Системный подход к дорожному строительству

Системный подход к дорожному строительству

Чтобы дороги были высококачественными, мало решения отдельных вопросов-звеньев по бетону, геосеткам, основаниям и асфальту. Требуется их системное объединение во взаимосвязанную цепочку: инженерно-геологические основания — геосинтетическое армирование бетона — учет динамической нагрузки полотна — своевременное восстановление изношенных слоев дороги.

Инженерно-геологические изыскания основания

Основание — это та часть грунта, которая находится непосредственно под проектируемой (ремонтируемой) дорогой и воспринимает все виды нагрузок. И очень важно знать все свойства этого грунта. На что следует обратить внимание прежде всего дорожников по изысканиям. Следует признать, сегодня объем и состав изысканий фактически определяет заказчик, а порой и сам инвестор. Он не интересуется количеством отобранных проб и проведенных лабораторных испытаний. Он определяет цену изысканий. В нее во многих случаях невозможно уместить предписываемые действующими нормами объемы работ. В силу этого на рынке изысканий появляются и успешно функционируют фирмы, которые, не имея собственной лабораторной базы, подменяют прямые определения механических и деформационных свойств грунта справочными сведениями, почерпнутыми из СНиП.
Архивные материалы являются необходимой основой для предпроектных проработок, для оценки изменений инженерно-геологических условий, наконец, для разумного сокращения объемов работ по изысканиям для нового объекта. Опыт показывает, что многие заказчики в целях экономии денег зачастую обращаются в “фирмы”, результат которых один — некачественная продукция, трата времени и средств и, соответственно, повторное обращение в те организации, где можно получить ожидаемый результат.
С учетом глубоких исследований, проводимых в СПб ГАСУ (ректор — д.э.н., профессор Ю.П. Панибратов) и ПГУПС (д.т.н., профессор В.М. Улицкий), можно сформировать новые требования к изыскательским работам в дорожной отрасли Санкт-Петербурга.
Во-первых, инженерно-геологические изыскания не должны ограничиваться контуром проектируемого сооружения, а их глубина — активной зоной сооружения. Глубина и охват в плане должны быть продиктованы геоморфологическим элементом, ландшафтом, признаками негативных физико-геологических процессов и явлений и т.д. При этом необходимо зафиксировать не только существующую ситуацию, но и дать прогноз поведения окружающей среды после дорожного строительства. Конечно, это положение должно соблюдаться во всех случаях, но для уникальных сооружений — в первую очередь. Имеются в виду объекты КАД, городские шоссе, виадуки, ответственные транспортные развязки с мостами и опорами.
Во-вторых, нормируемая часть по вопросам изысканий и проектирования оснований должна сопровождаться квалифицированным творческим подходом. Наконец, конечный результат — это решение об эксплуатации природного или устройстве искусственного основания путем насыпи, уплотнения, инъекций и т.д.

Применение в покрытиях передовых специальных армированных бетонов
После того как определены характеристики рабочих грунтов, выбирается состав дорожного “пирога”. Здесь необходимо учесть три аспекта.
Первый аспект. Автомобильная дорога — это живой организм; она постоянно живет и работает в разных природно-климатических условиях. В структуре дорожного “пирога” выделяют земляное полотно, основание, дорожную одежду со слоями покрытия, верхний из которых (слой износа) непосредственно контактирует с колесами автомобиля.
Транспортно-эксплуатационное состояние вышеназванных конструктивов определяет в конечном итоге безопасность, удобство и скоростной режим движения транспортных средств на автомобильной дороге. В настоящее время как за рубежом, так и в России наибольшее распространение получили асфальтобетонные покрытия. Они представляют собой рационально подобранные смеси минеральных материалов (щебня, песка, минерального порошка) с битумом, взятых в определенных пропорциях и перемешанных в нагретом состоянии.
Второй аспект — материаловедческий подход к дорожным бетонам. Бетоны — это искусственные конгломераты, полученные в результате затвердения рационально подобранных и уплотненных смесей из цементирующего компонента и заполнителей.
Цементирующий компонент является активной частью бетонов, так как способен к физическим или физико-химическим превращениям с образованием твердой матрицы, связывающей заполнители в монолит. Сам он, как правило, представляет собой композицию, которая содержит вяжущее (неорганическое, органическое или комплексное) и затворяющее (вода, органические растворители, различные растворы или отверждающие добавки) вещества.
Заполнители часто относятся к инертной части бетонов. Их основное назначение заключается в заполнении объема материала и уменьшении тем самым содержания цементирующего компонента. Однако инертность заполнителей не абсолютна, она существенно влияет на процессы твердения и свойства бетона.
Под действием нагрузок от автотранспорта в жестких дорожных покрытиях возникают изгибающие напряжения. Поэтому к дорожному бетону предъявляются требования по прочности на растяжение при изгибе. В зимнее время бетоны подвергаются воздействию попеременного замораживания и оттаивания. В связи с этим к ним предъявляют требования по морозостойкости. Дорожный бетон должен также обладать повышенной сопротивляемостью истиранию.
Повысить упругие свойства асфальтобетонного покрытия можно путем его армирования сетчатыми геопластиками (геосетками) или сплошными геотекстилями. Предпочтение должно быть отдано геосеткам, увеличивающим структурную прочность асфальтобетона, поскольку их узлы работают как анкеры, а звенья являются опорой для крупного заполнителя. При этом они включаются в работу на растяжение при изгибе, предотвращая превращение микротрещин в раскрытые трещины и разрушение покрытия.
К геосеткам предъявляют следующие требования: модуль упругости у них и асфальтобетона должен быть соизмерим, а размеры ячеек достаточны для взаимопроникания смеси и обеспечения хорошего сцепления между слоями покрытия. При применении горячих асфальтобетонных смесей на вязких битумах размеры ячеек должны быть в диапазоне 30-40 мм. Геосетка должна обладать высокой термостойкостью, низкой ползучестью при достаточно высоких температурах укладки асфальтобетонной смеси (120°-160°С) и хорошей адгезией к битуму.
Анализ показывает, что армирование асфальтобетонных покрытий на городских автомобильных дорогах целесообразно в следующих случаях:
1.На магистральных улицах и дорогах при интенсивности грузового движения более 30% от общего состава движения.
2.При двухэтапном строительстве, когда на первой стадии укладываются слои асфальтобетона толщиной до 15 см, которые являются трещинопрерывающей прослойкой для слоев, укладываемых на втором этапе.
3.При применении для устройства несущих слоев оснований жестких и полужестких материалов (низкомарочного бетона или пескоцемента).

Учет динамической нагрузки полотна
Для этого необходимо учитывать пять дополнительных свойств бетона.
1. Твердость — способность материала сопротивляться прониканию в него другого, более твердого, тела. Она характеризуется показателями твердости, устанавливаемыми различными методами (Бриннеля, Мооса и др.).
2. Истираемость — способность материала сопротивляться истирающим воздействиям. Ее определяют на специальной машине, называемой кругом истирания. Показателем истираемости является удельная потеря массы материала (кг/см 2).
3. Динамическая прочность — способность материала сопротивляться деформированию и разрушению под воздействием кратковременных динамических нагрузок. К ним относят нагрузки при времени их действия менее 1 сек., а также вызывающие скорость возрастания напряжений в материале более 10 МПа/сек. или скорость его деформирования свыше 0,1 м/сек. Они различаются характером внешнего воздействия и режимом их приложения.
Динамическое воздействие на материал может быть однократным и многократным. Воздействие общего характера приводит к росту напряжений до максимальных значений за время до 1 сек. во всем объеме материала. Местное воздействие вызывает более высокую скорость роста напряжений в материале и его местные перегрузки. Динамические воздействия могут возникать и при работе технологического оборудования (молоты, мостовые краны и др.), движении транспортных средств, землетрясении и т.п.
Динамическая прочность материала оценивается коэффициентом динамического упрочнения (kds). Его значение определяют отношением прочности материала при динамическом нагружении (R dyn) к прочности при статическом нагружении.
4. Морозостойкость — способность материала сопротивляться разрушению при попеременном замораживании и оттаивании в водонасыщенном состоянии. Разрушение материала происходит из-за увеличения объема замерзающей воды в порах (объем льда больше объема воды примерно на 9%).
Показателем морозостойкости является количество циклов замораживания и оттаивания в определенных условиях, при которых не происходит разрушения материала. Марка материала по этому показателю имеет буквенно-числовое обозначение — например, F100 (100 стандартных циклов замораживания и оттаивания).
5. Долговечность — способность сохранять свои свойства в конкретных условиях эксплуатации. Определяется совокупностью физических и химических свойств материала. Показателем долговечности является срок службы без ухудшения нормируемых свойств.
Совокупность данных пяти свойств чрезвычайно актуальна для климата и интенсивности дорожного движения в наших климатических условиях.
Исследования тенденций в строительной отрасли показывают, что большую роль в качестве дорожных работ играет правильно выбранные система критериев и методы оценки конкурсных предложений на строительство (реконструкцию) дорог. Для выбора лучшего решения из представленных вариантов с учетом предмета торгов могут использоваться различные показатели. Все их можно разделить на определенные группы, отражающие те или иные стороны конкурсных предложений.

В первую группу войдут показатели оценки коммерческой части конкурсных предложений:
1) стоимость предмета подрядных торгов в целом на дорогу по отдельным видам работ и услуг с указанием, в какой валюте и на каком уровне рассчитана предложенная цена;
2) при осуществлении расчетов за выполнение работ метод учета последующих изменений уровня цен в связи с инфляцией, изменением законодательства в области налоговой политики и по другим вопросам;
3) условия о порядке финансирования и кредитования подрядных торгов;
4) удельные стоимостные показатели по предмету торгов, если торги проводятся на проектирование или на проектирование и строительство объекта “под ключ”.
Вторая группа включает временные показатели выполнения обязательств:
1) продолжительность выполнения подряда с определением сроков начала и завершения работ;
2) срок ввода дороги в эксплуатацию;
3) сроки поставки продукции и др.
К третьей группе относятся показатели качества продукции или услуг, предоставляемых оферентом. Оценка выполнения подряда проводится в зависимости от видов работ. Качество их зависит от уровня квалификации рабочих по основным профессиям и специальностям, инженерно-технического персонала в составе административно-управленческого аппарата, технического уровня машин, механизмов, технологических процессов, средств контроля и степени оснащенности оферента этими средствами. При оценке целесообразно учитывать и предшествующий опыт.
Четвертая группа — это показатели, характеризующие организацию выполнения работ с соблюдением мер безопасности, охраны здоровья людей и окружающей среды. Оценка проводится по предложенным оферентом мерам по охране труда, предотвращения загрязнения воздуха, земли и подземных вод.
Пятая группа включает показатели оценки уровня организации проектирования, строительства, модернизации, капитального ремонта дорог. Этот уровень оценивается в зависимости от использования оферентом современных методов управления проектами, новых информационных технологий с использованием компьютерных сетей, применения современных методов оптимизации проектных и управленческих решений.
Шестую группу составляют показатели, характеризующие степень использования местных ресурсов подрядчиками из зарубежья или из других регионов России. Оценивается уровень задействования местной рабочей силы по профессиям, имеющим неполную занятость, степень использования материалов, изделий и полуфабрикатов местного производства при наличии избыточных мощностей по изготовлению, наличие отходов промышленного производства.
К седьмой группе относятся показатели, характеризующие технические и имущественные гарантии, представленные оферентом, например, бесплатное устранение обнаруженных дефектов и недоделок в течение гарантийного срока, компенсации возможного ущерба заказчику.
Восьмая группа показателей включает показатели надежности выполнения подряда:
1) рейтинг оферента при выполнении ранее заключенных контрактов;
2) рейтинг банка, обеспечивающего гарантийные обязательства оферты;
3) финансовая устойчивость оферента.
Если подрядные торги на строительство дорог проводятся на этапе, когда заказчиком приняты основные технологические и архитектурные решения, то для оценки используются такие показатели, как предложенная цена предмета торгов и возможность оферента выполнить работу в установленные заказчиком сроки или в более короткие с требуемым качеством.
Оценку оферт на комплекс работ по проектированию и строительству дорог целесообразно проводить по показателям экономической эффективности проектируемого производства (себестоимость, срок окупаемости и др.).
Данная методология может повысить эффективность дорожного строительства.

Ошибки и как их избежать
Некоторые типовые ошибки:
1. На стадии инвестиционных проектов — отсутствие финансирования изыскательских работ и возможного устройства искусственных оснований на слабых грунтах. Выход — планировать эту составляющую в проектах.
2. На стадии изысканий — поверхностное изучение небольшой толщины грунта только под полотном. Выход — исследовать шире и глубже соседние участки грунта с выявлением линз, пустот, подземных рек и других аномалий.
3. На стадии проектирования — одновременное проектирование по минимальным затратам без системного учета всех факторов влияния. Выход — не одно-, а многовариантное проектирование “по максимуму эффективности” с учетом факторов риска, последующих ремонтов, а также прибыли.
4. На стадии дорожных работ — использование устаревших асфальтовых смесей, неармированного бетона и низкокачественных заполнителей (щебня, гравия, песка). Выход — применение сетчатых геопластиков и геотекстилей, а также морозостойких высокопрочных автодорожных видов бетона.
5. На стадии ремонта — восстановление только 1-2 потребительских качеств дорожного полотна вместо всего комплекса нормативных показателей по ГОСТ. Выход — поддержание на требуемом уровне истираемости, твердости, прочности, морозостойкости и других свойств покрытия.
6. На стадии научных исследований и технического нормирования — использование устаревших строительных подходов к дорожным полотнам. Выход — переход на новые технические подходы к дорогам с использованием теории и практики надежной оценки покрытия по 4 базовым параметрам: безотказности, ремонтопригодности, долговечности и охраняемости.

Подготовил по материалам ПСР Александр ПАНИЧ


Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 35 за 2003 год в рубрике дороги

©1995-2022 Строительство и недвижимость