Методы инструментального контроля геометрических элементов

Автомобильных дорог

Необходимость в измерении параметров геометрических элементов автомобильных дорог возникает при первичных обследованиях, уточнении паспортных данных дороги до и после производства ремонтных работ, а также при оценке транспортно-эксплуатационных качеств дороги и других работах.

В процессе полевых измерений восстанавливают ось дороги, определяют ширину проезжей части и обочин, продольные и поперечные уклоны, радиусы кривых в плане и продольном профиле, высоту насыпей и глубину выемок, заложение откосов и другие параметры.

В случаях, когда требуется более обширная и полная информация об элементах дороги и дорожных сооружениях, выполняют топографическую съемку ситуации с оформлением соответствующей документации по ВСН 1 - 83 «Типовая инструкция по техническому учету и паспортизации автомобильных дорог общего пользования», утвержденному Минавтодором РСФСР 05.02.1982.

При проведении полевых измерений применяют стандартные геодезические приборы и инструменты, позволяющие определять параметры геометрических элементов с высокой точностью.

Бригада по проведению полевых измерений должна быть оснащена в полном объеме геодезическими приборами и инструментами (теодолиты, нивелиры, рейки, ленты, рулетки, металлические держатели для вешек, штыри, железные костыли или трубки с заостренными концами для забивки в дорожное покрытие при закреплении трассы, ломы, лопаты, клинья, кувалды).

Для ограждения рабочих мест в соответствии с правилами без­опасности при производстве работ бригада должна быть дополнительно оснащена переносными ограждениями, красными фонарями и стандартными переносными дорожными знаками.

Перед началом работ на проезжей части дороги с обеих сторон от места их производства устанавливают предупреждающие знаки «Дорожные работы» и переносные ограждения, перекрывающие полосу движения, на которой предстоит выполнение работ.

За движением автомобильного транспорта организуется непрерывное наблюдение в целях своевременного оповещения сотрудников об опасности.

Все необходимые приборы и оборудование по возможности следует располагать за пределами дорожного полотна. Автомобили, перевозящие людей и оборудование к месту производства работ, ставят на обочине, а при наличии съездов - на обрезе за канавой.

При полном восстановлении трассы трассирование начинают с определения положения оси дорожного покрытия на прямых участках дороги и установления положения вершин углов.

Положение оси определяют несколькими промерами ширины земляного полотна с проезжей части с фиксацией осевых точек дороги вехами. Вехи, выставляемые таким образом, выравнивают по теодолиту в прямую линию.

При этом в случаях смещения трассы на отдельных, значительных по протяженности, участках настолько, что возникает необходимость уширения дорожной одежды с одной стороны при наличии изменений ширины с другой стороны, вводят дополнительные трассировочные углы.

Промер линии производят по бровке земляного полотна; в случае значительного разрушения бровки, а также при большой извилистости существующей дороги и частом чередовании закруглений малых радиусов - по оси проезжей части.

Пикетные точки и сторожки забивают на правой бровке дороги, считая по направлению хода пикетажа. На сторожках и в пикетажном журнале с точностью до 0,1 м указывают расстояние от точки, установленной на бровке, до оси для того, чтобы все последующие виды изыскательских работ могли быть привязаны к пикетажу трассы по оси.

Положение трассы фиксируют:

краской - на дорогах с усовершенствованными дорожными покрытиями;

штырями или заостренными трубками, забиваемыми вровень с поверхностью дорожного покрытия - на дорогах с дорожными покрытиями переходного типа;

деревянными кольями - на дорогах с дорожными покрытиями низкого типа;

краской на скальных обнажениях и отдельно расположенных крупных камнях - на горных дорогах.

Начало и конец трассы, как и весь промер линии, увязывают с существующими знаками километража. Рекомендуется совмещать направление промера линии с направлением существующего километража.

Все пикеты, кратные десяти, должны быть совмещены с положением существующих километровых знаков на дороге. Нумерация их должна совпадать с номером километра, увеличенным в 10 раз. Если расстояние между двумя соседними километровыми знаками отличается более чем на 1 м, вводят рубленый пикет.

Промер линии и ведение пикетажного журнала производят в соответствии с Наставлением пикетажисту при изысканиях автомобильных дорог, утвержденным Союздорпроектом Минтрансстроя 28.09.1956.

Ширину проезжей части, ширину левой и правой краевых укрепленных полос, укрепленных и неукрепленных обочин (а на дорогах I категории и ширину разделительной полосы) измеряют на каждом характерном участке дороги, но не реже чем 1 раз на 1 км.

К характерным участкам относятся:

прямые участки в плане с одинаковой шириной проезжей части и укрепленных краевых полос, а при отсутствии краевых полос - участки дороги с одинаковой шириной проезжей части;

участки кривых в плане с радиусами кривых 200 м и более;

участки кривых в плане с радиусами кривых менее 200 м;

участки сужений проезжей части над трубами, в местах установки ограждений, парапетов, направляющих столбиков с шагом установки менее 10 м.

На месте измерения разбивают поперечник, местоположение которого заносят в журнал. Измерения с точностью до 0,1 м производят стальной лентой, рулеткой или курвиметром типа КП-203, который представляет собой колесо окружностью 1 м, установленное на вилке с ручкой и соединенное зубчатой передачей со счетчиком СО-59. До начала измерений с поверхности проезжей части, краевых укрепленных полос и укрепленных обочин очищают пыль и грязь для четкой видимости границы укрепления.

В тех случаях, когда из-за одинакового дорожного покрытия визуально невозможно выделение границы проезжей части и краевой укрепленной полосы или укрепленной обочины их размеры уточняют по данным проектной и исполнительной документации.

Ширину основной укрепленной поверхности дорожного покрытия при определении показателя влияния этой ширины на обеспеченность расчетной скорости движения вычисляют как сумму ширины проезжей части и краевых укрепленных полос.

Одновременно с измерением ширины проезжей части, краевых укрепленных полос и обочин в журнал измерений заносят данные о числе полос движения, типе и состоянии дорожного покрытия и поверхности обочины, а также о наличии разметки.

Для определения продольных и поперечных уклонов дорожного покрытия и обочин, заложения откосов земляного полотна, кюветов и выемок, ровности и ширины земляного полотна, основания и дорожного покрытия, толщины конструктивных слоев дорожной одежды применяют универсальную линейку (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Универсальная линейка:

1 - ручка; 2 - эклиметр; 3 - лимб измерительного устройства;

4 - двухшарнирный складывающийся трехметровый корпус;

5 - измерительное устройство с уровнем; 6 - клиновой шаблон

Универсальная линейка представляет собой двухшарнирный складывающийся трехметровый корпус 4, имеющий на боковой поверхности шкалу для измерения геометрических параметров, проградуированную в сантиметрах.

На верхней плоскости центральной части корпуса линейки расположено измерительное устройство 5 с уровнем для измерения продольных и поперечных уклонов.

Измерительное устройство имеет лимб 3, программированный в промилле. В средней части корпуса расположен эклиметр 2 для измерения заложения откосов насыпей и выемок, представляющий собой балансир со шкалой, проградуированной в уклонах.

На торце линейки закреплен клиновой шаблон 6 для определения ровности дорожного покрытия и измерения толщины конструктивных слоев покрытия. На верхней плоскости шаблона обозначена последовательно увеличивающаяся высота выступов в миллиметрах для определения просветов под рейкой. На нижней части шаблона нанесена шкала для измерения толщины конструктивных слоев дорожного покрытия, проградуированная в сантиметрах.

Радиус существующей кривой в плане при отсутствии документации может быть определен тремя способами.

По первому способу с помощью теодолита определяют угол поворота. Затем находят точки «Начало круговой кривой» (НКК) и «Конец круговой кривой» (ККК) (рис. 7.2).

Радиус кривой определяют по формуле

(7.1)

где К - длина кривой, м; α - угол поворота дороги, °.

Рис. 7.2. Схема для определения радиуса кривой по длине кривой и углу

поворота:

α - угол поворота дороги;

ВУ - вершина угла; НКК, ККК - соответственно начало и конец круговой кривой

При длине кривой, определяемой не по оси дороги, а по кромке проезжей части, найденное значение радиуса уточняется:

R_к = R - 0,5В, (7.2)

где R_к - уточненный радиус кривой, м; R - вычисленное значение радиуса, м; В - ширина проезжей части, м.

По второму способу радиус кривой определяют путем измерения отрезка Z и хорды l₁, стягивающей дугу окружности (рис. 7.3).

Хорду рекомендуется принимать равной длине мерной ленты (20 м). Радиус кривой в плане определяют по формуле

(7.3)

Как и по первому способу, при определении длин стрелки Z и хорды l₁по кромке покрытия радиус кривой уточняется.

По третьему способу вначале определяют вершину угла поворота. Затем с помощью теодолита, установленного над точкой вершины угла, определяют угол поворота и длину отрезка биссектрисы, измеряемой мерной лентой или курвиметром от вершины угла поворота до середины проезжей части (рис. 7.4).

Рис. 7.3. Схема для определения радиуса кривой по хорде:

l₁ - хорда; Z - отрезок; остальные обозначения см. на рис. 7.2

Рис. 7.4. Схема для определения радиуса кривой по биссектрисе:

l₂ - длина отрезка биссектрисы от вершины угла до середины проезжей части;

остальные обозначения см. на рис. 7.2

Радиус кривой определяют по формуле

(7.4)

где l₂ - длина отрезка биссектрисы от вершины угла поворота до середины проезжей части, м.

Для определения расстояния видимости используют геодезические приборы (теодолит, дальномер и дальномерные насадки).

При наличии чертежей плана и продольного профиля расстояние видимости может быть установлено графоаналитическими методами. В этом случае расстояние видимости в продольном профиле измеряют с помощью специального прибора (рис. 7.5). Прибор состоит из опорной плиты 1 и линейки 2, поворачивающейся вокруг точек A и В. На плите нанесена шкала расстояний 6 в масштабе 1:5000. На окружностях 5, имеющих центры в точках А и В, нанесены шкалы уклонов, дающие возможность внесения поправок на ошибки при измерении расстояний видимости, вызываемые тем, что вертикальный масштаб профилей в 10 раз превышает их горизонтальный масштаб. Поправку следует вводить при уклонах более 40 ‰:

Наклон линии видимости, ‰………………………………………40 50 60 70

Поправочный коэффициент…………………………………….…1,08 1,12 1,16 1,22

Расстояние ОА на плите равно расстоянию ОВ и соответствует отложенной в масштабе 1:500 высоте расположения глаз водителя легкового автомобиля над поверхностью дороги (1,2 м). На поворотной линейке имеется так называемая линия видимости 3 и параллельные ей сплошные линии 4 - высоты встречного автомобиля (1,2 м) в масштабе 1:500.

Непосредственно на дороге расстояние видимости может быть оценено с помощью приборов, имеющих дальномерные приспособления.

Рис. 7.5. Прибор для измерения расстояния видимости на основе

продольного профиля дороги:

1 - опорная плита; 2 - линейка; 3 - линия видимости; 4 - высоты встречного

автомобиля в масштабе 1: 500; 5 - окружности с центрами в точках А и В;

6 - шкала расстояний в масштабе 1:5000;

S₁ - расстояние видимости поверхности дороги; S₂ - расстояние видимости встречного автомобиля

Наиболее простой метод измерения заключается в последовательной (через 25...50 м) проверке видимости при помощи приборов, имеющих дальномерные насадки.

Состав работ меняется в зависимости от того, проверяется видимость в плане или в продольном профиле. При определении видимости в плане рабочий инструмент устанавливают на крайней правой полосе движения на расстоянии 1,5...1,7 м от кромки проезжей части. Высоту инструмента выбирают из условий удобства работы и роста наблюдателя.

При определении видимости в продольном профиле высота инструмента принимается близкой 1,2м - высоте положения глаз водителя.

Для определения геометрических элементов автомобильных дорог можно применять наземную фотограмметрическую съемку.

При этом для определения всех геометрических параметров дороги по стереоснимкам используют фототеодолиты (или спаренные аэрофотокамеры) и рейки, устанавливаемые вертикально на двух автомобилях.

С целью сокращения числа фотоснимков и объема фотограмметрической обработки при использовании обычной фототеодолитной съемки с каждой точки выполняют многократное фотографирование на одну фотопластину рейки, устанавливаемой последовательно в разных точках придорожной полосы.

Достоинством этих методов является также возможность изучения по перспективным фотоснимкам характеристик движения транспортных потоков.

При большом объеме работ по установлению размеров геометрических элементов, а также при паспортизации дорог применяют аэрофотосъемку и ходовые лаборатории.

Для измерения элементов плана и продольного профиля в ходовых лабораториях используют гироскопическое оборудование, достаточно точно регистрирующее траекторию перемещения центра тяжести автомобиля в пространстве. Автомобиль-лаборатория позволяет непрерывно регистрировать следующие элементы автомобильной дороги: протяженность, углы поворота трассы; радиусы кривых в плане; продольный уклон на отдельных участках; радиусы вертикальных кривых; поперечный уклон дорожного покрытия.

Существуют два метода определения радиуса кривой в плане или вертикальной кривой, основанных на применении гироскопической аппаратуры.

Первый метод заключается в определении соотношения угловой скорости ω и линейной скорости υ. Мгновенное значение радиуса кривизны

R_υ = υ/ω. (7.5)

При использовании ходовой лаборатории линейную скорость υ определяют с помощью бесконтактного тахогенератора переменного трехфазного тока. Угловую скорость ω определяют гироскопическим датчиком угловой скорости.

Второй метод заключается в определении угла поворота продольной оси автомобиля γ в поперечной плоскости (для кривых в плане) и в вертикальной плоскости (для вертикальных кривых). Этот угол является углом поворота трассы. Радиус кривой рассчитывают по формуле

(7.6)

где S - пройденный путь, м.

Углы γ определяют гирополукомпасом, направление измерительной оси которого всегда остается постоянным и ориентированным параллельно первоначальной установке.

Универсальным методом установления геометрических элементов автомобильных дорог является аэрофотосъемка.

С помощью крупномасштабной аэрофотосъемки, выполняемой с вертолетов, можно получить как характеристики движения транспортных потоков, так и размеры геометрических элементов, состояние проезжей части, обочин, съездов, пересечений и др.

Для определения размеров геометрических элементов обследуемой дороги наиболее целесообразно использование аэрофотосъемки крупного масштаба от 1: 500 до 1:200.

При этих масштабах точность определения всех геометрических элементов составляет 1...2%.

Применение аэрофотосъемки и ходовых лабораторий целесообразно при полном отсутствии данных о геометрических элементах дорог, а также при выполнении изыскательских работ с целью реконструкции существующей автомобильной дороги.