Совершенствование нормативной базы проектирования дорожных одежд
Пользователи автомобильных дорог предъявляют все более высокие требования к эксплуатационному состоянию дорог и, как следствие, к совершенствованию методов проектирования дорожных одежд. Сегодня дорожные одежды работают в сложных условиях постоянно растущей интенсивности движения транспортных средств, в режиме, когда быстро накапливаются остаточные деформации, происходит интенсивное истирание дорожных покрытий, появляются различные виды повреждений. Это приводит к снижению срока службы дорожных одежд и покрытий.
Наибольшее разрушающее воздействие на дорожную конструкцию оказывают многоосные грузовые транспортные средства,номенклатура которых расширяется с каждым годом. В России более 60 млн автомобилей, из которых 12% составляют грузовые.За последние 30 лет транспортная нагрузка на автомобильные дороги возросла более чем в 4 раза. Не учитывать это на стадии проектирования дорожных одежд, безусловно, нельзя.
Существенное повышение надежности и долговечности дорожных конструкций требует детального анализа накопленного опыта расчета и конструирования дорожных одежд.
В практике проектирования авто-мобильных дорог процессу конструирования дорожной одежды пока не уделяется должного внимания. Не в полной мере организован учет фактического опыта эксплуатации разнообразных дорожных конструкций с выявлением наиболее эффективных решений. Поэтому выбор в пользу той или иной конструкции дорожной одежды во многих случаях проводится без учета накопленного опыта применения хорошо зарекомендовавших себя на практике конструкций.
В мировой практике существует два принципиальных подхода к проектированию конструкций дорожных одежд. Первый подход
основан на расчете по теоретико-эмпирическим зависимостям (формулам или номограммам). Примеры: ОДМ 218.046-01, ПНСТ-265, ПНСТ-542, «Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд». Второй подход предполагает назначение типовых конструкций, апробированных на полигонах или в реальных эксплуатационных условиях. Типовые конструкции дорожных
одежд широко применяют при проектировании как в России, так и в зарубежных странах.
Специалистами МАДИ за последние годы разработаны следующие нормативные документы:ОДМ 218.2.104-2019. «Альбом типовых конструкций нежестких дорожных одежд в различных дорожно-климатических зонах»; «Альбом типовых дорожных конструкций г. Москвы»; СТО ГКУ УДХ Республики Башкортостан, «Альбом типовых конструкций дорожных одежд для использования на сети автомобильных дорог регионального и межмуниципального значения»; ГОСТ Р 59628-2021 «Дороги автомобильные общего пользования. Проектирование жестких дорожных одежд. Типовые конструкции».
Конструирование дорожных одежд осуществлялось на принципах обеспечения нормативных сроков службы и основывалось на передовом отечественном и зарубежном опыте назначения и сочетания дорожно-строительных материалов в слоях дорожных одежд с учетом климатических и грунтово-гидрологических условий.
Основные принципы конструирования и расчета дорожных одежд
амплитуда лебания влажности и плотности.В этом случае будет обеспечена более стабильная работа конструкции дорожной одежды в течение периода года, когда грунт земляного полотна будет находиться в непромерзшем состоянии. Относительно высокие расчетные
значения характеристик грунта земляного полотна позволяют проектировать более экономичные дорожные одежды (самый дорогой
элемент автомобильной дороги).
2. По нашему мнению, должны быть исключены из списка применяемых грунтов для рабочей зоны земляного полотна пылеватые
грунты: пески пылеватые, супеси пылеватые, суглинки легкие тяжелые пылеватые, глины легкие пылеватые, а также глины тяжелые.
Такое ограничение продиктовано тем, что при применении пылеватых грунтов приходится предусматривать значительные по толщине
морозозащитные слои.
3. Необходимо предусматривать размещение прослойки из геотекстильного материала между поверхностью земляного полотна и
дополнительным слоем основания из песка при проектировании дорожных одежд на глинистых грунтах. В условиях длительных сроков службы в результате заиливания толщина чистого песка сокращается, дренирующая собность дополнительного слоя основания снижается, растет риск развития недопустимого морозного пучения.
4. Следует предусматривать размещение прослойки из геотекстильного материала между дополнительным слоем основания
и слоем основания из неукрепленных каменных материалов. Данное мероприятие предотвращает процесс втапливания щебеночного
материала в нижерасположенный песчаный слой при уплотнении и позволяет избежать перерасхода щебня (щебеночно-гравийно-песчаных смесей). Кроме того, постепенное измельчение каменного материала на длительном межремонтном отрезке времени приводит к загрязнению песка сверху,пусть и медленному.
5. Желательно предусмотреть армирование асфальтобетонного дорожного покрытия трещинопрерывающей сеткой, уложенной между
нижним слоем покрытия и верхним слоем основания из асфальтобетона для замедления процесса образования усталостных
и отраженных трещин. Данное решение является одним из приемов обеспечения нормативного периода до ремонта дорожного
покрытия, равного 12 годам.
6. В последнее время в нормативные документы по расчету и конструированию дорожных одежд сверх расчета включается слой
износа или защитный слой с нормативной периодичностью его восстановления. Вид слоя износа принимается в зависимости от категории автомобильной дороги и интенсивности движения. Данная мера направлена на обеспечение нормативных сроков службы дорожных одежд и покрытий.
Основным документом, регламентирующим проектирование жестких дорожных одежд в России, являются «Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд» (взамен ВСН197-91). Основные положения этих рекомендаций были
разработаны на основе теоретических представлений и фактического опыта применения жестких дорожных одежд 60–70-х годов прошлого столетия и, к настоящему времени существенно устарев, не соответствуют Техническому регламенту Таможенного союза.
Максимальное значение толщины цементобетонного покрытия для автомобильных дорог с высокой интенсивностью движения грузовых автомобилей, рассчитанное по Методическим рекомендациям, не превышает 24 см. При этом, как показывает зарубежный
опыт, для достижения высокой эксплуатационной надежности цементобетонных покрытий и сроков службы 30 и более лет необходима
толщина не менее 28 см.
Сейчас специалистами МАДИ разрабатывается нормативный документ ПНСТ «Дороги автомобильные общего пользования. Проектирование жестких дорожных одежд», где будут заложены современные подходы к конструированию и расчету дорожных одежд.
В 2021 году мы разработали ГОСТ Р 59628-2021 «Дороги автомобильные общего пользования. Проектирование жестких дорожных одежд.Типовые конструкции». Стандарт регламентирует параметры жестких дорожных одежд с монолитными цементобетонными покрытиями и позволяет нормировать важнейшие параметры конструкции дорожной одежды: толщину дорожного покрытия, тип и параметры основания, толщину дополнительного слоя основания, расстояния между швами сжатия, диаметр анкеров и дюбелей, а также расстояние между ними.
В качестве основного фактора, предопределяющего параметры конструкции, принята величина прогнозируемого количества про-
ходов стандартных осевых воздействий за проектный срок службы конструкции дорожной одежды. В качестве расчетной принята нагрузка А–11,5. Проектный срок службы жесткой дорожной одежды назначается не менее 30 лет.
Требуется периодическое обновление конструкций, которое должно происходить на основании полученных наблюдений за работоспособностью дорожных одежд и покрытий в различных природно-климатических условиях, а также выполнения научных исследований. Пересмотр типовых конструкций дорожных одежд должен осуществляться не реже одного раза в 10 лет. Как показывает практика, можно привести множество примеров относительно того, что задолго до истечения проектных сроков службы на поверхности проезжей части появляются трещины, выбоины, колейность и другие повреждения. В итоге потребность в ремонтных воздействиях наступает до истечения нормативных сроков. Причин здесь несколько:
■ фактические отклонения значений интенсивности и состава движения в процессе эксплуатации от прогнозируемых значений, принятых в процессе проектирования;
■ неоднородность грунтов земляного полотна и материалов для дорожных одежд, часто значительно превышающая директивные значения;
■ отклонения фактических параметров атмосферных процессов (главным образом – изменения температуры и количество выпадающих осадков в период эксплуатации от среднемноголетних значений, принятых при расчете и конструировании дорожной
одежды.
Детальный анализ результатов многолетнего мониторинга стояния дорожных покрытий на автомобильных дорогах в нашей
стране и за рубежом показал и обратное: на многих объектах можно обнаружить отдельные участки автомобильных дорог, на которых покрытия служат значительно дольше нормативных сроков службы. Данное обстоятельство послужило основанием к постановке широкого круга исследований в направлении существенного повышения говечности и сроков службы дорожных одежд. Учитывая общую мировую тенденцию к повышению сроков службы дорожных одежд, уже сегодня требуется сформулировать принципы конструирования дорожных одежд на срок службы 50 и более лет.
Одним из основных новых требований должно стать увеличение общей жесткости дорожных конструкций. Так, применение цементобетона в конструктивных слоях дорожных одежд позволит уменьшить нагрузку на нижележащие слои дорожной одежды и
грунтовое основание, значительно замедлить процессы накопления повреждений в этих слоях и обеспечить увеличение срока службы автомобильных дорог до капитального ремонта. Построенные таким образом дороги могут служить более 50 лет без капитального
ремонта, требуя лишь периодического удаления и замены слоя износа.
Примером дорожной одежды с увеличенным сроком службы может служить экспериментальный участок автомобильной дороги
М-4 «Дон» (км 52 – км 71). В 2009году он был реконструирован со строительством цементобетонного покрытия на трех полосах движения в каждом направлении. В 2017 году на цементобетонном покрытии (на левой и средней полосах движения) был устроен
слой износа из высокопрочного асфальтобетона ЩМА-12 толщиной 3,5 см с подгрунтовкой основания полимерно-битумной (латексной) эмульсией с расходом 0,8–1,2 л/м² (мембранная технология). Среднесуточная интенсивность движения на этом участке – более 40 тыс. автомобилей. На основании выполненных исследований сделан вывод, что устройство на цементобетонных покрытиях высокопрочного асфальтобетонного слоя износа из ЩМА толщиной 3,5 см с подгрунтовкой основания латексной эмульсией является эффективной технологией для обеспечения повышенного срока службы дорожных одежд. Требуется продолжать научные работы по совершенствованию норм проектирования дорожных одежд:
1. Совершенствовать методику приведения к расчетной нагрузке различных типов современных транспортных средств и расчету
общего количества приложения расчетной нагрузки за срок службы.
2. Уточнить требования к расчетному модулю упругости грунта в рабочей зоне земляного полотна и расчетным характеристикам материалов конструктивных слоев дорожных одежд.
3. Разрабатывать новые подходы к конструированию и расчету дорожных одежд на основе мониторинга и проведения научных
исследований.
В.В. Ушаков,
д-р техн. наук, профессор,
заведующий кафедрой
«Строительство и эксплуатация
дорог» МАДИ, президент
Ассоциации бетонных дорог
Журнал "Дорожная держава"