Как обеспечить долговечность дорожной одежды?



Необходимо реализовать мероприятия по повышению уровня надежности, долговечности и работоспособности дорожной одежды как на стадии проектирования, так и на стадии строительства. При проектировании земляного полотна и дорожной одежды должно уделяться правильному назначению уровня надежности и схеме увлажнения земляного полотна.

Ключевые слова: модуль упругости, упругий прогиб, уровень надежность

Введение. От качественного состояния автомобильных дорог в значительной степени зависят работа грузового и пассажирского автомобильного транспорта, а также стоимость перевозок. Состояние автомобильных дорог влияет также на безопасность движения. Конструктивные элементы одежды автомобильных дорог составляют наиболее дорогую и ответственную часть общей конструкции дороги.

Обеспечение долговечности дорожной одежды

Принятые в нормативных документах понятия «уровень надежности дорожной одежды — количественный показатель надежности, определяемый как отношение длины прочных (недеформированных) участков дороги к ее общей длине, противоречит понятию надежности и использование в нормативных документах показывает техническую неграмотность. В ОДН 218.046–2001 табл. 3.1 при заданной надежность К_н равном 0,98, 0,95, 0,90, 0,85 и 0,80, предельный коэффициент разрушения составляет 0,10. Это противоречит физическому смыслу — уровень надежности и объем разрушений в сумме не должен превышать 1,0, а имеем изменение от 1,08 до 0,9. Следует уточнить эту техническую ошибку. Уровень разрушений должен находиться как разность между единицей и уровнем надежности. Уровень надежности должен принять заказчик проектной документации в техническом задании.

Надежность дорожной одежды, как элемента автомобильной дороги, должна предопределяться в техническом задании на проектирование или в проекте на капитальный ремонт автомобильной дороги. При строительстве и в процессе эксплуатации автомобильных дорог показатели необходимо контролировать. Как это можно выполнить, если нежесткую дорожную одежду проектируем по критериям:

– по допустимому упругому прогибу;

– по условию сдвигоусточивости подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоев;

– по сопротивлению монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе;

– по проверке конструкции на морозоустойчивость.

Единственный показатель, который можно измерить это прогиб, причем не упругий, а обратимый (восстанавливающийся). Выполнение других критериев проверяется не экспериментальным, а только расчетным путем.

Рассмотрим процесс проектирования дорожной одежды с назначения прочностных и упругих характеристик материалов конструктивных слоев. Назначают эти показатели по таблицам нормативных документов. Расчетную влажность грунта назначают в зависимости от дорожно-климатической зоны и схемы увлажнения грунта. В зависимости от расчетной влажности принимают модуль упругости и прочностные показатели в зависимости от количества приложений расчетной нагрузки за период эксплуатации дорожной одежды. Показатели упругих свойств материалов невозможно измерить — отсутствуют методики и средства измерения. В процессе строительства и эксплуатации дорожной одежды не измеряют.

Представленные в материалах инженерно-геологических изысканий приводят значения модуля деформации подстилающих грунтов. Эти показатели получают в лабораторных условиях. При строительстве измеряют только влажность и коэффициент уплотнения грунта в теле насыпи.

Не измеряют упругие свойства материалов и конструктивных характеристик подстилающих слоев.

То же самое относится и к слоям несущего основания. В лучшем случае представят прочность щебня на сжатие и истираемость и гранулометрический состав. Модуль упругости материала слоя основания не измеряют.

Такая же ситуация при проектировании слоев покрытия. Модули упругости слоев покрытия не измеряют. Они принимаются по таблицам в зависимости от расчетной температуры слоя.

В этом случае модули упругости материалов слоев имеют условный показатель, который не контролируется, а следовательно, расчет прочности дорожных одежд нежесткого типа носит чисто формальный характер и не имеет экспериментального подтверждения. Управлять качеством проектных работ невозможно.

Проектирование противопучинистых мероприятий дорожных одежд имеет те же недостатки: многие показатели принимаются из таблиц без экспериментального измерения.

Встает вопрос — как обеспечить высокое качество проектирования дорожных одежд по материалам не измеряемых показателей упругих и прочностных свойств материалов конструктивных слоев и грунта земляного полотна.

Каждый подрядчик работ на строительство дорожных одежд имеет свою отработанную технологию и организацию работ, имеют собственные материалы конструктивных слоев, которые отсутствуют в базе данных нормативных документов и нет способов контроля упругих свойств. При проведении тендера на строительство необходимо учитывать фактические достигаемые показатели организации и возможной корректировки конструкции дорожной одежды.

Считаем необходимым разработать методики измерения упругих характеристик конструктивных слоев в лабораторных и полевых условиях. Чтобы была возможность технической инспекции и заказчику на всех стадиях строительства замерить эти показатели.

В проекте утверждена конструкция, имеющая минимальную стоимость строительства. Чаще всего эти конструкции на летний строительный период. Возникает необходимость продления строительного сезона, и как следствие, изменение материалов конструктивных слоев. Поэтому при утверждении вариантов конструкций необходимо утверждать хотя бы два варианта — для летнего и зимнего строительства.

В утвержденной конструкции дорожной одежды приняты материалы с конкретными упругими и прочностными свойствами. Реальные материалы слоев, реализуемых при строительстве отличаются от принятых в проекте. Прежде всего, это касается модуля упругости асфальтобетона. В дорожных организациях не производят измерения модуля упругости — это не требуется нормативными документами. Толщина конструктивных слоев при расчете по упругому прогибу зависит от этой характеристики. Следует учитывать и вероятностный характер модуля упругости. Это требует применения статистической обработки материалов измерений. По аналогии с цементобетонном необходимо устанавливать класс материала по модулю упругости. Этот класс должен быть обоснован расчетом.

Класс асфальтобетона должен определять по двум показателям:

1. Упругий прогиб при t = +10 ⁰C, табл. 3.2 [2]
2. Растяжение при изгибеt = 0 ⁰C [5]

Гораздо сложнее выполнить проектирование усиления дорожной одежды. В соответствии с нормативными документами [1] при решении вопроса об усилении покрытий дорожные одежды подвергают полевым испытаниям в случаях, когда их состояние по ровности или степени повреждения дорожных покрытий дефектами, характеризующими предельное состояние нежесткой дорожной одежды (сетки трещин, состоящей из ячеек преимущественно в виде четырехугольников со сторонами длиной до 1 м, при возможном сочетании с частыми поперечными трещинами, просадками, колейностью и продольными волнами длиной до 4 м) не удовлетворяет действующим требованиям. Следует конкретизировать: усиление производим не покрытия, а дорожной одежды. Измерить прочность покрытия на современном уровне дорожной науки и техники не представляется возможным.

В соответствии с п. 2.4.4. «Контрольные испытания осуществляют методом статического нагружения колесом автомобиля. Для испытаний применяют грузовой двухосный автомобиль, у которого нагрузка на заднее колесо находится в пределах 30–50 кН с нормативным давлением воздуха в шинах. По приведенной зависимости (2.3) невозможно получить значения модуля упругости в МПа (неправильные размерности). Для определения фактической прочности участка дороги, считаем целесообразным не выполнять построение кумулятивных кривых, а выполнить статистическую обработку результатов измерений прогибов. Использование статистического метода допускаем при наличии достаточных данных об изменчивости основного параметров в случае, если количество (длина ряда) данных позволяет проводить их статистический анализ (в частности, эти данные должны быть однородными и статистически независимыми) [4].

При этом следует найти математическое ожидание М_l и среднеквадратическое отклонение σ_l. В этом случае фактическую прочность можно найти с учетом требуемого уровня надежности по коэффициенту нормированного отклонения К_н,

l_ф = М_l — К_н · σ_l. (1)

Значения К_н следует принимать по табл. П.4.2 [2].

При аналитическом расчете точность расчетов получим выше, чем по графикам. И при усилении будут учтены участки с недостаточно низкой прочностью, что будет гарантировать эффективность усиления и обеспечена долговечность дорожной одежды.

Методика определения требуемого модуля упругости на участке усиления, изложенная в [1], противоречит методике установленной в [2]. При устройстве дополнительной полосы движения (уширении), получаем разные значения как на существующей и уширяемой части, хотя интенсивность и состав движения одинаковые. Это вызывает недоумение в правомерности методик. Должна быть одинаковая схема вычислений требуемого значения прочности, как при новом строительстве, так и при усилении и уширении дорожной одежды.

Кроме этого рекомендуем при проведении подрядных торгов на строительные работы, учитывать квалификацию подрядчика и характеристики технологии строительства и упруго-прочностные характеристики сооружаемых конструктивных слоев с возможной последующей корректировки конструкции дорожной одежды под фактические показатели изготавливаемых конструктивных слоев без изменения сметной стоимости строительства.

Заключение

1. При выдаче технического задания на проектирование автомобильной дороги Заказчик должен указывать уровень надежности дорожной одежды и расчетную схему увлажнения грунта земляного полотна.
2. При проведении подрядных торгов на строительство дорожных одежд необходимо проводить предквалификацию подрядной организации с возможностью последующей корректировкой толщины конструктивных слоев по фактическим показателям этой организации.
3. Обязательно прои вводе дороги в эксплуатацию производить измерение прочности дорожной одежды, приведенной к расчетному (весеннему) периоду и по этому показателю оценивать качество строительства.

Литература:

1. ОДН 218.1.52–2006. Оценка прочности и расчет усиления дорожных одежд.
2. ОДН 218.046–01. Проектирование нежестких дорожных одежд. Введены 01.01.2001.
3. СП 34.13330.2013. Автомобильные дороги: актуализированная редакция СНиП 2.05.02–85*. Введены 2013–01–07. М., 2013.
4. ГОСТ Р54257–2010. Надежность строительных конструкции и оснований. Основные положения и требования
5. Салль А. О. Механические свойства асфальтобетона при изгибе кратковременными нагрузками. Труды СоюздорНИИ. Вып. 34. Исследование органических вяжущих материалов и битумоминеральных смесей для дорожного строительства. — М.: Транспорт, 1969. — С. 102–115.