Содержание к диссертации
Введение
1 Развитие транспортной инфраструктуры в Северо-Восточной части КНР 10
1.1 Общая характеристика состояния сети автомобильных дорог в КНР 10
1.2 Дорожно-климатическое районирование в КНР 22
1.3 Конструкции дорожных одежд в Северо-Восточной части КНР 28
1.4 Основные деформации и причины разрушения асфальтобетонных покрытий в Северо-Восточной части КНР 35
Выводы по главе 1 39
2 Методологические основы оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог Северо-Восточной части КНР 41
2.1 Приборы и механизмы оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог КНР 41
2.2 Оценка дефектности дорожных покрытий с применением технологии видеопаспортизации 55
2.3 Модели оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог КНР 73
2.4 Оценка транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог Северных провинций КНР 83
Выводы по главе 2 92
3 Методика оценки эффективности работ по ремонту автомобильных дорог 93
3.1 Основные положения методики оценки эффективности работ по ремонту автомобильных дорог 93
3.2 Принципы определения оптимальных сроков выполнения работ по ремонту автомобильных дорог 98
3.3 Анализ затрат на содержание автомобильных дорог. Прогнозирование эффективных сроков ремонтных работ 113
Выводы по главе 3 124
4 Назначение работ по ремонту автомобильных дорог Северо-Востока КНР на основе оценки их транспортно-эксплуатационного состояния 125
1 Оценка транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог Северо-Восточной части КНР 125
2 Определение оптимальных межремонтных сроков 131
Выводы по главе 4 154
Заключение 155
Список литературы
- Дорожно-климатическое районирование в КНР
- Оценка дефектности дорожных покрытий с применением технологии видеопаспортизации
- Принципы определения оптимальных сроков выполнения работ по ремонту автомобильных дорог
- Определение оптимальных межремонтных сроков
Дорожно-климатическое районирование в КНР
Автомобильные дороги в КНР до середины 20 века находились в крайне неудовлетворительном состоянии. Общая протяженность пригодных для движения автотранспорта автомобильных дорог по всей стране в 1949 году составляла не более 80,7 тыс. км. Плотность дорог составляла всего 0.8 км на 100 км2. В 50-х годах прошлого столетия строительство автомобильных дорог получило значительное развитие. Так уже в 1952 году протяженность дорог составила 126,7 тыс.км., а в середине и конце 50-х годов в Китае началась масштабная прокладка дорог в приграничных и горных районах страны. Были построены трассы Сычу-ань - Тибет, Цинхай - Тибет, также, в юго-восточных, прибрежных, Северо-Восточных и Юго-Западных районах страны. Протяженность дорог к концу 1959 году составила более уже 500 тыс. километров [135].
В 60-х годах, одновременно с продолжающимся строительством дорог, значительное внимание уделялось реконструкции автомобильных дорог. В результате этого возросла протяженность дорог более высоких категорий. В середине 70-х годов в Китае началась реконструкция трассы Цинхай - Тибет, которая была полностью завершена в 80-х годах. В период с 1949 по 1978 годы, несмотря на не стабильность экономического развития, протяженность дорог страны продолжала в целом расти высокими темпами и в 1978 году составила 890 тыс. км. Ежегодное увеличение составило в среднем 30 тыс. км. (таблица 1.1). По своим техническим характеристикам автомобильные дороги Китая II и III технических категорий соответствуют дорогам Российской Федерации III и IV соответственно ].
После начала политики реформ в Китае, экономика страны продолжала развиваться высокими темпами, что сопровождалось небывалым ростом потребности в автомобильных перевозках. Таблица 1.1 Рост протяженности автомобильных дорог Китая
В строительстве автомобильных дорог произошел исторический перелом: строительство дорог начало активно поддерживаться как центральными правительственными органами, так и местным органами на всех его уровнях. Основным лозунгом было, - «если мы хотим разбогатеть, нужно сначала построить дороги». Постепенно важность строительства автомобильных дорог стала общепризнанным фактором. На базе единого планирования, началось плановое строительство дорожной инфраструктуры по всей стране. В начале и конце 80-х годов был принят и начал осуществляться план строительства сети государственных магистралей и системы национальных скоростных автомагистралей. Наряду с продолжающимся расширением масштабов строительства дорог, первоочередной задачей стало повышение уровня качества строительства. Быстрое развитие скоростных и автомобильных дорог высоких категорий коренным образом изменило некогда отсталую отрасль дорожного строительства. Потоки финансирования были перенаправлены на строительство дорог, что позволило постепенно решить проблему нехватки средств в дорожном строительстве. Особенно, это почувствовалось, с принятием Госсоветом КНР в 1984 году решения о повышении размера сборов за обслуживание дорог, сборе дополнительных пошлин при покупке машин и введение сбора за проезд по дорогам высоких категорий. Начиная с 1985 года, последовали соответствующие законодательные акты, обеспечившие стабильный источник финансирования для дорожного строительства. По данным статистики, к 1999 году общая протяженность автомобильных дорог страны составила 1 350 тыс. км, плотность дорог достигла 14,1 км на 100 км , что в 1,5 раза больше по сравнению с показателями 1978 года. Процентное соотношение дорог второй категории среди всех дорог страны выросло с 1,3% в 1979 году до 12,5% в 1999 году. Особенно хорошо стало видно улучшение состояния дорог, на примере дорог соединяющих крупные города.
Особого внимания заслуживает строительство скоростных автострад. В 1988 году была запущена в эксплуатацию первая скоростная автострада Китая Шанхай - Цзядин (протяженностью 18,5 км).
После чего были построены скоростная автострада Шэньян - Далянь общей протяженностью 375 км и скоростная автострада Пекин - Тяньцзинь - Тангу общей протяженностью 143 км.
С началом 90-х годов, в рамках общего плана строительства магистралей, строительство скоростных автострад в Китае начало набирать темпы. Протяженность ежегодно строящихся скоростных автострад возросла с нескольких десятков километров до более чем тысячи километров.
К концу 1999 года, общая протяженность запущенных в эксплуатацию скоростных автострад Китая уже достигла 11605 км. За 10 лет в строительстве скоростных автострад в Китае были достигнуты такие результаты, на которые у развитых стран уходило в целом до 40 лет.
Строительство скоростных автострад и автомобильных дорог высоких категорий повысило технический класс дорожного строительства в Китае, позволило уйти от отсталого состояния в дорожном строительстве, сократить разрыв между Китаем и развитыми странами (рисунок 1.1) [64].
Быстрое развитие инфраструктуры строительства автомобильных дорог выдвинуло довольно высокие требования к проектированию и строительству автомобильных мостов и тоннелей.
Мост Хуанши на реке Янцзы (первый особо крупный мост через реку Янцзы, самостоятельно запроектированный и построенный Министерством транспорта Китая), мост Ваньсянь на реке Янцзы, мост Тунлин на реке Янцзы, мост Цзянъинь на реке Янцзы (первый в Китае и четвертый в мире по длине пролета стальной висячий мост), Второй Нанкинский мост через Янцзы, мост Фэнлинду через реку Хуанхэ, Второй Цзинаньский мост через Хуанхэ, большой мост Хумэнь в Гуандуне, морской мост Нюйгушань в Шаньдуне, мост Хайцан в Сямэе и другие. Эти проекты стали свидетельством того, что Китай уже вошел в число передовых стран мира по строительству мостов с глубоководным фундаментом и большой длиной пролета. К концу 1999 года количество автомобильных мостов в КНР уже насчитывалось 230 тыс.штук, общая протяженность составляла 8006 км. Количество тоннелей составило 1257 штук, общей протяженностью 407 км. Развитие строительства автомобильных тоннелей в стране началось практически на пустом месте. В 1986 году был построен первый в Китае крупный современный автомобильный тоннель Гушань, с двухполосным движением, на дороге первой категории Фучжоу - Мавэй. Вслед за этим, были построены ряд крупных современных автомобильных тоннелей, таких как Чжунляншань, Цзиюныпань, Люпаныпань, Бадалин и др.
Оценка дефектности дорожных покрытий с применением технологии видеопаспортизации
Ровность дорожного покрытия является одним из основных показателей, характеризующих удобство движения по дороге и оказывающих решающее влияние на скорость движения автомобилей и транспортную работу дороги в целом [98].
При плохом состоянии дорожного покрытия значительно ухудшаются условия движения автомобильного транспорта. Появляются вредные для водителя и автомобиля вибрации, существенно усложняющие условия работы водителя, так как длительное время приходится отслеживать состояние проезжей части, часто изменяя траекторию движения, осуществляя торможение и разгоны. В результате внимание водителя отвлекается от других важных, с точки зрения безопасности дорожного движения, элементов дороги и автомобиля. Поэтому ухудшение ровности дорожного покрытия приводит к повышению аварийности[53,56,79].
С увеличением количества и размеров деформаций дорожных одежд и покрытий постепенно нарушается их первоначальная ровность и плавность продольного и поперечного профилей проезжей части дороги. В последствии из- за плохого состояния поверхности покрытия начинает уменьшаться скорость дви 46 жения из-за динамических ударов на не ровностях, бокового раскачивания автомобиля и т.п.[44,45,57].
Чтобы определить критический момент, когда необходимо произвести ремонтные работы, определяют состояние поверхности покрытий и пропускную способность дороги.
Для измерения размеров неровностей покрытия, вызываемых деформациями и разрушениями, а также отклонений форм поперечных и продольных профилей от первоначальных или проектных применяют различные приборы.
Неровности покрытия оценивают по просвету между его поверхностью и нижней плоскостью трехметровой рейкой (деревянной или алюминиевой) (рисунок 2.3). Однако этот способ измерений несовершенен, весьма трудоемок и дает приближенное значение ровности. Рейку прикладывают на расстояние 0,5-1,0 м от кромок проезжей части и по оси. Просветы под нижней кромкой рейки и поверхностью дорожного покрытия измеряют с помощью мерного клина в пяти контрольных точках, расположенных через каждые 0,5 м по длине рейки[128].
Ручные профилометры (рисунок 2.4) - приборы позволяющие измерять продольный профиль покрытия со скоростью 10-15 измерений в минуту с точностью ± 0.127мм. Данные приборы применяются в основном для калибровки более производительных приборов[119].
Прибор для непрерывного измерения ровности (рисунок 2.5) имеет длину 3 метра, 8 колес постоянных и одно измерительное, убирающееся колесо. Прибор имеет скорость 10-20км/ч. Показатель оценки ровности определяется нормальным (стандартным) отклонение а. где і - нормальное (стандартное) отклонение, мм; d - расстояние между отсчетами, равное 100 мм; N- количество измерений.
Прибор для непрерывного измерения ровности имеет низкую измерительную скорость. Его нельзя использовать при значительных повреждениях дорожного покрытия.
В настоящее время в международной практике используют международный индекс ровности IRI (International Roughness Index) [51], выраженный в м/км или мм/м IRI.
Показатели Sn и IRI являются интегральными показателями и оценивают ровность поверхности проезжей части автомобильной дороги во всем диапазоне дорожных частот, на которые реагирует автотранспортное средство при определённой скорости движения. Оба показателя являются косвенными, так как ровность поверхности покрытия оценивается не по результатам измерения его геометрических параметров, а по реакции динамической системы, «прокатываемой» по дороге.
В Китае для сплошного контроля ровности за эталонный прибор принят динамометрический прицеп Remorque BI (Рисунок 2.6, 2.7), разработанный в Великобритании.
Установка состоит из прицепа с измерительным колесом, измерительным преобразователям ровности и регистрирующим прибором [138].
Скользкость дорожного покрытия - важнейшая характеристика транспорт но-эксплуатационного состояния дороги. Критерием скользкости дорожного покрытия является коэффициент сцепления[116].
Статистика показывает, что вследствие низкого значения коэффициента сцепления в весенний и осенний периоды происходит до 70 % всех дорожно-транспортных происшествий, в летний период - 30 %. Вместе с тем коэффициент сцепления мало влияет на скорость движения [34,35]. Для выявления участков дороги с низкими сцепными качествами необходимы данные о значении коэффициента сцепления. Оценка шероховатости поверхности дорожных покрытий является важным показателем. Показатели шероховатости (текстуры) поверхности дорожного покрытия можно измерить различными методами оптическим, ультразвуковым, лазерным, стереофотографическим, контактным. Сущность оптического, ультразвукового и лазерного методов заключается в оценке энергии отражённого от исследуемой поверхности светового луча, луча с ультразвуковой частотой колебаний и луча лазера.
Метод стереофотографии предусматривает фотографирование поверхности с двух различных точек, что позволяет при обработке фотографии на стереоскопе получить объёмное изображение и оценить шероховатость по среднему расстоянию между выступами. Контактный метод основан на ощупывании неровностей поверхности щупом с последующим преобразованием механических колебаний в электрические (или без такого преобразования) [126].
Коэффициент сцепления измеряют с помощью портативных (малогабаритных) приборов, динамометрических установок и методом торможения.
При измерении коэффициента сцепления портативными приборами не требуется специальных установок и автомобилей. С помощью этих приборов возможно измерение коэффициента продольного сцепления на площадях ограниченного размера.
Недостатком портативных приборов являются малые размеры резинового элемента, имитирующего протектор автомобильной шины.
По этой причине такие приборы не используют для измерения коэффициента сцепления грубо шероховатой поверхности. Другим недостатком портативных приборов является моделирование качения колеса автомобиля с низкими скоростями.
Портативный маятниковый прибор транспортной дорожной исследовательской лабораторий КНР (Рисунок 2.8) устанавливают на поверхности дорожного покрытия, штангу приводят в вертикальное положение по уровню. Маятник укрепляют в горизонтальном положении, поверхность дорожного покрытия смачивают водой, маятник отпускают [138]. Рисунок 2.8 - Портативный маятниковый прибор транспортной дорожной исследовательской лаборатории КНР: 1 - стрелка, фиксирующая отклонения маятника; 2 - ручка для переноски прибора; 3 - рычаг, перемещающий указательную стрелку при падении маятника; 4 - вставка из протекторной резины; 5 - маятник; 6 - установочные винты, обеспечивающие касание резины с поверхностью дорожного покрытия
Принципы определения оптимальных сроков выполнения работ по ремонту автомобильных дорог
Погрешность измерений составляет 0 м. Ряд экспериментов показал, что погрешность линейных измерений, проведенных с помощью технологии CV и полевых измерений, в среднем не превышает 0.05 м. При этом погрешность измерений абсолютных величин немного больше, чем относительных. В целом, полученная погрешность измерений по технологии CV совпадает с заявленной погрешностью производителя этой технологии.
Величины погрешности полностью отвечают требованиям нормативных документов при производстве работ по паспортизации и диагностике дорог и дорожных сооружений. Существующая модель оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог по нормативных документов "Асфальтобетонные покрытие дорожных одежды ремонт и содержания нормы и правила КНР GB JTJ 073.2-2001" [83],основана на комплексной оценки следующих показателей (рисунок 2.27):
Показатель дефектности дорожного покрытия (PCI) определяется исходя из комплексной оценки всех дефектов, встречающихся на дороге (DR) определяется по формуле (2.17): PCI = \00-\5DR04U (2.17) Оценка всех дефектов (DR) основана на учете наличия каждого дефекта и его сложности (степени значимости) определяется по формуле (2.18): Ш = /)/Лх100 = у- /ЛхІОО (2.18) где Dij - площадь j-ro участка, подверженного воздействию і-го дефекта; Ку - степень значимости і-го дефекта Haj-ом участке повреждения (таблица2.5); А - общая площадь дорожного покрытия оцениваемого участка дороги. Степень значимости каждого дефекта представлена в таблице 2.5.
Показатель сцепления автомобильного колеса с покрытием (SFC) определяется исходя из комплексной оценки сцепления, коэффициента поперечной силы (SFC) определяется по формуле (2.21):
В комплексный показатель качества, наряду с (RQI), входит оценка коэффициента сцепления (SFC или BPN), прочности дорожной одежды (SSI) и оценка дефектности дорожного покрытия (PCI), формула (2.22):
Существующая модель оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог создана по нормативным документам «Правила оценки состояния автомобильных дорог КНР GB JTG Н20-2007» [81]. В состав оценки модели входят участки дороги длиной не менее 1000 м, с различными типами дорожных одежд, интенсивностью движения и шириной полосы движения. Протяженность участка не должен превышать 2000 м. Рассматриваются следующие комплексные показатели (рисунок 2.28): (2.25) где DR - процент повреждений дорожного покрытия, %; А\ - 1-й вид повреждение площади дорожного покрытия м ; А - общая площадь дорожного покрытия оцениваемого участка дороги (длина оцениваемого участка дороги умноженная на фактическую ширину дорожного покрытия) м ; W[ - і-й коэффициент значимости по виду дефекта, (таблица 2.8); а0 - асфальтобетонные покрытия ЙГ0=15.00, цементобетонные покрытия ЙГ0=10.66; а\ - асфальтобетонные покрытия ах= 0.412, цементобетонные покрытия ах= 0.461; / - вид дефекта на оцениваемом участке; і о - общее количество дефектов на оцениваемом участке дороги, асфальтобетонное покрытие і0=20, цементобетонное покрытие і0=20.
Показатель ровности поверхности покрытия (RQI) определяется исходя из значения ровности, определенной по международному индексу ровности IRI по формуле (2.26):
Обследования автомобильных дорог показали, что наибольший вред дорожному покрытию наносят колееобразование и трещины, составляющее от 80 до 90% всех повреждений [100]. До 30% дефектных площадей составляет колееобразование. Оценка колейности дорожного покрытия определяется показателям индексом глубины колеи (RDI), определяемого по формуле (2.27): RDa - значение параметра глубины колеи при котором необходимо проводить ремонтные работы, RDa=20 мм; RDb - предельное значение глубины колея, RDb =35мм; а0 - поправочный коэффициент, а0 =2; ai - поправочный коэффициент, а2 =4.
Стандартные оценки колейности дорожного покрытия представлены в таблице 2.11. Таблица 2.11 Стандартные оценки колейности дорожного покрытия Оценки Показатель оценки колейности дорожного покрытия RDI RD отличная RDI 90 RD 5 хорошая 80 RDI 90 5 RD 10 удовлетворительная 70 RDI 80 10 RD 15 неудовлетворительная 60 RDI 70 15 RD 20 совершенно неудовлетворительная RDK60 RD Сопротивление скольжению дорожного покрытия (SRI) определяется исходя из комплексной оценки сцепления по формулам (2.28) и (2.29):
Статистические данные по трещенообразованию на поверхности дорожного покрытия на участке км ПО... км 132 автомобильной дороги «Харбин-Дацин» представлены в таблице 2.19. Из материалов оценки трещенообразования следует, что наибольшим дефектам подвержено прямое направление автомобильной дороги «Харбин-Дацин». Количество поперечных трещин в этом направлении в два раза превышает число поперечных трещин в обратном направлении дороги. Суммарная протяжённость продольных трещин в прямом направлении дороги в 1,7 раза превышает суммарную протяженность продольных трещин в обратном направлении дороги.
Определение оптимальных межремонтных сроков
Затраты на содержание автомобильных дорог напрямую зависят от эксплуатационного состояния дорожного покрытия. Чем хуже состояние покрытия, тем больше необходимо вкладывать средств на его содержание, при этом работы по содержанию дороги не предусматривают выполнение работ по ремонту и восстановлению покрытия и предназначены для поддержания основных его транспорт-но-эксплуатационных характеристик [105].
При расчете затрат на содержание автомобильной дороги необходимо знать ее категорию, интенсивность и состав движения, виды работ по содержанию дороги и уровень его эксплуатационного состояния [87]. Итоговые затраты на содержание сети автомобильных дорог определяются по формуле (3.18): МС, = а + Ъ (100 - PCI) N (3.18) где PCI - уровень транспортно-эксплуатационного состояния дорожного покрытия; а, Ъ - эмпирические параметры, определяемые в соответствии с местными условиями и выполняемыми работами.
Дополнительно для оценки распределения затрат необходимо знать частоту проведения ремонтных работ и методы, которыми они выполняются. Для каждого конкретного случая в зависимости от категории дороги, типа покрытия и его транспортно-эксплуатационного состояния затраты на ремонт рассчитываются индивидуально. Частота ремонтных работ определяется межремонтным сроком и общим сроком службы покрытия [92].
К концу проектного срока службы дорожной одежды или рассматриваемого периода транспортно-эксплуатационное состояние дорожной конструкции может быть близко к минимально допустимому, но еще не достичь его. Поэтому необходимо определить остаточный срок службы дорожной одежды и, исходя из этого, остаточную стоимость конструкции, так как необходимо рационально использовать все имеющиеся ресурсы, в том числе существующую дорожную одежду, которая после ремонта и усиления опять будет воспринимать расчетную нагрузку.
Остаточная стоимость дорожной одежды определяется исходя из остаточного срока службы дорожной одежды, который зависит от степени изменения кривой депрессии покрытия автомодельной дороги после выполнения очередного ремонты, те. от фактического транспортно-эксплуатационного состояния [136]. Остаточный срок службы для каждой дороги или сети дорог прогнозируется индивидуально в зависимости от категории дороги, типа покрытия, интенсивности и состава движения, местных климатических условий и общих тенденций и закономерностей изменения кривой депрессии дорожного покрытия с учетом всех ремонтных работ (рисунок 3.11). где LA - время с момента производства последних ремонтных работ (годы) до рассматриваемого периода расчета; LE - ожидаемый эксплуатационный срок службы дорожной одежды с момента последнего ремонта до полной выработки всех ресурсов дорожной одежды (когда ТЭС покрытия соответствует минимально допустимым требованиям); Сг - стоимость последних выполненных ремонтных работ. Стоимость затрат возникающих в течение всего срока службы дороги определяется путем суммирования затрат возникающих в каждом году эксплуатации дороги. Так как расчеты затрат выполняются в текущем году, то для их пере 122 вода в будущие затраты используется интегральный коэффициент дисконтирования, учитывающий уровень инфляции [85].
Общая стоимость жизненного цикла дороги рассчитывается на последний год эксплуатации с учетом всех выполненных работ по ремонту и содержанию дороги. Суммарные затраты определяются для каждого из рассматриваемых вариантов ремонтных работ по формуле (3.21):
Расчёт стоимости жизненного цикла автомобильной дороги может осуществляться и без учета нормы дисконтирования, тогда значения коэффициента дисконтирования принимают равным единице. В расчетах норма дисконтирования принята равной 8%.
Норма дисконтирования устанавливается централизованно государственными органами в соответствии с прогнозами экономического и социального развития страны. В отрасли дорожного строительства норма дисконта варьируется в пределах от 4 % до 15 % [145].
Анализ стоимости жизненного цикла автомобильной дороги рассчитывается на весь срок службы с учетом всех выполненных работ. Только в этом случае прогноз стоимости, для рассматриваемого варианта, будет актуален и целесообразен. Срок прогноза должен быть обусловлен эксплуатационными и экономическими факторами. Маленький срок расчета не будет в полной мере отражать все тенденции изменения кривой депрессии дорожного покрытия и, при использова 123
ний дорогих методов ремонта, они будут наиболее неэффективны, хотя и будут обеспечивать максимальное увеличение эксплуатационных показателей [90]. При завышенных сроках эксплуатации суммарная величина накопленных деформаций покрытия и вызванные из-за этого чрезмерные расходы приведут к тому, что эксплуатационное качество покрытия до и после производства работ будет колебаться от минимально до максимально допустимых значений, что так же сделает выбор наиболее эффективного метода ремонта нецелесообразным.
На основе материалов по тенденциям изменения и развития экономической ситуации в Китае было установлено, что в сложившихся условиях роста экономики горизонт расчета стоимости жизненного цикла автомобильной дороги следует принимать 10-12 лет в зависимости от категории дороги и типов покрытия дорожной одежды [134].
Оптимальный срок службы определяется на основе индекса эффективности, который рассчитывается на основе эксплуатационной эффективности работ и стоимости жизненного цикла автомобильной дороги на протяжении всего срока службы. Расчеты выполнены для асфальтобетонного покрытия, при горизонте расчета 6 лет. Результаты расчетов приведены в таблице 3.9