11.3. Межремонтные сроки службы дорожных одежд и покрытий

Межремонтные сроки службы дорожных одежд и покрытий являются одним из важнейших технико-экономических показателей, определяющих плановую периодичность выполнения и финансирования ремонтных работ. Их рассматривают как период от момента сдачи дороги в эксплуатацию до первого капитального ремонта (ремонта), а также период между двумя смежными ремонтами в процессе эксплуатации.

В России межремонтные сроки впервые были разработаны Союздорнии в период 1950-1955 гг. и утверждены постановлением Совета Министров РСФСР 7.03.61 № 210 в качестве норм капитального и среднего ремонта соответственно дорожных одежд и покрытий. Эти нормы действовали до 1988 г. независимо от расчётных сроков службы, принимаемых при проектировании дорожных одежд (Инструкции ВСН 46-60, ВСН 46-72, ВСН 46-83) примерно на 20 % меньшими по величине, что могло быть одной из причин имеющегося недоремонта автомобильных дорог. В 1988 г. введены в действие региональные и отраслевые нормы межремонтных сроков службы нежёстких дорожных одежд и покрытий [73], разработанные Гипродорнии с участием научно-исследовательских, проектных и других организаций (Апестин В.К. О разработке общесоюзных норм межремонтных сроков // Автомобильные дороги. -1987. - № 8. - С. 7-10).

Региональные нормы разработаны на основе решения многовариантной технико-экономической задачи по критерию минимума суммарных приведённых автотранспортных C_ад(в том числе дорожных) и внетранспортных затратС_в:

С_общ =C_ад+С_в=min.                                                                                                           (11.1)

Расчёты свидетельствуют, что оптимизацию межремонтных сроков службы дорожных одежд и покрытий можно выполнить с достаточной точностью в пределах рекомендуемого СНиП 2.05.02-85периода до реконструкции дороги. С учётом этого математическую модель стоимости при периоде сопоставления затратТ_р= 20 лет можно представить в следующем виде:

(11.2)

- коэффициент отдаленности затрат иЕ_нп- коэффициент для приведения разновременных затрат (в соответствии с [106]Е_нп= 0,08 );

п,m- соответственно количество ремонтов дорожной одежды, покрытия;

С_д- затраты на устройство дорожной одежды;

С_o,С_п- соответственно затраты на ремонт дорожной одежды, покрытия;

A_o,A_п- дополнительные транспортные потери из-за снижения скорости движения в период производства дорожно-ремонтных работ;

П_o,П_п- дополнительные потери, связанные с затратами времени пассажиров в пути в период производства дорожно-ремонтных работ;

К_а - единовременные капитальные вложения в транспорт в первый год эксплуатации дороги;

•К_а- дополнительные ежегодные капитальные вложения в транспорт, связанные с ежегодным увеличением объёма перевозок и ухудшением условий движения на дороге;

С_с- затраты на содержание дороги;

А_t - текущие ежегодные затраты на перевозку грузов и пассажиров;

П_t- ежегодные потери, связанные с затратами времени пассажиров в пути;

П_ДТП - потери от дорожно-транспортных происшествий.

Оптимизационная модель состоит из нескольких взаимосвязанных звеньев, позволяющих поэтапно рассмотреть работу автомобильной дороги, оценить режимы движения автомобилей в зависимости от ежегодного технического состояния дорожных конструкций и других эксплуатационных условий и поэлементно определить возможные затраты за рассматриваемый период сопоставления затрат. На рис. 11.1 представлена модель эксплуатационного цикла, определяющая порядок оценки состояния дороги, ресурса по прочности дорожной одежды, по износу покрытия, загрузке дороги движением и расчёта текущих затрат.

Рис. 11.1. Укрупненная модель эксплуатационного цикла для оптимизации межремонтных сроков службы дорожных одежд и покрытий

В качестве критерия предельного состояния дорожной одежды принимали минимально допустимый по условиям движения эквивалентный модуль упругости дорожной конструкции и соответствующее ему предельное состояние дорожного покрытия по ровности, определяемое с учётом рассматриваемой надёжности дорожной одежды. Критерием предельного состояния дорожного покрытия капитальных и облегчённых дорожных одежд считали минимально допустимый коэффициент сцепления колеса с покрытием по условиям безопасности дорожного движения. Предельное состояние покрытия переходной дорожной одежды оценивали по величине максимального износа покрытая, принимаемого равным 50 мм исходя из точности метода расчёта дорожной одежды.

Оценку режимов движения автомобилей в зависимости от различных влияющих факторов осуществляли в соответствии с ОДН 218.0.006-2002[69].

Оптимизацию межремонтных сроков службы проводили для конструкций, отвечающих современным требованиям по качеству производства работ.

На практике следует различать межремонтные сроки - расчётные и нормативные, а также фактические сроки службы, определяемые по результатам статистической обработки данных наблюдений за поведением автомобильных дорог в период эксплуатации.

Расчётный срок службы дорожной одежды - это период времени, в пределах которого снижается несущая способность (коэффициент прочности) дорожной конструкции до уровня, при котором достигается расчётная надёжность дорожной одежды и соответствующее ей предельное состояние покрытия по Ровности [73].

К дефектам, определяющим предельное состояние дорожной одежды с усовершенствованными покрытиями, относится «сетка трещин», существенно влияющая на ровность дорожного покрытия, а переходных дорожных одежд - колея с поперечными волнами. Сетка трещин- продольные, поперечные и косые трещины, развитые в зоне прохода колес транспортных средств (полоса наката) и образующие замкнутые фигуры с длиной стороны менее 1 м.Колея с поперечными волнами- ярко выраженное углубление вдоль дороги по полосе наката с чередующимися поперечными впадинами и гребнями через 0,5-2 м. Для определения расчётного срока службы дорожной одеждыТ_рфиспользуют зависимость, полученную на основе критерия обратимого прогиба с учетом положенийОДН 218.1.052-2002[107] в части назначения требуемой прочности дорожной одежды:

(11.3)

(11.4)

где                                                                                                (11.5)

N_ф- фактическая интенсивность движения транспортного потока (на полосу) на момент полевых испытаний дорожной одежды, приведённая к расчётному автомобилю, авт/сут;

 - коэффициент, принимаемый в зависимости от типа дорожной одежды (= 0,12-0,171);

 - коэффициент, учитывающий агрессивность воздействия расчётных автомобилей (нагрузка на колесо 50 кН) в разных погодно-климатических условиях (= 0,7-3,5);

АиВ- параметры эмпирической закономерности, характеризующие работу дорожной одежды под воздействием многократно повторяющихся нагрузок и принимаемыеА= 125 МПа иВ= 68 МПа при ориентации на испытания дорожной одежды методом статического нагружения колесом автомобиля;

q - показатель роста интенсивности движения (q 1);

Е_ф- модуль упругости дорожной конструкции, МПа;

Х_i- показатель, зависящий от расчётного уровня надёжности дорожной одежды;

К_си- коэффициент, учитывающий сопротивление конструктивных слоев сдвигу и растяжению при изгибе;

К_рг- коэффициент относительной прочности дорожной одежды, назначаемый в зависимости от типа дорожной одежды и категории дороги (К_рг= 0,63-1,00);

K_reg- региональный коэффициент (K_reg= 0,85-1,00);

K_z - коэффициент, зависящий от фактической интенсивности движения.

Расчётный срок службы покрытия - это период времени, в пределах которого увеличивается износ поверхности покрытия до величины, предельно допускаемой по условиям движения. Износ покрытия - увеличение скользкости покрытия капитальных и облегчённых одежд за счёт уменьшения коэффициента сцепления или уменьшение толщины покрытия (мм/год) переходных дорожных одежд за счёт истирания и потери материала под действием колёс автомобилей и природных факторов.

Срок службы покрытия капитальных и облегчённых дорожных одежд определяют по зависимости, основывающейся на ресурсе поверхностных обработок:

где                                                                                     (11.6)

N_pc- ресурс покрытия (количество проездов расчётных автомобилей, снижающих коэффициент сцепления до минимально допустимой величины);

К- коэффициент, учитывающий повторяемость проездов автомобилей по одному следу;

с- количество рассматриваемых периодов в году (сезоны года);

_агр- коэффициент агрессивности воздействия расчетных автомобилей на покрытие в рассматриваемый сезон года (в среднем 0,75; 1,00; 0,85 и 0,60 соответственно для весны, лета, осени и зимы);

t_c- длительность рассматриваемого периода года;

N_с1- интенсивность движения (авт/сут) в первый год эксплуатации, приведенная к расчетным нагрузкам по износу покрытия, используя следующую эмпирическую формулу для определения коэффициента приведения_cj:

где                                                                                                  (11.7)

- удельное давление в плоскости контакта колеса автомобиля с дорожным покрытием (0,10,75).

Для переходных и низших типов дорожных одежд срок службы tможно определить из формулы, определяющей суммарный износ покрытия заtлет в рассматриваемой дорожно-климатической зоне (ДКЗ):

где                                                                                                 (11.8)

 [И] - допустимый износ покрытия, мм;

a,b- эмпирические параметры, зависящие от региональных условий и определяемые по табл. 11.1, полученной с учётом результатов исследования Е.И. Попова (Попов Е.И. Расчёт толщины гравийных покрытий с учётом текущего износа на заданный срок службы. - М.: 1971. - С.150-168. - (Сб. науч. тр. / Союздорнии; вып. 47).

N₁- интенсивность движения транспортного потока на полосу в 1-й год эксплуатации, приведённая к расчётному грузовому автомобилю (нагрузка на заднюю ось 100 кН), авт./сут;

Таблица 11.1

Нормативный межремонтный срок службы- это экономически эффективный период времени, равный расчётному сроку службы, при котором обеспечивается минимум суммарных приведенных дорожных, транспортных и внетранспортных издержек. Нормативные сроки службы принимают в соответствии с региональными и отраслевыми нормамиВСН 41-88[73].

Нормы относятся к нежёстким дорожным одеждам и покрытиям и предназначены для разработки норм перспективного планирования объёмов финансирования на ремонт автомобильных дорог общего пользования, уточнения норм расхода материалов и денежных средств на ремонт дорог, а также для использования при расчёте прочности проектируемых дорожных одежд и слоев усиления конструкций, находящихся в эксплуатации.

Для дорожных одежд нормативные сроки и соответствующие им уровни надёжности конструкции приведены в табл. 11.2. Уровень надёжности рассчитывают в соответствии с ГОСТ 27.002-89(ГОСТ 27.002-89. Надёжность в технике. Основные понятия, термины и определения. - 37с):

К_н= 1 -r, где                                                                                                                       (11.9)

r- доля деформированной поверхности покрытия в конце срока службы дорожной одежды.

Таблица 11.2

Примечание. Промежуточные значения сроков службы Т_o и соответствующих значений K_н принимают по интерполяции в пределах указанных величин для каждого типа дорожной одежды.

Указанные в табл. 11.2 нормы наибольших сроков службы для каждого типа дорожной одежды и соответствующие им нормы надёжности дорожной одежды используют при проектировании автомобильных дорог для расчёта дорожных одежд на прочность. Их также используют при расчёте слоев усиления конструкций в процессе эксплуатации дороги, но не более фактического срока службы автомобильной дороги до реконструкции.

В последнем случае норму надёжности дорожной одежды принимают по интерполяции между верхним и нижнем значениями. Для капитальных и облегчённых дорожных одежд допускается уменьшение на 15 % нормы срока службы от минимальных значений при сохранении нормы надёжности. При планировании и производстве ремонтных работ методом термопрофилирования норму уровня надежности дорожной одежды понижают на 10 %.

Для жёстких дорожных одежд норму межремонтного срока службы следует принимать равной 25 годам в соответствии с принятым расчётным сроком службы конструкции при проектировании [37].

Нормы межремонтных сроков службы дорожных покрытий (Т_п) на дорогах с капитальными и облегчёнными дорожными одеждами принимают по табл. 11.3 в зависимости от интенсивности движения транспортного потока в первый год после строительства или работ по устройству шероховатых поверхностей при ремонте дорог.

Таблица 11.3

Примечания: 1. Норму срока службы покрытия понижают на 20 % при использовании в качестве вяжущего для поверхностных обработок дегтей и смол и на 30 % при использовании известнякового щебня. 2. Возмещение износа покрытий переходных дорожных одежд предусматривают с периодичностью не позже чем через 3 года.

Планирование работ по ремонту дорог по межремонтным срокам службы дорожных одежд и покрытий. При составлении перспективных планов ремонтных работ на сети дорог крупного региона или страны в целом можно использовать метод планирования, основанный на использовании межремонтных сроков службы. В этом случае ежегодные физические объёмы работ по ремонту дорожной одежды на сети дорог определяют по формуле

(11.10)

L₁,L₂,...L_п- протяженность дорог, однотипных по категории, интенсивности движения, климатическим условиям, дорожной одежде, км;

T_o1,T_o2,...T_oп- соответствующие межремонтные сроки службы дорожных одежд.

При необходимости выделить отдельный объём ремонта покрытия расчёт ведут по формуле

(11.11)

T_П1,T_П2,...T_Пп- межремонтные сроки службы покрытий.

Планируемые объёмы финансовых затрат на ремонт дорог определяют умножением протяжённости ремонтируемых дорог на среднюю стоимость соответствующего ремонта одного километра дорог.