Что влияет на состояние дороги во время ее использования

Современная общественная автомобильная дорога представляет собой сложную инженерную структуру, состоящую из множества компонентов. Основными элементами конструкции дороги являются земляное основание и дорожное покрытие, которое состоит из одного или нескольких слоев дорожного основания и одного или нескольких слоев дорожного покрытия.

В процессе использования автомобильной дороги она регулярно подвергается повторяющимся нагрузкам от проезжающего транспорта. Кроме того, на нее оказывают влияние погодно-климатические условия (например, низкие температуры, снег, дождь) и грунтово-гидрологические факторы. Со временем эти факторы приводят к появлению напряжений и деформаций в слоях дорожного покрытия и земляном основании. Постепенно накапливающиеся напряжения и деформации приводят к разрушению дорожного покрытия и возникновению различных дефектов на поверхности дороги, таких как трещины, выбоины, провалы, колеи, вмятины в асфальте и другие.

Деформация земляного основания и дорожного покрытия означает изменение их размеров и формы без потери массы и цельности. Разрушение дорожного покрытия и земляного основания происходит, когда происходит изменение их размеров и формы с потерей массы или цельности. Деформации и разрушения в земляном основании неизбежно приводят к деформации и разрушению слоев дорожного покрытия.

Факторы, которые влияют на возникновение деформаций и разрушений в конструктивных элементах автомобильной дороги в процессе ее использования, могут быть как внешними, так и внутренними.

Внутренние факторы, влияющие на состояние дороги

Ко внутренним факторам, оказывающим влияние на изменение состояния дороги в процессе ее эксплуатации, относятся физико-механические характеристики самой дорожной конструкции (дорожного покрытия, дорожного основания и земляного полотна) и материалов ее слоев. Среди наиболее важных внутренних факторов можно выделить:

1. Недостаточное или неравномерное уплотнение слоев дорожной одежды и земляного полотна, что может привести к неправильному распределению нагрузок и усилению деформаций.
2. Неравномерный износ (истирание) дорожного покрытия под действием колес автомобилей, особенно в областях с интенсивным движением.
3. Образование пластических деформаций в асфальтированных покрытиях и слоях из битумоминеральных смесей. В жаркое время года, повышенная температура может снизить вязкость битума, что приводит к ухудшению прочностных характеристик асфальтобетона. Напротив, в холодное время года вязкость битума возрастает, что может вызывать появление температурных трещин в асфальтированном покрытии.
4. Накопление остаточных деформаций и структурных разрушений в слоях дорожного покрытия и/или основания. Превышение допустимых напряжений, вызванных нагрузкой от транспорта, может привести к нарушению структуры материала и появлению деформаций.
5. Накопление остаточных деформаций в грунте земляного полотна под действием нагрузки от тяжелых грузовых автомобилей, особенно во время весеннего переувлажнения грунта, когда его несущая способность снижается.

Внешние факторы, влияющие на состояние дороги

К внешним факторам, оказывающим влияние на состояние автомобильной дороги в процессе ее эксплуатации, относятся погодно-климатические условия, грунтово-гидрологические условия и транспортная нагрузка:

1. Величина нагрузки на ось транспортного средства и показатель давления в автомобильных шинах, которые могут оказывать давление на дорожное покрытие.
2. Количество повторений и интервалы между нагрузками. Частое прохождение тяжелых транспортных средств может усиливать деформации и разрушения на дорожной поверхности.
3. Продолжительность каждой нагрузки и суммарная продолжительность воздействия, которые могут влиять на накопление деформаций и разрушений.
4. Погодные условия, включая температуру воздуха и солнечную радиацию, которые могут изменять физико-механические свойства дорожно-строительного материала, вызывать расширение или сжатие материала и влиять на его прочность.
5. Состояние системы водоотвода и водопонижения, тип грунта земляного полотна и условия увлажнения. Повышенная влажность грунта может снижать его несущую способность и способствовать накоплению остаточных деформаций.

В жаркое время года воздействие внешних факторов на накопление остаточных деформаций становится особенно заметным для асфальтированных слоев дорожной одежды. Повышенная температура может снизить вязкость битумного вяжущего и привести к увеличению деформаций. Этот эффект усиливается при использовании некачественных материалов или неправильном уплотнении асфальтобетона во время строительства.

Воздействие автомобильных нагрузок на дорожную одежду и земляное полотно

Автомобильные нагрузки являются главным источником деформаций и разрушений на дороге. Когда автомобиль движется по горизонтальному участку дороги с ровной поверхностью, его колеса передают вертикальные и горизонтальные силы на дорожную одежду и земляное полотно.

Статические и динамические вертикальные и горизонтальные силы, передаваемые колесами транспортных средств через дорожную одежду на земляное полотно, вызывают напряжения и деформации в материале дороги, что приводит к его износу и разрушению.

Воздействие автомобильной нагрузки на дорожную одежду зависит от нагрузки на ось, давления в зоне контакта колеса с покрытием, времени приложения нагрузки, частоты и динамического повторения. Величина осевой нагрузки зависит от грузоподъемности автомобиля, числа осей и их расположения. Время приложения нагрузки зависит от скорости движения автомобиля, а число нагрузок и интервалы между ними зависят от интенсивности движения и его распределения в течение суток.

Под нагрузкой каждого колеса дорожная одежда прогибается и постепенно восстанавливается. Прогиб от колеса тяжелого грузового автомобиля распространяется во все стороны, образуя прогибную чашу радиусом до 4 м, которая перемещается по ходу движения автомобиля. Чаши прогиба от колес частично перекрываются и охватывают всю ширину проезжей части. В результате возникают напряжения сжатия, растяжения, изгиба и сдвига в слоях дорожной одежды. Излишние напряжения от автомобильных нагрузок приводят к различным деформациям.

На ровной дороге дорожная одежда испытывает кратковременную статическую нагрузку от колес. При движении транспортных средств по неровной поверхности давление колеса на покрытие меняется, и оно становится динамическим.

Горизонтальные (касательные) силы возникают из-за трения шин о покрытие при передаче тягового усилия и торможении автомобиля, а также от ударов колес о неровности покрытия. Максимальное значение горизонтальной силы достигается при резком торможении автомобиля и хорошем сцеплении шины с покрытием. Напряжения, вызванные действием горизонтальных сил на покрытие, быстро ослабевают по мере удаления от поверхности и наиболее опасны для верхних слоев дорожной одежды. Горизонтальные напряжения вызывают пластические деформации и разрушения, такие как сдвиги, волны, выпуклости, поперечные трещины и колеи. Такие деформации чаще всего наблюдаются на асфальтированном покрытии толщиной менее 8 см. При большей толщине покрытия сдвиговые деформации возникают реже.

Процесс изменения транспортно-эксплуатационного состояния дороги

Изменение транспортно-эксплуатационного состояния автомобильной дороги и накопление деформаций в ее конструктивных элементах происходит неравномерно. Весь процесс изменения состояния дороги, начиная с ее ввода в эксплуатацию и заканчивая состоянием, требующим капитального ремонта, можно условно разделить на четыре стадии.

1. Первая стадия - ввод новой дороги в эксплуатацию. На этой стадии состояние дороги является очень хорошим. В процессе движения автомобилей происходит постепенное уплотнение дорожного покрытия, слоев дорожной одежды и земляного полотна, формируется устойчивая структура. Возможны отдельные деформации, вызванные ошибками в строительстве или ремонте.
2. Вторая стадия - характеризуется хорошим состоянием дороги, но с увеличением износа покрытия, ухудшением его сцепных свойств и ровности. Могут появляться трещины и выбоины. Скорость и степень развития деформаций зависят от интенсивности движения автомобилей.
3. Третья стадия - характеризуется накоплением деформаций не только в покрытии, но и в основании и земляном полотне. Начинают проявляться старение и деградация материалов, возникают усталостные явления, увеличивается площадь деформаций и появляются разрушения.
4. Четвертая стадия - переход от удовлетворительного состояния к плохому. Деформации и разрушения, возникающие на этой стадии, требуют немедленного капитального ремонта или реконструкции дороги.

Продолжительность каждой стадии зависит от своевременности профилактических работ и текущих ремонтных работ, направленных на устранение деформаций и разрушений.