3.3. Скользкость и шероховатость покрытия

Скользкость дорожного покрытия — важнейшая характеристика транспортно-эксплуатационного состояния дороги. Критерием скользкости покрытия является коэффициент сцепления. Недостаточное сцепление шины колеса с покрытием является, как правило, первопричиной дорожно-транспортных происшествий с тяжелыми последствиями (рис. 3.7). Статистика показывает, что вследствие низкого значения коэффициента сцепления в весенний и осенний периоды происходит до 70% всех происшествий, в летний период .30%. Вместе с тем коэффициент сцепления оказывает малозаметное влияние на скорости движения. Так, снижение скорости при увлажнении покрытия не превышает 10—12 км/ч. Проведенные в США опыты на участке автомобильной магистрали показали, что после увлажнения покрытия средние скорости движения изменились незначительно и уменьшились всего на 3—5 км/ч. Наиболее резкое снижение скорости (на 20 км/ч) наблюдается при появлении гололеда, когда водители особо осторожны.

Для рекомендации водителям безопасных режимов движения, а также для выявления участков дорог с низкими сцеп-

3*

ными качествами необходимо иметь данные о значении коэффициента сцепления.

Коэффициент сцепления измеряют портативными (малогабаритными) приборами или динамометрическими тележками.

Существуют три конструкции портативных приборов: маятникового и ротационного типов и ударного действия. Маятниковые приборы (рис. 3.8, а) очень широко распространены за рубежом. Они

сравнительно просты в эксплуатации и позволяют достаточно быстро провести измерения. Наибольшее распространение из таких приборов получил прибор Транспортной и дорожной исследовательской лаборатории Великобритании. Недостатком портативного прибора маятникового типа являются малая площадь контакта имитатора шины с покрытием, трение с переменными и малыми скоростями и малый путь трения.

Аналогичным недостатком обладает портативный прибор ротационного типа (рис. 3.8, б), разработанный в МАДИ Р. Ф. Лукашуком. Основным преимуществом этого прибора, по сравнению с прибором маятникового типа, являются большая длина пути контакта образца шины с поверхностью дороги и большая скорость движения образца, а также быстрота измерения (до 5 мин).

Прибор ударного действия, предложенный Ю, В. Кузнецовым, основан на использовании энергии падающего груза для перемещения резиновых имитаторов шин (рис. 3.8, в). Прибор состоит из двух резиновых имитаторов 7, шарниров 8, соединяющих толкающие тяги 9 с резиновыми имитаторами, и подвижной муфты 10, опорной штанги 11, в верхней части которой закреплено устройство 12, сбрасывающее подвижной груз 13, регистрирующей пружинной шайбы 14, а также из трех пружин: двух стягивающих 15 и одной центральной 17. При нажатии на кнопку сбрасывающего устройства груз падает вниз и ударяется о подвижную муфту, которая при помоши шарниров и толкающих тяг передвигает имитаторы по дорожному покрытию. Величина конечного перемещения имитаторов характеризует скользкость покрытия. На Всесоюзных корреляционных испытаниях 1981 г. этот прибор показал наиболее ста-

бильные результаты из всех конструкций портативных приборов. Поэтому он начинает все более широко применяться на практике. Отмечена очень хорошая связь показаний этого прибора с значениями коэффициентов сцепления, полученных на мокром покрытии при помощи динамометрической лаборатории МАДИ-8 при скорости 60 км/ч и нагрузке на колесо 3000 Н.

Имеются динамометрические прицепы различной конструкции для измерения коэффициента сцепления, разработанные в МАДИ, Союздорнии и других организациях. Наиболее универсальным является динамометрический прицеп МАДИ-8, созданный Ю. В. Кузнецовым (рис. 3.9), Этот прицеп позволяет измерять коэффициент сцепления при разных углах установки колес, т. с- из-

мерять коэффициент как продольного, так и поперечного сцепления.

Динамометрический прицеп Союздорнии ПКРС-2у представляет собой одноколесный прицеп с пэраллелограммной подвеской с нагрузкой на колесо 3000 Н. Этот прицеп предназначен для измерения только продольного коэффициента сцепления при скоростях до 90 км/ч.

Перспективным является навесное динамометрическое колесо (НКД-МАДИ), монтируемое на поливочно-моечной машине. Такой прибор разработанный в МАДИ Ю. В. Кузнецовым и Н. Куль-мурадовым, показал высокую эффективность и возможность быстро в большом объеме выполнять замеры коэффициента продольного сцепления {рис. 3.10).

Среди зарубежных приборов для оценки коэффициента сцепления следует выделить ходовую лабораторию SCRIM, разработанную Транспортной и дорожной исследовательской лабораторией Be-

ликобритании. Ходовая лаборатория представляет собой автомобиль с цистерной, оборудованной пятым динамометрическим колесом, установленным под углом к направлению движения. Такое расположение навесного колеса обеспечивает измерение коэффициента поперечного сцепления в режиме проскальзывания. Важнейшим преимуществом этого прибора является возможность непрерывно измерять коэффициент сцепления, что дает точную картину состояния сцепных качеств покрытия по длине дороги. Все существующие приборы позволяют выполнять измерения только в отдельных точках покрытия.

Появление приборов, позволяющих измерять коэффициент поперечного сцепления, дало возможность нормировать значение этого коэффициента. В ряде стран (Великобритания, Франция и др.) коэффициент поперечного сцепления принят в качестве основного показателя сцепных качеств дорожного покрытия, так как он более точно отражает взаимодействие шины колеса автомобиля с покрытием в момент дорожно-транспортного происшествия.

Исследования показывают, что значение коэффициента сцепления зависит от большого числа факторов, связанных с состоянием покрытия, шины, условиями взаимодействия шины с покрытием. Существенное влияние на коэффициент сцепления оказывают скорость движения, рисунок протектора, давление в шинах, нагрузка на колесо, режим торможения и особенно — тип покрытия, его состояние, температура и шероховатость (рис. З.П).

Шероховатость покрытия определяется высотой и формой элементов микропрофиля поверхности дороги, расстоянием между вершинами выступов.

остротой выступов и собственной шероховатостью , каменного материала [микрошероховато с т ыо). Для оценки шероховатости разработаны специальные приборы, из которых наиболее известны приборы Э. Г. Подли-ха и В. Л. Астрова.

Высота выступов шероховатой поверхности должна быть достаточна

для выжимания воды из зоны контакта шины с покрытием, Этим условиям удовлетворяют покрытия, шероховатость которых образована частицами каменного материала, имеющими размеры 8 — 10 мм со средним шагом выступов 6,4 — 11,0 мм. Однако на практике применяют каменные материалы преимущественно размером 15—25 мм, позволяющие упростить технологию устройства шероховатого слоя.

При движении по мокрому покрытию вода оказывает на колесо подъемное действие. С увеличением скорости движения уменьшается площадь сухого контакта шины колеса с покрытием. При скорости более 80—100 км/ч подъемная сила может достигнуть наибольшего значения, при котором полностью исчезнет сухой контакт с покрытием. Колесо начинает скользить по слою воды. Это явление называют аквапланированием (или глиссированием). Происходит потеря управления автомобилем. С увеличением высоты выступов шероховатости на дорожном покрытии глубина активного (под шиной) слоя жидкости уменьшается, следовательно, уменьшается и гидродинамическая

— 1

Таблица 3.3
условия движения	Характеристика участков дороги	=?|
Легкие	Прямые участки или кривые с ради-
	усами 1000 м и более, расположенные
	на уклонах не более 30%о> с элемен-
	тами поперечного профиля, соответст-
	вующими категории дороги, с укреп-
	ленными обочинами , без пересечений
	в одном уровне и при коэффициенте
	загрузки не свыше 0,3 от пропускной
	способности	0,45
Затруд-	Участки на кривых в плане с ради-
ненные	усами 250—1000 м, на спусках и
	подъемах, с уклонами 30— 60%о. уча-
	стки s зонах сужений проезжей части;
	участки, отнесенные к легким усло-
	виям движения при коэффициенте за-
	грузки 0,3—0,5	0,45-0,50
Опасные	Участки с видимостью менее рас-	t
	четной. Подъемы и спуски с уклонами,
	превышающими расчетные. Зоны пе-
	ресечений и примыканий в одном уров-
	не. Участки, отнесенные к легким и
	затрудненным ус ювиям при коэффи-
	циенте загрузки свыше 0,5	0,60

подъемная сила, поднимающая колесо над покрытием. Поэтому для предупреждения явления аквапланирования необходимо устраивать крупношероховатые покрытия.

В СССР в СНиП П-Д.5-72 были впервые нормированы при сдаче дорог в эксплуатацию минимально допустимые значения коэффициента продольного сцепления, измеренные в режиме блокированного колеса (табл. 3.3), который измеряют при скорости 60 км/ч, при толщине пленки воды

1 мм и нагрузке на колесо 3000 Н. На стадии эксплуатации допускается минимальное значение коэффициента продольного сцепления 0,35.

С целью повышения коэффициента сцепления устраивают поверхностную обработку, обеспечивающую высокую шероховатость, или устраивают покрытия, способствующие быстрому отводу воды с поверхности дороги (см. п. 10.3).

3.4. ПОГОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И ТРА'НСПОРТНЫЕ КАЧЕСТВА ДОРОГИ

\

Автомобильные дороги как транспортные сооружения работают при постоянном воздействии погод но-климатических факторов и движения. Наиболее значительно изменяются тракспортно-эксплуатационные качества дорог по сезонам

года.

В зимний период на условия движения оказывают решающее влияние снежные заносы, гололед, туман, низкая температура, короткая продолжительность светлого времени суток.

Близкими по влиянию на транспортные качества дорог являются осенний и весенний периоды. Для осеннего периода характерно переувлажнение земляного полотна и дорожной одежды, неожиданное появление кратковременного гололеда, большое количество осадков, туманы. В этот период значительно загрязняется проезжая часть, что приводит к резкому снижению коэффициента сцепления шины колеса с дорожным покрытием, разрушаются обочины, уменьшается эффективная ширина проезжей части.

Весенний период характерен резкими колебаниями температуры в течение суток и резкими

т^

переходами от сухой погоды к дождливой. В это время в связи с переувлажнением низа дорожной одежды снижается ее несущая способность, что требует ограничения движения тяжелых автомобилей.

Продолжительность различных сезонов года значительно меняется на территории СССР. Продолжительность зимнего периода колеблется от нескольких суток до 260 и более. Продолжительность весеннего периода колеблется от 30 до 120—125 сут. Осенний период примерно в 2 раза длительнее весеннего и колеблется от 65—70 до 110—120 сут.

Особенно подвержены влиянию различных природных факторов автомобильные дороги, проходящие в сложных условиях рельс-фа местности. На дорогах, проходящих в горной местности, часто возникают туманы, обвалы, снежные лавины, сс-левыс потоки. Это вызывает необходимость разработки специальных мероприятий по обеспечению возможности проезда по дорогам с учетом неблагоприятных природных явлений. Для этого строят снегозащитные галереи, селедуки, проектируют, поперечный профиль дороги, при котором обеспечивается наибольшая устойчивость земляного полотна. Характерным является резкое колебание температуры, приводящее к разрушению дорожного покрытия. В образовавшиеся трещины попадает вода, которая, замерзая, еще больше разрушает покрытие.

Для дорог, проходящих в равнинных районах, неблагоприятными являются осенний и весенний периоды, особенно для участков с высоким уровнем грунтовых вод (см. п. 10.2).

К существенному снижению транспортно-эке-плуатацнонных качеств приводит уменьшение рас-76

стояния видимости в тумане и при интенсивном пылеобразованни в сухой период года.

Происходит снижение скоростей движения, возрастание числа дорожно-транспортных происшествий.

Детальные исследования влияния погодно-кли-матнческих условий па транспортпо-эксплуатаци-онные качества дорог и безопасность движения были выполнены А. П. Васильевым в Гипродор-

пин.

Этп исследования показали, что продолжительность различного состояния покрытия в течение года меняется следующим образом: сухое — 67,9%; мокрое — 17,1%; снежное накатанное — 8,2% и обледенелое — 6,8% времени.

Транспортные характеристики дорог в зимний период во многом зависят от качества проведения работ по их содержанию. В большинстве случаев для этого периода наиболее характерны потеря четкого очертания земляного полотна, изменение размеров поперечного профиля проезжей части, сужение проезжей части на мостах, около близкорасположенных к проезжей части препятствий вследствие неполного удаления снега. Наличие снегозаносимых участков на дороге существенно ухудшает транспортно-эксплуатационные качества всей автомобильной дороги. Исследования Г. В. Бялобжеского выявили, что на дорогах республиканского, областного и местного значения протяжение снегозаносимых участков составляет 84% общего протяжения дорог.

По данным А. П. Васильева, 'в зимний период эффективно используемая ширина проезжей части составляет: 6—6,6 м на двухполосных дорогах с покрытием шириной 7 м; 8,7 м на трехполосных, дорогах с покрытием шириной 11,5 м; 5,5—6,5 м

77

для одного направления 'с проезжей частью 7 м на четырехполосных дорогах с разделительной полосой.

В то же время наблюдения, проведенные А. П. Васильевым, показали, что на отдельных участках дорог в зимний период условия движения лучше, чем в летний период. Так, зимой «дикие» съезды п часть примыканий не используются, а летом н осенью с них заносится на дорогу грязь. При хорошей погоде и хорошем содержании дороги скорость ^движения зимой незначительно отличается отускорости движения в летний период.

Отсутствие резкой разницы в скоростях движения летом и зимой подтвердили исследования А. П. Васильева и В. П. Расннкова. Модальная скорость потока близка к 40 км/ч. В зимний период отмечается резкое разделение потока на медленно- и быстродви-жущиеся автомобили, Этим объясняется появление резко выраженной двухвершинной кри вой распределения скорости движения. В табл. 3,4. приведены дан

ные, полученные А. П. Васильевым, о скоростях движения в осенний,_ весенний и летний сезоны года на отдельных участках дорог. Аналогичные данные были получены дорожниками Финляндии (рис. 3.12).

Существенное снижение скоростей движения наблюдается только при ухудшении условий видимости, при уменьшении сцепления шины колеса с покрытием и изменении геометрических характеристик дороги, например уменьшении эффективной ширины проезжей части из-за образования снежных и ледяных отложений на прикромочных полосах и неполной очистки при снегоуборке. Отмечено снижение скоростей 50, 85 и 95%-ной обеспеченности зимой на 25—30% (рис. 3.13).

Наблюдения, проведенные А. П. Васильевым и В. П. Расниковым, показали, что скорость 85%-ной обеспеченности на прямолинейном горизонтальном участке при мокром покрытии снижается на 10%, при снежном накатанном — на 22% и при частично обледенелом — на 36%. На изменение условий движения в разные сезоны года указывает также изменение зависимости «интенсивность — плотность» (рис. 3.14).

По этим же наблюдениям расстояние метеорологической видимости приводит к следующему сни-

жению скоростей движения: при видимости 100 м (интенсивный снегопад) скорость снижается на 49%, при видимости 200 м — на 29%. Для расчета скоростей движения в условиях различной метеорологической видимости А. П. Васильев рекомендует зависимость:

v^v0^-aSs-':S , (З.Ш)

где Vei—скорость транспортного потока при видимости 50 м

(14 км/ч);

S—метеорологическая видимость, м; а и Ь — коэффициенты (для определения средней скорости

а = 30б; &=1,8; для определения скорости 95э,а-ной

обеспеченности а = 223; 6 = 1,82).

Существенно меняется в различные сезоны года количество дорожно-транспортных происшествий, меняется также их тяжесть. Оказывает влияние как изменение состояния дорожного покрытия, условий видимости, погодных условий, так и продолжительность светлого времени суток. Исследования, проведенные в СССР (Д. П. Васильев, А. Н. Нечаев), показывают, что имеется определенная закономерность распределения числа дорожно-транспортных происшествий: минимальное количество происшествий наблюдается зимой, наибольшее — в конце лета и осенью (рис. 3.15, а).

В ряде стран, где интенсивность движения мало меняется в течение года, наибольшая аварийность наблюдается в осенне-зимний период (рис. 3.15,6). Исследования Е. М. Окороковой показали, что половина столкновений и опрокидываний происходит при неблагоприятных погодных условиях. Погодные условия и состояние дорог влияют на тя-жесл, последствий дорожно-транспортных происшествий. Как правило, тяжесть происшествий осенью и весной выше, чем летом, зимой — несколько ниже из-за наличия снега и более низких скоростей движения. Максимальное число погибших на каждые 100 происшествий отмечается в СССР в октябре-ноябре и в марте.

Все эти закономерности необходимо учитывать при разработке мероприятий по повышению тран-спортно-эксплуатацнонных качеств дороги.