CC BY
37
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ
УДК 625.76
ВАСИЛЬЕВ АЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ, докт. техн. наук, профессор, [email protected]
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет,
125319, г. Москва, Ленинградский просп., 64
ЕФИМЕНКО ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор, [email protected]
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
К ОБОСНОВАНИЮ ПРОТЯЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ, ПОДЛЕЖАЩИХ РЕКОНСТРУКЦИИ, МОДЕРНИЗАЦИИ, КАПИТАЛЬНОМУ РЕМОНТУ И РЕМОНТУ, В СУБЪЕКТАХ ФЕДЕРАЦИИ
Рассмотрены вопросы совершенствования существующей классификации работ по ремонту и содержанию автомобильных дорог. Приведены новые элементы классификации работ по реконструкции транспортных сооружений, в частности модернизация. Дана вновь разработанная методика назначения сроков выполнения работ при реконструкции и модернизации автомобильных дорог, которая позволяет объективно обосновать ежегодно необходимую протяжённость участков эксплуатируемых автомобильных дорог, подлежащих различным видам работ по улучшению состояния и их транспортно-эксплуатационных свойств.
Ключевые слова: автомобильная дорога; классификация; содержание; ремонт; капитальный ремонт; модернизация; реконструкция; срок службы.
ALEKSANDR P. VASIL'EV, DSc, Professor, [email protected]
Moscow State Automobile & Road Technical University, 64, Leningradskii Ave., 125319, Moscow, Russia VLADIMIR N. EFIMENKO, DSc, Professor, [email protected]
© Васильев А.П., Ефименко В.Н., 2014
Tomsk State University of Architecture and Building, 2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk, Russia
ROADWAY RECONSTRUCTION, MODERNIZATION, AND REPLACEMENT IN SUB-SOVEREIGN ENTITIES
The paper focuses on problems of the improvement of the existing classification of roadway reconstruction and maintenance works. New items of work classification are suggested in relation to modernization of transportation facilities. A new methodology of the time period appointment is developed for roadway reconstruction and modernization allowing to rationalize the required annual road replacement subject to different types of improvement of transport and serviceability.
Keywords: highway; classification; maintenance; roadway replacement; modernization; reconstruction; lifetime.
Существующая классификация работ по ремонту и содержанию автомобильных дорог и искусственных сооружений на них предусматривает ряд мероприятий по сохранению и обеспечению транспортно-эксплуатационных характеристик и потребительских свойств дорог в период эксплуатации. Эти мероприятия подразделяют на работы по содержанию, ремонту и капитальному ремонту автомобильных дорог1.
Каждая автомобильная дорога в процессе эксплуатационного функционирования в течение многих лет подвергается изнашивающему и разрушающему воздействию транспортных средств, а также неблагоприятному влиянию погодно-климатических условий, что определяет её физическое старение.
За время функционирования дороги происходят количественные и качественные изменения поколений автомобилей. Меняются динамические характеристики автомобильного транспорта, весовые параметры, габариты, скоростные и тормозные возможности. Это приводит к необходимости повышения требований к автомобильным дорогам, их геометрическим параметрам в плане и продольном профиле, включая форму и размеры земляного полотна, ширину, прочность, ровность и сцепные качества покрытий, к инженерному оборудованию и обустройству, к системам и методам организации и управления движением и т. д. [1].
Поэтому автомобильная дорога в процессе своего функционирования должна постоянно технически совершенствоваться, обеспечивая такие потребительские свойства, как скорость и безопасность движения автомобилей в любое время года, пропускная способность и уровень загрузки (возможность пропускать автомобили с определенными осевой нагрузкой, общей грузоподъёмностью и габаритами), кроме того, соответствовать экологическим и эстетическим требованиям.
1 Приказ Министерства транспорта Российской Федерации (Минтранс России) от 16 ноября 2012 г. № 402 г. Москва. «Об утверждении Классификации работ по капитальному ремонту, ремонту и содержанию автомобильных дорог». Опубликовано 5 июня 2013 г. в «РГ»-Федеральный выпуск № 6095. Вступает в силу 16 июня 2013 г. URL : www.rg.ru/2013/06/05/mintrans-dok.html.
С этой целью непрерывно осуществляют работы по содержанию элементов дорог, улучшают конструкции и обеспечивают соответствие геометрических параметров особенностям транспортных средств, участвующих в движении по конкретному титулу (рис. 1).
Рис. 1. Система работ по содержанию, ремонтам, совершенствованию и развитию существующей автомобильной дороги
По завершении строительства автомобильная дорога нуждается в постоянном уходе и сохранении (этап содержания). В течение её жизненного цикла потребуются ремонт и вновь работа по содержанию. После нескольких подобных итераций необходим капитальный ремонт, затем работа по содержанию, несколько ремонтов и опять капитальный ремонт.
Особое место в процессе эксплуатации занимает этап модернизации или реконструкции дорог без перевода в более высокую категорию, или класс (далее сокращение БИК-М), и цикл повторяется: содержание, несколько ремонтов и вновь содержание, снова капитальный ремонт, несколько этапов содержания и ремонтов и т. д. В конечном итоге при возрастании интенсивности движения дорога по многим показателям уже не отвечает требованиям сложившегося к тому времени и прогнозируемого движения транспортных средств. Приходит время её частичной или полной реконструкции, в процессе которой производят крупную перестройку, улучшают все параметры и характеристики.
Таким образом, дорога переходит в новое состояние, характеризуемое более высокими показателями качества и потребительских свойств, часто превышая стартовые, достигаемые при эксплуатации вновь построенного объекта (рис. 2).
Виды реконструкции П
Ч
БИК-М
Работы по содержанию и ремонтам К.Р.
Р
С
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60
Годы
Рис. 2. Очерёдность работ по содержанию, ремонтам и реконструкции автомобильной дороги до перевода её в более высокую категорию:
П - полная реконструкция, лет; Ч - частичная реконструкция, лет; БИК-М - модернизация или реконструкция без перевода дороги в более высокую категорию; К.Р. - капитальный ремонт автомобильной дороги; Р - ремонт; С - содержание в процессе эксплуатации
Таков цикл функционирования каждой дороги. На практике наблюдаются отклонения от очерёдности этих этапов, но они не меняют общего положения. В процессе своего существования автомобильная дорога нуждается в непрерывных работах по уходу и периодическом восстановлении свойств за счёт ремонтов, улучшении технического состояния при капитальных ремонтах, совершенствовании и реконструкции.
Протяженность конкретных дорог или их участков, подлежащих ремонту или капитальному ремонту, обычно определяют, сопоставляя их фактическое состояние с нормативными критериями для назначения соответствующих видов работ. Основой планирования в этом случае служат результаты диагностики и оценки состояния индивидуального титула дороги, а также нормы межремонтных сроков службы дорожных покрытий.
Предлагаемый порядок определения осреднённой годовой протяжённости участков дорог, на которых (согласно межремонтным срокам службы дорожных одежд и покрытий) должны быть выполнены работы по ремонту или реконструкции, направлен на сохранение или повышение их технического уровня. Определение протяжённости таких участков находится в компетенции Федерального дорожного агентства (Росавтодор), органа управления отдельной автомобильной дорогой федерального значения и органов управления дорожным хозяйством каждого региона.
В состав указанных работ входят реконструкция, модернизация, капитальный ремонт и ремонт автомобильных дорог, поскольку работы по их содержанию ежегодно выполняются на всех эксплуатируемых дорогах.
Оптимизированные межремонтные сроки службы дорожных одежд и покрытий разработаны В.К. Апестиным [1]. Они получены из предположе-
ния полной обеспеченности финансированием работ по содержанию, ремонту и капитальному ремонту автомобильных дорог (табл. 1, 2).
Таблица 1
Нормы межремонтных сроков службы дорожных одежд до капитального ремонта (предложены В.К. Апестиным и А.П. Васильевым)
Дорожно-климатическая зона Рекомендуемый расчётный
Катего- Тип I—II III IV -V
рия дорожной межремон-
дороги одежды То, годы Кн Т>, годы Кн Т0, годы Кн тный срок службы Тд.о, лет
I-а, I-б, I-в Капитальный 12 0,98 14 0,95 18 0,88 20
II Капитальный 12 0.94 12 0,92 15 0,88 16
III Капитальный 12 0,92 12 0,90 15 0,85 16
Облегченный 12 086 12 0,85 12 0,84 15
Капитальный 12 0,85 12 0,84 12 0,83 15
IV Облегченный 10 0,85 10 0,84 12 0,82 13
Переходный 5 0,62 5 0,30 5 0,77 6
Облегченный 10 0,82 10 0,80 12 0,79 13
V Переходный 5 0,65 5 0,60 5 0,58 6
Низший 3 0,65 3 0,60 3 0,58 4
Примечания: 1. Межремонтные сроки проведения работ по капитальному ремонту Т0 соответствуют коэффициентам надёжности Кн, характеризующим ровность дорожных покрытии в конце межремонтного периода. 2. При планировании реконструкции автомобильной дороги в сроки менее указанных в табл. 1 межремонтный срок принимают равным периоду до реконструкции дороги без изменения коэффициентов надёжности. 3. Для автомобильных дорог с дорожными одеждами из асфальтобетонов типа А на основе полимерно-битумного вяжущего срок проведения работ по капитальному ремонту увеличивают на 8-10 % с округлением до целого количества лет. 4. Межремонтный срок проведения работ по капитальному ремонту автомобильных дорог федерального значения с жёсткими дорожными одеждами (с цементобе-тонным покрытием) принимают равным 25 годам. 5. Расчётные сроки службы автомобильных дорог приведены для дорожных одежд различных типов (капитальных, облегчённых и низших). В оптимизированных межремонтных сроках службы именно для этих одежд дан очень важный показатель - коэффициент надёжности дорожных одежд.
За расчётный срок службы дорожного покрытия принимают период времени, в пределах которого износ поверхности покрытия увеличивается (следовательно, уменьшается коэффициент сцепления) до величины, предельно допускаемой по условиям безопасности движения. Расчётный срок службы дорожной одежды соответствует временному периоду, в пределах которого её запас прочности уменьшается до уровня, при котором достигаются расчётная надёжность дорожной одежды и соответствующее ей предельное состояние покрытия по ровности [1].
Учитывая, что, с одной стороны, в перспективе ожидается рост доли легковых автомобилей в транспортных потоках до 60-75 %, а с другой стороны, предполагается повышение объёмов применения более прочных и мало-истираемых материалов для устройства верхних слоёв дорожных покрытий,
дорожных одежд из асфальтобетона типа А, ЩМА, асфальтобетона с полимерными добавками при строительстве слоёв износа и защитных слоёв из новых композитных материалов, можно ожидать увеличения сроков проведения работ по ремонту автомобильных дорог. Поэтому в табл. 1 и 2 даны ожидаемые увеличения расчётных сроков службы дорожных одежд и покрытий (примерно на 25 %).
Таблица 2
Межремонтные сроки службы дорожных покрытий до ремонта и между ремонтами с учётом критерия износа (по В.К. Апестину, А.П. Васильеву)
Типы дорожных одежд
Капитальные и облегченные нежёсткие дорожные одежды с асфальтобетонным покрытием
Дорожно-климатическая зона Фактическая интенсивность транспортного потока по крайней правой полосе движения, авт/сут Межремонтный срок Тп, лет Рекомендуемый расчётный межремонтный срок службы Тп, лет
1-11 >4501 3 4
III >4001
1У-У >3001
1-11 2501-4500 4 5
III 2001-4000
1У-У 1501-3000
I—II <2500 6 8
III <2000
!У-У 201-1500
!-У <200 8 10
Жесткие дорожные одежды (с цементобетонным покрытием)
Для дорог федерального значения 12 15
Переходные и низшие типы дорожной одежды
Для автомобильных дорог !У-У категории 3 3
Примечание. Для верхних слоёв дорожного покрытия из асфальтобетона типа А, щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА), асфальтобетона с полимерными добавками при устройстве слоёв износа срок проведения работ по ремонту автомобильных дорог увеличивают на 40-45 % с округлением до целого количества лет, рекомендуемый межремонтный срок для расчёта принимают равный 12 г.
Межремонтные сроки службы дорожных покрытий приняты за критерий назначения ремонта не только покрытия, но и всей автомобильной дороги по всем её элементам. Межремонтный срок службы дорожной одежды принимается за критерий назначения капитального ремонта дорожной одежды и всей автомобильной дороги также по всем её элементам. В классификациях работ по ремонту и содержанию дорог указано, что при выполнении высокого вида ремонта должны быть проведены все работы, предусмотренные более низким уровнем ремонтных работ, в том случае, если они не выполнены (по разным причинам) до запланированного вида ремонта [1, 2].
При планировании годовой протяжённости дорог (или их участков) и объёмов работ по ремонтам и развитию технического уровня сети автомобильных дорог административных образований или регионов России их величину определяют путём суммирования данных по каждому из указанных видов работ.
В случае отсутствия результатов диагностики и оценки состояния автомобильных дорог можно воспользоваться методикой определения осреднён-ных годовых объёмов и протяжённости дорог или их участков, подлежащих различным видам улучшающих воздействий, используя нормативные межремонтные сроки службы для покрытий и дорожных одежд, а также их фактическое состояние.
Классификация видов реконструкции дорог в настоящее время не стандартизована, так же как и перечень работ по каждому элементу дороги и промежуток времени между строительством нового транспортного сооружения и его реконструкциями в процессе эксплуатации. Назрела необходимость разработки такой классификации, поскольку протяженность автомобильных дорог в России, требующих модернизации и реконструкции, близка к протяжённости вновь строящихся дорог. В то же время анализ отечественного и мирового опыта реконструкции дорог показывает, что любая реконструкция существующей дороги значительно отличается от строительства новой дороги или от работ по содержанию и ремонтам эксплуатируемой дороги по технологии, организации работ, применяемым дорожным машинам, оборудованию и др.
В связи с отсутствием в настоящее время официально утверждённой классификации работ по реконструкции, можно исходить из следующих положений, сформулированных нами с учётом отечественного и зарубежного опыта [2].
Модернизация дороги - это комплекс мер по развитию и совершенствованию геометрических параметров дороги, уширению и усилению земляного полотна, дорожной одежды, искусственных и других сооружений в пределах норм, соответствующих фактической категории дороги с учётом роста интенсивности движения и транспортных нагрузок без перевода дороги в более высокую категорию.
Анализ опыта эксплуатации дорог показывает, что модернизация, как правило, требуется через 5-10 лет после расчётного года, принятого при обосновании категории дороги на стадии проектирования, строительства новой или реконструкции существующей дороги. Высшей стадией развития
эксплуатируемой дороги является реконструкция, которая означает перевод её категории на одну или две ступени выше существующей.
Реконструкцию осуществляют при уровне загрузки дороги движением, приближающимся к предельно допустимому при существующих геометрических параметрах, прочности, ровности и других транспортно-эксплуатационных характеристиках, и необходимости её коренной перестройки.
Промежуток времени между строительством и реконструкцией дороги в среднем в 1,5-2 раза больше, чем до модернизаций и между ними (табл. 3).
Таблица 3
Срок службы автомобильных дорог до и после реконструктивных работ
Категория дороги Срок службы, лет
до модернизации и между ними Тм до частичной и полной реконструкции и между ними Трек
1-а, 1-б, 1-в, II 25-30 50-60
III 20-30 45-50
IV 15-30 40-50
V 15-20 35-40
Протяженность конкретных дорог или их участков, подлежащих модернизации, частичной или полной реконструкции, а также сроки их выполнения принимают, сопоставляя фактическое состояние дороги и дорожных сооружений со стандартизованными критериями для назначения соответствующих видов дорожных работ. В этом случае основой планирования являются результаты диагностики и оценки состояния каждого титула дороги. Эти же принципы приняты и при определении ремонтных и реконструктивных работ по отдельному титулу или по всей сети автомобильных дорог.
Опыт показывает, что загрузка существующих дорог возрастает во времени неравномерно по их протяжённости. Наиболее быстро интенсивность движения повышается на подходах к населённым пунктам, крупным транспортным узлам, аэропортам, речным и морским портам и т. п.
Поэтому потребность в модернизации или реконструкции возникает не одновременно на всей протяжённости существующих дорог. Некоторые участки дорог не потребуют модернизации, а тем более реконструкции в течение обозримого будущего.
Для учёта этого положения предлагается ввести коэффициент р, учитывающий долю протяжённости существующих дорог, на которых в ближайший обозримый период требуется или может потребоваться модернизация или реконструкция (табл. 4).
Таблица 4
Величина коэффициента, учитывающего долю протяжённости дорог, на которых необходимы модернизация или реконструкция
Категория дороги 1-а, 1-б, 1-в, II III IV V
Значение коэффициента р 0,85 0,60 0,40 0,30
Исходя из изложенных предпосылок предлагается следующий порядок и расчётные формулы для определения годовой протяжённости дорог, подлежащих реконструкции, модернизации, капитальному ремонту и ремонту.
Ежегодная протяженность автомобильных дорог 7-й категории Ь, км, подлежащих реконструкции, составляет [2]
ь(1)
рек
где Трек - расчётный срок службы дорожной одежды до реконструкции, лет (см. табл. 3); р7 - доля дорог 7-й категории, нуждающихся в реконструкции в ближайший период.
Ежегодную протяженность автомобильных дорог, подлежащих модернизации или реконструкции без изменения категории дороги (БИК-М), определяют по формуле
Ь • М - Ь
т- _ 7 7 рек7 /ОЧ
ЬМ7 ~ Т , (2)
м7
где Тм - период между строительством или реконструкцией дорог 7-й категории, подлежащих модернизации, лет (см. табл. 3).
Ежегодную протяженность дорог, подлежащих капитальному ремонту, определяют из выражения
Ьк.Р7 = Ь-(Ьрек + Ьм7), (3)
д.о!
где Ь7 - полная протяженность дорог 7-й категории, км (принимается по фактической протяжённости в текущем году); Тд.о7 - расчётный межремонтный срок службы дорожной одежды на перспективу, лет (принимают по табл. 1).
Ежегодную протяженность дорог 7-й категории, подлежащих ремонту, рассчитывают по формуле
Ь7 (Ьрею + ЬМ7 + ЬК.Р1 )
Т 7 у рек7 М7 К.Р7 у ...
Ьрем7 = ^ , (4)
где Тп - расчётный срок службы дорожного покрытия на перспективу, лет (принимается по табл. 2 с учётом интенсивности движения).
Для облегчения вычислений все расчётные параметры заносят в единую таблицу (табл. 5).
Таблица 5
Расчётные параметры для определения протяжённости автомобильных дорог, ежегодно подлежащих ремонтам и реконструкции различных видов
Категория дороги Тип дорожной одежды Межремонтные сроки службы, лет Расчётные сроки между реконструктивными работами, лет Доля протяжённости дорог, подлежащих реконструкции рi
дорожных одежд дорожных покрытий до модернизации или реконструкции без изменения категории (БИК-М) до частичной или полной реконструкции
I-а, I-б, I-в, II(4) Капитальный 20 4 25-30 50-60 0,85
Капитальный (цементобе-тонный) 25 15 50 50-60 0,85
II(2) Капитальный 16 6 25-30 50-60 0,85
III Капитальный 16 6 25-30 45-50 0,60
Облегченный 15 8 20-30 45-50 0,60
IV Капитальный 15 8 20-30 45-50 0,40
Облегченный 13 7 20-30 40-50 0,40
Переходной 6 5 15-20 40-50 0,40
V Облегченный 13 6 15-20 35-40 0,30
Переходной 6 3 15-20 35-40 0,30
Анализ результатов расчётов даёт основание сделать вывод о необходимости существенно повысить годовую протяженность автомобильных дорог или их участков, подвергающихся ремонту и реконструкции. Это увеличение должно быть в 1,5-2 раза выше, чем в предшествующие годы, а с учётом накопившегося за многие годы недоремонта - выше примерно в 3 раза по сравнению с темпами роста транспортно-эксплуатационных характеристик и потребительских свойств существующих автомобильных дорог.
При этом следует обратить особое внимание на необходимость ремонта и реконструкции дорог II и III категорий, поскольку их протяженность в общем составе сети автомобильных дорог во много раз превышает протяженность дорог других категорий.
В заключение необходимо отметить, что рассмотренная в статье методика расчётов основана на ранее установленных межремонтных сроках службы дорожных одежд и покрытий. Она позволяет объективно обосновать ежегодно необходимую протяжённость участков эксплуатируемых автомобильных дорог, подлежащих различным видам работ по улучшению состояния и их транспорт-
но-эксплуатационных свойств, а следовательно, и финансовые затраты на ремонт, капитальный ремонт, модернизацию или полную реконструкцию. Следует учитывать, что предлагаемая схема расчётов может быть эффективной при планировании работ на территориях административных образований и регионов России при условии их полного финансового обеспечения.
Библиографический список
1. Апестин, В.К. Методы оптимизации межремонтных сроков службы дорожных одежд и покрытий / В.К. Апестин. - М. : МАДИ-ГТУ, 2010. - 96 с.
2. Васильев, А.П. Планирование ремонтов / А.П. Васильев // Автомобильные дороги. -2014. - № 6. - С. 45-49.
References
1. Apestin V.K. Metody optimizatsii mezhremontnykh srokov sluzhby dorozhnykh odezhd i pokrytii [Optimization of road pavement durability]. Moscow : MADI-GTU Publ., 2010. 96 p. (rus)
2. Vasil'ev A.P. Planirovanie remontov [Roadway reconstruction planning]. Avtomobil'nye doro-gi. 2014. No. 6. Pp. 45-49. (rus)
