32.17.2. Расчетный срок службы нежестких дорожных одежд

Для большинства новых дорог рекомендуемый расчетный срок службы составляет около 20 лет. В 1984 году были опубликованы результаты экономического исследования о влиянии первоначального расчетного срока службы на стоимость. В этом анализе, где учтены расходы за период 40 лет, рассмотрено разнообразие эксплуатационных характеристик дорожного покрытия, стоимость путевых задержек (перерывов) движения транспорта и расходы, связанные с реконструкцией. Расходы падают довольно быстро с 5 до 15 лет расчетного срока службы, но после 20 лет расходы снова начинают расти, хотя и не очень стремительно. Из этого можно сделать вывод о том, что расчетный срок службы 20 лет близок к оптимальному, что если и после него эксплуатация дороги продолжается, расходы ненамного выше.

Также западными исследователями был проведен анализ последствий изменения темпа роста движения транспорта и учетной ставки. Результат показывает, что темп роста движения транспорта не меняет оптимума, при более высокой учетной ставке оптимальный расчетный срок службы уменьшается. Однако уменьшение расходов между 15 и 20 годами очень незначительно и не меняет заключения о том, что расчетный период, примерно, в 20 лет подходит для проектирования новых автомобильных дорог.

32.17.3. Транспортные нагрузки на дорожные одежды

Одной из главных целей дорожного теста AASHTO, проведенного между 1957 и 1961 годами на автомобильных дорогах общего пользования в США, было изучение разрушающего воздействия грузовых автомобилей и автобусов по отношению к их осевой нагрузке.

Тест проводился так. На участке новой автомагистрали в Иллинойсе были построены полномасштабные опытные петли. Каждая петля состояла из опытных секций с нежестким и жестким покрытием, и в течении 24 часов в сутки по каждой петле ездили автомобили одного из 6-ти типов. Это были автомобили от двухосных грузовиков с максимальной нагрузкой на ось 0,9-2,7 т и максимальным весом брутто 3,6 т до пятиосных грузовиков с максимальной нагрузкой на ось 10,7 т и максимальным весом брутто 48 т. Толщина дорожного покрытия на каждой петле варьировалась между величинами, которые инженер-проектировщик счел менее чем достаточными для автомобилей, прикрепленных к данной петле.

Отрезок с наиболее мощной дорожной одеждой на одной петле был воспроизведен как самый маломощный на следующей петле, с более интенсивным движением транспорта. Таким образом, можно было оценить относительные эксплуатационные характеристики отрезков и сделать выводы о реально необходимой толщине дорожной одежды. Нежесткие отрезки включали основания из дробленого камня, не связанные и связанные битумом и цементом.

Ось, несущая нагрузку 8,16 т, была в тесте произвольно определена как эталонная ось с единицей разрушающего эффекта. Разрушающие эффекты с более легкими и более тяжелыми нагрузками были выражены в виде эквивалентных коэффициентов. Например, эквивалентный коэффициент 0,0002 при осевой нагрузке 910 кг означает, что требуется 5000 проходов такой оси, чтобы нанести такое же разрушение, как один проход единичной эталонной оси, а эквивалентный коэффициент 22,8 при осевой нагрузке 18140 кг означает, что один проход такой же оси причинит такой же ущерб, как 23 прохода эталонной оси.

На основе этого теста были разработаны главные положительные методы проектирования дорожных покрытий AASHTO, а эталонная ось с нагрузкой 8,16 т стала широко применяться в международной практике. Все осевые нагрузки приводятся к эквивалентному числу эталонных осей, и тогда дорожные покрытия проектируются с таким расчетом, чтобы выдерживать определенное количество эквивалентных эталонных осей (ESA – Equivalent Standard Axles), проходящих на полосе с самым интенсивным движением транспорта.

Необходимо признать ограничения этого дорожного теста и принять во внимание, что для развития методик проектирования дорожных одежд в применении к современным условиям были сделаны довольно большие и сомнительные экстраполяции его результатов. Тест не был полным в том смысле, что не все осевые нагрузки прилагались ко всем толщинам дорожных одежд. Максимально примененная осевая нагрузка составила 10 т, но AASHTO и другие решили, закон экстраполяции 4-ой степени действует до 18 т. С очевидностью можно утверждать, что при увеличенной осевой нагрузке индекс степенного закона может увеличиваться до 5 или даже 6, особенно для относительно тонких покрытий. Поэтому Британская лаборатория исследований в области транспорта (BTRL – British Transport Research Laboratory) недавно приняла индекс 4,5 для проектирования дорожных одежд в развивающихся странах. Хотя метод, используемый в бывшем СССР для расчета нагрузок, отличен от Западного, представляется интересным, что индекс 4,5 здесь также был одобрен.

До начала проектирования дорожных одежд необходимо определить транспортные нагрузки в виде ESA на одну полосу. Для этого надо провести классифицирующий подсчет движения транспорта, чтобы определить среднегодовое ежедневное движение транспорта (AADT – Average Annual Daily Traffic) на существующих дорогах и подсчитать перспективное AADT (движение в обоих направлениях) на будущей новой или реконструируемой дороге. Подсчет должен быть выражен в виде количеств автомобилей каждого типа, а не просто общим числом.

Решив вопрос о расчетном сроке службы будущей дороги, необходимо сделать прогноз вероятного будущего роста движения транспорта за весь этот срок. Некоторые типы автомобилей по количеству растут быстрее, чем другие, что меняет состав автомобильного парка. На главных дорогах Беларуси, например, из-за роста торговли с западными странами, вероятно увеличение количества автомобилей западных марок, которые, обычно, загружены больше, чем местные автомобили.

Необходимо также иметь надежные данные по распределению нагрузок на оси автомобилей каждого типа. Это лучше всего сделать путем наблюдения за осевыми нагрузками на существующей аналогичной дороге, по которой ездят автомобили с тем же грузом, что и автомобили, которые будут использовать будущую новую дорогу. Такие наблюдения редко проводят только для одного проекта, и, возможно, будет лучше проводить весовые наблюдения в нескольких стратегических точках страны, а затем использовать модифицированные в случае необходимости результаты для всех дорог наблюдаемого типа. Конечно, можно ожидать, что на главные дороги с международным движением распределение осевых нагрузок будет иным, чем на дорогах с движением местного транспорта. Также второстепенные дороги будут отличаться от главных. Это необходимо учитывать при наблюдении за осевыми нагрузками в любой стране.

Исследовательская компания «Инжерут» («Ingeroute») недавно провела на Украине наблюдение за осевыми нагрузками в трех точках страны, используя два портативных прибора для измерения колесных нагрузок. Легковые автомобили и легкие грузовики не принимались во внимание, потому что их разрушающее воздействие незначительно. Заметьте, что для каждого типа тяжелого грузовика (более трех мостов) отдельно наблюдались автомобили бывшего СССР и западные грузовики. Это было необходимо, так как их осевые нагрузки отличаются. Результаты исследований показали, что многие местные грузовики ездят порожняком, а оси западных грузовиков несут большие нагрузки, чем грузовики бывшего СССР.

Осевая нагрузка для каждого автомобиля была введена в базу данных, и для каждой оси был вычислен ESA по формуле

, (32.11)

где N₁ – осевая нагрузка, т.

Суммируя ESA всех осей каждого грузовика, был вычислен средний ESA для типа автомобиля. Так, например, для седельных тягачей из общего количества измеренных нагрузок (410 автомобиля), незагруженными оказались 128. При этом средняя эквивалентная нагрузка на ось (ESA) для загруженных седельных тягачей составила 2,7, т.е. около 10,5 т.

Для проектирования дорожного покрытия необходимо вычислить общее число проходов грузовиков каждого типа по проектируемой полосе за весь расчетный срок службы дороги. Эти числа затем умножаются на соответствующий средний ESA для типа автомобиля, и сумма этих слагаемых дает кумулятивный расчет ESA.

Вообще говоря, для двухполосной однопутной проезжей части движение по расчетной полосе рассчитывается простым делением AADT (оба направления) на 2. На 4-полосной двухпутной автостраде доля тяжелых грузовиков, двигающихся по внешней полосе, обычно выше, чем на внутренней полосе, поэтому она будет считаться расчетной полосой. Доля будет меняться вместе с AADT. На дорогах сельскохозяйственного значения на внешнюю полосу может приходиться 90% тяжелого транспорта, когда как на дороге, загруженной почти на всю пропускную способность, только 60% тяжелых автомобилей могут двигаться по внешней полосе. В этом случае движение по расчетной полосе будет таким – (AADT/2)х60/100. На однополосной дороге, поскольку весь транспорт проходит по одной колее в одном потоке, расчетное движение часто находится умножением AADT на 2.