Согласно ОДН 218.046-01 [1], дорожную одежду с усовершенствованным покрытием проектируют с таким расчетом, чтобы за межремонтный срок не возникло разрушений и недопустимых отклонений с точки зрения предусмотренных действующими нормативными документами требований к ровности покрытия, остаточным деформациям, а также чтобы воздействие природных факторов не приводило к недопустимым изменениям в ее элементах [1]. Асфальтобетонное покрытие предохраняет дорожную конструкцию от воз-действия атмосферных факторов и воспринимает усилия от колес движущегося транспорта. Основание совместно с покрытием обеспечивает перераспределение напряжений в дорожной конструкции и снижение их величины в грунте рабочего слоя земляного полотна (подстилающем слое). Дополнительные слои основания также обеспечивают требуемую морозоустойчивость и дренирование дорожной конструкции. Дорожная одежда всегда рассчитывается таким образом, чтобы исключить необоснованный расход дорожно-строительных материалов, поэтому даже незначительное уменьшение расчетных проектных значений толщины слоев может привести к необеспеченности требований по прочности, морозоустойчивости и осушению. В ходе дорожно-строительных работ толщина слоев дорожной одежды контролируется в локальных точках наблюдения. Например, согласно СП 78.13330.2012 [2], толщину дополнительных слоев основания дорожной одежды и прослоек контролируют с шагом 100 м вдоль трассы в трех точках на поперечнике, толщину уплотненных асфальтобетонных слоев – в трех точках на 3 тыс. м² покрытия, согласно СНиП 3.06.03-85 [3], – в трех точках на 7 тыс. м² покрытия. Локальный характер контрольных данных по толщине слоев не исключает ситуации, когда в ходе приемки завершенного объекта строительства выявляются участки несоответствия толщины слоев дорожной одежды, хотя в ходе операционного контроля эти нарушения выявлены не были. При этом в неудобном положении оказывается высший инженерный состав дорожно-строительных организаций, поскольку он несет наибольшую ответственность за соответствие объекта строительства проектным данным и требованиям нормативно-технических документов.
В качестве наглядного примера будет представлен опыт георадарно-лазерного сканирования участка реконструкции автомобильной дороги. На указанном объекте была устроена новая дорожная одежда. Конструкция представлена двухслойным асфальтобетонным покрытием и основанием, состоящим из асфальтобетона, тощего бетона, щебеночной смеси и песка.
Методика работ включает в себя следующие этапы:
– георадарно-лазерное сканирование;
– назначение мест бурения;
– калибровку георадарных данных с учетом результатов буровых работ;
– подготовку отчетных материалов.
Георадарно-лазерное сканирование предполагает выполнение традиционных мобильного лазерного сканирования и георадарного обследования. Важным условием является обеспечение возможности высокоточной привязки георадарных данных на местности с последующим совмещением результатов съемки обеих систем. На рисунке 1 представлен один из примеров комплекса такого оборудования.
Рис. 1. Оборудование для георадарно-лазерного сканирования
Синхронизация данных двух систем выполнена на уровне программного обеспечения, благодаря чему георадарные данные были преобразованы в массив и облако точек. На рисунке 2 представлен фрагмент трассы с проектными решениями и результатами георадарной съемки толщины пакета асфальтобетонных слоев в виде облака точек. Точки раскрашены по высоте, в данном случае красный цвет – это значения менее 17 см, зеленый – более 17 см. Данное значение установлено с учетом 20 % (40 мм) отклонения в меньшую сторону относительно проектного (максимально допустимое отклонение по СП 78.13330.2012 [2] – ±10 %, по СНиП 3.06.03-85 [3] – от –15 до +20 мм). Представленные георадарные данные в виде облака точек были записаны при значении диэлектрической проницаемости асфальтобетона, равном 6, принятом на основании опытно-практических данных [4]. Не следует считать, что полученные с помощью георадара значения толщины слоев являются абсолютными. Поскольку исходная диэлектрическая проницаемость задана условно, на рисунке 2 можно увидеть только местоположение участков с наименьшей толщиной, на которых целесообразно выполнить буровые работы.
Рис. 2. Преобразование георадарных данных в облако точек: красный цвет – толщина слоя асфальтобетона менее 17 см; зеленый – более 17 см
На основании полученных георадарных данных на плане с проектными решениями было назначено 19 участков для выполнения буровых работ по критерию наименьшей толщины. Отбор кернов показал отклонение в меньшую сторону толщины пакета асфальтобетонных слоев на разных участках от 18,25 до 23,25 %, что практически вдвое выше максимально допустимого по СП 78.13330.2012 [2] значения в 10 %. Максимальное отклонение от проектных значений в меньшую сторону составило по верхнему слою покрытия 54 %, по нижнему слою покрытия – 53,33 %, по верхнему слою основания – 57,78 %, по пакету асфальтобетонных слоев в целом – 36,67 %. При сопоставлении с требованиями СНиП 3.06.03-85 [3] в каждом слое имелись отклонения, выходящие за допустимый интервал значений (от –15 до +20 мм). Максимальное отклонение от проектных значений в меньшую сторону составило по верхнему слою покрытия 27 мм, по нижнему слою покрытия – 32 мм, по верхнему слою основания – 52 мм, по пакету асфальтобетонных слоев в целом – 77 мм.
Результаты отбора кернов по представленному примеру говорят о грубом нарушении технологии выполнения дорожно-строительных работ.
Как показывает практика георадарных обследований [5], обеспечить выполнение требований СНиП 3.06.03-85 [3] в части максимально допустимых отклонений по толщине слоев дорожной одежды относительно проектных данных очень сложно, а требований СП 78.13330.2012 [2] – практически невозможно. Поскольку несоответствие по толщине слоев встречается довольно часто, технически целесообразно рассмотреть вопрос о введении более жестких требований в методику расчета дорожных одежд, повышающих коэффициенты запаса на прогиб, сдвиг и изгиб. Отклонения по толщине слоев в 5 и 10 %, допустимые даже по СП 78.13330.2012 [2], не заложены в методику расчета по ОДН 218.046-01 [1]. Как ранее было сказано, расчетные значения толщины слоев по проекту подбираются с учетом требований об экономии материалов, поэтому конструкция дорожной одежды зачастую имеет минимальные коэффициенты запаса.
Подробные данные с результатами отбора кернов в назначенных с помощью георадара местах представлены в таблице 1.
Результаты отбора кернов в назначенных с помощью георадара местах
По результатам отобранных кернов была установлена фактическая диэлектрическая проницаемость, которая составила 5,2 для асфальтобетона. Аналогичные работы были выполнены и по другим слоям дорожной одежды.
Откалиброванные георадарные данные были преобразованы в массив точек и загружены в файл с проектными решениями. Ввиду большого количества точек в отчетных материалах были представлены только результаты по толщине слоев с шагом поперечных профилей 20 м (рис. 3).
Толщина слоя асфальтобетона указана в виде точек с подписями, шаг поперечников 20 м вдоль трассы
Рис. 3. Фрагмент плана с результатами георадарной съемки толщины асфальтобетона
Калибровка георадарных данных по результатам буровых выработок позволяет снизить погрешность измерений при определении толщины слоев, однако такая методика производства работ имеет высокую себестоимость и негативно влияет на долговечность дорожной конструкции. При этом, чтобы проверить откалиброванные результаты георадарной съемки, придется снова использовать разрушающие технологии контроля. В настоящее время предложена возможность выполнения точных измерений толщины слоев дорожной одежды с помощью георадарного оборудования без бурения [6]. Идея заключается в применении метода общей глубинной точки, однако для ее реализации потребуется выполнить цикл научно-исследовательских и конструкторских работ. Серийного производимого оборудования, описанного в патенте [6], не существует как в нашей стране, так и за рубежом.
Выводы
- Даже незначительное уменьшение расчетных проектных значений толщины слоев дорожной одежды может привести к необеспеченности требований по прочности, морозоустойчивости и осушению.
- Георадарно-лазерное сканирование позволяет выявить отклонения от проект-ных значений по толщине слоев вновь устроенной дорожной одежды, которые не всегда возможно установить с помощью традиционных методов контроля соответствия выполненных дорожно-строительных работ.
- По результатам приемки объекта реконструкции с устройством новой дорож-ной одежды с помощью георадара было установлено отклонение в меньшую сторону толщины пакета асфальтобетонных слоев на разных участках от 18,25 (41 мм) до 23,25 % (49 мм), максимальное отклонение от проектных значений в меньшую сторону составило по верхнему слою покрытия 54 % (27 мм), по нижнему слою покрытия – 53,33 % (32 мм), по верхнему слою основания – 57,78 % (52 мм), по пакету асфальтобетонных слоев в целом – 36,67 % (77 мм).
- Поскольку несоответствие по толщине слоев встречается довольно часто, тех-нически целесообразно рассмотреть вопрос о введении более жестких требований в методику расчета дорожных одежд, повышающих коэффициенты запаса на прогиб, сдвиг и изгиб.
- С целью обеспечения возможности выполнения точного неразрушающего контроля толщины слоев необходима доработка георадарного оборудования под возможности работы по методу общей глубинной точки, что позволит отказаться от большого количества буровых работ и положительно скажется на долговечности дорожных конструкций.
ЛИТЕРАТУРА
- ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд (взамен ВСН 46-83).
- СП 78.13330.2012. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85.
- СНиП 3.06.03-85. Автомобильные дороги.
- Кулижников А. М., Еремин Р. А. О диэлектрической проницаемости при выполнении георадарных работ // Инженерная геофизика – 2014: Х международная научно-практическая конференция и выставка. Геленджик, 2014.
- Кулижников А. М., Р. А. Еремин. Степень качества // Дорожная держава. 2015. № 61. С. 23–27.
- Пат. 166300 U1 Российская Федерация, МПК G01B 15/02 (2006/01). Устрой-ство для определения толщины асфальтобетона (бетона) на базе георадарного оборудования [Текст] / Еремин Р. А.; заявитель и патентообладатель Еремин Р. А. № 2016107853/28; заявл. 03.03.2016; опубл. 20.11.2016, Бюл. № 32.
Р. А. Еремин, канд. техн. наук, ГБУ «Автомобильные дороги» (Москва)
