорды через заданный интервал, соответствующим «шагу» съемки 5 см. При этом анализ можно выполнить при смещении хорды на 5 см, 50 см, 1 м и т.д., в том числе в соответствии с требованиями ГОСТ 30412-96 через 5 м. Ровность определяется в соответствии с формулой (4).
Высокая детализация съемки («шаг» съемки 5 см) позволила определять неровности в широком диапазоне, длины волн которых составляют от 5 см до 100 м, прямыми методами с вычислением величины неровности в мм на каждые 5 см пути для хорд, например, 5м, 10 м, 20 м, 40 м.
На рисунке 4 показан фрагмент участка дороги, для которого определена ровность с использованием УДК «Ровность».
Рисунок 4 – Фрагмент участка дороги
- амплитуда неровности при шаге съемки 5м;
- максимальные амплитуды неровности при шаге съемки 5см. в диапазоне 5м
|
Определение ровности по ГОСТ 30412 с шагом съемки 5м
|
Определение ровности по ГОСТ 30412 с шагом съемки 5см
|
|
Расстояние
|
Амплитуда неровности
|
Интервал
|
Максимальные амплитуды неровности, выявленные на участке в 5м интервалах
|
|
5
|
0
|
0-5
|
0
|
|
10
|
-2
|
5-10
|
-5
|
|
15
|
-4
|
10-15
|
-4
|
|
20
|
-1
|
15-20
|
-4
|
|
25
|
-1
|
20-25
|
1
|
|
30
|
3
|
25-30
|
-4
|
|
35
|
-2
|
30-35
|
5
|
|
40
|
-4
|
35-40
|
-5
|
|
45
|
2
|
40-45
|
-3
|
|
50
|
-1
|
45-50
|
-3
|
|
55
|
4
|
50-55
|
8
|
|
60
|
-4
|
55-60
|
-9
|
|
65
|
0
|
60-65
|
8
|
|
70
|
4
|
65-70
|
-2
|
|
75
|
-1
|
70-75
|
5
|
|
80
|
0
|
75-80
|
2
|
|
85
|
-2
|
80-85
|
-2
|
|
90
|
1
|
85-90
|
-3
|
|
95
|
2
|
90-95
|
3
|
|
100
|
0
|
95-100
|
2
|
Из графика (рис.4) и таблицы видно, что при съемке высотных отметок, (нивелиром) через 5м, в соответствии с требованиями ГОСТ 30412, отклонение от допустимых значений (±5мм) на хорде 10м составляет 0%, т.е. данный участок дороги в соответствии со СНиП 3.06.03-85 соответствует нормативным требованием и может быть рекомендован к сдачи в эксплуатацию.
При анализе съемки через 5 см на интервалах 5м (0-5,5-10,10-15 и т.д.), на хорде 10м видно, что максимальные амплитуды неровности на этих отрезках превышает допуск (5мм) на 15%. В соответствии с требованиями СНиП 3.06.03-85 по параметру «ровность» дорога не может быть принята в эксплуатацию. При этом необходимо отметить, что метод амплитуд (ГОСТ 30412) наиболее точный из всех имеющихся и рекомендованных для оценки качества.
Координатный способ определения геометрических параметров, в том числе и ровности, реализованный в УДК «Ровность», позволяет определять характеристики кривых (начало и конец переходных кривых, начало и конец круговой кривой, средний радиус круговой кривой, максимальный и минимальный радиусы круговой кривой), поперечные уклоны и продольный профиль, ровность покрытия автомобильных дорог и пройденное расстояние.
На рисунке 5 приведен внешний вид УДК «Ровность». Из конструктивных особенностей необходимо выделить высокое качество изготовления колес. Эксцентриситет не превышает 0,1 мм, жесткость и эластичность резиновой накладки обеспечивают стабильность радиуса качения. УДК «Ровность» изготавливается в базовом варианте с комплексированным ГНСС (Trimble R7, R8).
Рисунок 5 – УДК «Ровность»
Таким образом, анализ средств и методов измерений показывает, что в координатный способ, реализованный в УДК «Ровность», по функциональным возможностям в полной степени соответствует точности измерений, производительности работ, технической и экономической эффективности средств измерений, предназначенных для операционного контроля, исполнительных съемок, приемки пусковых комплексов в эксплуатацию.
Учитывая возможность оценки по параметру «ровность» в широком диапазоне длин волн неровностей от 5 см до 100 м при определении превышений через 5 см и амплитуды неровностей с погрешностью 1 мм, можно разработать нормативные требования и регламенты, в основу которых включить УДК «Ровность».
В заключении необходимо отметить, что на железных дорогах России, при выполнении диагностики по геометрическим параметрам определяется аналогичный ровности параметр – просадка. Точности на железной дороге и автомобильных дорогах по этим параметрам сопоставимы, отличие заключается только в том, что на железной дороге «шаг» съемки 10-30см. При использовании аналогичных требований к детализации съемки на автомобильных дорогах можно полностью исключить недостатки существующих методов и ГОСТов, применяемых на автомобильных дорогах. УДК «Ровность» полностью соответствует таким требованиям при приемке дорог в эксплуатацию, при других видах работ, например диагностики, аппаратуру можно устанавливать на прицепной к автомобилю модуль. Для повышения качества строительства необходимо разработать в первую очередь новые нормативные требования к ровности покрытия на автомобильных дорогах и для аэродромов.
Список литературы
1. Разработка системы планирования ремонта и эксплуатации автомобильных дорог по результатам мониторинга с использованием GPS / М.Н.Барсук, М.Ю. Буланов, А.В. Конкин, В.В. Щербаков // ГЕО-Сибирь-2006. Т. 1. Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия: сб. материалов междунар. науч. конгр., 24-28 апр. 2006 г., Новосибирск. – Новосибирск: СГГА, 2006. – С.50-53.
2. Диагностика автомобильных дорог по геометрическим параметрам с использованием ГНСС / В.В. Щербаков, М.Н. Барсук // Геодезия и картография. – 2008. - №6. – С. 55-57.
3. ГОСТ 30412-96. Дороги автомобильные и аэродромы. Методы определения ровности поверхности дорожных покрытий. – М.: изд-во стандартов, 1996. – 27 с.
4. ГОСТ Р 50597-93. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения. – М.: Издательство стандартов, 1994. – 16 с.
5. Правила диагностики и оценки состояния автомобильных дорог (ОДН 218.0.006-2002) / Минтранс РФ. – М.: Транспорт, 2002. – 131 с.
6. Лушников Н.А., Лушников П.А. К вопросу об обеспечении ровности автомобильных дорог. Сборник «Дороги и мосты». Выпуск 18/2. ФГУП РосдорНИИ. М., 2007, с 73-79.
7. Пахомов, А. А., Юмашев В. М., Кудрявцев С. Н. О соотношении оценок ровности покрытий автомобильных дорог по IRI и толчкомеру / Наука и техника в дорожной отрасли - М.: Дороги. – 2009 г. - N 4. - С.31-33.
8. Автомобильные дороги. Организация, производство и приемка работ: СНиП 3.06.03-85/ Госстрой СССР. – М.: Изд. Госстроя СССР, 1986. – 112 с.
9. Патент 2261302 Российская Федерация, МПК 7 Е 01 В 35/00. Способ определения пространственных параметров рельсового пути и устройство для его осуществления.
В.М.КРУГЛОВ доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Мосты» (Московский государственный университет путей сообщения). В.В.Щербаков, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Инженерная геодезия», (Сибирский государственный университет путей сообщения, г. Новосибирск)
КООРДИНАТНЫЕ МЕТОДЫ определения геометрических параметров при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог
Современные средства измерений и вычислительная техника позволяют разработчикам создавать самые разнообразные диагностические, контрольно-измерительные и специализированные приборы для определения геометрических параметров при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог.
Широкий спектр задач, решаемых при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог, разнообразие технических требований, включая точность, детализацию, объемы измерений и многие другие факторы, обуславливают создание различных типов измерительных систем от портативных до комплексов, устанавливаемых на автомобили.
Одним из основных критериев, определяющих разнообразие измерительной техники, является эффективность. Например, для контроля геометрических параметров при выполнении небольших, локальных участков автомобильных дорог применяется рейка дорожная универсальная «Кондор», а при выполнении диагностики для назначения ремонта - дорожные лаборатории. Такой выбор обусловлен как технической, так и экономической эффективностью применения различных приборов. Так, при проведении проектно-изыскательских работ наибольшую эффективность, особенно на крупных объектах, можно получить при использовании дорожных лабораторий, оснащенных лазерными сканерами, при этом экономическая эффективность таких лабораторий при проектировании и строительстве небольших объектов будет низкая.
Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС) более 10 лет разрабатывает диагностические приборы на базе автомобилей различных моделей [1] и ходовых тележек [2].
Опыт диагностики автомобильных дорог в Новосибирской области, Алтайском Крае и Республике Алтай, а также приемки в эксплуатацию новых автомобильных дорог (например, Северный обход г. Новосибирска) и оценка качества после выполнения капитального ремонта выявил недостатки современных методов и средств диагностики. Особого внимания заслуживает определение ровности покрытия автомобильных дорог при приемке в эксплуатацию пусковых комплексов после капитального ремонта и новых дорог.
В соответствии с ГОСТ 30412-96 [3] ровность может быть определена рейкой с клиновым промерником, установкой ПКРС-2 или по высотным отметкам с использованием нивелира и нивелирных реек. Приведенные в ГОСТ 30412-96 методы применяются для определения ровности как при операционном контроле, так и при приемке пусковых комплексов в эксплуатацию.
При выполнении диагностики для определения эксплуатационного состояния автомобильных дорог, допустимого по условиям обеспечения безопасности дорожного движения [4], ровность может быть определена с использованием ПКРС-2 и по просветам под трехметровой рейкой. В соответствии с требованиями ОДН 218.0.006-2002 [5] предусмотрено определение ровности с использованием толчкомера ТХК-2. Кроме этого, в соответствии с рекомендациями Росавтодора оценку ровности необходимо выполнять по международному индексу ровности IRI. В этом направлении ведутся научно-исследовательские работы по установлению корреляционных зависимостей между показателями IRI и толчкомерами различных типов [6], разрабатываются требования к выполнению измерений.
Каждый из приведенных методов имеет функциональные недостатки. Рассмотрим недостатки оценки ровности по международному показателю ровности IRI.
В расчет показателя IRI входят подрессорная и неподрессорная масса автомобиля, жесткость рессорной подвески, коэффициент суммарного сопротивления амортизатора и трения в сочленениях подвески [7], радиальная жесткость шины колеса.
Анализируя факторы, влияющие на точность измерений, можно сделать вывод о том, что все перечисленные параметры изменяются в силу различных причин, включая температуру, угол наклона автомобиля (перераспределение давления) на передние и задние колеса, объем заправки топливом, сила ветра, осадки, временные факторы, влияющие на жесткость пружин и т.д. Учесть каким-либо образом данные изменения практически нельзя, при этом точность измерений в значительной степени зависит от динамики изменения приведенных факторов.
В целом, достоверность получаемых данных по ровности может соответствовать только качественным показателям, надежность количественных характеристик в связи с влиянием приведенных факторов находится под вопросом. Кроме того, неровности покрытия с увеличением длины волны при интегрировании сглаживаются. Важным фактором в реальных условиях является движение с постоянной скоростью во время измерений. Очевидным достоинством данных методов является высокая производительность и простота реализации. Косвенные (интегральные) методы обеспечивают высокую техническую и экономическую эффективность при диагностике с целью оценки состояния автомобильных дорог, когда важны относительные характеристики.
К прямым методам относится определение ровности с помощью трехметровой рейки дорожной универсальной, а также с помощью нивелира и нивелирных реек. Определение ровности с использованием рейки дорожной универсальной наиболее простой метод. К недостаткам этого метода следует отнести низкую производительность и ограниченность базы измерений (3 м). Второй недостаток особенно важен, так как влияет на точность и достоверность оценки ровности при наличии длины волны (неровности), превышающих базу измерений, поэтому оценка ровности по рейке дорожной универсальной всегда является завышенной по отношению к другим прямым методам. На рисунке 1 показана неровность, фактическая величина которой (стрела изгиба), а при измерении неровности с использованием рейки с промерником значение неровности составит . Стрела изгиба (неровность), измеренная рейкой дорожной универсальной, как видно из рисунка 1, составит и .
Рисунок 1 – Сущность определения неровности рейкой дорожной универсальной.
Значение неровности (стрелы изгиба) можно определить из выражения:
(1)
где - радиус неровности длиной .
Для того же значения величины неровности стрел изгиба составят:
. (2)
Предположим, что , , тогда из выражения (1) найдем, что , а значение .
Разность стрел изгиба , фактической и полученной, при измерении неровности длиной рейкой дорожной универсальной, определяется из выражения:
(3)
Из выражения (3) видно, что чем длиннее неровность, тем больше разность стрел изгиба и, соответственно, ниже точность определения фактической неровности. Поэтому достоверно величину неровности рейкой дорожной универсальной можно определять, исходя из выражения (3) при длинах неровностей, не превышающих длину самой рейки. Учитывая широкий спектр частот и распределения в этом спектре длин неровностей, применение рейки дорожной универсальной для оценки состояния покрытия по параметру «ровность» не обеспечивает требуемую достоверность и, соответственно, качество оценки состояния покрытия.
Определение ровности по высотным отметкам (метод амплитуд) наиболее точный метод. Он широко применяется в геодезии в различных областях инженерной деятельности от геодезического обеспечения строительства ядерных реакторов до обеспечения идеально ровной плоскости (линии) при установке технологического оборудования.
Для определения неровностей используются различные виды нивелирования (гидростатическое, гидродинамическое, геометрическое), в том числе с использованием лазерных построителей плоскости.
Сущность метода заключается в определении высотных отметок путем геометрического нивелирования покрытия автомобильной дороги (см. рисунок 2) с «шагом» 5 м и вычислении по формуле (4) амплитуд неровностей.
(4)
Рисунок 2 – Метод амплитуд по ГОСТ 30412-96.
Метод амплитуд в соответствии с требованиями ГОСТ 30412-96 имеет существенные недостатки, некоторые из них являются принципиальными.
Так, «шаг» съемки 5 м не обеспечивает надежное и однозначное определение неровностей, длина которых менее 5 м.
Рисунок 3 – Принципиальные недостатки метода амплитуд в соответствии с ГОСТ 30412-96
Из рисунка видно, что неровность с амплитудой на длине (менее 5 м) при измерении не зафиксирована, и, соответственно, при обработке данных и оценке состояния не будет учтена, что ограничивает достоверность определения ровности в соответствии с ГОСТ 30412-96 (метод амплитуд).
Формально часть спектра частот длин неровностей вообще не попадает в оценку состояния покрытия по параметру ровность. Трудоемкость работ при этом не сопоставима с другими методами. Для оценки ровности требуется квалифицированный геодезист и выполнение большого объема измерений и вычислений, как правило, с выявлением собственных ошибок и дополнительными полевыми и камеральными работами.
Оценка состояния покрытия автомобильных дорог в настоящее время также не соответствует фактическому состоянию. Например, неровности, определенные по рейке и методом амплитуд, оцениваются в соответствии со СНиП 3.06.03-85 без учета разности базы измерений 3 и 5 м.
Из формулы (3) видно, что стрелы изгиба (амплитуды неровностей), измеренные на базе 3 и 5 м, не могут однозначно оцениваться. При оценке ровности аэродромных покрытий в соответствии со СНиП 32-03-96 [8] допускаются отклонения до 2 % от допустимого при использовании трехметровой рейки, а при использовании метода амплитуд – до 5 %.
Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС) на базе опыта, полученного при различных видах диагностики автомобильных и железных дорог, разработал координатный способ определения геометрических параметров [9] и реализовал его при создании приборов для определения ровности на автомобильных дорогах (УДК «Ровность») и железных дорогах (АПК «Профиль»).
Универсальный дорожный курвиметр (УДК) «Ровность» представляет собой ходовую тележку с установленной на ней инерциальной системой, содержащей гироскоп и акселерометры. УДК «Ровность» позволяет определять пространственные координаты () текущего положения тележки и определять с высокой точностью () геометрические параметры, в том числе ровность. В основе измерений лежит схема гирополукомпаса и соответствующая аппаратная реализация.
Главным и основным отличием УДК «Ровность» от существующих измерительных средств является автоматизация измерения высотных отметок для определения продольной ровности покрытия автомобильных дорог. Для исключения недостатков интегральных (косвенных) и прямых методов разработан алгоритм определения ровности на скользящей хорде заданной длины или нескольких хорд, например, от 1 м до 100 м с «шагом» съемки 5 см и единичным смещением хорды через заданный интервал, соответствующим «шагу» съемки 5 см. При этом анализ можно выполнить при смещении хорды на 5 см, 50 см, 1 м и т.д., в том числе в соответствии с требованиями ГОСТ 30412-96 через 5 м. Ровность определяется в соответствии с формулой (4).
Высокая детализация съемки («шаг» съемки 5 см) позволила определять неровности в широком диапазоне, длины волн которых составляют от 5 см до 100 м, прямыми методами с вычислением величины неровности в мм на каждые 5 см пути для хорд, например, 5м, 10 м, 20 м, 40 м.
На рисунке 4 показан фрагмент участка дороги, для которого определена ровность с использованием УДК «Ровность».
Рисунок 4 – Фрагмент участка дороги
- амплитуда неровности при шаге съемки 5м;
- максимальные амплитуды неровности при шаге съемки 5см. в диапазоне 5м
|
Определение ровности по ГОСТ 30412 с шагом съемки 5м
|
Определение ровности по ГОСТ 30412 с шагом съемки 5см
|
|
Расстояние
|
Амплитуда неровности
|
Интервал
|
Максимальные амплитуды неровности, выявленные на участке в 5м интервалах
|
|
5
|
0
|
0-5
|
0
|
|
10
|
-2
|
5-10
|
-5
|
|
15
|
-4
|
10-15
|
-4
|
|
20
|
-1
|
15-20
|
-4
|
|
25
|
-1
|
20-25
|
1
|
|
30
|
3
|
25-30
|
-4
|
|
35
|
-2
|
30-35
|
5
|
|
40
|
-4
|
35-40
|
-5
|
|
45
|
2
|
40-45
|
-3
|
|
50
|
-1
|
45-50
|
-3
|
|
55
|
4
|
50-55
|
8
|
|
60
|
-4
|
55-60
|
-9
|
|
65
|
0
|
60-65
|
8
|
|
70
|
4
|
65-70
|
-2
|
|
75
|
-1
|
70-75
|
5
|
|
80
|
0
|
75-80
|
2
|
|
85
|
-2
|
80-85
|
-2
|
|
90
|
1
|
85-90
|
-3
|
|
95
|
2
|
90-95
|
3
|
|
100
|
0
|
95-100
|
2
|
Из графика (рис.4) и таблицы видно, что при съемке высотных отметок, (нивелиром) через 5м, в соответствии с требованиями ГОСТ 30412, отклонение от допустимых значений (±5мм) на хорде 10м составляет 0%, т.е. данный участок дороги в соответствии со СНиП 3.06.03-85 соответствует нормативным требованием и может быть рекомендован к сдачи в эксплуатацию.
При анализе съемки через 5 см на интервалах 5м (0-5,5-10,10-15 и т.д.), на хорде 10м видно, что максимальные амплитуды неровности на этих отрезках превышает допуск (5мм) на 15%. В соответствии с требованиями СНиП 3.06.03-85 по параметру «ровность» дорога не может быть принята в эксплуатацию. При этом необходимо отметить, что метод амплитуд (ГОСТ 30412) наиболее точный из всех имеющихся и рекомендованных для оценки качества.
Координатный способ определения геометрических параметров, в том числе и ровности, реализованный в УДК «Ровность», позволяет определять характеристики кривых (начало и конец переходных кривых, начало и конец круговой кривой, средний радиус круговой кривой, максимальный и минимальный радиусы круговой кривой), поперечные уклоны и продольный профиль, ровность покрытия автомобильных дорог и пройденное расстояние.
На рисунке 5 приведен внешний вид УДК «Ровность». Из конструктивных особенностей необходимо выделить высокое качество изготовления колес. Эксцентриситет не превышает 0,1 мм, жесткость и эластичность резиновой накладки обеспечивают стабильность радиуса качения. УДК «Ровность» изготавливается в базовом варианте с комплексированным ГНСС (Trimble R7, R8).
Рисунок 5 – УДК «Ровность»
Таким образом, анализ средств и методов измерений показывает, что в координатный способ, реализованный в УДК «Ровность», по функциональным возможностям в полной степени соответствует точности измерений, производительности работ, технической и экономической эффективности средств измерений, предназначенных для операционного контроля, исполнительных съемок, приемки пусковых комплексов в эксплуатацию.
Учитывая возможность оценки по параметру «ровность» в широком диапазоне длин волн неровностей от 5 см до 100 м при определении превышений через 5 см и амплитуды неровностей с погрешностью 1 мм, можно разработать нормативные требования и регламенты, в основу которых включить УДК «Ровность».
В заключении необходимо отметить, что на железных дорогах России, при выполнении диагностики по геометрическим параметрам определяется аналогичный ровности параметр – просадка. Точности на железной дороге и автомобильных дорогах по этим параметрам сопоставимы, отличие заключается только в том, что на железной дороге «шаг» съемки 10-30см. При использовании аналогичных требований к детализации съемки на автомобильных дорогах можно полностью исключить недостатки существующих методов и ГОСТов, применяемых на автомобильных дорогах. УДК «Ровность» полностью соответствует таким требованиям при приемке дорог в эксплуатацию, при других видах работ, например диагностики, аппаратуру можно устанавливать на прицепной к автомобилю модуль. Для повышения качества строительства необходимо разработать в первую очередь новые нормативные требования к ровности покрытия на автомобильных дорогах и для аэродромов.
Список литературы
1. Разработка системы планирования ремонта и эксплуатации автомобильных дорог по результатам мониторинга с использованием GPS / М.Н.Барсук, М.Ю. Буланов, А.В. Конкин, В.В. Щербаков // ГЕО-Сибирь-2006. Т. 1. Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия: сб. материалов междунар. науч. конгр., 24-28 апр. 2006 г., Новосибирск. – Новосибирск: СГГА, 2006. – С.50-53.
2. Диагностика автомобильных дорог по геометрическим параметрам с использованием ГНСС / В.В. Щербаков, М.Н. Барсук // Геодезия и картография. – 2008. - №6. – С. 55-57.
3. ГОСТ 30412-96. Дороги автомобильные и аэродромы. Методы определения ровности поверхности дорожных покрытий. – М.: изд-во стандартов, 1996. – 27 с.
4. ГОСТ Р 50597-93. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения. – М.: Издательство стандартов, 1994. – 16 с.
5. Правила диагностики и оценки состояния автомобильных дорог (ОДН 218.0.006-2002) / Минтранс РФ. – М.: Транспорт, 2002. – 131 с.
6. Лушников Н.А., Лушников П.А. К вопросу об обеспечении ровности автомобильных дорог. Сборник «Дороги и мосты». Выпуск 18/2. ФГУП РосдорНИИ. М., 2007, с 73-79.
7. Пахомов, А. А., Юмашев В. М., Кудрявцев С. Н. О соотношении оценок ровности покрытий автомобильных дорог по IRI и толчкомеру / Наука и техника в дорожной отрасли - М.: Дороги. – 2009 г. - N 4. - С.31-33.
8. Автомобильные дороги. Организация, производство и приемка работ: СНиП 3.06.03-85/ Госстрой СССР. – М.: Изд. Госстроя СССР, 1986. – 112 с.
9. Патент 2261302 Российская Федерация, МПК 7 Е 01 В 35/00. Способ определения пространственных параметров рельсового пути и устройство для его осуществления.
