Роль инноваций в дорожном строительстве

Преимущества развития дорожной сети и модернизация автотранспортных средств являются одними из важнейших показателей благосостояния страны. Как внедряются инновации в отрасли дорожного строительства и почему они важны?

Экскурс в историю жестких и нежестких дорожных одежд

В конце XIX века в жизнь человечества ворвался автомобиль, во многом переформатировав мироустройство и вызвав бурный рост экономики. Часть прогрессивных инженеров стала размышлять над тем, как и какие строить дороги, и переквалифицировалась в инженеров дорожного строительства.

Далеко не секрет, что первый в истории асфальтобетон был уложен еще в 1824 г. в Париже на Елисейских полях, после чего он стал активно применяться в Европе.

Рис. 1. Укладка первого асфальтобетона в Париже, Франция

Автотранспортного бума в Европе в то время не случилось, в то время как он начался в США. В 1870-х в Ньюарке промышленным способом построили первую асфальтобетонную дорогу для автомобилей.

Рис. 2. Укладка первого асфальтобетона в Ньюарке, США

История же жестких одежд началась в Шотландии в 1873 г.

Рис. 3. Строительство первой жесткой дороги в Шотландии, Великобритания

При этом в США такое покрытие применили неподалеку от Нью-Йорка в 1890 г. Эксперимент оказался неудачным: покрытие быстро растрескалось и спустя пару лет его пришлось перекрыть асфальтобетоном. Именно этот факт почему-то стал всемирно известным, и после этого основную популярность завоевали асфальтобетонные покрытия. Но есть и другой факт: бетонное покрытие, устроенное всего одним годом позже в Бельфонтене, вошло в Книгу рекордов – эта дорога используется до сих пор!

Рис. 4. Бетонная дорога в Бельфонтене

В течение следующих 80 лет инженеры экспериментировали с обожжённой глиной, гранитом, деревянными блоками, бетоном. В 1958 г. инженеры из США инициировали грандиозный эксперимент, построив полигон для полномасштабных испытаний. В результате многолетней работы были получены наиболее полные на сегодняшний день данные о различных конструктивных слоях, которые нашли свое отражение в стандарте AASHTO «Процедуры проектирования дорожных покрытий». Документ стал повсеместно использоваться в США и получил со временем широкое признание за пределами Соединенных Штатов.

К началу 80-х накопилось достаточно большое количество новых технологий для строительства дорог. С появлением компьютеров все исследования оцифровали. Была создана единая исследовательская программа, в которую вошли институты из разных стран мира, что позволило делиться результатами исследований, исключить дублирование экспериментов, испытать новые материалы и технологии для дорог. Одну из ведущих ролей в этом направлении сыграл частный бизнес: все мы знаем, какой вклад в разработку битумов внесли нефтедобывающие компании, а также производители химии, геосинтетики, компании в отрасли машиностроения.

Но затем политика в области технического регулирования стала почти непреодолимым препятствием для внедрения инноваций. Произошел разрыв между научными изысканиями и практическим применением. В результате дорожная инфраструктура США и других странах морально и физически устарела. Известные лаборатории почили в бозе.

Сколько стоит ухудшение дорожной инфраструктуры?

Ухудшение дорожной инфраструктуры имеет реальную цену для общества. Только на ремонт дорог США тратят 28 миллиардов долларов ежегодно. Однако, расход этой суммы не решает основные задачи – увеличение межремонтных интервалов и продление срока службы дорог. Недостаточное качество дорог приводит к дорожным пробкам и авариям. На дорогах США в 2022 г. погибло 43 000 человек. Совокупные потери экономики в том же году составили 136 миллиардов долларов.

Необходимость внедрения мер, направленных на улучшение состояния дорог и продление срока их службы

В 2015 г. президент США Б. Обама подписал первый за более чем десятилетие федеральный закон о долгосрочном планировании и развитии транспортной инфраструктуры на 2015 – 2020 гг. На его реализацию было выделено 305 миллиардов долларов. Но всего одна десятитысячная процента от этой суммы предназначалась для внедрения новых материалов и технологий. Это еще одно подтверждение афоризма, который приписывают Б. Франклину: «Провал в планировании - планирование провала».

Проблематика современного дорожного строительства

Сегодня мы сталкиваемся с фактом роста грузоперевозок. За последние 30 лет нагрузка на дороги возросла в 4 раза. Этот фактор в совокупности с глобальным изменением климата, увеличением осевых нагрузок, дефицитом и удорожанием стоимости строительных ресурсов существенно осложняет решение проблемы.

Увеличить срок службы нежестких дорожных одежд при существующей методике можно только за счет увеличения толщины конструктивных слоев, а соответственно и стоимости строительства. Возникает острая необходимость в новых экономичных решениях, которые могут снизить деформативность дорожных покрытий. И конечно же, эти решения должны быть надежными и безопасными!

Пример внедрения инновации в дорожную отрасль

Как известно, новое – это хорошо забытое старое. Цементный бетон используется уже очень давно и среди его преимуществ - высокая прочность и несущая способность, длительный срок эксплуатации, низкое воздействие на окружающую среду, высокий коэффициент сцепления, низкие затраты на содержание, и все это - доказанная на практике реальность. При этом то, что считается недостатком, к примеру, высокая стоимость или дефицит цемента, на поверку оказывается мифом.

Но для того чтобы применить технологию строительства цементных дорог в России в 2023 г. были заново пересмотрены и отредактированы государственные стандарты – ГОСТ Р 59628-2021 «Дороги автомобильные общего пользования. Проектирование жестких дорожных одежд. Типовые конструкции». Наряду с этим разрабатывались типовые конструкции с учетом современных требований по нагрузкам, интенсивности и высоким скоростям.

Рис. 5. Типовые конструкции жестких дорожных одежд

Также были оптимизированы технологии стабилизации нижних слоев основания дорожной одежды с целью повышения срока службы покрытия и экономии инертных материалов и были изучены свойства бетонов, гидрофобизаторов, химических добавок, различных вариантов покрытий, в том числе сверхтонких.

Рис. 6. Химическая стабилизация дорожных одежд

Рис. 7. Механическая стабилизация дорожных одежд

Помимо этого, были разработаны современные технологии и механизмы. В результате тесного сотрудничества науки, разработчиков проектных решений, производителей оборудования, материалов, а также при непосредственном участии строителей началось активное строительство жестких дорог. И конечно, была отработана технология ремонта жестких дорог. Например, устройство слоя износа из мелкощебенистого асфальтобетона позволило не только решить проблему коллееобразования, отраженных трещин, но также улучшить качество езды.

Безусловно, в процессе разработки и применения какой-либо инновации и на этапе строительства, и на этапе ремонта очень важную роль играет заинтересованность госрегулятора. К примеру, так как современные бетоноукладочные комплексы, которые позволяют реализовывать различные технологии укладки, подразумевают значительные инвестиции в их приобретение и содержание, долгосрочная программа строительства жестких дорог поможет подрядным организациям, инвесторам планировать сроки окупаемости нового оборудования.

Вариантное проектирование, сравнение стоимостных показателей, долгосрочное планирование – это залог строительства безопасных и качественных дорог, вклад в будущее.

Рис. 8. Пример вариантного проектирования

Наука не стоит на месте. Малым и средним бизнесом создано много инновационных решений. Современные наработки в области химии, строительной механики позволяют найти технологии, которые помогут эффективно решить проблемы в дорожно-строительной отрасли, а именно:

·       Увеличить срок службы жестких и нежестких покрытий;

·       Снизить толщины качественных инертных материалов;

·       Снизить риски дефрагментации вследствие динамических и климатических воздействий;

·       Снизить воздействие на окружающую среду.

При этом с целью внедрения разработок для решения этих проблем необходимо закладывать обязательное финансирование научно-исследовательских работ в стоимость проектирования, а также упростить процедуру внедрения инновационных решений на законодательном уровне. Для этого всем участникам дорожной отрасли нужно быть открытыми друг к другу: научные разработки и изобретения финансируются частным бизнесом, с которым регулятор также должен взаимодействовать, что и осуществляется благодаря национальному проекту «Безопасные качественные дороги».

Автор: К.И. Вачнадзе, директор по развитию ООО «Сотерра Инжиниринг»

Статья опубликована в журнале «Дороги СНГ»