Приложение Г. Рекомендации к составлению программ исследований и по перечню проверяемых показателей

Приложение Г

Рекомендации
к составлению программ исследований и по перечню проверяемых показателей

Измерение модулей упругости (статического и динамического) каждого конструктивного слоя, начиная с земляного полотна

На каждой опытной секции всех испытательных полигонов при строительстве опытных конструкций необходимо производить измерение модулей упругости дорожной конструкции на поверхности каждого конструктивного слоя. Независимо от длины опытной секции на поверхности каждого технологического слоя равномерно по длине производится не менее 30 испытаний статического модуля упругости и не менее 30 испытаний динамического модуля упругости. Испытания проводятся в пределах части секции, не отведенной под отбор кернов и установку датчиков.

Для динамических испытаний модуля упругости на поверхности грунта земляного полотна и немонолитных слоев основания рекомендуется прибор для определения модуля упругости дорожного основания PRIMA 100-Carl Вго. На поверхности монолитных слоев рекомендуется использовать дефлектометр Dynatest FWD/HWD в соответствии с инструкцией на эксплуатацию установки.

В процессе эксплуатации полигона обследования дорожных конструкций с определением динамического и статического модулей упругости должны проводиться регулярно, как в расчетные периоды, так и в летний период (5-7 раз в первый год эксплуатации опытной дорожной конструкции и 3-5 раз в последующие годы), также в пределах участков, не отведенных под отбор кернов и установку датчиков.

На опытных секциях, где будет использована армирующая прослойка между монолитными слоями, с целью оценки эффективности армирования рекомендуется дополнительно проводить (после отбора кернов и вырубок) определение модулей упругости дорожной одежды на уровне уложенной армирующей сетки и, затем, под ней после удаления участка сетки, достаточного по площади для проведения измерений модулей упругости. С целью сохранения данной части опытной секции для дальнейшего отбора проб материалов определение модулей упругости с удалением сетки должно проводиться 1 раз за период наблюдений на опытной секции - весной или осенью следующего года после строительства опытной секции. После испытаний вскрытые участки дорожного покрытия должны быть отремонтированы (включая армирующий слой).

Диагностика продольной ровности, колейности, модулей упругости (статического и динамического) дорожной одежды, коэффициента сцепления и шероховатости

Диагностика продольной ровности, колейности, модулей упругости (статического и динамического) дорожной одежды, коэффициента сцепления и шероховатости в первый год внедрения должна проводиться каждый месяц за исключением зимнего периода - предположительно всего 7 раз. В каждый последующий год эксплуатации диагностика будет проведена всего 3 раза - летом, осенью и весной. Диагностика должна проводиться в сухую погоду. Диагностика сцепных качеств дорожного покрытия будет проводиться на всех полигонах. Работы по диагностике будут вестись только на той части опытного участка, которая не отведена под установку датчиков и отбор кернов.

Для определения продольной и поперечной ровности рекомендуется использовать прибор на основе лазерных датчиков (профилометр) в соответствии с ASTM E950. Одновременно будет определяться продольная ровность по международному индексу IRI. Измерения при помощи профилометра необходимо проводить раз в месяц. Кроме этого после выявления дефектов покрытия продольная ровность и колейность определяется обычным способом универсальной рейкой и клиновым промерником.

Коэффициент сцепления рекомендуется определять при помощи динамометрического прицепа согласно ASTM E274, шероховатость - профилометром параллельно с определением ровности. Кроме этого для определения коэффициента сцепления в отдельных точках (в первую очередь в полосе наката) может применяться прибор ПОКС и прибор ГШК-МАДИ. Этими приборами измерения будут проводиться в 10 точках на опытный участок по левой полосе наката. Для определения шероховатости в этих же 10 точках будет использоваться комплект "песчаного пятна".

Контроль наличия дефектов покрытия и их параметров

Визуальный осмотр проводится с той же периодичностью, что и диагностика каждый раз перед ней. При этом поверхность дороги фиксируется на видеокамеры, смонтированные на автомобиль.

Отбор кернов и вырубок из слоев асфальтобетона и лабораторный контроль отобранных материалов

Отбор кернов и вырубок из слоев асфальтобетона и лабораторный контроль отобранных материалов рекомендуется производить с той же периодичностью, что и диагностику участков, всегда после диагностики.

На отбор и перевозку кернов и вырубок отводится 4 ч. При этом если в конструкции опытного участка присутствует армирующая прослойка, то керны и вырубки отбираются только до уровня уложенной армирующей прослойки.

Работы по исследованию напряженно-деформированного состояния дорожных конструкций

Исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) дорожных конструкций будет осуществляться с помощью специальных датчиков, установленных в различные слои дорожной одежды и земляное полотно. Методика монтажа датчиков и методика их эксплуатации должны быть указаны в технической документации на соответствующие датчики. Места установки датчиков в пределах опытной секции представлены в Приложении Б. Для повышения надежности съема информации датчики устанавливаются с двойным дублированием.

Измерение параметров НДС производится в момент наезда колеса специального грузового автомобиля (с известной нагрузкой на ось) на точку покрытия, под которой расположен датчика в дорожной конструкции. Скорость наезда изменяется от 5 до 40 км/ч и более, в зависимости от задач проводимого исследования. Исследование проводится на участке полигона в тот момента, когда участок свободен от движения других транспортных средств с обеспечением организации безопасности движения.

Работы по исследованию искусственных сооружений

В период эксплуатации искусственных сооружений необходимо проводить их периодические обследования. При обследовании водопропускных труб необходимо проводить проверка состояния конструкции проезжей части над трубой, укрепления откосов насыпи, оголовков и открылков, лотков и русла с верховой и низовой стороны трубы, видимой части конструкции трубы, а также положение трубы в горизонтальной и вертикальной плоскости, профиль насыпи и высоту засыпки над трубой. Наблюдение за эффективностью методов борьбы с наледями на водопропускных трубах.

Опыт эксплуатации мостов из сборных железобетонных балок показывает, что они имеют ряд существенных недостатков, несмотря на низкую стоимость, скорость и простоту монтажа, стандартизацию и унификацию области применения. В том числе:

- ненадежный водопроницаемый недолговечный стык плиты проезжай части сборных балок;

- образование и раскрытие трещин в приопорных зонах от главных растягивающих напряжений.

В составе трассы полигона рекомендуется предусматривать строительство мостового перехода по схеме 320 м. Пролетное строение моста выполняется из сборных железобетонных балок оптимизированного поперечного сечения, объединенных монолитной плитой. Строительство моста позволит получить результаты работы предлагаемой конструкции с целью исключения в дальнейшем существующих проблем с эксплуатацией мостов из сборных железобетонных балок в северных условиях.

Рекомендуется установка термостабилизаторов по периметру фундаментов опор для изучения эффективности влияния термостабилизаторов в многолетнемерзлых грунтах на работу фундаментов опор.

Также рекомендуется изучение температурной трещиностойкости и долговечности различных типов асфальтобетонных покрытий и гидроизоляционных материалов в условиях действия очень низких зимних температур.

При обследовании мостов на ОЭП должны проводиться геодезические измерения, в которые входят съемка продольного и поперечных профилей покрытия проезжей части и тротуаров на сооружении и на подходах, геодезическая съемка продольного профиля нижнего пояса балок (ферм) пролетных строений, деформаций и перемещений опор; визуальное обследование видимых частей сооружения конструкций с выявлением дефектов, в которое входят обследование элементов мостового полотна (в том числе дорожного покрытия и гидроизоляции), обследование пролетных строений, обследование видимой части опор, обследование опорных частей; приборное и инструментальное обследование конструкции, в которое входят проверка соответствия положения опорных частей на опорах требованиям проекта, измерение трещин, измерение прочности бетона методом упругого отскока, пластической деформации или ультразвуковым, исследование глубины карбонизации защитного слоя воздействием на свежий излом фенолфталеином, измерение величины защитного слоя бетона ультразвуковым методом, измерение толщины противокоррозионных покрытий и адгезии, измерение ослабления сечений в местах коррозии. В рамках исследований ремонтных материалов и технологий, измерения НДС элементов существующего моста до и после проведения мероприятий по ремонту.

В ходе строительства искусственных сооружений на ОЭП необходимо проводить полный пооперационный контроль, а также сбор данных о трудозатратах и затратах времени на строительство инновационных типов искусственных сооружений.

В период эксплуатации искусственных сооружений на ОЭП необходимо проводить их периодические обследования на предмет определения усадки, ползучести и потери преднапряжения. При обследовании водопропускных труб проводится проверка состояния конструкции проезжей части над трубой, укрепления откосов насыпи, оголовков и открылков, лотков и русла с верховой и низовой стороны трубы, видимой части конструкции трубы, а также положение трубы в горизонтальной и вертикальной плоскости, профиль насыпи и высоту засыпки над трубой.

Обследование подпорных стен должно включать в себя визуальный осмотр и геодезическое обследование.

Исследование динамики и устойчивости откосов высоких насыпей, их влияние на работоспособность дорожных конструкций, подпорных стен и других удерживающих сооружений

Это направление исследований предполагает организацию мониторинга следующих параметров:

а) смещений грунтов на откосах насыпи;

б) динамического режима участков полигона в увязке с режимом движения грузовых автомобилей;

в) режима грунтовых вод в основании насыпи;

г) режима и расхода поверхностного стока (как естественного, так и зарегулированного);

д) режима выпадения осадков в жидком и твердом состоянии;

е) динамики мощности снегового покрова (периодическая снегомерная съемка) с контролем плотности снега;

ж) объема инфильтрационного питания грунтовых вод;

з) порового давления в толщах грунтов;

и) скорости развития эрозионных процессов;

к) температуры приземного воздуха и температуры грунтов на разной глубине до уровня нулевых амплитуд ее колебаний;

л) контрольные исследования прочностных характеристик грунтов для расчетов устойчивости склонов;

м) осадка в течение времени.

Для этих участков полигона должны быть установлены метеорологические и водобалансовые станции. Кроме того должна производится снегомерная съемка.

Контроль давления грунтов на подпорные стенки, ограждения, устои мостов

Для реализации этого направления в дополнение к вышеперечисленному потребуется рекомендуется организация режимных измерений бокового давления грунтов на подпорные сооружения во времени.

Важным направлением работ на наблюдательном полигоне может стать исследование закономерностей развития бокового давления в грунтах с учетом разных жесткостей подпорных стен и конструкций, в том числе устоев.

Наблюдения за пространственным положением и состоянием искусственных сооружений

Наряду с контролем абсолютных смещений элементов конструкции укрепительных сооружений, который можно осуществлять как с помощью технологий спутникового позиционирования, так и повторными высокоточными геодезическими измерениями, необходимо проводить измерения взаимного относительного перемещения конструкций искусственных сооружений. Предпочтительно выполнять измерения в трех плоскостях, для получения информации об общем векторе и величине горизонтальной и вертикальной составляющей перемещения. Для проведения данного типа измерений обычно используются автоматические трехмерные электрические трещиномеры, которые представляют собой систему из трех датчиков перемещений (трещиномеров). Датчики монтируются на поверхность железобетонных конструкций секций противооползневых сооружений в трех направлениях при помощи направляющих плат.

Для контроля изменений угла наклона поверхности элементов искусственных сооружений рекомендуется инклинометры, закрепляемые при помощи установочных плат на поверхность конструкций сооружений.

Количество точек установки и схема размещения оборудования для контроля деформированного состояния конструкций подпорных стен и других удерживающих искусственных сооружений определяется, исходя из их конструктивных особенностей. В связи с этим для облегчения последующего анализа поступающих данных и надежного выявления причин происходящих деформаций сооружений целесообразно располагать это оборудование вблизи точек установки датчиков бокового давления грунтов.

Важным аспектом при выборе конкретных моделей измерительных средств, используемых в составе сетей режимных наблюдений, является определение необходимых диапазонов и точностей проведения измерений конкретных параметров. Выбор этих характеристик измерительных средств должен основываться на представлениях о пространственных и временных масштабах проявления деформационных процессов в грунтах и элементах искусственных сооружений.

Так, для напряженного состояния жестких подпорных стен, особенно на стыках соседних секций, на участках выгибов, существенное значение имеют смещения уже порядка нескольких миллиметров. Следовательно, соответствующие измерительные устройства должны иметь точность измерения не более 1-2 мм. При оценке же перемещений грунтового массива и использования спутниковых систем позиционирования сооружений на местности, точность измерения перемещений должна соответствовать разрешению этих систем, чтобы перемещения сооружений могли быть сопоставлены с перемещениями грунтов.

Исследование динамической устойчивости грунтов земляного полотна и его естественного основания для выбора оптимальных конструкций дорожных одежд и фундаментов мостовых опор

Для успешной реализации этого направления исследований на полигоне рекомендуется обеспечить измерения:

а) динамических нагрузок от движущегося транспорта;

б) режима влажности и температуры грунтов земляного полотна и его естественного основания;

в) деформаций разных частей земляного полотна и его основания. Реализация этого блока исследований потребует:

- совершенствования имеющихся разработок в области методики экспериментальной лабораторной оценки виброползучести грунтов и измерения, развивающихся во времени реальных деформаций виброползучести;

- разработки стандартной методики измерения колебаний грунтов земляного полотна и связанных с ними напряжений.

В этом случае будет оцениваться роль динамической устойчивости разных грунтов в развитии деформаций земляного полотна.

Исследование закономерностей сезонного промерзания грунтов и его влияние на долговечность и надежность дорожных конструкций

В северных регионах наибольшим деформациям подвергаются низкие насыпи в связи с сезонным промерзанием талых грунтов ниже их подошвы. Это исследование требует организации:

а) наблюдений за глубиной сезонного промерзания и температурой в разных условиях;

б) наблюдений за пучинообразованием при промерзании;

в) изучения состава грунтовых вод и его влияния на интенсивность термоосмоса и формированием шлиров льда;

г) изучения криогенного строения промерзающих грунтов;

д) режима и расхода поверхностного стока (как естественного, так и за регулированного);

е) режима выпадения осадков в жидком и твердом состоянии;

ж) динамики мощности снегового покрова (периодическая снегомерная съемка) с контролем плотности снега;

з) объема инфильтрационного питания грунтовых вод;

и) порового давления в толщах грунтов.

Для определения сил и деформаций пучения грунтов следует применять устройства определенного типа и соблюдать перечисленные ниже требования. Деформации пучения основания и земляного полотна должны измерять посредством устройства марок, которые представляют собой металлический диск диаметром 100 мм, толщиной 8-10 мм. К диску приваривается стержень диаметром 20 мм, длиной на 100 мм превышающий глубину заложения марки.

Конец стержня должен выступать над поверхностью не менее 100 мм, иметь наконечник, оборудованный для возможности нивелирования рейки (например, жестко закрепленный металлический шарик). Каждый наконечник защищается от атмосферных воздействий и механических повреждений металлическим коробом с крышкой. Комплект марок обеспечивает послойное определение деформаций пучения в пределах всего слоя сезонного промерзания с интервалом 300 мм. В пределах опытной площадки устанавливаются несколько термометрических скважин.

При проектировании конструктивных элементов установка: необходимо рассчитывать их на действие ожидаемых сил пучения с учетом возможного превышения в 1,5-2 раза. Упорные элементы опытной установки проектируются с таким расчетом, чтобы деформация, а, следовательно, и максимальное перемещение опытного участка были минимальными и не превышали 5 мм.

Установка монтируется не менее чем за 2 месяца до начала сезонного промерзания грунтов.

При испытаниях обязательно необходимо фиксировать: глубину промерзания, температуру грунта, температуру воздуха, уровень грунтовых вод, определяют основные физические свойства грунта (плотность, влажность, гранулометрический состав).

Наблюдения за силами пучения необходимо начинать с наступлением морозного периода и продолжаются с частотой 4-5 раз в декаду. Наблюдения за перемещением марок проводят 2-3 раза в месяц. В такие же сроки фиксируют глубину промерзания грунта. Для этого помимо замеров температуры в скважинах используются мерзлотомеры (например, Данилина, Ротомского). Глубина промерзания может определяться также бурением. Температура грунта замеряется в термометрических скважинах вытяжными ртутными термометрами, термопарами или электротермометрами сопротивления.

Температуру грунта необходимо замерять на глубинах 20, 50, 100, 150 см и далее через 1 м, а также на уровне подошвы каждой модели фундамента.

Влажность и плотность грунтов определяются в образцах, отобранных через 0,5 м до и после промерзания грунта. На таких площадках целесообразно выполнять многолетние наблюдения.

Исследование динамики развития склоновых процессов и их влияния на работоспособность дорожных конструкций и подпорных сооружений

Это направление исследований устанавливает организацию мониторинга следующих параметров:

а) смещений грунтов на склонах;

б) сейсмического режима участков полигона в увязке с режимом увлажнения массивов горных пород;

в) режима обводнения склона и режима подземных вод;

г) режима и расхода поверхностного стока (как естественного, так и зарегулированного);

д) режима выпадения осадков в жидком и твердом состоянии;

е) динамики мощности снегового покрова (периодическая снегомерная съемка) с контролем плотности снега;

ж) объема инфильтрационного питания грунтовых вод;

з) порового давления в толщах грунтов;

и) скорости развития эрозионных и абразионных (учитывая близость побережья) процессов;

к) температуры приземного воздуха и температуры грунтов на разной глубине до уровня нулевых амплитуд ее колебаний;

л) контрольные исследования прочностных характеристик грунтов для расчетов устойчивости склонов.

Секция полигон для таких исследований должна представлять собой рассредоточенные в разных геоморфологических районах группы скважин и пунктов наблюдений, удаленных друг от друга. Целесообразно разместить их на водоразделе, на склоне, у его подножия и т.п. Для автодорог в горных районах важнейшим моментом мониторинга является выявление условий подтопления и дренированности трассы, а, следовательно, изучение гидродинамики разгрузки подземных вод на склонах.

Для территории с намеченными участками размещения полигона в зоне оползней в обязательном порядке должны быть предоставлены топографическая и гидрогеологическая карта масштаба 1:5000-1:10000 и крупнее или проведена крупномасштабная гидрогеологическая съемка, в т.ч. в составе инженерно-геологической.

Для этих участков полигона должны быть установлены метеорологическая и водобалансовая станции. Организация сети режимных гидрогеологических наблюдений включает:

а) устройство гидрогеологических скважин для наблюдения за уровнями подземных вод;

б) устройство площадок для изучения инфильтрации, динамики влажности зоны аэрации применительно к решению задачи питания подземных вод и задачи формирования увлажнения склонов и откосов;

в) строительство водопостов для наблюдения за уровнями рек и водоемов.

В состав наблюдательных сооружений следует включить дренаж ливневый, и защитный противооползневый (в зависимости от природных условий и типа дорожного сооружения).

Количество наблюдательных скважин на каждом оползневом участке полигона - от 6 до 12 (для разных горизонтов, типов рельефа, дорожных сооружений). Глубина - от 10 до 30 м. Диаметр бурения 127-168 мм. Для опытных скважин откачек диаметр должен быть максимально возможным.

Опытно-фильтрационные исследования на полигоне включают в себя работы по изучению гидрогеологических параметров - кустовые откачки из скважин (длительные - для определения гравитационной емкости и перетекания между горизонтами), наливы в шурфы и собственно наблюдения по режимным скважинам, постам и инфильтрометрам.

Для наблюдений за подземными и поверхностными водами, водным балансом зоны аэрации должен выделяться постоянный квалифицированный персонал. Эти наблюдения должны носить длительный, многолетний характер.

Контроль давления грунтов на подпорные стенки, ограждения, устои мостов

Для реализации этого направления в дополнение к вышеперечисленному рекомендуется организация режимных измерений:

а) изменения бокового давления грунтов на подпорные сооружения во времени;

б) изменения оползневого давления грунтов на подпорные и удерживающие сооружения (в том числе в межсвайном пространстве) в увязке с темпами смещения грунтов на склонах и параметров сейсмической активности территории;

в) темпов накопления обломочного делювиально-осыпного материала у подножия склонов вблизи подпорных стен.

Важным направлением работ на наблюдательных полигонах должно стать исследование закономерностей развития бокового давления в различных грунтах, включая крупнообломочные, в том числе с учетом разной жесткости подпорных стен различной конструкции. Данные таких лабораторных и полевых испытаний могут непосредственно сопоставляться с результатами прямых измерений напряжений на наблюдательных полигонах, что позволит получить уникальные по представительности данные для дальнейшего практического применения в транспортном строительстве путем корректировки существующих или разработки новых нормативных и технических документов.

Наблюдения за пространственным положением и состоянием сооружений инженерной защиты

Этот блок наблюдений является важнейшим, поскольку позволяет оценить эффективность защитных сооружений и мероприятий.

Наряду с контролем абсолютных смещений конструкции противооползневых сооружений, который можно осуществлять как с помощью технологий спутникового позиционирования, так и повторными высокоточными геодезическими измерениями, необходимо проводить измерения взаимного относительного смещения секций противооползневых сооружений. Предпочтительно выполнять измерения в трех плоскостях, для получения информации об общем векторе и величине горизонтальной и вертикальной составляющей смещения. Для проведения данного типа измерений обычно используются автоматические трехмерные электрические трещиномеры, которые представляют собой систему из трех датчиков перемещений (трещиномеров). Датчики монтируются на поверхность железобетонных конструкций секций противооползневых сооружений в трех направлениях при помощи направляющих плат.

Для контроля изменений угла наклона поверхности подпорных стен используются наклономеры, закрепляемые при помощи установочных плат на поверхность железобетонных конструкций секций противооползневых сооружений.

Количество точек установки и схема размещения оборудования для контроля деформированного состояния конструкций подпорных сооружений определяется, исходя из конструктивных особенностей противооползневых сооружений и мероприятий по их усилению, а также ожидаемых различий в давлении грунтов на подпорное сооружение. В связи с этим для облегчения последующего анализа поступающих данных и надежного выявления причин происходящих деформаций сооружений целесообразно располагать это оборудование вблизи точек установки датчиков бокового давления грунтов.

Еще одним фактором, который необходимо принимать во внимание при инструментальных наблюдениях за смещениями стены, является состояние самих конструкций: дополнительно внимание необходимо уделить зонам, где уже прослеживаются раскрытые трещины в конструкции, нарушена облицовка, явно видны выгибы и вертикальные относительные перемещения стены.

Важным аспектом при выборе конкретных моделей измерительных средств, используемых в составе сетей режимных наблюдений, является определение необходимых диапазонов и точностей проведения измерений конкретных параметров. Выбор этих характеристик измерительных средств должен основываться на представлениях о пространственных и временных масштабах проявления деформационных процессов в грунтах и железобетонных конструкциях сооружений.

Так, для напряженного состояния жестких подпорных стен, особенно на стыках соседних секций, на участках выгибов, существенное значение имеют смещения уже порядка нескольких мм. Следовательно, соответствующие измерительные устройства должны имеет точность измерения не хуже 1-2 мм. При оценке же перемещений оползневого массива и использования спутниковых систем позиционирования сооружений на местности, точность измерения смещений должна соответствовать разрешению этих систем, чтобы перемещения сооружений могли быть сопоставлены со смещениями грунтов на склоне.

Работы по исследованию других инноваций

На ОЭП рекомендуется апробировать 3D систему Topcon (GPS, ГЛОНАС) - система управления строительной техникой (автогрейдеры, бульдозеры). Данная система позволяет контролировать положение рабочего органа в плане и по высоте, что упрощает производство работ и уменьшает отклонения геометрических характеристик дороги от проектной поверхности. Для определения эффекта повышения точности от применения данной системы планируется провести тщательную исполнительную тахеометрическую съемку каждого конструктивного слоя дорожных одежд и верха земляного полотна на всех опытных участках полигона.

На полигонах необходимо также испытывать инновационные типы разметки. Для них важно осуществить лабораторные испытания, а также периодические осмотры с определением целостности разметки, сцепных качеств разметки, определение коэффициента световозвращения, цветности и яркости.

Некоторые средства организации дорожного движения (информационные табло), используемые на полигоне также будут являться объектами исследований. Для них периодически необходимо проводить определение фотометрических и колориметрических характеристик.

Для определения эффективности применения инноваций в сфере наружного освещения периодически необходимо определять яркость светильников и освещенность поверхности дороги под светильниками и посередине между ними по оси дальней от опоры светильника полосы движения.

Для подсчета количества проходов транспортных средств и определения интенсивности на полигонах необходимо использовать пункт учета движения передвижной ПУДП-1, но точность его работы должна быть тщательно проверена, для чего предусмотрен выборочный ручной подсчет проходов автомобилей по видеозаписи движения и сравнение его результатов с показаниями ПУДП-1.

В ходе исследований на полигоне необходимо проверить качество программного обеспечения. Точность работы неразрушающих средств контроля плотности асфальтобетона также необходимо подвергнуть проверке при помощи лабораторных испытаний.