Неровность аэродромного покрытия в аэропорту является одной из самых больших проблем, с которыми сталкиваются самолеты во время взлета и посадки и руления. Неровности могут быть вызваны многими факторами, таких как деформация асфальтобетонного покрытия, разрушение бетонного покрытия, недостаточное уплотнение грунта и другие неровности поверхности покрытий.
Предотвращение неровностей поверхностей покрытий является важной задачей безопасности полетов. Устойчивые и гладкие поверхности аэродромного покрытия обеспечивают оптимальные условия для взлета и посадки, минимизируют износ шин самолетов и предотвращают несчастные случаи.
Ключевые слова: ровность, ИВПП, искусственная взлётно-посадочная полоса, эксплуатация аэропортов, аэродром, бетонные покрытия.
Comparative analysis of methods for determining the evenness of airfield surfaces using short-step leveling and profilometric equipment. The unevenness of the airfield surface at the airport is one of the biggest problems faced by aircraft during takeoff and landing. Irregularities can be caused by many factors, such as deformation of the asphalt concrete pavement, destruction of concrete, insufficient soil compaction and other surface irregularities of the coatings.
The prevention of surface irregularities is an important safety issue. Stable and smooth airfield surfaces provide optimal conditions for takeoff and landing, minimize tire wear and prevent accidents.
Keywords: evenness, AR 2, artificial runway, airport operation, airfield, concrete pavements.
С целью полного устранения перерывов в летной работе авиации и обеспечения круглогодичной бесперебойной эксплуатации аэродрома на летном поле устраивают искусственные покрытия (на взлетно-посадочных полосах, магистральных и соединительных рулежных дорожках, групповых и индивидуальных местах стоянок самолетов, перронах). В аэропортах высших классов общая площадь покрытий составляет около 500–800 тыс. м 2 и более (2–15 % общей площади аэропорта), а стоимость покрытий достигает 20–25 % стоимости аэропорта.
На аэродромах применяются два типа искусственных покрытий — жесткий и нежесткий.
К жестким относятся покрытия из монолитного предварительно напряженного бетона и железобетона, из сборных предварительно напряженных железобетонных плит, из монолитного железобетона, бетонные и армобетонные покрытия.
К покрытиям нежесткого типа относятся асфальтобетонные.
Одним из основных требований, предъявляемым к искусственным покрытиям, является ровность.
Неровность аэродромного покрытия в аэропорту является одной из самых больших проблем, с которыми сталкиваются самолеты во время взлета и посадки и руления.
Величина нагрузки на покрытие во многом зависит от состояния его поверхности. При движении самолетов в процессе руления, взлетов и посадок из-за местных естественных неровностей покрытий (выколов, выбоин, уступов в швах и т. п.) развиваются колебания самолетов, поэтому фактические нагрузки на покрытие возрастают.
Для поддержания искусственных покрытий аэропортов в соответствии с требованиями ФАП 262 (Об утверждении Федеральных авиационных правил), с периодичностью в 5 лет производится сертификация аэродрома, включающий в себя проверку ровности искусственного покрытия.
Для измерения ровности существует несколько методов:
– с помощью приборов для нивелирования,
– с помощью профилометрических установок
Ниже подробно рассмотрены данные методы с их достоинствами и недостатками.
- Для примера рассмотрим проведение работ по короткошаговому нивелированию продольных профилей ИВПП 08/26 длиной 3400 м Аэродрома Улан-Удэ (Мухино). Работы выполнены в июне 2023 года.
Целью работ является выполнение короткошагового нивелирования трех продольных профилей ИВПП с обработкой материалов нивелирования и составлением каталогов высотных отметок для расчета обобщенной характеристики ровности аэродромного покрытия «R», являющейся критерием оценки соответствия покрытия требованиям нормативных документов.
Для проведения работ использовался нивелир оптический с компенсатором B40A, регистрационный номер 67025–17. Заводской номер WS109821
Свидетельство о поверке № С-АКЗ-R № 0006635 05.06.2023
Оборудование прошло метрологическуюаттестациюи допущено к применению в качестве рабочего средства измерений.
Высоты точек нивелирования были определены методом короткошаговой нивелирной съемки с шагом 0,5 м.
В результате выполненной нивелирной съемки получены значения высот 20403 точек, соответствующие трем продольным профилям ИВПП 08/26. По данным измерениям составляется каталог высотных отметок и продольные профили.
Схема установки нивелира, порядок разметки и нивелирования приведены на рисунке 1.
Рису. 1. Схема установки нивелира, порядок разметки профилей (точек нивелирования) и нивелирования
Продольные профили, расположенные в зонах прохождения основных опор ВС и по оси ИВПП с шагом 40 м.
По результату проведенных работ составляется отчет и заключение о ровности.
1.1 Методика оценки макрорельефа. (МОС ФАП 262 (Методика оценки соответствия гражданских аэродромов Федеральным авиационным правилам «Требования, предъявляемые к аэродромам, предназначенным для взлета, посадки, руления и стоянки гражданских воздушных судов») и ФАП 262)
Оценка соответствия фактического макрорельефа ИВПП действующим требованиям выполнена по следующим показателям:
а) Максимальный продольный уклон крайних участков (1/6 часть длины ИВПП) — не более 0,008;
6) Максимальный продольный уклон среднего участка ИВПП- не более 0,0125;
в) Величина излома сопрягаемых поверхностей искусственных покрытий элементов аэродрома- не более 0,015;
г) При наличии волнообразного продольного профиля расстояние L, м, между смежными переломами продольных уклонов ВПП должно удовлетворять условию:
L≥R (Δl 1 + Δl 2 ) (1)
где Δl 1 , Δl 2 — алгебраическая разность продольных уклонов в смежных переломах элементов ВПП;
R — минимальный радиус вертикальной кривой, равный 30000 м для ВПП класса А;
д) Продольный профиль ВПП должен обеспечивать взаимную видимость двух точек, находящихся на расстоянии не менее половины длины ВПП на высоте 3 м от поверхности ВПП.
1.2 Методика оценки мезорельефа. ( МОС ФАП 262 и ФАП 262)
Согласно п. 2.37 ФАП-262 на поверхности ИВПП не должно быть уступов высотой более 25 мм между кромками трещин, а также волнообразований, образующих просвет под трехметровой рейкой более 25 мм (кроме вершины двускатного профиля и дождеприемных лотков).
Для оценки размеров волнообразований по данным нивелирования для каждого профиля ИВПП вычислены алгебраические разности высотных отметок точек, отстоящих друг от друга на расстоянии 3 м, по формуле:
где h i , h i +1 , h i -1 — отметки смежных точек.
1.3 Методика расчета критерия ровности R. ( МОС ФАП 262 и ФАП 262)
Оценка критерия ровности R выполнялась в соответствии с п. 2.38 ФАП-262, согласно которым для ИВПП аэродромов классов А, Б, В аэропортов, открытых для международных полетов, должна быть определена обобщенная характеристика ровности аэродромного покрытия (R). Значение R для этих ИВПП должно быть не менее 2.
Исходными данными для определения показателя ровности R ИВПП являются результаты геодезической съемки (нивелирования) продольных профилей ИВПП параллельных ее осевой линии и отстоящих от последней на расстояние 3–5 м, с шагом 0,5 м.
Ровность покрытия по критерию R классифицируется как:
– хорошая (при значении R большем 5);
– удовлетворительная (R от 2 до 5 включительно);
– неудовлетворительная (при значении критерия ровности R меньшем 2).
В качестве значения R принимается меньшая из определенных для каждого сечения величин.
Показатель ровности R определялся в зависимости от обобщенных характеристик уровня неровностей аэродромного покрытия С и k , аппроксимирующих спектральную плотность неровностей в виде функции:
где С — коэффициент мощности спектра;
k — показатель степени;
F — пространственная частота длин волн неровностей (1/м).
1.4 Исходные данные короткошагового нивелирования
С целью определения критерия ровности ИВПП аэродрома «Улан-Удэ» (Мухино) в ходе обработки результатов короткошагового нивелирования исследованы 3 статистических ряда высотных отметок:
– ряд «Ось-4,7 м» — отметки профиля, расположенного в 4,7 м вправо от оси ИВПП в направлении от порога 08 к порогу 26.
– ряд «Ось» — отметки профиля оси ИВПП, измеренные в направлении от порога 08 к порогу 26;
– ряд «Ось+4, 7 м» — отметки профиля, расположенного в 4, 7 м влево от оси ИВПП при движении от порога 08 к порогу 26.
Схема расположения профилей и система координат измерения их отметок показаны на рисунке 2.
Рис. 2. Схема измерения отметок профилей ИВПП аэродрома «Улан-Удэ» (Мухино)
1.5 Соответствие покрытия ИВПП требованиям к макрорельефу
Продольный профиль оси ИВПП показан на рис.6. Продольные уклоны сечений ИВПП по двум рядам, расположенным вправо и влево от оси практически одинаковы на макроуровне.
Продольный профиль состоит из шести участков, уклоны и длины которых показаны в табл. 1.
Таблица 1
|
№ участка |
Границы участка |
Средний уклон |
Направление уклона |
|
|
ПК0* — ПК1 |
0 |
нулевой |
|
|
ПК1-ПК3 |
0,0015 |
нисходящий |
|
|
ПК3-ПК14 |
0,0034 |
|
|
|
ПК14-ПК20 |
0,0024 |
|
|
|
ПК20-ПК24 |
0,0049 |
|
|
|
ПК24-ПК34 |
0,0075 |
*ПКО условно принят на пороге 08.
Рис. 3. Продольный профиль поверхности по оси ИВПП
Анализ рис. 3 и табл.1 показал, что продольный уклон ИВПП соответствует требованиям к макрорельефу, приведенным в п.1.1
Где: h — это высота точек, x — это длина полосы.
1.6 Соответствие покрытия ИВПП требованиям к мезорельефу
Анализ профилей показал, что на поверхности всех трех профилей «Ось-4,7 м», «Ось» и «Ось+4,7 м» нет волнообразований, образующих просвет под трехметровой рейкой более 25 мм, то есть требования п. 2.37 ФАП-262 выполняются.
Мезорельеф ИВПП аэродрома «Улан-Удэ» (Мухино) соответствует требованиям ФАП-262.
1.7 Спектральный анализ рядов отметок поверхности ИВПП
В соответствии с методикой расчета критерия ровности R нестационарные ряды высотных отметок отфильтрованы и получены стационарные ряды. Для определения спектральной плотности вычислены статистические оценки отфильтрованных рядов и корреляционные функции.
В результате расчёта функций спектральной плотности неровностей по участкам ИВПП были установлены значения коэффициентов С и k:
Профиль 1– 4,0 м слева от оси ИВПП.
Таблица 2
Коэффициенты C и k, характеризующие уровень и форму спектральной плотности неровностей (по участку ИВПП для профиля 1)
|
Участок ИВПП |
С |
k |
|
ПК 0 — ПК 6 |
0,560 |
2,289 |
|
ПК 6 — ПК 12 |
0,234 |
2,803 |
|
ПК 12 — ПК 18 |
0,196 |
2,968 |
|
ПК 18 — ПК 25+62 |
3,351 |
1,147 |
Соответственно, статистические индексы ровности «R» составили величины, указанные в таблице 3.
Таблица 3
Статистические индексы ровности «R», характеризующие ровность аэродромного покрытия (по участкам ИВПП для профиля 1)
|
Участок ИВПП |
R |
|
ПК 0 — ПК 6 |
2,42 |
|
ПК 6 — ПК 12 |
2,69 |
|
ПК 12 — ПК 18 |
2,37 |
|
ПК 18 — ПК 25+62 |
2,39 |
Профиль 2 — по оси ИВПП.
Таблица 4
Коэффициенты C и k, характеризующие уровень и форму спектральной плотности неровностей (по участку ИВПП для профиля 2)
|
Участок ИВПП |
С |
k |
|
ПК 0 — ПК 6 |
0,508 |
2,347 |
|
ПК 6 — ПК 12 |
0,196 |
2,913 |
|
ПК 12 — ПК 18 |
0,282 |
2,733 |
|
ПК 18 — ПК 25+62 |
2,916 |
1,233 |
Соответственно, статистические индексы ровности «R» составили величины, указанные в таблице 5.
Таблица 5
Статистические индексы ровности «R», характеризующие ровность аэродромного покрытия (по участкам ИВПП для профиля 2)
|
Участок ИВПП |
R |
|
ПК 0 — ПК 6 |
2,45 |
|
ПК 6 — ПК 12 |
2,71 |
|
ПК 12 — ПК 18 |
2,39 |
|
ПК 18 — ПК 25+62 |
2,41 |
Профиль 3– 4,0 м справа от оси ИВПП.
Таблица 6
Коэффициенты C и k, характеризующие уровень и форму спектральной плотности неровностей (по участку ИВПП для профиля 3)
|
Участок ИВПП |
С |
k |
|
ПК 0 — ПК 6 |
0,685 |
2,158 |
|
ПК 6 — ПК 12 |
0,251 |
2,758 |
|
ПК 12 — ПК 18 |
0,229 |
2,866 |
|
ПК 18 — ПК 25+62 |
3,601 |
1,099 |
Соответственно, статистические индексы ровности «R» составили величины, указанные в таблице 7.
Таблица 7
Статистические индексы ровности «R», характеризующие ровность аэродромного покрытия (по участкам ИВПП для профиля 3)
|
Участок ИВПП |
R |
|
ПК 0 — ПК 6 |
2,43 |
|
ПК 6 — ПК 12 |
2,70 |
|
ПК 12 — ПК 18 |
2,39 |
|
ПК 18 — ПК 25+62 |
2,40 |
Для всей длины ИВПП 08/26 принято минимальное статистическое значение индекса R = 2,37 по участку ПК 12 — ПК 18 для профиля 1.
Значение индекса ровности для ИВПП 08/26 R = 2,37 требованию ФАП № 262 (п. 2.38) соответствует.
На основании изложенных данных можно сделать вывод:
- Продольный профиль ИВПП аэродрома «Улан-Удэ» (Мухино) удовлетворяет действующим требованиям к макрорельефу.
- На поверхности ИВПП нет волнообразований, образующих просвет под трехметровой рейкой более 25 мм, требования п. 2.37 ФАП-262 к мезорельефу выполняются.
- На основании спектрального анализа результатов нивелирования продольных профилей ИВПП аэродрома «Улан-Удэ» (Мухино) определен критерий ровности ИВПП-R= 4,11. Соответствующая критерию ровности оценка согласно требованиям ФАП-262: удовлетворительная ровность.
- Еще одним из общеизвестных методом определения ровности искусственных покрытий является измерение ровности с помощью профилометрических установок.
Этот метод осуществляется с помощью мобильного измерительного комплекса на базе автомобиля. Контроль ровности осуществляется также с помощью приборов «Профилограф», предназначенных для измерения продольной ровности и шероховатости аэропортовых покрытий. Измерительные приборы устанавливаются в микроавтобусах в виде поперечин и оснащены лазерами для измерения профилей и структуры поверхности, акселерометрами и оптическими гироскопами, а также компьютером для регистрации, обработки и сохранения результатов измерений.
На основании изложенных данных принцип реконструкции продольного профиля поверхности можно проиллюстрировать геометрической структурой, представленной на рис. 4(Точность измерений соответствует профилометру 1-го класса по стандарту СТО МАДИ 02066517.1–2006).
Рис. 4. Измерение перепада высот и расположение датчиков
Угол α (между горизонталью и корпусом автомобиля) измерен гироскопом. L– расстояние между лазерными датчиками, D0 и D1 — показания датчиков.
Перепад высот поверхности определяют по формуле:
H=D0+L*tg(α)-D1.
При этом можно пренебречь значениями косинусов, близкими к 1.
Для вычисления модуля разностей вертикальных отметок определяется по формуле ГОСТ 33101–2014 (прил. Е):
Н-высотные отметки, i- точки определения высотных отметок
Результаты и структура данных определения показателя ровности приведены на рис. 5.
Рис. 3. Результаты определения ровности
Точность определения неровностей покрытия аэродромного покрытия составляет около 1 мм, повторяемость из различных периодов измерений 1–2 мм. Точность измерений не зависит от изменения скорости, массы движущегося объекта, профиля длины и колебаний температуры. Прибор ежегодно проверяется на калибровочном стенде и не требует дополнительных калибровок и настроек, но позволяет с высокой точностью определять спектральную плотность неравных длин, максимальных амплитуд, превышающих нормативные допуски, и точно определять их (расположение) для каждой неровности в линейную координату. На рис. 7 показан график показателя «ровность» покрытия.
Рис. 6. График показателя «ровность» покрытия аэродромной покрытий
На схеме показан микропрофиль поверхности 100-метрового участка аэродромного покрытий; амплитуды неровностей каждые 5 м выделены красными точками, а максимальные амплитуды каждые 5 м — синими. На схеме видно, что при шаге измерения 5 см данные для оценки показателя «плоскость» более достоверны (СТО МАДИ 02066517.1–2006).
Этот метод способствует повышению эффективности контроля дорожно-строительных и ремонтных работ, работ по планированию ремонта и
капитального ремонта искусственных покрытий, созданию информационного бланка данных о состоянии покрытия конкретной автомобильной дороги и аэродрома, изменении в течение строка службы.
Подводя итоги, каждый из приведенных способов определения ровности покрытий и оснований имеет преимущества и недостатки.
Способ короткошагового нивелирования позволяет передавать высоту в полевых условиях с самой высокой точностью. Это принято считать преимуществом данного метода. Поэтому в геодезическом производстве он является одним из основных способов передачи высот. А при создании государственной нивелирной сети (ГНС) России этот способ пока остается единственным способом нивелирования. Но определение ровности данным методом трудоемкий и требует достаточно много времени.
Способ определения ровности установками мобильного измерительного комплекса обеспечивает высокую стабильность и сжатые сроки измерения и получения исходных данных.
В последнее время в России уделяется большое внимание повышению качества дорожных работ. Ровность покрытия является одним из ключевых показателей качества. Метод измерений ровности установкой мобильного измерительного комплекса на базе автомобиля позволяет значительно сэкономить время работ и автоматизировать данный процесс, что является перспективной и революционной технологией.
Литература:
- СП 121.13330.2019 «СНиП 32–03–96 Аэродромы»;
- ФАП № 262 от 25 августа 2015 г. Приказ Минтранса России от 25.08.2015 N 262 (ред. от 24.11.2017) «Об утверждении Федеральных авиационных правил «Требования, предъявляемые к аэродромам, предназначенным для взлета, посадки, руления и стоянки гражданских воздушных судов» (Зарегистрировано в Минюсте России 09.10.2015 N 39264)
- МОС ФАП № 262 от 25 августа 2015 г. Приказ Минтранса России от 25.08.2015 N 262 (ред. от 24.11.2017) «Об утверждении Федеральных авиационных правил «Требования, предъявляемые к аэродромам, предназначенным для взлета, посадки, руления и стоянки гражданских воздушных судов» (Зарегистрировано в Минюсте России 09.10.2015 N 39264)
- ГОСТ 30412–96 «Дороги автомобильные и аэродромы методы измерений неровностей оснований и покрытий»
- ГОСТ Р 56925–2016 «Дороги автомобильные и аэродромы»
- СТО МАДИ 02066517.1–2006 «Дороги автомобильные общего пользования. Диагностика»
- СТО МАДИ 02066517.1–2006 (№ 78773–20 Описание типа средства измерений)
- ГОСТ 33101–2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Покрытия дорожные. Методы измерения ровности» (прил. Е)
- Мередов Ы. Г. «Технический отчет о коротко шаговом нивелировании поверхности покрытий ИВПП 06/24 Аэродром Улан-Удэ (Мухино). СПб: АТ-строй, 2023–154»
