Глава II. Теоретические положения обеспечения качества в дорожном строительстве

Автомобильная дорога относится к сложной, многокомпонентной продукции, получаемой в результате многоэтапного дорожно-строительного производства. В ее состав входят отдельные дорожные сооружения - земляное полотно, дорожная одежда, мосты, трубы, элементы обустройства дороги, специальные сооружения и др. Каждое из этих сооружений можно рассматривать как самостоятельный вид продукции, полученный на отдельном этапе дорожного строительства. В связи с этим уровень качества автомобильной дороги является функцией качества ее элементов - дорожных сооружений.

Наибольшее влияние на уровень качества автомобильной дороги оказывают дорожная одежда и земляное полотно.

Дорожная одежда - это одно из наиболее ответственных дорожных сооружений и один из наиболее дорогих видов продукции дорожно-строительного производства. Многослойные современные дорожные одежды устраивают, изготовляя, транспортируя, укладывая и уплотняя различные материалы - песок, щебень, гравий, шлак, а также цементобетонные, асфальтобетонные, дегтебетонные и другие смеси. Как известно, изготовление или переработка таких материалов и смесей производятся на стационарных или передвижных камнедробильных, цементобетонных, асфальтобетонных и других заводах и носит промышленный характер. Укладывают и уплотняют дорожно-строительные материалы и смеси мощными и производительными машинами, что также служит признаком промышленного производства, хотя и со специфическими особенностями.

В сущности, изготовление материалов и смесей на заводе, их транспортирование на строящуюся дорогу и устройство из них конструктивного слоя - это единый технологический процесс, в результате которого на данном этапе получают готовую продукцию - дорожную одежду, верхнюю часть проезжей части автомобильной дороги. Как известно, как при проектировании, так и при строительстве преследуется цель достигнуть не только требуемый уровень качества при сдаче дороги в эксплуатацию, но и обеспечить требуемый уровень ее надежности.

Надежность - это один из основных показателей качества автомобильной дороги, проявляющийся во времени и отражающий изменения, происходящие в дороге на протяжении всего времени ее эксплуатации.

В общем случае под надежностью понимают свойство системы выполнять заданные ей функции в конкретных условия эксплуатации в течение заданного времени (см. ГОСТ 13377-75). Прекращение выполнения хотя бы одной из функций называется отказом. Так, применительно к дорожной одежде (покрытию) надежность следует понимать как вероятность того, что она будет выдерживать воздействия нагрузок автомобилей и климатических факторов в заданных условиях в течение межремонтного срока службы. Отказ применительно к дорожной одежде - это событие, заключающееся в появлении в нем разрушений и деформаций, снижающих среднюю оптимальную скорость движения автомобилей. Таким образом, надежность дорожной одежды можно рассматривать как свойство обеспечения ее качества во времени.

На появление отказа влияют внешние и внутренние факторы. К внешним можно отнести различные воздействия автомобильных нагрузок и климатических факторов, к внутренним - особенности структуры и свойств рассматриваемого сооружения. Так как внешние и внутренние факторы и их сочетания носят случайный характер, то надежность дорожного сооружения - это вероятностная характеристика, а отказ - случайное событие.

Как видно, качество конечной дорожно-строительной продукции необходимо рассматривать, в первую очередь, с точки зрения ее надежности, причем важнейшим ее показателем является долговечность. В задачи определения надежности входят:

.   определение надежности дорожного сооружения по известной надежности ее элементов (отдельных слоев основания и покрытия);

2. определение принципов подбора структуры материала и конструкции сооружения, обладающих заданной надежностью;

.   обоснование методов определения отказов контроля качества и испытаний, обеспечивающих управление качеством и в Частности надежностью сооружения.

Проблема обеспечения надежности дорожного сооружения - комплексная, так как уровень показателей его надежности зависит не только от конструктивных (проектных) решений, но и от технологического исполнения и соответствующих эксплуатационных мероприятий.

С учетом вышеизложенных задач надежность дорожно-строительной продукции необходимо рассматривать в трех аспектах надежность продукции, обусловливаемая качеством проектных решений; надежность, обусловливаемая качеством применяемых материалов и совершенством технологического провеса; надежность продукции, обусловливаемая условиями эксплуатации при некотором начальном уровне качества.

Надежность продукции закладывается при проектировании строительстве и реализуется при эксплуатации (рис.1).

Рис. 1. Уровни надежности дорожного сооружения на трех его стадиях

В зависимости от назначения автомобильной дороги в проекте устанавливают такой уровень надежности, который обеспечил бы требуемую долговечность сооружения до истечения межремонтных сроков. Проектный уровень надежности назначается исходя из значимости автомобильной дороги, перспективной интенсивности и состава движения, а также с учетом местных климатических условий, свойств применяемых материалов, грунтовых и гидрологических условий и т.д. Заложенный в проекте уровень надежности должен быть оптимальным по отношению к данной категории дороги. Попытки установить более высокий, чем требуется по категории дороги и климатическим условиям, уровень надежности приведут к повышению строительных затрат и, следовательно, к снижению экономической эффективности. К аналогичному результату можно прийти при недостаточно высокой проектной надежности, когда заметно сокращаются сроки службы сооружения и повышаются расходы на его содержание, ремонт и восстановление.

Таким образом, проектный уровень надежности - есть уровень потенциальной надежности, который следует обеспечить в реальных условиях дорожного строительства.

Проектный уровень надежности Н_пр - первый этап реализации замысла проектировщика. Подбор материалов, составов смесей, определение требований и их качеству, расчет конструкции, обоснование параметров технологических операций я процессов - все это должно приблизить проектный уровень надежности к требуемому уровню Н_тр. Последний, как известно, устанавливается на основе расчетов, опыта строительства и эксплуатации данного типа сооружения, а также на основе интуиции проектировщика.

Проектный уровень надежности может полностью соответствовать требуемому (оптимальному) уровню надежности Н_тр, быть выше или ниже его на величину Л_Пр. Эта величина представляет собой смещение проектного уровня качества и надежности по отношению к требуемому из-за: систематических погрешностей оценки качества исходных материалов; неточного определения фактической и перспективной интенсивности и состава движения; недоучета особенностей данной конструкции применительно к условиям воздействия транспортных нагрузок и климатических факторов и др.

Таким образом, смещение проектного уровня надежности по отношению к требуемому может повлиять на эксплуатационное поведение сооружения после реализации проекта. При этом будут изменяться и долговечность сооружения, интенсивность отказов и т.п.

На этапе строительства дорожного сооружения проектная надежность реализуется в условиях производства, где проявляется влияние производственно-технологических факторов. Итоговым результатом их воздействий служат смещения фактического (технологического) уровня качества готовой продукции по отношению к проектному на величину Л_пт (производственно-технологическое смещение). Поскольку в реальных условиях строительства чаще проявляются отрицательные, чем положительные факторы, величина Лпт будет направлена в сторону снижения надежности до выходного уровня, равного технологическому уровню Я_пт.

Скачкообразное падение выходного уровня надежности сооружения объясняется воздействием на условия формирования качества различных производственно-технологических факторов, приводящих к систематическим и случайным погрешностям. Потери надежности А_пт происходят за счет:

) изменения свойств продукции при ее изготовлении (технологические потери);

) допущенных отклонений свойств при изготовлении материалов и смесей и их укладке, в частности, за счет поставки исходных материалов с несколько иными свойствами, чем требуется;

качество дорожная строительная продукция

3) изменчивости темпов изготовления сборных элементов и материалов и их укладки, а также влияния климатических условий во время строительства дороги и т.п. (производственные потери).

Снижение качества из-за отклонений в технологии и организации строительства дороги изменяет уровень надежности в неодинаковой мере. В одних случаях систематические погрешности технологии могут быть незначительными, и выходная величина надежности оказывается близкой к проектной Я_пр (рис.2, а); в других случаях понижение выходного уровня надежности может быть весьма ощутимым, если грубо нарушается технология и допускаются отступления от проекта (рис.2, б).

Рис.2. Диаграмма снижения надежности дорожного сооружения в ходе проектирования, строительства и эксплуатации

Наиболее неблагоприятно такое сочетание изменения уровня надежности, в котором при проектировании и строительстве Д_пр и Апт направлены в сторону снижения. После завершения строительства сооружения, при его сдаче в эксплуатацию, выходной уровень надежности становится входным уровнем эксплуатационной надежности Н_э в координате времени О'. В любой момент времени t эксплуатационный уровень надежности Н_э будет ниже входного на величину Д_э По мере приближения уровня Н_эк предельному уровню надежности в сооружении появляются отказы, и срок его службы исчерпывается. Пересечение кривой падения надежности Н_э с прямой предельной надежности определяет фактический срок службы сооружения (см. рис.2, б). Потери А_э (/) эксплуатационной надежности, т.е. падение кривой Н_э во время эксплуатации, обусловливаются величинами Ап_Р и Апт и характеризуются весьма сложной их зависимостью. Как видно из рис.2, при отсутствии снижения качества в ходе проектирования и из-за нарушения технологии, т.е. при А_пр = 0 и Апт=0, кривая эксплуатационной надежности понижается во времени с меньшим уклоном, чем при наличии потерь А_Пр и Апт. Следовательно, чем меньше потери за счет проекта и технологии, тем выше входной уровень эксплуатационной надежности и тем медленнее расходуется этот запас при эксплуатации сооружения. И, наоборот, большие потери А_ПР и Апт приводят к быстрому расходованию эксплуатационной надежности во времени, и долговечность дорожного сооружения резко сокращается. Как известно, готовое земляное полотно, дорожную одежду или другой элемент дороги получают в результате многих технологических операций, поэтому формирование; его качества происходит не мгновенно, а по мере протекания технологического процесса во времени. При формировании качества продукции, в частности дорожного асфальтобетона, исходные материалы, оказавшись в технологическом процессе, приобретают новые свойства в результате взаимоконтактирования, воздействия температуры, транспортирования, механических нагрузок и т.п. Получаемый новый материал - асфальтобетон - по своим свойствам, и с точки зрения выполнения требуемых функций, превосходит любой из исходных компонентов, входящих в его состав.