Методы оценки состояния дорог по техническим параметрам и физическим характеристикам и комбинированные методы

На первом этапе развития дорожной науки оценка состояния дорог осуществлялась как оценка инженерного сооружения с позиций прочности, устойчивости, работоспособности, сроков службы и т. д. [7, 92, 94, 114]. В основу оценки положено определение фактических технических параметров, физических и транспортно-эксплуатационных характеристик или качеств дороги (ТЭХ АД или ТЭК АД) и сравнение их с нормативными или проектными данными.

В случае когда фактические параметры и физические характеристики существующей дороги соответствуют требованиям действующих норм или отличаются от этих требований на допустимую величину, считается, что дорога находится в нормальном состоянии и не требует ремонта или реконструкции. Если какие-либо технические параметры или характеристики не соответствуют нормативным требованиям, значит, необходимы ремонтные работы для того, чтобы привести эти параметры и характеристики в соответствие с нормативными требованиями.

В зависимости от целей оценки определяют конкретный перечень параметров и характеристик дороги, которые необходимо измерить или определить, а оценку состояния дороги выполняют по отдельным параметрам (одному или нескольким), по группе параметров и по всему комплексу параметров и характеристик.

По техническим параметрам и характеристикам, которые могут быть оценены в относительной форме, вычисляют соответствующие коэффициенты (прочности, ровности, скользкости, износа, дефектности покрытия и т. д.) и составляют ведомости коэффициентов. По этим данным назначают ремонтные мероприятия на тех участках, где значения указанных коэффициентов не соответствуют допустимым величинам.

В течение длительного времени в России используется разработанная в результате исследований проф. Бируля А.К., Бабкова В.Ф., Иванова Н.Н., Калужского Я.А., Корсунского М.Б., Сиденко В.М. и др. [7, 13, 92] система из пяти основных показателей: коэффициент прочности, коэффициент ровности (или коэффициент службы), коэффициент скользкости, коэффициент износа покрытий и коэффициент интенсивности движения. Однако эти показатели не приводятся к единому, а рассматриваются как группа отдельных показателей, из которых главными считаются коэффициенты прочности, ровности и скользкости.

Для получения необходимой для оценки информации в этих методах применяют специальные приборы, установки и лаборатории для измерения геометрических параметров плана и профиля дорог, прочности дорожных одежд, ровности, шероховатости и сцепных качеств покрытия и т. д. Широко используют визуальные методы сбора информации, кино- и телевизионные съемки.

Преимущество методов оценки состояния дороги путем сравнения фактических технических параметров и физических характеристик с нормативными состоит в простоте оценки и назначении ремонтных работ по каждому из них, а также в том, что можно оценивать состояние дороги по любому набору параметров.

Однако эта группа методов имеет ряд недостатков. Один из них состоит в том, что перечень оцениваемых параметров и характеристик состояния дороги постоянно расширяется и в разных методиках колеблется от 10—15 до 40 и более. Оценки параметров и характеристик на каждом участке дороги могут иметь различные количественные или качественные значения. В этой ситуации сделать однозначный вывод об общей оценке состояния дороги, о сравнении общего состояния двух участков дорог или двух различных дорог, а следовательно, выбрать объективно обоснованную стратегию ремонтных работ весьма трудно. Появляется широкое поле для выбора решений в виде различных наборов приоритетных работ, назначаемых по одному, двум или нескольким показателям независимо от других.

Примером может служить методика определения индекса эксплуатационной надёжности покрытия PSI (Present Sereiceabilitay Index). Для расчета PSI следует предварительно установить ровность покрытия, протяженность трещин и площадь ямочного ремонта на 1000 м² площади покрытия и среднюю глубину колеи:

, где (9.1)

— показатель ровности покрытия по толчкомеру;

С — протяжённость трещин в м на 1000 м²;

р — площадь ямочного ремонта покрытия, м²/1000 м²;

RД — средняя глубина колеи.

Разработана шкала оценки состояния покрытия по этому показателю: больше 3, 5 — отлично; 2, 5—3, 5 — хорошо; 1, 5—2, 5 — удовлетворительно; меньше 1, 5 — неудовлетворительно.

Этот показатель нельзя назвать комплексным, так как он оценивает только состояние покрытия. По этому показателю можно планировать работы по содержанию и ремонту покрытия, без учета его сцепных качеств, прочности, состояния обочин, откосов, ширины проезжей части и других элементов дороги. Методика оценки состояния дорожного покрытия по индексу эксплуатационной надежности используется в системе управления эксплуатации покрытий автомобильных дорог PMS (Pavement Management Systems).

Для устранения указанного недостатка применяются способы балльной оценки, когда абсолютные или относительные количественные показатели различных дефектов и деформаций вместе с качественными оценками других показателей переводятся в баллы. Итоговая оценка производится по сумме баллов или, наоборот, по остатку баллов. Примером таких способов оценки состояния дорог могут служить разработанные в Польше «Система оценки состояния покрытий» (SOSN) и «Визуальная оценка дорог» (WOD).

В системе SOSN оцениваются параметры дорожной одежды и покрытия: прочность дорожной одежды, ровность продольная и поперечная (колейность), шероховатость, сцепные качества и состояние покрытия. При этом прочность, ровность продольная и поперечная, шероховатость и сцепные качества покрытия измеряются приборами и установками, а показатели состояния поверхности дороги измеряются и оцениваются визуально с использованием каталога деформаций и разрушений.

В системе WOD визуально оцениваются обозначение и устройства организации движения, состояние дорог ночью и дорожная полоса. Кроме того, в систему WOD включается и оценка состояния дорожного покрытия, выполняемая по системе SOSN.

Оценка состояния отдельных элементов дороги и дороги в целом дается в баллах. Получается достаточно полная оценка состояния поверхности дороги, за исключением прямой оценки степени соответствия геометрических параметров дороги сложившейся интенсивности и составу движения.

Другой более важный недостаток состоит в том, что методы оценки состояния дорог по степени соответствия их технических параметров и физических характеристик нормативным требованиям в прямом виде не оценивают транспортно-эксплуатационные показатели дорог, т.е. их потребительские свойства. Они оцениваются только косвенно, предположительно.

Комбинированные методы оценки транспортно-эксплуатационного состояния дорог включают в себя оценку дороги по основным транспортно-эксплуатационным показателям, техническим параметрам и характеристикам. Они позволяют оценивать состояние дороги не просто как инженерного сооружения, а как инженерного транспортного сооружения, предназначенного для обеспечения удобного и безопасного движения автомобилей с высокими скоростями и установленными нагрузками.

В этих методах нашел распространение термин «транспортно-эксплуатационное состояние дороги» (ТЭС АД) — комплекс параметров и характеристик технического уровня, эксплуатационного состояния и инженерного оборудования и обустройства, а также термин «транспортно-эксплуатационные показатели дороги» (ТЭП АД), которые непосредственно зависят от транспортно-эксплуатационного состояния дороги и характеризуют дорогу именно как транспортное сооружение [13, 92, 95].

К транспортно-эксплуатационным показателям дороги (ТЭП АД) относятся обеспеченная дорогой непрерывность, скорость, удобство и безопасность движения, пропускная способность и уровень загрузки, допустимые габариты, осевая нагрузка и общая масса автомобилей, эргономические, экологические, эстетические и другие показатели.

Методика оценки достаточно проста: определяют в абсолютной или относительной форме фактические значения транспортно-эксплуатационных показателей и технических характеристик, сравнивают их с нормативными требованиями, по каждому параметру и характеристике получают оценку (рассогласование), с учётом которых назначают ремонтные мероприятия и работы. Для оценки транспортно-эксплуатационных показателей применяют приборы и установки для измерения скорости, определения интенсивности и состава движения, измерения габаритов и осевых нагрузок автомобилей и др.

Так, например, в действующих технических правилах ремонта и содержания автомобильных дорог используется комбинированная система показателей оценки состояния дорог, которая включает в себя следующие показатели [95]:

скорость движения; этот показатель оценивается по величине коэффициента обеспеченности расчётной скорости в осенне-весенние переходные периоды года;

пропускная способность дороги и уровень загрузки дороги движением;

безопасность движения — оценивают по коэффициенту происшествий, коэффициенту аварийности и коэффициенту безопасности;

соответствие фактических геометрических параметров нормативным для данной категории дороги — оценивают прямым сравнением;

прочность дорожной одежды — оценивают коэффициентом прочности;

ровность покрытия и глубины колеи — оценивают коэффициентом ровности и глубиной колеи;

шероховатость и сцепные качества покрытия — оценивают показателем скользкости и допустимой разницей коэффициента сцепления по ширине покрытия.

Это основные показатели. Кроме того, по техническим параметрам и физическим характеристикам оценивают состояние обочин, откосов, системы водоотвода. Состояние мостов оценивается в основном определением их грузоподъёмности.

Профессором В.К. Некрасовым предложена комплексная система технико-экономических показателей состояния дороги и условий движения на ней, которая включает в себя 16 коэффициентов: службы, проезжаемости, скользкости, изношенности, прочности, безопасности, аварийности, обслуживания подвижного состава, обеспечения автомобилей топливом, интенсивности движения, загрузки дороги движением, времени сообщения, обеспечения пассажиров автобусов местами для ожидания, обслуживания пассажиров дальнего следования, обеспечения площадками для стоянок и отдыха, санитарно-технического обслуживания.

Во многих странах мира существуют аналогичные наборы показателей, которые мало отличаются один от другого. Главное достоинство комбинированного метода оценки состоит в том, что в нём наряду с техническими параметрами и характеристиками оцениваются и основные транспортно-эксплуатационные показатели, т.е. потребительские свойства.

Главный недостаток этого метода в том, что каждый показатель, параметр и характеристика оценивается раздельно и имеет свои нормативные требования. В результате по итогам оценки на каждом участке дороги получается от 20 до 80 числовых данных в абсолютной или относительной форме, показывающих совпадения или отклонения от нормативных требований, что существенно затрудняет анализ и формирование вывода о степени соответствия дороги нормативным требованиям, затрудняет назначение и выбор наиболее важных ремонтных мероприятий.

Чтобы упростить решение задачи, применяют различные способы определения весовых коэффициентов, коэффициентов важности, приоритетности, разделения работ на главные и второстепенные. В большинстве своем это делается экспертным путём, т.е. волевым порядком, что может привести к ошибочным решениям при распределении весьма ограниченных средств на ремонт и содержание автомобильных дорог. Чаще всего за приоритетный показатель принимают прочность, ровность и сцепные качества покрытий или какой-то один из них. Все эти характеристики можно повысить усилением дорожной одежды, устройством нового слоя износа или поверхностной обработки.

Однако с позиций потребителя усиление дорожной одежды, устранение неровностей или повышение сцепных качеств малоэффективно на тех участках, где главными причинами снижения транспортно-эксплуатационных показателей дороги является узкая проезжая часть при возросшей интенсивности движения, малый радиус кривой в плане, отсутствие видимости, большая крутизна подъема, неблагоустроенное пересечение в одном уровне, и во многих других случаях, когда затраченные средства не дают ожидаемого эффекта.

Чтобы избежать таких ошибок, необходима комплексная, обобщённая оценка влияния всех параметров и характеристик дорог на потребительские свойства дорог и учёт их при планировании дорожных работ. Во многих странах мира разрабатывается новое поколение методов оценки состояния дорог, в которых в качестве главных показателей оценки приняты отдельные потребительские свойства или группы потребительских свойств дороги. Одной из первых крупных методик этой группы является разработанная по поручению Всемирного банка для развивающихся стран региона с жарким климатом модель НDМ-III (Haiway Design and Maintenance), в которой укрупнённо оценивается влияние продольного профиля и плана трассы и детально оценивается влияние состояния дорожного покрытия на среднюю скорость движения автомобилей. В зависимости от средней эксплуатационной скорости для каждой группы автомобилей вычисляют затраты пользователей на топливо, износ шин, запасные части и другие ресурсы.

Модель имитирует общие дорожные условия, используя эмпирические зависимости для районов с жарким климатом стоимости строительства и ремонта дорог, зависимости скорости от продольных уклонов и кривизны дороги в плане, от ровности покрытия [25, 26, 27, 28, 30, 31, 32]. Модель предназначена для экономического анализа альтернативных решений на уровне дорожной сети. Несмотря на то что модель не предназначена для окончательного инженерного решения, она может быть использована для оценки влияния состояния дорожного покрытия на скорость движения автомобилей и для прогнозирования этого влияния на перспективу с учётом ожидаемых деформаций и разрушений дорожного покрытия.

В настоящее время разработана новая версия модели НDМ-IV, которая позволяет существенно расширить сферу ее применения для оценки как проектных решений, так и состояния существующих дорог, в том числе и в регионах с отрицательной температурой воздуха.

Во Франции разработано программное обеспечение SISTER (Simulation de Strategie d’Entretien Routier) — моделирование стратегии содержания дорог, где состояние дороги оценивается «оценкой качества», которая характеризует структурное (прочностное) состояние дороги, и «оценкой ровности», относящейся к уровню обслуживания, предоставляемого пользователю [3, 11, 12, 24].

При оценке состояния дорог прежде всего учитывается влияние ровности покрытия на затраты пользователя по эксплуатации транспортных средств.