ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОПРОФИЛЯ АВТОДОРОГИ

ФЕДЕРАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ М-8 «ХОЛМОГОРЫ»

 

RESEARCH MIKROPROFILE ROAD FEDERAL M-8 «HOLMOGORY»

 

Меньшиков А.М., Зиновьев Д.С. (САФУ, г. Архангельск, РФ)

     Menshikov A.M.,  Zinoviev D.S. (NArFU, Arkhangelsk, Russia)

 

Публикуются методика и результаты статистического исследования микропрофиля законченного реконструкцией участка автомобильной дороги федерального значения М-8 «Холмогоры».

 

The publication the methodology and results of the statistical research microprofile complete reconstruction of the road federal M-8 "Holmogory."

 

Ключевые слова: автомобильная дорога, микропрофиль, международный индекс ровности IRI, спектральная плотность дисперсии ординат

Key words: road, microprofile, international roughness index IRI, the spectral density of the dispersion ordinate

 

В последнее десятилетие на многих участках автомобильной дороги федерального значения М-8 «Холмогоры» выполнялся капитальный ремонт, местами производилась реконструкция, в результате чего существенно повысились транспортно-эксплуатационные характеристики дороги.

Летом 2013 г. была произведена реконструкция на участке 1130-1155 км протяженностью 25 км. Качество законченного реконструкцией участка дороги проверялось с помощью передвижной дорожной лаборатории кафедры промышленного транспорта САФУ, оснащенной современным  программно-измерительным комплексом дорожно-диагностической аппаратуры (далее – ПДЛ «ТРАССА»). Наряду с прочими измерительными системами, комплекс оборудования включает два лазерных профилометра, позволяющих измерять ровность (ординаты микропрофиля) дорожного покрытия по международному показателю IRI (International Roughness Index) на полосах наката (рис.1).

Ровность дорожного покрытия оценивается локальным отклонением поверхности контакта колес автомобиля от геометрически идеальной плоскости. Однако в связи с тем, что неровности поверхности покрытия носят случайный характер, их обычно описывают осциллирующими гармоническими функциями и оценивают методами математической статистики. Современные оценки производятся, как правило, на основе показателя IRI или на основе еще более информативной спектральной плотности дисперсии ординат микропрофиля.

Показатель IRI оценивает ровность покрытия в диапазоне частотных характеристик 0,033£ l £0,76 цикла/м, т.е. в полосе длин волн 1,3£ l £30 м [1]. Он определяется для каждых 100 м или 1000 м по стандартной программе на основе измеренных значений амплитуд микропрофилей, а затем представляется в виде таблиц усредненных значений IRI в рассмотренных интервалах.

а

б

Рисунок 1 – ПДЛ «ТРАССА» кафедры промышленного транспорта САФУ:

а – общий вид; б – работа лазерного профилометра

 

 

Для оценки ровности в длинноволновом диапазоне дополнительно по ординатам микропрофиля участка определяют значения спектральной плотности правой и левой полос наката, и среднее значение спектральной плотности.

Спектральная плотность дисперсии микропрофиля (далее – СПД) дает информацию о длинных неровностях, незначительно влияющих на показатель IRI, но оказывающих существенное влияние на колебания автомобиля при движении со скоростями более 80 км/час. СПД является дополнительным показателем ровности проезжей части, учитывающим весь диапазон длин волн неровностей [1].

Исследование микропрофиля участка 1130-1155 км производилось по двум полосам движения, т.е. в прямом и обратном направлениях. Ординаты микропрофиля измерялись лазерными профилометрами с точностью 1 мм, с шагом 25 см. Привязка к пикетажу производилась с помощью оптронного датчика пройденного пути типа «энкодер». Полученный измерениями массив исходных данных ординат микропрофиля N составил более 200 тыс. значений.  

Исходный массив ординат был пропущен через полосовые фильтры четвертого порядка без сдвига фазы в соответствии с методикой [1].

Фильтрация низких частот производилась на основе передаточной характеристики

                                           

где – максимальная длина волны отфильтрованного микропрофиля, м, =100.

Высокие частоты обрезались с помощью фильтра с передаточной характеристикой

                                              

где  – минимальная длина волны отфильтрованного микропрофиля, м, =0,63.

Первичные статистические оценки отфильтрованных массивов ординат представлены в табл.1.

 

Таблица 1 – Статистики рядов ординат микропрофилей первого порядка

Статистики

распределений

Направление дороги

прямое

обратное

левый лазер

правый лазер

левый лазер

правый лазер

Среднее, мм

-0,0250

-0,0202

0,0115

0,0123

Стандарт отклонения, мм

1,708

2,099

1,632

1,829

Размах, мм (min/max)

-18,76/18,82

-33,35/21,90

-13,88/14,04

-31,08/48,94

Асимметрия

0,08

-2,39

0,156

-0,663

Эксцесс

9,85

32,74

5,570

31,064

 

Сведения в табл.1 указывают на то, что ординаты микропрофилей на левой и правой полосах наката значительно различаются. Микропрофиль правой (ближней к обочине) полосы представляется более расстроенным в сравнении с левой (ближней к оси дороги) полосой наката. Различия объясняются перераспределением колесной нагрузки транспортных средств с левого борта на правый борт вследствие поперечного уклона проезжей части, а также (предположительно), разной толщиной слоя асфальта.

Для расчета СПД ординат микропрофиля использовался массив отфильтрованных данных по участку протяженностью 10 км. СПД рассчитывалась по методике, аналогичной [2,3], как трансформанта автокорреляционной функции

                                    ,                                           

где  – коэффициенты автокорреляции ряда ординат микропрофиля {hn};

 – автоковариация уровней ряда при τ = 0, т.е. дисперсия ряда {hn}.

Графики СПД для каждой полосы наката (обозначенные как левый и правый лазеры) в прямом и обратном направлениях представлены на рис. 2,3.

Рисунок 2 – СПД ординат микропрофиля дороги в прямом (от Москвы) направлении

 

Рисунок 3 – СПД ординат микропрофиля дороги в обратном (от Архангельска) направлении

 

Графики на рис.2 указывают на концентрацию основной части дисперсии в интервале частот, соответствующих неровностям с длинами волн 11,5…78,6 м при максимальных значениях СПД в частотах, соответствующих длинам волн 46,3 и 51,6 м (два пика).

На графиках рис.3 основная часть дисперсии группируется в частотах, соответствующих неровностям с длинами волн в интервале 8,7…68,2 м. Максимальные амплитуды СПД отмечаются на частотах, соответствующих неровностям с длинами волн 25,2; 51,3 и 59,0 м.

Необходимо отметить, что максимальные амплитуды СПД на полосе прямого направления (со стороны Москвы) на 27% выше максимумов на полосе обратного направления (со стороны Архангельска) при почти одинаковых суммарных значениях СПД на обеих полосах движения.

Результаты проведенного исследования дают весьма ценную на наш взгляд информацию для технологов подрядной дорожно-строительной организации, выполнявшей реконструкцию дороги.

 

Список использованных источников

1. СТО МАДИ 02066517.1-2006. ДОРОГИ АВТОМОБИЛЬНЫЕ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ. ДИАГНОСТИКА. Определение продольного микропрофиля дорожной поверхности и международного показателя  ровности IRI. Общие требования и порядок проведения.

2. Меньшиков А.М., Чернова Е.М. Статистические модели макропрофилей лесных дорог Архангельской области [Текст] / А.М. Меньшиков  // Актуальные про­блемы лесного ком­плекса: сб. науч­ных тру­дов по итогам Ме­жду­народной на­учно-тех­нической конфе­ренции. Вып.36. – Брянск: Изд-во БГИТА, 2013. – С.20-24.

3. Кендэлл М., Стьюарт А. Многомерный статистический анализ и временные ряды [Текст] / Пер. с англ. Э.Л. Пресмана и В.И. Ротара. – М.: Наука, 1976. – 736 с.