CC BY
223
УДК 625.75
ПРОЕКТУВАННЯ РЕМОНТІВ НЕЖОРСТКИХ ДОРОЖНІХ ОДЯГІВ З УРАХУВАННЯМ ЗАЛИШКОВОГО СТРОКУ СЛУЖБИ ПОКРИТТЯ
І.П. Гамеляк, доцент, к.т.н., НТУ,
В.Р. Шевчук, к.т.н., головний спеціаліст з науково-технічного супроводу, ТОВ “Євроізол”
Анотація. Розглянуто питання проектування нежорстких дорожніх одягів у термінах “ довговічність-вартість". Розкрито поняття залишкового ресурсу довговічності. Наведена модель вибору стратегії ремонту конструкції на стадії проектування і експлуатації. Робота може бути використана в системі оптимального управління станом доріг.
Ключові слова: проектування, дорожній одяг, довговічність, залишковий ресурс, стратегія ремонтів.
Вступ
Проблема недофінансування дорожньої галузі властива багатьом країнам світу незалежно від їх рівня розвитку. Це є причиною незадовільного стану доріг. Для розв'язання проблеми звертаються до поняття оптимізації утримання мережі доріг при достатньому чи недостатньому фінансуванні. З цією метою розробляються рішення, які дозволяють раціонально розподіляти наявні кошти між видами робіт. Такі рішення є складовою частиною Системи Оптимального Управління Станом Доріг (PMS)1.
Аналіз публікацій
PMS мають спільним те, що за критерій оцінки приймають стан конструкції дорожнього одягу і проїжджої частини, безпеку, комфортність і економічність руху, екологічність, доцільність виконання ремонтів, надійність тощо. Вони дозволяють сформувати перелік оптимальних для ремонту об'єктів і видів ремонтних робіт, виходячи з фактичного і прогнозованого техніко-експлуа-таційного стану (ТЕС) мережі й рівня фінансування. Такі системи є потужним інструментом в руках керівників, управлінців і проектувальників і поширені в розвинутих країнах з 80-х років минулого століття. Системи PMS оперують поняттям стратегії утримання/ремонтів покриття, під яким розуміється сукупність послідовних заходів,
1 PMS - Pavement Management System - система оптимального управління станом покриття. В Україні аналогом такої системи є СУСП (Система Управління Станом Покриття).
виконання яких дозволяє утримувати стан покриття мережі доріг на заданому техніко-експлуатаційному рівні, з заданою надійністю впродовж заданого терміну служби.
Досвід Франції. При розробці національної стратегії Франції щодо рівня утримання доріг розглядались такі чотири основних варіанти стратегій: поточний ремонт; частий капітальний ремонт; підсилення конструкції з наступним попереджуючим утриманням; підсилення конструкції з наступним поточним ремонтом.
Ще в 1968 році для мережі національних (пріоритетних) доріг Францією була обрана стратегія 3-го типу, а для іншої частини мережі - стратегія
1-го типу. Таке рішення було прийняте, щоб надати користувачам постійно високого рівня сервісу на всій території. Керівництво ж країни зобов'язалось дотримуватись необхідного рівня фінансування на утримання доріг [1].
Досвід США. Згідно даних Державної Адміністрації Магістральних Доріг (FHWA), у 1997 році Конгрес США було проінформовано, що 48 % міжштатних доріг і 60 % міських доріг знаходяться в стані від “задовільного” до “поганого” [2]. Однією з причин цього є недосконалість існуючого методу проектування доріг, який оснований на результатах випробувань АА8НО у 1950-х рр. (з поправками в 1972, 1986 та 1993 роках). Сучасні автомобілі, технології виконання робіт і матеріали відрізняються від тих, які застосовувались в середині минулого століття. До того ж, результати випробувань використовуються не лише в штаті Іллінойс, де проводились дослідження, а в різних кліматичних і грунтово -геологічних умо-
Рис. 1. Схема представлення результатів існуючого методу проектування в США
Рис. 2. Концептуальна схема процесу проектування в США
вах. Все це разом веде до того, що значна частина протяжності доріг виходить з ладу чи потребує ремонту вже в початковий період експлуатації (рис. 1, [3]). Першопричиною є те, що під час проектування не враховується статистичний розкид характеристик матеріалів і шарів конструкцій, а проектувальники часто змушені екстраполювати розрахункові залежності в області, не перевірені експериментально дослідами ЛЛ8ИО. У 2002 році було розглянуто новий удосконалений метод проектування, оснований на механістично-емпіричному підході (рис. 2, [3]). Однією з відмінностей нового методу є оцінка прое-
ктного рішення в термінах довговічності-вартості (ЬЄЄА)2, тобто аналіз витрат за період експлуатації дороги (понад 30 років) для обґрунтування раціональності проектних рішень і стратегій. Цей аналіз включає в себе витрати на будівництво, ремонти й утримання, витрати користувачів дорогою (пов'язані з експлуатацією транспорту, затримками в дорозі, ДТП тощо), соціальні витрати (збитки від забруднення оточуючого середовища, шум тощо). В цілому такий аналіз використову-
2 ЬССЛ - ^е-Сігс1е Соє! Лпаїуєіє - аналіз “дов-говічність-вартість”
ється для обґрунтування інвестицій у проектні рішення. Спеціалісти вважають, що впровадження цього стратегічного підходу дозволить економити країні до 1,14 млрд. доларів щорічно в продовж 50 наступних років.
Блок LCCA (рис. 2) містить такі кроки: розробка стратегій ремонтів і утримання; встановлення міжремонтних термінів служби для різних стратегій; економічні оцінки капіталовкладень і збитків; планування витрат; аналіз результатів; вибір найкращої стратегії. В цілому, всі стратегії зводяться до трьох основних типів: попереджуюча, нормативна і реактивна (поточний ремонт). В якості попереджуючих розглядаються такі способи ремонтів як заліковування тріщин, покриття типу Chip Seal, Micro-Surfacing, Slurry Seal і Nova Chip, обробки типу Cape Seal та Fog Seal, тонкошарові (до 40 мм) та ультра-тонкошарові (до 20 мм) покриття, фрезерування з перекриттям і тер-мо-профілювання [4]. Усі ці способи ремонтів мають свою вартість і строк служби, який залежить від інтенсивності руху та типу покриття, яке ремонтується. Тому, ще на стадії розробки варіантів, прораховується доцільність застосування тієї чи іншої стратегії утримання за період експлуатації.
На основі таких підходів американські спеціалісти проаналізували принципові стратегії ремонтів:
- виконуючи реконструкцію доріг при міжремонтних строках 25 років загальний стан мережі буде постійно погіршуватись. Загальна протяжність доріг з оцінкою стану “погано” сягатиме 75 %;
- поєднуючи реконструкцію з капітальними ремонтами і варіюючи міжремонтними строками 15, 20 і 25 років, стан мережі теж має тенденцію до погіршення, причому доріг у "поганому" стані буде 70 %;
- поєднуючи реконструкцію з капітальними ремонтами і попереджуючим утриманням мережа доріг буде поступово покращуватись так, що приблизно через 20 років лише 10 % доріг матимуть оцінку “погано”, 52 % - оцінку “нормально” і 38 % - оцінку “добре”.
В цілому, подібні аналізи виконуються в багатьох країнах. Це є логічним результатом розвитку технологій і матеріалів та їх різноманіттям на ринку, результатом прогресу в методах розрахунку, в постановці та рішенні нових задач з питань проектування дорожніх одягів та управління їх станом.
Досвід України. Традиційно в Україні продовжує діяти принцип стосовно ремонтів і утримання: “найгірше покриття - першочергове”. Ще в середині 90-х років було показано [5 та інші], що в умовах обмеженого фінансування такий підхід не дозволяє добитись загального покращення стану мережі доріг; перевагу слід віддавати пріоритетним дорогам. Наступне запитання, на яке намагались дати відповідь - порядок ремонтів або стра-
тегія: коли ремонтувати, яким матеріалом і яка оптимальна товщина шару (у випадку підсилення). Рішення було отримане як полегшений капітальний ремонт і тонкошарове асфальтобетонне покриття.
Пізніше, в роботі [6], було приведено математичну модель та результати аналізу економічних збитків від недостатнього фінансування дорожньої галузі. Модель дозволяє розрахувати необхідний рівень фінансування, виходячи з дорожньої та автомобільної складових витрат, для уникнення збитковості галузі.
Наприкінці 90-х років авторами даної роботи було показано, що міцність асфальтобетонного покриття за умови тріщиностійкості зменшується в процесі служби за принципом, подібним до закону “Парето 80-20”, тобто 20 % початкової міцності матеріалу вичерпується через 80 % прикладеної кількості навантажень [7]. Згідно багатьох теорій управління, які базуються на принципах, подібних до Парето, головну увагу слід зосереджувати на тих 20 %, які відповідають за 80 % результату. В загальному, роботи [5-7] - це задачі однієї проблеми: яке фінансування галузі необхідне та як оптимально розподілити кошти на ремонт і утримання доріг.
Порівняння міжремонтних строків служби за ВБН Г.1-218-050-2001 та [8] вказує на тенденцію їх зменшення за останні 20 років. Оскільки дані документи основані на “статистичних даних ... щодо середніх періодів погіршення транспортно-експлуатаційних показників в процесі експлуатації автомобільної дороги”, то таке зниження вимог вказує на тенденцію погіршення стану доріг і може бути пояснене невідповідністю характеристик ДБМ підвищеним транспортним навантажен-
3
ням , недосконалістю методів проектування дорожніх одягів і недосконалою стратегією утримання мережі доріг.
Фактично, дороги не витримують навіть знижених строків служби. На сьогодні потребують капітального ремонту 40 тис. км доріг при їх загальній протяжності 169700 км. Внаслідок недофі-нансування вдається відремонтувати лише близько 10 тис. км. В цілому понад 95 % мережі доріг потребує термінового ремонту. Інтенсивність річного приросту руху на деяких ділянках складає
11-23 %. При фінансуванні галузі на рівні 35 % від необхідних 7,8 млрд. грн. щорічно, держава втрачає від незадовільного ТЕС доріг близько 20 млрд. грн. [9].
3 Питання відповідності характеристик ДБМ, методів їх випробування, нормування і маркування повинно узгоджуватись з режимами та величиною транспортних навантажень. Цілком можливо, що при підвищенні допустимого навантаження від 100 до 115 кН/вісь ДБМ теж повинні перейти на якісно нові режими випробувань.
При такому дефіциті коштів особливо гостро постає питання раціональної стратегії їх використання. На сьогоднішній день немає офіційно прийнятого, науково і технічно обґрунтованого підходу до утримання мережі доріг. Розробка нормативних документів часто не в повній мірі враховує сучасні тенденції розвитку дорожньої справи. Так, в проекті ВБН В.2.3-218-186-2004 "Дорожній одяг нежорсткого типу" (на заміну ВСН 46-83), відсутня методика аналізу “довговічність-
вартість”. Міжремонтні терміни служби покриття недостатньо диференційовані. Відсутня методологія впровадження новітніх ДБМ і технологій в нормативне поле галузі. Технічні документи зі складними сучасними методиками розрахунку не супроводжуються програмним забезпеченням, що суттєво обмежує область їх застосування.
Мета роботи
З огляду на проведений аналіз, метою даної роботи є удосконалення проектування ремонтів нежо-рстких дорожніх одягів через урахування зміни залишкового ресурсу конструкції при експлуатації та розробка стратегічного підходу до утримання й ремонтів покрить на автомобільних дорогах різного значення.
Постановка задачі
Змоделюємо ефективність ремонтів в термінах "довговічність-вартість". Для цього розглянемо поняття залишкового ресурсу і розробимо підхід до вибору оптимального варіанту конструкції на стадії проектування і стратегії її оптимального ремонту на стадії експлуатації.
Поняття про залишковий ресурс конструкції на стадії експлуатації
За основу приймається модель руйнування нежорсткого дорожнього одягу (рис. 3, [7]), згідно якої запас міцності зменшується впродовж строку служби за залежністю
К = К
1 -
Мт)
(1)
де К0 - початковий запас міцності матеріалу в конструкції; N^(7) - сумарна кількість прикладених навантажень за час Т; N доп - граничне число навантажень, після якого матеріал руйнується; Ьг - показник, який характеризує витривалість матеріалу.
У процесі експлуатації жорсткість та міцність шарів дорожнього одягу зменшується від накопичення пошкоджень і старіння та через час Т>0 становить Я(Т). Цей залишковій міцності можна поставити у відповідність еквівалентну залишкову товщину Н(Т) з початковою міцністю ЩТ=0) [7].
В результаті теоретичних викладок отримано, що в кожен момент часу Т>0 необхідна товщина шару підсилення АН(Т) для доведення конструкції до початкової міцності визначається за формулою
дн (т ) = я 0 - я (т ) = я 0
1 -
1 - т
V Т ,
V сл У
1 -
1 - ЫЛТ)
V Ыд*оп у
(2)
де Н0 - початкова товщина, яка встановлюється залежно від критерію граничного стану конструкції
Ер
Еф
V ( е - Е
Ь,,
Ем - Е,
-1
тр у
(Ем/ Е0)
2/3
(3)
Відносна кількість прикладання навантажень, ЫЕ/Ы доп
Рис. 3. Зміна міцності матеріалу монолітного шару покриття в процесі прикладання навантажень
Нт = 0,275<2°’5 №р
1 1 і Б' ) і 0,556 (Е \
_ Сгр С°8 (ф) _ Е V пр /
(4)
Н, =
' 2
6Е2 (1 -V!2 )
Е (1 ^2)
xarctg
,65МрГся
Б
Кзг (1 - 1аСу ) 2Бы4%Ь
(5)
тут Б - діаметр круга, рівновеликого по площі відбитку колеса; Ем і Ео - модуль пружності матеріалу шару підсилення і основи, відповідно; Е^ і Еф - відповідно потрібний і фактичний модуль пружності конструкції дорожнього одягу; Q -навантаження на колесо; N - інтенсивність руху розрахункового навантаження; р - тиск в контакті колеса з покриттям; ф - кут внутрішнього тертя ґрунту; Сгр - зчеплення в ґрунті; Егр - модуль пружності ґрунту земляного полотна; Епр - приведений модуль пружності пакету шарів над ґрунтом земляного полотна; VI, V2 і Еь Е2 - відповідно коефіцієнти поперечної деформації й модулі пружності матеріалів монолітного шару та напів-простору; Тсл - строк служби; стзг - амплітудне напруження розтягу в монолітному шарі; Лзг -початкова міцність матеріалу; ґа - коефіцієнт нормованого відхилення, який приймається залежно від проектного рівня надійності; Сг - коефіцієнт варіації міцності; ^ - середньоквадратичне відхилення положення центра відбитку колеса від його середнього положення; Ь - параметр, який характеризує опір матеріалу руйнуванню від втоми при циклічному навантаженні.
Сумарну допустиму інтенсивність руху N доп за кожним з критеріїв можна визначити за залежностями
ЫЕ = ЫоЕ ехр
Езаг (і ^аСЕзаг)
N = N0.
N. = Жо;
Егр (1 + СЕгр )
Сгр (1 - {оССгр)
Такт (1 + Сг)
(1 - ^аСг )
СТзг К (1 + С0)
(6)
(7)
(8)
де NoЕ, Nox, - початкова інтенсивність руху за
різними критеріями граничного стану; Езаг - загальний модуль пружності на поверхні покриття; такт - активне напруження зсуву в ґрунті від дії короткочасного навантаження; к2 - коефіцієнт, який враховує зменшення міцності в часі від дії
Ст, Сг, Сп - коефіцієнти варіації параметрів розрахунку, які приймаються згідно результатів обробки експериментальних даних; Ьт, Ь, - відповідно показники чутливості ґрунту земляного полотна до діх повторних навантажень та показник витривалості матеріалу монолітних шарів.
Знаючи, як змінюється за час Т еквівалентна приведена до початкової міцності товщина монолітного шару покриття Н(Т), можна в кожен момент часу перевіряти відповідність критеріям загальної жорсткості, зсуву в ґрунті та міцності монолітних шарів, а значить прогнозувати розвиток руйнувань дорожнього одягу. Приведені залежності моделюють роботу конструкції більш точно, якщо механічні характеристики шарів поставити в залежність від грунтово-гідрологічних і кліматичних умов та від їх зміни в добовому і річному циклах.
Оптимальна стратегія на стадії проектування
Поряд із рішенням задачі оптимальних міжремонтних строків служби, коли розрахунок проводиться для фактично існуючої конструкції дорожнього одягу, можна знайти найбільш оптимальну товщину верхніх монолітних шарів дорожнього одягу ще на стадії проектування нового будівництва, яка найкраще відповідає фактичній і перспективній інтенсивностям руху та економічності утримання конструкції дорожнього одягу в цілому. Для цього виконуються розрахунки різних можливих стратегій і їх порівняння між собою в термінах “довговічність-вартість”. При порівнянні традиційного й попереджуючого підходів вартість ремонтів визначається за залежностями:
- за традиційним методом, коли конструкція доводиться до руйнування
ТЕ С (к)
Е Со = с0(к) +І—^-г, к ' (1 + Ен )
при і=Т1к>ел, 2Гксл, ЗТ^л, ТЕ;
- за методом попереджуючих ремонтів
(9)
ДС (Трем ) (1 + Ен ) !
(10)
погодно-кліматичних факторів; Се
СЕгр, ССгр?
при ]=пТрем, ТЕ; О^Грем^ї^сл,
де Е Ст і Е С0 - загальні вартості ремонтних
к к
заходів за період часу ТЕ при міжремонтних строках 0 < Трем < Т^сл і Т®ел, відповідно, для к-ї стратегії; Со - вартість шарів товщиною Н(к>о; ДС(Трем) - вартість шару підсилення ДН(Трем) через проміжок часу Трем; Ен - коефіцієнт приведення різночасових витрат до початкового моменту часу.
Для встановлення оптимального моменту підсилення приймається функція цілі
ОР^рем = / I ЕН
• тІБ, Е С ■
к
• тІБ, Дк ^ opt І ,(11)
де Е Н і Е С - відносна загальна товщина ша-
к к
рів підсилення та відносна загальна вартість ремонтів, відповідно, за період сумування
витрат ТЕ
Е н = Е Нт / Е н о, Е с = Е О-/ Е
к к і к к к І к
Со ; (12)
Дк - товщина шару підсилення, яка залежить від залишкового ресурсу існуючих монолітних шарів та технологічності влаштування шару підсилення. Таким чином, задача розробки стратегії зводиться до вирішення таких питань:
- яка повинна бути конструкція дорожнього одягу (або, як частковий випадок, початкова товщина верхнього монолітного шару)?
- які ремонтні заходи слід застосовувати (в частковому випадку - товщина шару підсилення)?
- яка черговість ремонтів і які міжремонтні строки?
Геометрична інтерпретація математичної моделі-оцінки залишкового ресурсу довговічності монолітних шарів та визначення оптимального моменту підсилення конструкції дорожнього одягу представлена на рис. 4. Суть її полягає в наступ-
ному. Приймається, що рішення про підсилення конструкцій дорожніх одягів традиційно призначається на основі візуальної оцінки наявності дефектів на покритті, їх типу й об’єму. Нехай монолітні шари основи та покриття є пошкодженими, коли на поверхні починають проявлятись тріщини від втоми матеріалу. При цьому строк служби монолітних шарів основи та покриття рівний Т0 після якого вкладається новий шар підсилення товщиною Н0 і вартістю Со (рис. 4, а).
Підхід, який пропонується в даній роботі, обґрунтовує доцільність виконання попереджуючих підсилень. В цьому випадку міжремонтні строки менші за традиційно прийняті Тj < То = Тсл і, відповідно, менші необхідні товщини підсилення ДН<Н0 (з умови доведення міцності конструкції до її початкового стану) та їх вартості ДС_,<Со (рис. 4, б).
За деякий період часу ТЕ (кратний декільком міжремонтним строкам служби Т^=пТ0) сумуються товщини підсилення ЕН0 і ЕНТ та їх вартості, приведені до початкового моменту часу ЕСо і ЕСт. Порівнюючи значення ЕНТ/ЕН0 і ЕСт/ЕС0 можна знайти такий міжремонтний строк попереджуючих підсилень, що загальна вартість їх влаштування буде мінімальною (рис. 4, в). Виконуючи подібні розрахунки для різних значень То, можна знайти таке значення Т=ор^рем, при якому товщина підсилення Дк буде оптимальною.
б в
Рис. 4. Геометрична інтерпретація математичної моделі визначення оптимального моменту підсилення конструкції дорожнього одягу: а - традиційний підхід; б - попереджуюча стратегія; в - оптимальний момент ремонту з умови загальної товщини і приведеної загальної вартості
При сумуваннях ЕСо і ЕН0 припускається, що товщина шару, який вкладається, постійна й рівна Н®0. Кожен послідуючий шар влаштовується після того, як зруйнується попередній шар. При сумуваннях ЕСт і ЕНТ початкова товщина становить Н'0 а наступні підсилення виконуються через час 0<Трем<Ґк>сл, причому товщина підсилень залежить від приведеної залишкової товщини Н(')зал попереднього шару так, щоб загальна еквівалентна товщина покриття була рівною Н'к>0
н 0к ) = нзл +ДН (ТрЄМ). (13)
Для того, щоб знайти оптимальне значення Т®рем, як критерій оцінки пропонується використовувати оптимальну з умови технологічності товщину шару підсилення орН^- і мінімальну відносну вартість підсилення тіпСН:
СНк) =Е н Е с . (14)
к к
Чисельний аналіз
А. Розрахунок залишкового ресурсу покриття на стадії експлуатації. Розрахуємо за допомогою приведених залежностей оптимальний строк служби конструкції дорожнього одягу з умови трі-щиностійкості від втоми для умов північного регіону: покриття - асфальтобетон дрібнозернистий на бітумі БНД 90/130 - 4 см; основа покриття -асфальтобетон крупнозернистий на бітумі БНД 90/130 - 5 см; верхній шар основи - щебінь з просоченням бітумом на глибину 6-8 см; нижній шар основи - щебінь - 24 см; додаткова основа - пісок
- 25 см; ґрунт земляного полотна - супісок.
Нехай період сумування витрат ТЕ=40 років, Ен=0,12, Тсл=12 років, вартість підсилення конструкції шаром асфальтобетону товщиною 1 см С=100 грн/м2
Результати розрахунку вказують на те, що для даної конструкції дорожнього одягу та інтенсивності руху N,= 100 од./добу оптимальним слід вважати міжремонтний строк Трем, рівний 10 рокам. Виконуючи кожних 10 років підсилення конструкції шаром дрібнозернистого асфальтобетону товщиною 2 см або еквівалентним йому за жорсткістю, можна підтримувати міцність верхніх монолітних шарів на необхідному рівні.
Б. Розрахунок оптимальної стратегії на стадії проектування. Проаналізуємо, як змінюється сумарна необхідна товщина верхнього монолітного шару і його вартість при строках служби Т®сл=6, 9, 12, 15 і 18 років.
Результати розрахунків за приведеними формулами вказують на те, що за строк сумування витрат ТЕ загальна необхідна товщина шарів підси-
лення ЕН0 буде тим більшою, чим менший строк служби Т(к)сл (рис. 5, а). Це пояснюється тим, що тонкі монолітні шари мають відносно меншу довговічність, приведену до одиниці товщини. Якщо в межах кожного Ткк сл просумувати попереджуючі необхідні товщини підсилення за період ТЕ то виявиться, що чим менший міжремонтний термін Т((>реж, тим загальна товщина шарів підсилення менша, особливо для конструкцій, розрахованих на менший термін служби, і які відповідно мають меншу початкову товщину Н(ко (рис. 5, б).
Дещо інший результат отримано при підрахунках приведеної до початкового моменту часу вартості шарів підсилення. Збільшення необхідного строку служби Ткк сл приводить до подорожчання конструкції, хоча її загальна товщина зменшується (рис. 5, а). Це відбувається тому, що чим більше коштів вкладено в дорожній одяг на початку при будівництві, тим більше їх вибуває з обігу, вони «заморожуються» і не здатні відтворюватись. Аналогічне подорожчання конструкції відбувається, коли оцінити вартість шарів при попереджуючих ремонтах (рис. 5, в).
Зіставлення загальних товщин покриття, які отримано в результаті попереджуючих стратегій ЕНТ, з загальними товщинами при традиційному підході до виконання ремонтів ЕНо, вказує на те, що теоретично більш ефективно з умови економії матеріалу влаштовувати більш тонкі верхні монолітні шари з їх частим послідуючим підсиленням (рис. 5, г). Така стратегія ремонтів потребує і менших, порівняно з традиційною, витрат коштів (рис. 5, д).
З розрахунків слідує, що при збільшенні строків служби Ткк сл і міжремонтних строків Ґ(крем відносна вартість підсилення зростає (рис. 5, е). З урахуванням необхідної товщини шару підсилення (рис. 5, є) для прийнятої інтенсивності руху навантаження N,= 100 од./добу найбільш доцільно розраховувати товщину верхнього монолітного шару на строк служби Тсл =9 років при міжремонтних строках Трем=7 років. При цьому початкова товщина шару асфальтобетону Н0 складає 7,5 см, а товщини шарів послідуючих підсилень еквівалентні 1 см дрібнозернистого асфальтобетону. Така конструкція дорожнього одягу і стратегія її утримання при прийнятих допущеннях є найбільш економними і технологічно досяжними, оскільки практика підтверджує, що на сьогоднішній день можливо вкладання тонких асфальтобетонних шарів товщиною 3 см і надтонких біту-мо-емульсійно-мінеральних шарів товщиною
0,6-3 см.
Наведений приклад ілюструє найбільш загальний підхід до питання оптимізації проектування не-жорсткого дорожнього одягу й розробки стратегії його утримання.
1600
1400
800
600
Строк служби Т((крем, роки
£
£
Т((>рем , роки
Рис. 5. Розрахунок оптимальної стратегії на стадії проектування: а) необхідна загальна товщина і приведена вартість шарів підсилення при традиційному утриманні за період ТЕ; б) зміна загальної товщина шарів підсилення при попереджуючому утриманні за період ТЕ; в) зміна приведеної вартості шарів підсилення при попереджувальному утриманні за період ТЕ; г) зміна відносної товщини шарів підсилення при порівнянні традиційного й попереджуючого утримання; д) відносна приведена вартість шарів підсилення; е) порівняння вартості й товщини шару підсилення при різних стратегіях ремонтів; є) зміна необхідної товщини шару підсилення
б
а
в
г
е
д
є
Висновки
Література
1. Необхідність відходу від традиційних міжремонтних термінів служби є очевидною. Стратегічний підхід до проектування й утримання дороги або мережі доріг дозволить раціонально розподіляти кошти навіть при обмеженому фінансуванні.
2. Доцільність ремонтних заходів на стадії експлуатації слід обґрунтовувати не лише візуальною оцінкою стану покриття, а й об'єктивними результатами лабораторних випробувань матеріалів монолітних шарів дорожнього одягу. Задовільні показники шорсткості й рівності покриття не характеризують міцності конструкції та її зменшення в процесі експлуатації. Нехтування достовірною оцінкою залишкової міцності й необхідністю попереджуючих ремонтів може призводити до перевитрат коштів на утримання мережі доріг.
3. Залишковий ресурс покриття повинен оцінюватись відразу після здачі нового чи відремонтованого об'єкту в експлуатацію поряд із замірами рівності, шорсткості та фактичної інтенсивності руху автомобілів. Це дозволить оцінити фактичний початковий стан покриття, причину його відмінності від проектного стану та відкоригувати запроектовану стратегію оптимального утримання. Кожна ділянка дороги повинна мати свою унікальну стратегію ремонтів.
4. Кожен матеріал повинен регламентуватись ресурсом довговічності в конструкції. Таке нормування, крім фізико-механічних характеристик та їх статистичного розкиду, повинне приймати до уваги жорсткість основи, на яку буде вкладено матеріал, погодно-кліматичні умови роботи конструкції, сумарне навантаження від транспорту, агресивну дію протиожеледних матеріалів тощо. Це повинна бути функціональна залежність, а не табульоване число.
5. Найефективніше застосування новітніх матеріалів, технологій і механізмів можливе лише в контексті стратегічного підходу.
1. Опыт Франции / Материалы доклада в Мин.
Транспорта республики Беларусь, 1997.
2. Construction and Maintenance Fact Sheets.
Optimazing highway performance: pavement preservation / Report FHWA-IF-00-013. US Department of Transportation, September 2000.
3. McGhee K.H. Summary of the Proposed 2002
Pavement Design Guide / NCHRP Project 1-37A, October 1999.
4. Galehouse L. A Pavement Preventative
Maintenance Program / Michigan Department of Transportation. APWA Satellite Videoconf. “Moving Roadway Maintenance into the 21st Century”, August 18, 1999.
5. Радовский Б.С., Сердюк А.В. Прогнозирова-
ние закономерности изменения состояния дорожной одежды. // Автомоб. дороги. -№7. - 1994. - С.19-21.
6. Прусенко Є.Д., Філіпов В.В. Аналіз економіч-
них збитків через недостатнє фінансування дорожньої галузі. // Автошлях. України. -1998. - №4. - С.35-38.
7. Гамеляк І.П., Шевчук В.Р. Модель оцінки
руйнівного впливу великовантажних транспортних засобів на монолітні шари нежорст-кого дорожнього одягу. // Вісник ЦНЦ ТАУ.
- 1999. - № 2. - С.82-85.
8. Корсунский М.Б. Межремонтные сроки служ-
бы дорожных одежд и покрытий. // Автомоб. дороги. - 1984. - № 1. - С.4-6.
9. Климпуш М. Д. Сучасні проблеми та перспек-
тиви розвитку дорожньо-будівельного комплексу України / Доповідь на міжнародній наук.-техн. конф. НТУ “Сучасні проблеми та перспективи розвитку дор.-буд. комплексу України”, 2004 р.
Рецензент: В.В. Філіпов, професор, д.т.н.,
ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 12 січня 2005 р.
