218.2.096-2018
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УЧЕТУ
ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА
НА ТЕМПЫ РАЗВИТИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПОКРЫТИЙ
ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД (НА ОСНОВЕ МОНИТОРИНГА
ФЕДЕРАЛЬНОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ М-6
«КАСПИЙ»)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНТСТВО
(РОСАВТОДОР)
МОСКВА 2017
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью «НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР «КАТАФОТ»
2 ВНЕСЕН Управлением строительства и эксплуатации автомобильных дорог и Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства.
3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 25.07.2018 № 2915-р
4 ИМЕЮТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.
5 ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ.
СОДЕРЖАНИЕ
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
|
Методические
рекомендации по учету влияния параметров |
1 Область применения
Настоящие методические рекомендации предназначены для проектных подрядных организаций осуществляющих работы по проектированию, конструированию и расчету дорожных одежд нежесткого и жесткого типов дорог федерального значения.
Методические рекомендации являются дополнением к действующим нормативным документам по расчету дорожных одежд ОДН 218.046-01 [1] и Методическим рекомендациям по проектированию жестких дорожных одежд [2].
Проектные подрядные организации руководствуются настоящими методическими рекомендациями для прогнозирования показателей продольной и поперечной ровности покрытий дорожных одежд за проектный срок службы дорожной одежды.
Приведённая методика в настоящих методических рекомендациях по прогнозированию показателей продольной и поперечной ровности покрытий дорожных одежд может быть применена для планирования и назначения ремонтных работ и оценки потенциальных сроков службы дорожных одежд, в том числе на основе текущего (фактического) состояния покрытий дорожных одежд органами управления.
2 Нормативные ссылки
В настоящих методических рекомендациях использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 33220 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к эксплуатационному состоянию
3 Термины и определения
В настоящих методических рекомендациях применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 дорожная одежда: Многослойная конструкция в пределах проезжей части автомобильной дороги, воспринимающая нагрузку от транспортного средства и передающая её на грунт. Традиционно включает три элемента: покрытие, основание и дополнительные слои основания, каждый из которых может включать несколько слоёв.
3.2 мониторинг состояния покрытия дорожной одежды: Система сбора, обработки и хранения данных о состоянии покрытия дорожной одежды автомобильной дороги в процессе её эксплуатации.
3.3 основные индикаторы состояния проезжей части: Международный показатель продольной ровности IRI100 и глубина колеи K100.
3.4 покрытие: Верхний слой дорожной одежды, воспринимающий усилия от колес автомобилей и подвергающийся непосредственному воздействию погодно-климатических факторов.
3.5 поперечная ровность (глубина колеи): Плавное искажение поперечного профиля автомобильной дороги, локализованное вдоль полос наката.
3.6 продольная ровность: Качественная характеристика состояния поверхности покрытия дорожной одежды по геометрическим параметрам, способным оказывать влияние на колебания движущегося транспортного средства.
3.7 проектный срок службы: Период времени, принимаемый проектной организацией, в течение которого дорожная одежда не потребуют выполнения ремонта.
3.8 темп ухудшения состояния проезжей части: Увеличение индикаторов продольной и поперечной ровности покрытия дорожной одежды за год (ΔIRI/год и ΔK/год).
3.9 терминальное состояние проезжей части: Состояние проезжей части дорожного покрытия, требующее ремонтных воздействий.
4 Общие положения
4.1 Для объективной оценки технических решений принимаемых в процессе проектирования дорожных одежд, нормирования требований к качеству строительства конструкций дорожных одежд и оценки качества мероприятий по ремонту и содержанию дорожных одежд в процессе эксплуатации автомобильной дороги необходимым условием является проведение регулярного мониторинга состояния конструкции дорожных одежд.
4.2 Настоящие методические рекомендации разработаны на основе многолетнего мониторинга за состоянием покрытий различных конструкций дорожных одежд на федеральной автомобильной дороге М-6 (Р 22) «Каспий» на участке км 184 + 745 - км 961 + 000 в течение семилетнего периода наблюдения, в течение которого выполнялись работы по определению текущего состояния покрытий различных конструкций дорожных одежд, в основу которого входило определение значений продольной и поперечной ровности покрытий дорожных одежд и фиксация локальных повреждений покрытий.
4.3 Состав работ, за исключением работ по многолетнему мониторингу, включал в себя сбор первичной информации о строительстве наблюдаемого участка автомобильной дороги, информации о видах работ выполненных в рамках реконструкции, капитального ремонта, ремонта и содержания с учётом принятых проектных решений по конструированию дорожных одежд.
4.4 Результатом многолетних наблюдений текущего состояния покрытий дорожных одежд явились зависимости, характеризующие динамику изменения показателей продольной и поперечной ровности покрытий различных конструкций дорожных одежд с учётом изменяемости параметров транспортного потока.
4.5 В настоящих методических рекомендациях изложена методика прогнозирования темпов увеличения показателей продольной и поперечной ровности покрытия.
4.6 Проектная организация при разработке проектной документации на строительство, реконструкцию, капитальный ремонт или ремонт участков автомобильной дороги включает в состав проектной документации в раздел расчет и конструирование дорожной одежды среднегодовой прогноз темпов ухудшения показателей продольной и поперечной ровности покрытия дорожной одежды до межремонтного срока службы [3].
Первоначально определяют проектный среднегодовой темп развития повреждений в соответствии с разделом 5, после чего среднегодовой прогноз темпов ухудшения продольной и поперечной ровности дорожных покрытий в соответствии с разделами 7 и 8 настоящих методических рекомендаций.
4.7 Терминальные значения продольной и поперечной ровности покрытия дорожной одежды должны соответствовать предельно допустимым значениям ГОСТ 33220.
4.8 Настоящие методические рекомендации разработаны на основе опыта применения конструкций дорожных одежд жесткого и нежесткого типов при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте и ремонте участков федеральной автомобильной дороги М-6 (Р 22) «Каспий». Конструкции дорожных одежд представлены в Приложении А.
5. Дополнительные требования к проектным решениям по конструкциям дорожных одежд
5.1 Основной задачей, действующих руководящих документов по проектированию дорожных одежд жесткого и нежесткого типов, является определение параметров конструкции, назначение толщины конструктивных слоев и подбор материалов в соответствии с исходными данными. В состав исходных данных принято включать: категорию автомобильной дороги, месторасположение объекта, проектный срок службы, прогнозируемые интенсивность и состав движения, параметры и тип грунта земляного полотна.
5.2 В соответствии с принятой терминологией к жестким дорожным одеждам принято относить конструкции с монолитным цементобетонным покрытием, конструкции с асфальтобетонным покрытием на цементобетонном основании и конструкции с покрытием из сборных бетонных и железобетонных плит. К нежестким дорожным одеждам относят все остальные дорожные одежды с асфальтобетонным покрытием.
5.3 Проектные решения должны обеспечивать: общую прочность конструкции дорожной одежды в соответствии с требуемым модулем упругости, усталостную прочность верхних слоёв покрытия на растяжение при изгибе, необходимую устойчивость грунта и нижнего слоя основания к сдвигающим усилиям, устойчивость конструкции к морозному пучению и гарантировать отвод воды из нижнего слоя основания в условиях критического поступления влаги.
5.4 Установлено, что причинами преждевременного разрушения дорожных покрытий могут быть: ошибочные проектные решения; некачественное строительство; невыполнение обязательных мероприятий в составе работ по содержанию автомобильной дороги. С целью разделения ответственности между проектными, строительными и эксплуатационными организациями предлагается в составе проектной документации ввести прогноз изменения основных индикаторов состояния проезжей части: международного показателя продольной ровности IRI100 и показатель глубины колеи K100
5.5 Указанные показатели состояния проезжей части увеличиваются в процессе эксплуатации до терминальных значений, регламентируемых действующими требованиями к эксплуатационному состоянию автомобильных дорог. Дополнительным параметром конструкции предлагается считать проектное значение темпа увеличения индикатора ΔIRI100/год и ΔK100/год. На рисунках 1 и 2 в качестве примеров представлены зависимости изменения продольной и поперечной ровности с темпом увеличения международного показателя ровности и глубины колеи.
Рисунок 1 - Проектное изменение международного показателя
ровности IRI
по годам эксплуатации
Рисунок 2 - Проектное изменение глубины колем K по годам эксплуатации
5.6 В соответствии с требованиями к эксплуатационному состоянию дорожных покрытий по условиям безопасности движения следует установить требования к терминальному состоянию покрытия по продольной ровности покрытия IRIt и по перечной ровности покрытия Kt по таблицам 1 и 2 в соответствии с ГОСТ 33220.
Таблица 1 - Значения показателей продольной ровности покрытия
|
Категория дороги |
Ровность по показателю IRI, м/км, не более |
|
IA, III |
4,0 |
|
IB, II |
4,5 |
|
III |
5,5 |
|
IV |
6,5 |
|
Примечание - Значения IRI (International Roughness Index - Международный показатель ровности) рассчитывают по каждому 100-метровому участку полосы дороги |
|
Таблица 2 - Значения показателя поперечной ровности покрытия
|
Категория дороги |
Глубина колеи по показателю K, см, не более |
|
IA, IБ |
2,5 |
|
IB - IV |
3,0 |
5.7 В соответствии с требованиями стандартов по приемке построенных или отремонтированных покрытий принимаются начальное значение продольной ровности покрытия IRI0 в соответствии с таблице 3 [4, 5] или устанавливают более высокие требования к начальному значению продольной ровности.
Таблица 3 - Требования к начальной продольной ровности дорожных покрытий
|
Категория автомобильной дороги |
Допустимые значения амплитуд, мм |
IRI, м/км |
||
|
Длина прямой линии, м |
||||
|
10 |
20 |
40 |
Не более |
|
|
I, II, III |
5 |
8 |
16 |
2,2 |
|
IV, V |
6 |
10 |
20 |
2,6 |
5.8 На основе принятого в проектной документации межремонтного срока службы дорожной одежды вычисляют проектный среднегодовой темп развития повреждений ΔIRIпроект и ΔKпроект. Указанные значения следует вычислять по следующим формулам:
|
|
(1) |
и
|
|
(2) |
где IRI0 - начальное значение международного показателя ровности на дату ввода в эксплуатацию, м/км; IRIt - терминальное значение международного показателя ровности к концу проектного срока службы; t - проектный срок службы; Kt - терминальное значение показателя глубины колеи к концу проектного срока службы.
6 Влияние параметров транспортного потока на темпы ухудшения продольной и поперечной ровности дорожных покрытий
6.1 Процесс ухудшения эксплуатационного состояния покрытий дорожных одежд рассматривается в виде накопления микроповреждений, вызываемых каждой осью проезжающих автомобилей. Величина единичных микроповреждений существенно различается для разных автомобилей в зависимости от их грузоподъёмности и собственной массы автомобилей, от распределения нагрузки по осям, от скорости их движения, температуры покрытия и состояния грунтового основания.
6.2 Процессы образования микроповреждений могут приводить к появлению усталостных трещин в слоях цементобетона и асфальтобетона, накоплению остаточных деформаций в нежестких слоях дорожных одежд, пластических деформаций в слоях асфальтобетона при высоких температурах и износу поверхности покрытия в результате абразивного воздействия колес автомобилей при их разгоне и торможении.
6.3 В настоящих рекомендациях принято, что все перечисленные повреждения вносят свой вклад в ухудшение продольной и поперечной ровности, что приводит к увеличению показателей IRI100 и глубины колеи K100 Интенсивность увеличения показателей ΔIRI/год и ΔK/год существенно различается для жестких и нежестких конструкций дорожных одежд, для цементобетонных и асфальтобетонных покрытий.
6.4 На основе статистического анализа результатов измерения глубины колеи для участков с разной интенсивностью движения установлено, что темп увеличения глубины колеи имеет лучшую корреляцию с общим количеством физических автомобилей проехавших по полосе движения.
6.5 Суммарное расчетное число приложения расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за срок службы определяется по формуле:
|
|
(3) |
где Nр - суточная приведенная интенсивность на последний год срока службы, ед./сут; Трдг - расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции (определяемое в соответствии с приложением 6 ОДН 218.046-01); kn - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (определяемый по таблице 3.3 ОДН 218.046-01); kс - коэффициент суммирования (определяемый по приложению 6, таблица П.6.2 ОДН 218.046-01) или по формуле:
|
|
(4) |
где Тсл - расчетный срок службы; q - показатель изменения интенсивности движения по годам;
Суточная приведенная интенсивность на последний год срока службы определяется по формуле:
|
|
(5) |
где fпол - коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним (определяемый по таблице 3.2 ОДН 218.046-01); n - общее число различных марок транспортных средств в составе транспортного потока; Nm - число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m-й марки; Sмсум - суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства m-й марки к расчетной нагрузке Qpacч, (определяемый в соответствии с приложением 2 ОДН 218.046-01).
6.6 Суммарное количество прошедших автомобилей за межремонтный срок службы дорожной одежды определяется как сумма всех прошедших физических автомобилей за межремонтный срок службы дорожной одежды с учётом роста интенсивности движения в геометрической прогрессии, определяемое по формуле:
где Ni - интенсивность движения в i-ый год с учётом её роста в геометрической прогрессии, авт/сут, определяемая по формуле:
|
Ni = N0·(1 + q)t, |
(7) |
где N0 - начальная интенсивность движения, авт/сут; t - год эксплуатации.
7 Прогнозирование изменения продольной ровности дорожного покрытия
7.1 Продольную ровность покрытия дорожной одежды определяют по международному показателю ровности IRI на конец срока службы дорожной одежды или на рассматриваемый период эксплуатации по формуле:
|
IRIср.сл = IRI0 + ΣΔIRIi |
(8) |
где IRIcp.сл - значение международного показателя ровности за срок службы дорожной одежды, м/км; IRI0 - начальное значение международного показателя ровности на дату ввода в эксплуатацию, м/км; ΔIRI0 - ежегодный прирост международного показателя ровности в i-ый год, м/км.
7.2 Ежегодный прирост международного показателя ровности при суммарном расчетном числе приложения расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за межремонтный срок службы определяют по формуле:
|
ΔIRIi = α·10-10ΣNp·365 |
(9) |
где α - коэффициент модели, принимаемый по таблице 4 в зависимости от конструкции дорожной одежды; ΣNp - суммарного расчетного числа приложения расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за межремонтный срок службы.
Таблица 4 - Значение коэффициента модели α
|
Значение коэффициента модели а в зависимости от конструкции дорожной одежды |
||||||
|
Жесткая |
Нежесткая |
|||||
|
Тип покрытия |
Тип покрытия |
|||||
|
Цементобетон |
Асфальтобетон |
Асфальтобетон |
||||
|
Тип А |
ЩМА-16(22) |
Тип А |
ЩМА-16(22) |
|||
|
3 слоя |
2 слоя |
3 слоя |
2 слоя |
3 слоя |
3 слоя |
|
|
0,61 |
2,47 |
3,46 |
2,22 |
2,84 |
1,59 |
1,56 |
7.3 Ежегодный прирост международного показателя ровности при суммарном количестве физических прошедших автомобилей за межремонтный срок службы дорожной одежды определяют по формуле:
|
ΔIRIi = α′·10-8·Ni·365 |
(10) |
где α′ - коэффициент модели, принимаемый по таблице 5 в зависимости от конструкции дорожной одежды; Ni - интенсивность движения в i-ый год с учётом её роста в геометрической прогрессии, авт/сут.
Таблица 5 - Значение коэффициента модели α′
|
Значение коэффициента модели α′ в зависимости от конструкции дорожной одежды |
||||||
|
Жесткая |
Нежесткая |
|||||
|
Тип покрытия |
Тип покрытия |
|||||
|
Цементобетон |
Асфальтобетон |
Асфальтобетон |
||||
|
Тип А |
ЩМА-16(22) |
Тип А |
ЩМА-16(22) |
|||
|
3 слоя |
2 слоя |
3 слоя |
2 слоя |
3 слоя |
3 слоя |
|
|
1,63 |
6,58 |
9,23 |
5,92 |
7,69 |
4,25 |
4,16 |
7.4 Начальное значение международного показателя ровности назначают для верхнего слоя покрытия для строительства, реконструкции и капитального ремонта участков автомобильной дороги в диапазоне от 0,9 до 1,5 м/км, для участков проведения работ по ремонту от 1,5 до 2,2 м/км. Отклонение начального значения международного показателя ровности IRI0 для верхнего слоя покрытия дорожной одежды после его укладки не должно превышать 5 % в большую сторону.
7.5 Ориентировочные значения ежегодного прироста международного показателя ровности ΔIRI в зависимости от интенсивности движения для различных конструкций дорожных одежд приведены в таблице 6.
|
п/п |
Интенсивность движения транспортного потока по полосе движения в физических автомобилях, авт./сут. |
Ежегодный прирост международного показателя ровности ΔIRI в зависимости от конструкции дорожной одежды, м/км |
||||||
|
Жесткая дорожная одежда |
Нежесткая дорожная одежда |
|||||||
|
Тип покрытия |
Тип покрытия |
|||||||
|
Цементобетон |
Асфальтобетон |
Асфальтобетон |
||||||
|
Тип А |
ЩМА-16(22) |
Тип А |
ЩМА-16(22) |
|||||
|
3 слоя |
2 слоя |
3 слоя |
2 слоя |
3 слоя |
3 слоя |
|||
|
1 |
< 2500 |
0,01 |
0,06 |
0,08 |
0,05 |
0,07 |
0,04 |
0,03 |
|
2 |
2500 - 5000 |
0,03 |
0,12 |
0,16 |
0,10 |
0,14 |
0,08 |
0,06 |
|
3 |
5000 - 10000 |
0,06 |
0,24 |
0,34 |
0,20 |
0,28 |
0,16 |
0,12 |
|
4 |
10000 - 20000 |
0,12 |
0,48 |
0,68 |
0,40 |
0,56 |
0,32 |
0,24 |
|
5 |
> 20000 |
0,18 |
0,72 |
1,02 |
0,65 |
0,84 |
0,46 |
0,40 |
8 Прогнозирование изменения поперечной ровности дорожного покрытия
8.1 Поперечную ровность покрытия дорожной одежды определяют по значению глубины колеи при суммарном расчетном числе приложения расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за срок службы и по суммарному количеству физических прошедших автомобилей за срок её службы.
8.2 Глубину колеи покрытия дорожной одежды при суммарном расчетном числе приложения расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за межремонтный срок службы определяют по формуле:
|
Kср.сл = b·10-9ΣNp·365 |
(11) |
где b - коэффициент модели, принимаемый по таблице 7 в зависимости от конструкции дорожной одежды; ΣNp - суммарного расчетного числа приложения расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за межремонтный срок службы.
Таблица 7 - Значение коэффициента модели b
|
Значение коэффициента модели b в зависимости от конструкции дорожной одежды |
||||||
|
Жесткая |
Нежесткая |
|||||
|
Тип покрытия |
Тип покрытия |
|||||
|
Цементобетон |
Асфальтобетон |
Асфальтобетон |
||||
|
Тип А |
ЩМА-16(22) |
Тип А |
ЩМА-16(22) |
|||
|
3 слоя |
2 слоя |
3 слоя |
2 слоя |
3 слоя |
3 слоя |
|
|
1,71 |
4,29 |
5,42 |
2,35 |
5,01 |
4,62 |
3,37 |
8.3 Глубину колеи покрытия дорожной одежды за i-тый год эксплуатации или за срок службы дорожной одежды при суммарном количестве физических прошедших автомобилей определяют по формулам (12) и (13):
|
ΔKi = b′·10-n·Ni·365, |
(12) |
или за срок службы дорожной одежды
|
ΔKср.сл = b′·10-n·ΣNср.сл, |
(13) |
где b′ - коэффициент модели, принимаемый по таблице 8 в зависимости от конструкции дорожной одежды; Ni - интенсивность движения в i-ый год с учётом её роста в геометрической прогрессии, авт/сут; ΣNср.сл - суммарное количество физических прошедших автомобилей за срок службы дорожной одежды; n - коэффициент модели, принимаемый для цементобетонных покрытий и щебеночно-мастичного асфальтобетона равный 7, для асфальтобетона типа А и для жесткой дорожной одежды с двухслойным покрытием с верхним щебеночно-мастичным асфальтобетоном равный 6.
Таблица 8 - Значение коэффициента модели b′
|
Значение коэффициента модели b′ в зависимости от конструкции дорожной одежды |
|||||||
|
Жесткая |
Нежесткая |
||||||
|
Тип покрытия |
Тип покрытия |
||||||
|
Цементобетон |
Асфальтобетон |
Асфальтобетон |
|||||
|
Тип А |
ЩМА-16(22) |
Тип А |
ЩМА-16(22) |
||||
|
3 слоя 2 слоя |
3 слоя 2 слоя |
3 слоя |
3 слоя |
||||
|
1,31 |
1,146 |
1,446 |
6,290 |
1,33 |
1,234 |
8,990 |
|
8.4 Ориентировочные значения ежегодного прироста глубины колеи ΔK в зависимости от интенсивности движения для различных конструкций дорожных одежд приведены в таблице 9.
Таблица 9 - Ежегодный прирост глубины колеи ΔK в мм в зависимости от конструкции дорожной одежды
|
№ п/п |
Интенсивность движения транспортного потока по полосе движения в физических автомобилях, авт./сут. |
Ежегодный прирост глубины колеи ΔK в зависимости от конструкции дорожной одежды, мм |
||||||
|
Жесткая дорожная одежда |
Нежесткая дорожная одежда |
|||||||
|
Тип покрытия |
Тип покрытия |
|||||||
|
Цементобетон |
Асфальтобетон |
Асфальтобетон |
||||||
|
Тип А |
ЩМА-16(22) |
Тип А |
ЩМА-16(22) |
|||||
|
3 слоя |
2 слоя |
3 слоя |
2 слоя |
3 слоя |
3 слоя |
|||
|
1 |
< 2500 |
0,12 |
1,05 |
1,32 |
0,57 |
1,21 |
1,12 |
0,82 |
|
2 |
2500 - 5000 |
0,24 |
2,10 |
2,64 |
1,15 |
2,42 |
2,25 |
1,64 |
|
3 |
5000 - 10000 |
0,48 |
4,20 |
5,28 |
2,30 |
4,84 |
4,50 |
3,28 |
|
4 |
10000 - 20000 |
0,96 |
8,40 |
10,56 |
4,60 |
9,68 |
9,00 |
6,56 |
|
5 |
> 20000 |
1,44 |
12,55 |
15,84 |
6,89 |
14,52 |
13,51 |
9,84 |
