и строительства дорог с низкой интенсивностью с учетом климатических условий Дальневосточного федерального округа

В суровых климатических условиях Дальнего Востока особенно остро встают вопросы проектирования, строительства и содержания автомобильных дорог.

На данный момент стоит задача решения проблем с обеспечением бесперебойного и безопасного проезда по дорогам с переходным типом покрытия в пределах ограниченности бюджета дорожного фонда и значительных объемов необходимых работ.

Рассмотрение заявленного вопроса выполнено применительно к Амурской области. Автомобильные дороги в данном регионе необходимо проектировать с учетом природно-­климатических, грунтово-­гидрогеологических условий и планируемой транспортной нагрузки, островного залегания многолетнемерзлых грунтов, большой заболоченностью территории и малым набором местных дорожно-­строительных материалов.

При проектировании автомобильных дорог на территории Амурской области следует обратить внимание на то, что необходимость в строительстве дорог большая, а прогнозируемая интенсивность движения на них незначительная. При этом основной дорожной одеждой сети дорог является покрытие из гравийно-­песчаной смеси. Однако возникает вопрос, какими нормами пользоваться при проектировании, строительстве и содержании упомянутых дорог: нормами для дорог общего пользования или нормами для автомобильных дорог с НИД.

К автомобильным дорогам с НИД относятся дороги, на которых среднесуточная годовая интенсивность движения не превышает 400 авт./сут. Данные автомобильные дороги в отличие от автомобильных дорог с большей интенсивностью движения проектируются, строятся и содержатся по другим нормативно-­техническим документам (ГОСТ Р 58818–2020 «Дороги автомобильные с низкой интенсивностью движения. Проектирование, конструирование и расчет», ГОСТ Р 58769–2019 «Дороги автомобильные с низкой интенсивностью движения. Правила строительства и эксплуатации», ГОСТ Р 71244–2024 «Дороги автомобильные с низкой интенсивностью движения. Дорожная одежда. Конструирование и расчет»), в которых, исходя из низкой интенсивности движения, снижены требования как по геометрическим параметрам в плане, продольном и поперечном профилях, так и по требованиям и расчету дорожных одежд. При строительстве дорог с НИД широко применяются местные материалы, используются технологии строительства по возведению земляного полотна и дорожной одежды непосредственно на дороге. Перечисленное позволяет существенно сократить строительные затраты.

В связи с изложенным, на дорогах с интенсивностью движения не более 400 авт./сут. предлагается использовать нормативы для дорог с НИД, что позволит оптимизировать строительные и эксплуатационные затраты, уменьшить стоимость занимаемых земель, получить значительный экономический эффект.

Нормативно-­технические документы

Независимо от условий проектирования в Российской Федерации, минимальные необходимые требования безопасности к автомобильным дорогам и процессам их проектирования, строительства, реконструкции, капитального ремонта и эксплуатации, а также формы и порядок оценки соответствия этим требованиям установлены техническим регламентом Таможенного союза «Безопасность автомобильных дорог» (ТР ТС 014/2011), утвержденным решением Комиссии Таможенного союза от 18.10.2011 № 827.

Решением Коллегии Евразийской экономической комиссии от 29.12.2015 № 176 и от 28.02.2017 № 22 утверждены Перечни стандартов, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований ТР ТС 014/2011, в том числе в части проектирования автомобильных дорог и дорожных одежд, действуют ГОСТ 33100–2023 «Дороги автомобильные общего пользования. Правила проектирования автомобильных дорог», ГОСТ 33149–2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Правила проектирования автомобильных дорог в сложных условиях», ГОСТ 32960–2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения».

Вместе с тем в развитие требований ТР ТС 014/2011 в рамках дорожной деятельности в целях нормативно-­технического обеспечения процессов проектирования автомобильных дорог на территории Российской Федерации также действуют следующие документы национальной системы стандартизации:

ГОСТ Р 59120–2021 «Дороги автомобильные общего пользования. Дорожная одежда. Общие требования»;

ГОСТ Р 58818–2020 «Дороги автомобильные с низкой интенсивностью движения. Проектирование, конструирование и расчет»;

ГОСТ Р 71244–2024 «Дороги автомобильные с низкой интенсивностью движения. Дорожная одежда. Конструирование и расчет».

При проектировании дорог в сложных условиях с учетом увеличения высоты насыпи до 1,2–1,5 м, а также распространения многолетнемерзлых грунтов островного залегания (что характерно для Амурской области) необходимо для обеспечения устойчивости грунтов земляного полотна учитывать положения ГОСТ 33149–2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Правила проектирования автомобильных дорог в сложных условиях» и СП 313.1325800.2017 «Дороги автомобильные в районах вечной мерзлоты. Правила проектирования и строительства».

Однако важно отметить, что своды правил могут применяться на объектах дорожного хозяйства только в части, не противоречащей требованиям документов, входящих в Перечни стандартов ТР ТС 014/2011.

Требования к материалам

С целью повышения прочностных характеристик дорожных одежд переходного типа в основании и покрытии возможно применение гравийно-­песчаных смесей, укрепленных органическими вяжущими по ГОСТ Р 70454 2022 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси щебеночно-­гравийно-песчаные, обработанные органическими вяжущими. Общие технические условия» и неорганическими вяжущими по ГОСТ Р 70455–2022 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси щебеночно-­гравийно-песчаные, обработанные неорганическими вяжущими. Общие технические условия».

Материалы, укрепленные вяжущими (комплексными, органическими, неорганическими), способствуют повышению прочностных характеристик и сдвигоустойчивости конструктивных слоев дорожной одежды. Материалы покрытия, укрепленные органическими вяжущими, исключают возможность пылеобразования. При этом следует помнить, что в ряде случаев, например при укреплении ЩГПС, дорожная одежда переходного типа становится дорожной одеждой облегченного типа.

При устройстве покрытия из материалов, не укрепленных органическими вяжущими, рекомендуется обрабатывать покрытие обеспыливающими добавками.

При отсутствии в регионе щебня, его получение может быть обеспечено путем дробления гравия при соблюдении требований ГОСТ 32703–2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и гравий из горных пород. Технические требования».

Важно отметить, что эффективное широкое применение имеющихся в регионе природных материалов в конструкциях дорожных одежд возможно с учетом их переработки (дробление, обогащение и укрепление).

По земляному полотну рекомендуется сплошная отсыпка из пригодного грунта (песок, ПГС, скальный грунт) и поднятие высоты насыпи до 1,5 м по условиям снегонезаносимости с учетом положения расчетного уровня грунтовых и поверхностных вод, а также островного залегания многолетнемерзлых грунтов.

Требования к дорожной одежде переходного типа

Требования к дорожной одежде автомобильной дороги общего пользования предъявляются ГОСТ Р 59120–2021. Согласно п. 3.6 дорожные одежды переходного типа должны иметь покрытия из щебня прочных пород, щебеночно-­гравийно-песчаных смесей или из грунтов и малопрочных каменных материалов, укрепленных вяжущими, из булыжного и колотого камня (мостовых) и применяются на автомобильных дорогах IV–V категорий.

Конструирование и расчет дорожных одежд переходного типа

Конструирование и расчеты дорожных одежд автомобильных дорог общего пользования выполняются с учетом особенностей проектирования дорожных одежд по СП 313.1325800.2017, а на автомобильных дорогах с НИД — по ГОСТ Р 71244–2024. Расчетную нагрузку для дорожной одежды с переходным типом покрытия следует принимать равной 100 кН (п. 3.3 ГОСТ 32960–2014).

Следует проектировать конструкции дорожной одежды:

переходного типа при среднегодовой суточной интенсивности движения от 100 до 400 авт./сут. с обязательным устройством защитного слоя из одиночной или двой­ной шероховатой поверхностной обработки в соответствии с ГОСТ Р 58422.1;

переходного типа при среднегодовой суточной интенсивности движения от 50 до 99 авт./сут. с укреплением (обработкой) материалов и грунтов комплексными, органическими и минеральными вяжущими;

переходного типа при среднегодовой суточной интенсивности движения менее 50 авт./сут.

Расчет дорожных одежд с покрытиями переходного типа автомобильных дорог с НИД по ГОСТ Р 71244–2024 выполняется по допускаемому модулю деформации, так как конструктивные слои дорожной одежды не содержат монолитных материалов, а дисперсные материалы работают в расчетный период только в стадии остаточных деформаций, а не в стадии упругих деформаций.

Толщина отдельных конструктивных слоев дорожной одежды должна определяться расчетом. При этом должно быть достигнуто неравенство между общим модулем деформации проектируемой конструкции и требуемым модулем деформации дорожной одежды, установленным с учетом интенсивности и перспективного состава транспортного потока, в соответствии с условием:

Ед. общ ≥ Ед. тр х Кпр,

где Ед общ — общий модуль деформации, МПа; Ед тр — требуемый модуль деформации, МПа; Кпр — требуемый коэффициент прочности дорожной одежды, назначаемый в зависимости от категории автомобильной дороги, предельного коэффициента разрушения и заданного коэффициента надежности.

Требуемый модуль деформации одежды устанавливают исходя из условия, чтобы накапливаемая под действием повторных нагрузок деформация одежды не достигала критической величины, при которой покрытие разрушается либо образуются недопустимые по условиям движения по дороге неровности.

При этом расчет по сдвиговым деформациям в малосвязных и несвязных материалах дорожной одежды и грунтах не выполняется. При расчете по модулю деформации конструкции дорожной одежды с переходными типами дорожной одежды получаются менее материалоемкие, так как допускаются остаточные деформации, и конструкции не считаются на сдвиг. Если выполнять расчет на сдвиг в слабосвязных материалах дорожной одежды и грунтах земляного полотна, то мощность конструкций существенно увеличивается с увеличением стоимости строительства, но сдвиговых деформаций избежать тем не менее не удастся, так как конструктивные слои будут в расчетный период работать в стадии остаточных деформаций.

При этом следует помнить, что интенсивность движения низкая, и между проездами автомобилей нередко интервалы достигают по 5–10 минут (см. рис. 1). Нужны ли в этом случае конструкции дорожной одежды с лишним запасом прочности, когда в процессе эксплуатации продольную ровность можно поддерживать и обеспечивать периодическими работами по содержанию (см. ГОСТ Р 58769–2019 «Дороги автомобильные с низкой интенсивностью движения. Правила строительства и эксплуатации»).

Так, за рубежом на дорогах с НИД применяют разные уровни обслуживания. Показатели стандартного уровня содержания для дорог с низкой интенсивностью движения определяются как баланс между оптимальными суммарными расходами на строительство и эксплуатацию дороги, издержками пользователей дорог и требованиями, обеспечивающими безопасность дорожного движения. Данный подход и был реализован в ПНСТ 371–2019, когда было предложено заказчику самому решать стратегию проектирования: проектировать конструкции дорожных одежд с некоторым запасом и экономить на содержании либо проектировать несколько ослабленную дорожную одежду без ущерба для безопасности движения и увеличивать затраты на содержание (см. рис. 2). И, наконец, оптимальный вариант, предусматривающий минимальные суммарные дисконтированные затраты за жизненный цикл автомобильной дороги, сбалансировав единовременные и разновременные затраты. Данный подход поддержан в ГОСТ Р 71244–2024 (вышедший взамен ПНСТ 371–2019), проверка на эксплуатационную надежность предусмотрена в нем.

Отличительной особенностью зарубежных методов расчета, которые также были реализованы в ПНСТ 371–2019 и перенесены в ГОСТ Р 71244–2024, является учет эксплуатационной надежности дорожных одежд при проектировании.

В США расчет потери эксплуатационной надежности учитывает допустимое колееобразование в слое покрытия, износ щебеночного слоя покрытия.

В Канаде расчет на прочность и эксплуатационную надежность дорожных одежд автомобильных дорог с НИД включает в себя проверку на устойчивость к колееобразованию, морозоустойчивость и осушение дорожной одежды.

В Финляндии при расчете дорожных одежд допускается сумма определенных повреждений до следующего ремонта, предусматривается предотвращение образования колеи, а также неровностей, вызванных просадкой и морозным пучением.

В России на автомобильных дорогах с НИД дорожная одежда, рассчитанная на прочность (по остаточным деформациям), проходит проверку на эксплуатационную надежность по таким условиям, как колееобразование, износ материала покрытия, морозное пучение и осушение дорожной одежды.

На автомобильных дорогах с НИД до 400 авт./сут. согласно п. п. 5.2.4, 5.2.5 ГОСТ Р 71244–2024 и п. п. 11.1.6, 11.2.1 ГОСТ Р 58818–2020 в конструктивных слоях дорожной одежды переходного типа применяются следующие материалы:

покрытие: щебень и гравий прочных пород без применения вяжущих материалов, шлаковый щебень, гравийно-­песчаные смеси (далее — ГПС) и щебеночно-­гравийно-песчаные смеси (далее — ЩГПС); ЩГПС, укрепленные (обработанные) вяжущими; органоминеральные холодные смеси с использованием вторичного асфальтобетона; асфальтобетонного гранулята; грунтов и малопрочных каменных материалов (с маркой по дробимости менее 600), укрепленных (обработанных) вяжущими;

для основания: песок, щебень и гравий из горных пород, щебень, песок и песчано-­щебеночные смеси из дробленого бетона и железобетона, шлаковые щебень и песок; грунты, укрепленные вяжущими или улучшенные добавками; стабилизированные грунты; зола уноса.

Из-за распространения гравийных материалов в Амурской области можно применять в основании дорожной одежды переходного типа природные песчано-­гравийные смеси, в покрытии — обогащенные ГПС и ЩГПС. Требования к ПГС сформулированы в ГОСТ Р 71329–2024 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси песчано-­гравийные. Общие технические условия», а к ЩПГС в ГОСТ Р 70458–2024 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси щебеночно-­гравийно-песчаные. Общие технические условия».

Конструирование и расчет дорожных одежд переходного типа для автомобильных дорог IV категории с интенсивностью движения более 400 авт./сут. могут быть выполнены по ГОСТ Р 71404 «Дороги автомобильные общего пользования. Нежесткие дорожные одежды. Правила проектирования» (1.2.418–1.388.23; разработан в развитие ПНСТ 542–2021 «Дороги автомобильные общего пользования. Нежесткие дорожные одежды. Правила проектирования»). Конструкции дорожных одежд переходного типа приведены в Приложении А ГОСТ Р 71244–2024.

Если сопоставить конструкции дорожных одежд облегченного и переходного типов, рассчитанные по методикам, приведенным в разных нормативно-­технических документах, для центральных районов Российской Федерации применительно к Амурской области, то результаты будут следующие (см. табл. 1):

Из таблицы 1 следует, что для Амурской области применительно к дорожным одеждам облегченного типа расчет по методике ГОСТ Р 71404 (ПНСТ 542) в сравнении с методикой для дорог с НИД по ГОСТ Р 71244 приводит к увеличению толщины дорожной одежды на 16–21 см с обязательным укреплением грунтов рабочего слоя земляного полотна.

Из таблицы 2 следует, что применительно к дорожным одеждам переходного типа расчет по методике ПНСТ 542 не позволяет рассчитать дорожную одежду переходного типа, так как расчет по сдвиговым деформациям слабосвязных материалов дорожной одежды и грунтов земляного полотна приводит к необходимости укрепления вяжущим каменного материала покрытия, тем самым переводит конструкцию в дорожную одежду облегченного типа.

При этом возникает вопрос выбора принципиального подхода при проектировании дорожных одежд.

1. Рассчитывать дорожную одежду по методике ГОСТ Р 71404, увеличить затраты на строительство и снизить затраты на содержание дорог.

2. Рассчитывать дорожную одежду по методике ГОСТ Р 71244, снизить затраты на строительство и увеличить затраты на содержание дорог.

Принятие решения будет зависеть от оценки приведенных затрат за период жизненного цикла дороги и перспективных планов развития сети дорог.

Выводы

В целях повышения качества разработки проектной документации и производства дорожно-­строительных работ на автомобильных дорогах общего пользования в условиях Дальневосточного федерального округа следует руководствоваться требованиями стандартов, в результате применения которых обеспечивается соблюдение требований ТР ТС 014/2011, в том числе при проектировании земляного полотна и дорожных одежд руководствоваться требованиями ГОСТ 33149–2014 и СП 313.1325800.2017, проектирование и расчет дорожной одежды переходного типа на дорогах с НИД осуществлять по ГОСТ Р 71244 2024 и ГОСТ Р 59120 2021.

При этом применение дифференцированных подходов при проектировании дорог с низкой интенсивностью позволяет выбирать наиболее эффективные решения, исходя из местных условий строительства и задач развития.

Кулижников А. М., начальник управления методов проектирования ФАУ «РОСДОРНИИ», д. т. н., профессор,

Рахимова И.А., начальник отдела конструкций земляного полотна ФАУ «РОСДОРНИИ», к.т.н., доцент