Методы определения межремонтных сроков службы дорожных одежд и покрытий

Различают фактические, расчетные, нормативные сроки службы дорожных одежд и покрытий.

Теоретические методы исходят из неизбежного понижения в процессе эксплуатации прочности одежды в связи с воздействием нагрузки от автомобилей, а также природных факторов. Критерием для назначения ремонта является такое состояние проезжей части, при котором ступень прочности дорожной одежды достигает предельно допустимых значений.

Расчетный срок службы дорожной одежды - это период времени, в пределах которого снижается несущая способность (коэффициент прочности) дорожной конструкции до уровня, при котором достигается расчетная надежность дорожной одежды и соответствующее ей предельное состояние покрытия по ровности.

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 расчетного срока службы дорожной одежды используют зависимость, полученную В.К. Апестиным на основе критерия обратимого прогиба

где q – показатель роста интенсивности движения, q ≥ 1; - 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; - фактическая интенсивность движения транспортного потока (на полосу) на момент полевых испытаний дорожной одежды, приведённая к расчётному автомобилю, авт. /сутки;

Е_i - средний модуль упругости на данном участке дороги; А и В - параметры эмпирической закономерности, характеризующие работу дорожной одежды под воздействием многократно повторяющихся нагрузок и принимаемые

А = 125 МПа и В = 68 МПа при ориентации на испытания дорожной одежды методом статического нагружения колесом автомобиля; - модуль упругости дорожной конструкции, МПа;

- показатель, зависящий от расчётного уровня надёжности дорожной одежды;

- коэффициент, учитывающий сопротивление конструктивных слоёв сдвигу и растяжению при изгибе; - коэффициент относительной прочности дорожной одежды, назначаемый в зависимости от типа дорожной одежды и категории дороги, = 0,63…1,00; - региональный коэффициент, = 0,85…1,00; - коэффициент, зависящий от фактической интенсивности движения.

Расчётный срок службы покрытия - это период времени, в пределах которого происходит увеличение скользкости покрытия капитальных и облегчённых одежд за счёт уменьшения коэффициента сцепления до предельно допускаемой величины

или соответственно уменьшение толщины покрытия, в миллиметрах в 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 N_р.с - ресурс покрытия (число проездов расчётных автомобилей, снижающих коэффициент сцепления до минимально допустимой величины); К - коэффициент, учитывающий повторяемость проездов автомобилей по одному следу; N_с1 - интенсивность движения, авт./сут, в первый год эксплуатации, приведенная к расчетным нагрузкам по износу покрытия; с - число рассматриваемых периодов в году (сезоны года); а_агр - коэффициент агрессивности воздействия расчетных автомобилей на покрытие в рассматриваемый сезон года (принимают равным 0,75; 1,00; 0,85 и 0,60 соответственно для весны, лета, осени и зимы); t_c - длительность рассматриваемого периода года, сутки.

Для переходных и низших типов дорожных одежд срок службы Т_с можно определить из формулы, определяющей суммарный износ покрытия за t лет в рассматриваемой дорожно-климатической зоне (ДКЗ):

Таблица 13.2. Значения эмпирических коэффициентов а и b

С_общ = С_а.д. + C_в " min.

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.

Указанные в табл. 13.3 нормы наибольших сроков службы нежестких дорожных одежд и покрытий 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 слоёв усиления конструкций в процессе эксплуатации дороги, но не более фактического срока службы автомобильной дороги до реконструкции.

Таблица 13.3. Межремонтные сроки и коэффициенты надежности для различных дорог и типов дорожной одежды

Категория дороги	Тип дорожной одежды	Дорожно-климатическая зона
I, II	III	IV, V
I	Капитальный		0,95 0,90		0,93 0,88		0,90 0,86
II	Капитальный		0,94 0,89		0,92 0,87		0,89 0,85
III	Капитальный		0,92 0,87		0,90 0,85		0,87 0,83
Облегчённый		0,88 0,84		0,86 0,82		0,84 0,80
IV	Капитальный		0,85 0,82		0,83 0,80		0,80 0,78
Облегчённый		0,87 0,83		0,85 0,81		0,82 0,80
Переходный		0,82 0,82		0,80 0,80		0,77 0,77
V	Облегчённый		0,83 0,80		0,80 0,78		0,78 0,75
Переходный		0,65 0,65		0,60 0,60		0,58 0,58

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

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.

Нормы межремонтных сроков службы дорожных покрытий Т_п на дорогах с капитальными и облегчёнными дорожными одеждами принимают по табл. 13.4 в зависимости от интенсивности движения транспортного потока в первый год после строительства или работ по устройству шероховатых поверхностей при ремонте дорог.

Таблица 13.4.Нормы межремонтных сроков службы дорожных покрытий Т_п

Интенсивность движения по наиболее загруженной полосе, авт./сут	Дорожно-климатическая зона	, годы
До 200	I, V
200-2500 200-2000 200-1500	I, II III IV, V
2500-4500 2000-4000 1500-3000	I, II III IV, V
4500-6500 4000-5000 3000-5000	I, II III IV, V
Свыше 6500 Свыше 6000 Свыше 5000	I, II III IV, V

Примечания: 1. Норму срока службы покрытия понижают на 20 % при использовании в качестве вяжущего для поверхностных обработок дёгтей и смол и на 30 % при использовании известнякового щебня.

2. Возмещение износа покрытий переходных дорожных одежд предусматривают с периодичностью не более 3 лет.

Фактические межремонтные сроки могут быть определены расчетно-вероятностным методом, разработанным В.М. Сиденко и состоящим в статической обработке фактических данных о сроках ремонта на обследуемых дорогах за значительный период эксплуатации.

Фактический срок службы зависит от многих факторов технического, климатического, производственного или экономического характера и может колебаться в очень широких пределах для одного и того же типа покрытия или дорожной одежды.

Установлено, что распределение фактических сроков службы описывается биноминальной кривой (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Схема к определению сроков службы расчетно-вероятностным методом

Число m случаев данной продолжительности межремонтного срока Т_о описывается уравнением

где - число случаев со средним значением межремонтного срока; Т_ср - среднее (среднеарифметическое) значение межремонтного срока; - радиус асимметрии биноминальной кривой.

Из этого уравнения расчетное значение межремонтного срока дорожной одежды или покрытия (годы):

где; - относительное отклонение ординаты от модального значения на кривой вероятности; - коэффициент вариации ряда:

где п - общее число оцениваемых участков.

Для построения биноминальной кривой необходимо иметь коэффициент асимметрии

.

В зависимости от категории дороги может быть назначена вероятность повторения отказа Р:

В зависимости от значений Р и С_s по математическим таблицам определяют значения , затем расчетные межремонтные периоды.

Достоинство этого метода в том, что он основывается на реальных данных о межремонтных сроках на эксплуатируемых дорогах, но требует значительного объема исходной информации. Кроме того, в эту информацию попадают данные как о ремонтах, выполненных раньше требуемого срока, так и о ремонтах, не выполненных в требуемые по состоянию дороги сроки.

Принципы планирования работ по содержанию и ремонту дорог

Цель планирования и ограничительные условия. Принципиальные решения по выбору основных мероприятий по содержанию и ремонту принимают на основе результатов диагностики и оценки состояния дорог. Однако процесс планирования не заканчивается на стадии выбора принципиальных решений. Он продолжается практически непрерывно, как непрерывен процесс эксплуатации дорог.

План дорожно-ремонтных работ представляет собой программу действий по определенной схеме для достижения одной или нескольких целей и задач в реальных условиях их достижения (рис. 13.2).

Главная цель планирования работ по содержанию и ремонту состоит в том, чтобы обеспечить оптимальные потребительские свойства и сроки службы дороги в процессе эксплуатации.

На достижение главной цели направлены решения основных задач или целей, подчиненных главной. Чтобы решить эти задачи и достичь поставленной цели, необходимо осуществить целый комплекс технических и организационных мероприятий по всем элементам и обустройствам дороги, по организации и обеспечению безопасности движения.

Планирование ремонтных работ всегда связано с определённым числом ограничительных условий, которые необходимо преодолевать или достаточно полно учитывать.

Основное принципиальное ограничительное условие чаще всего состоит в том, что дорога рассматривается как долговечное сооружение, не разрушающееся во времени. Действительно, на начальной стадии эксплуатации усталостные явления, коррозия материалов дорожных конструкций, остаточные деформации и другие дефекты накапливаются постепенно, внешне не всегда заметно, особенно для не специалиста. Более того, даже заметные деформации и дефекты хоть и существенно ухудшают потребительские свойства, но далеко не сразу приводят к перерывам движения: трудно, но проехать можно.

Поэтому иногда формируется ошибочное мнение, что дорога может долго функционировать и без систематических работ по содержанию и ремонту.

В результате может быть пропущен самый опасный момент, когда медленное накопление деформаций и дефектов сменится их бурным развитием, которое потребует значительных затрат на их ликвидацию.

Кроме основного, экономического, ограничения существует и целый ряд других ограничительных условий, которые необходимо учитывать:

• ограничения, вызванные интенсивностью движения, которая обычно самая высокая там, где ремонтные работы нужны, прежде всего;

• ограничения, диктуемые климатом; многие работы могут быть выполнены только в определённое время года; качественное выполнение их в другое время требует больших дополнительных затрат;

Рис. 13.2. Укрупненная схема целей и задач планирования работ по содержанию и ремонту дорог

Рис. 13.3. Схема ремонтов дорожной одежды:

1 – слой пыли; 2 – выбоина; 3 – покрытие; 4 – основание; 5 – дополнительный слой; 6 – ямочный ремонт; 7 – поверхностная обработка; 8 – слои усиления; 9 – новая дорожная одежда

• недостаток точных данных о состоянии дороги и причинах появления деформаций и разрушений на отдельных участках, отсутствие научно обоснованных методов устранения этих причин и ликвидации их последствий.

Выбор вида и состава работ по содержанию и ремонту дорог с учетом их результативности. Виды и состав работ по содержанию и ремонту дорог, предусмотренные классификацией, дополняют друг друга и представляют единую систему мероприятий, направленную на обеспечение эксплуатационных качеств дорог в соответствии с требованиями движения. Существует определённая последовательность и связь между различными видами ремонта во времени (рис. 13.3).

В процессе работ по содержанию дороги выполняют все операции по очистке дорог от пыли и грязи, устраняют все мелкие деформации и разрушения, устраняют скользкость и т. д.

При ремонте покрытия помимо работ, выполняемых в процессе содержания, производят работы по восстановлению слоя износа, ровности, шероховатости и сцепных качеств покрытия.

При ремонте дорожной одежды производят её усиление путём укладки одного или нескольких дополнительных слоёв.

В процессе реконструкции старая дорожная одежда может быть полностью заменена новой.

Практически при разработке программы работ по содержанию и ремонту дороги необходимо как можно полнее обосновать ответы на следующие вопросы:

• где вмешиваться, т. е. наиболее целесообразное место вмешательства или ремонта;

• как вмешиваться, т. е. какой тип вмешательства или ремонта осуществить;

• когда вмешиваться, т. е. наиболее целесообразный момент или время вмешательства;

• сколько стоит вмешательство;

• каков будет результат вмешательства.

На основании анализа ответов на эти вопросы может быть составлена программа действий и работ для каждого участка дороги, всей дороги в целом или для сети обслуживаемых дорог.

Опыт показывает, что работы по содержанию проезжей части мало изменяют ровность, сцепные качества и прочность дорожной одежды, но заметно влияют на

повышение безопасности движения за счёт разметки, установки знаков, ликвидации отдельных скользких мест и т. д., а также заметно влияют на срок службы дорожных покрытий и одежд за счёт устранения ямочности и заливки трещин.

Результатом выполненных работ является изменение основных потребительских свойств дороги.

Работы по ремонту дорожного покрытия улучшают ровность и сцепные качества, что способствует повышению скорости и безопасности движения, а также пропускной способности и сроков службы дорожной одежды.

Работы по ремонту и усилению дорожной одежды восстанавливают или повышают все основные потребительские свойства дорог, в том числе и допустимую осевую нагрузку и срок службы дорожной одежды.

Следует подчеркнуть, что приведённые результаты работ по содержанию и ремонту дорожного покрытия и одежды будут обеспечены только в том случае, если одновременно будут выполнены работы по всем другим элементам дороги и устранены дефекты этих элементов, оказывающие отрицательное влияние на потребительские свойства.

Способы планирования работ по содержанию дорог. Наиболее распространенным способом планирования работ по содержанию дорог считается метод планирования, основанный на ведомостях дефектов, по которым определяют виды и объёмы работ на каждом участке дорог. Ведомости дефектов составляют при периодическом осмотре и оценке качества содержания дорог.

При этих осмотрах составляют ведомости дефектов земляного полотна, проезжей части, искусственных сооружений, обстановки пути и инженерного оборудования и т. д. Кроме того, при составлении плана работ по содержанию дорог учитывают план мероприятий по пропуску ледохода и паводка, противопучинных мероприятий, мероприятий по повышению безопасности движения, зимнему содержанию и озеленению. Получив виды и физические объёмы работ, определяют их единичные стоимости, а затем и общую стоимость работ по каждому участку, дороге или сети дорог.

Планирование по циклической системе работ. Для определения годовых объемов работ по содержанию дорог в текущем году и на перспективу часто применяют методику, основанную на циклической системе работ по содержанию дорог.

Суть ее состоит в том, что каждый вид работ по содержанию дорог периодически повторяется на каждом участке дороги через определённый промежуток времени, который называется продолжительность цикла Т и измеряется в годах, а число таких промежутков в течение года называется коэффициентом цикла К:

Таким образом, продолжительность цикла характеризует период времени, по окончании которого данная работа должна повторяться на одном и том же участке дороги, а коэффициент цикла показывает, какое число раз общий объём элемента дороги или какую долю данного элемента необходимо отремонтировать в год.

Например, длина участка дороги, на котором производится очистка от пыли и грязи, составляет L = 60 км. По нормам очистка должна производиться 4 раза в год.

Это значит, что коэффициент цикла К = 4, а продолжительность цикла .

Годовой объём работ по очистке участка дороги от пыли и грязи составит км/год.

Показатели цикличности определяют либо на основе статистической обработки данных учёта выполняемых работ, либо по данным опроса экспертов, которыми могут быть опытные мастера и инженерно-технические работники дорожно-эксплуатационных организаций. Эти показатели могут быть разработаны для каждой конкретной дороги или автомобильных дорог одного региона.

Опыт показывает, что по основным видам выполняемых в рамках содержания работ показатели цикла имеют стабильные значения в течение 5-10 лет, после чего их необходимо корректировать (табл. 13.5).

Таблица 13.5. Продолжительность и коэффициент цикла основных видов работы

Зная объёмы работ на каждый год, легко определить потребность в материалах, дорожных машинах, стоимость работ и другие показатели.