Конструирование и расчет дорожных одежд

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего образования 

«Томский государственный архитектурно-строительный университет» 

 
 

Серия «Учебники ТГАСУ» 

 
 

 

О.П. Афиногенов, С.В. Ефименко, В.Н. Ефименко 

 
 

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ  

ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД 

 

Под редакцией С.В. Ефименко 

 

Рекомендовано Учебно-методическим советом ТГАСУ 

в качестве учебного пособия для бакалавров,  

обучающихся по направлению подготовки «Строительство» 

(программа подготовки «Автомобильные дороги»), 

и специалистов, подготовка которых осуществляется  

по специальности 08.05.01 «Строительство уникальных зданий  

и сооружений», специализация «Строительство автомагистралей,  

аэродромов и специальных сооружений» 

 
 
 
 
 

Томск 

Издательство ТГАСУ 

2020 

УДК 625.84/.85.001.2(075.8)
ББК 39.311

А94

 

Серия «Учебники ТГАСУ» основана в 2013 году 

 

Афиногенов, О.П. 

Конструирование и расчет дорожных одежд : учебное 
пособие / О.П. Афиногенов, С.В. Ефименко, В.Н. Ефименко ; 
под ред. С.В. Ефименко. – 2-е изд., доп. и перераб. – Томск : 
Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2020. – 444 с. – Текст : 
непосредственный. 

ISBN 978-5-93057-930-7 

 
Приведены общие сведения об особенностях функционирования дорожных 
одежд автомобильных дорог, обзор методов их расчета. Рассмотрен 
порядок конструирования и расчета дорожных одежд, регламентированный 
действующими нормативными и методическими документами. Изложены 
особенности расчета жестких дорожных одежд в частных случаях, а также 
необходимые сведения для учета при проектировании в природных условиях 
Западной Сибири. Даны необходимые комментарии и примеры расчета. 

Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению подготовки бакалавров 08.03.01 «Строительство» (программа 
подготовки «Автомобильные дороги»), и специалистов, подготовка которых 
осуществляется по специальности 08.05.01 «Строительство уникальных 
зданий и сооружений», специаация «Строительство автомагистралей, аэродромов 
и специальных сооружений. Может быть полезно слушателям факультетов 
повышения квалификации, а также специалистам проектных организаций. 

 

УДК 625.84/.85.001.2(075.8)
ББК 39.311

Рецензенты: 
В.В. Ушаков, докт. техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Строительство 
и эксплуатация дорог», проректор по научной работе 
МАДИ (ТУ), заслуженный работник высшей школы РФ; 
В.А. Шаламанов, докт. техн. наук, профессор Кузбасского 
государственного университета. 
 
ISBN 978-5-93057-930-7
© Томский государственный

архитектурно-строительный
университет, 2020

© Афиногенов О.П., Ефименко С.В.,

Ефименко В.Н., 2020

А94

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие .......................................................................................................... 5 
1. Работа дорожных одежд автомобильных дорог .......................................... 6 

1.1. Понятие о надежности, долговечности  и сроках службы 
дорожных одежд ................................................................................................ 6 
1.2. Воздействие на дорожную одежду нагрузки от транспортных 
средств .............................................................................................................. 12 
1.3. Природные и климатические воздействия  на дорожную 
конструкцию .................................................................................................... 14 
1.4. Характерные повреждения и дефекты  эксплуатируемых 
дорожных одежд .............................................................................................. 21 
1.5. Влияние состояния дорожной одежды  на показатели работы 
автомобильного транспорта ........................................................................... 31 

2. Конструирование дорожных одежд ............................................................. 37 

2.1. Назначение конструкций дорожных одежд и основные 
требования, предъявляемые к ним ................................................................. 37 
2.2. Конструктивные слои, классификация дорожных одежд ..................... 39 
2.3. Задачи и принципы конструирования дорожных одежд ...................... 44 
2.4. Эффективность применения  и особенности конструирования 
жестких дорожных одежд ................................................................................ 47 
2.5. Особенности конструирования нежестких дорожных одежд ................... 70 
2.6. Конструирование дополнительных слоев основания ............................ 76 
2.7. Особенности конструирования дорожных одежд со слоями из 
малопрочных материалов и побочных продуктов промышленности ......... 80 
2.8. Повышение прочности и стабильности рабочего слоя земляного 
полотна ............................................................................................................. 81 

3. Обзор методов расчета дорожных одежд ................................................... 85 

3.1. Методы расчета жестких дорожных одежд ........................................... 85 
3.2. Методы расчета нежестких дорожных одежд...................................... 107 

4. Расчетные параметры подвижной нагрузки ........................................... 114 
5. Расчетные характеристики материалов .................................................. 124 
6. Практическая методика расчета жестких дорожных одежд 
с монолитными цементобетонными покрытиями ..................................... 127 

6.1. Общие положения расчета жестких дорожных одежд ........................ 127 
6.2. Расчет толщины монолитного покрытия.............................................. 128 
6.3. Расчет основания .................................................................................... 134 
6.4. Пример расчета ....................................................................................... 140 

7. Особые случаи расчета  жестких дорожных одежд ................................ 150 

7.1. Расчет асфальтобетонных покрытий  с цементобетонным 
основанием ..................................................................................................... 150 
7.2. Расчет сборных покрытий...................................................................... 151 
7.3. Расчет сборно-монолитных покрытий .................................................. 159 
7.4. Определение толщины покрытий  на стадии технико-
экономических обоснований ........................................................................ 166 

8. Расчет нежестких дорожных одежд........................................................... 170 

8.1. Общие положения нормативного метода расчета ............................... 170 
8.2. Расчет дорожной одежды  по допускаемому упругому прогибу ....... 176 
8.3. Расчет по сдвигу в грунте земляного полотна и слабосвязанных 
материалах ..................................................................................................... 180 
8.4. Расчет монолитных материалов на растяжение при изгибе ............... 184 
8.5. Пример расчета ....................................................................................... 188 

9. Обеспечение морозоустойчивости  дорожных одежд ............................. 200 
10. Проектирование осушения дорожной одежды и земляного 
полотна ............................................................................................................... 223 
11. Учет региональных особенностей проектирования дорожных 
одежд ................................................................................................................... 237 

11.1. Принципы регионального районирования  и назначения 
расчетных характеристик грунтов ............................................................... 237 
11.2. Значения характеристик грунтов для расчета дорожных одежд 
в условиях Алтайского края ......................................................................... 246 
11.3. Особенности проектирования дорожных одежд в  условиях 
Кемеровской области .................................................................................... 257 
11.4. Значения характеристик грунтов для расчета дорожных одежд 
на территории Новосибирской области ....................................................... 304 
11.5. Особенности проектирования дорожных одежд на территории 
Томской области ............................................................................................ 342 
11.6. Расчетные значения характеристик грунтов 
для проектирования дорог в Тюменской области ...................................... 361 

Библиографический список ........................................................................... 394 
Приложение 1. Характеристики грунтов и материалов дорожных 
одежд ................................................................................................................... 404 
Приложение 2. Характеристики транспортных средств ............................... 432 
Приложение 3. Расчетная амплитуда колебаний температуры 
на поверхности покрытия .................................................................................. 441 
Приложение 4. Условные обозначения материалов в слоях дорожной 
одежды ................................................................................................................ 442 
Приложение 5. Пример оформления поперечного профиля 
конструкции земляного полотна и дорожной одежды.................................... 443 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Дорожная одежда – один из наиболее ответственных и материалоемких 
элементов автомобильной дороги. Состояние дорожного покрытия 
во многом определяет режимы и безопасность движения, эффективность 
функционирования автомобильного транспорта. 

Пособие посвящено вопросам конструирования и расчета наиболее 
распространенных типов дорожных одежд с учетом действующих 
нормативных документов [1–3] и является переработанным и дополненным 
изданием учебных пособий [4, 5]. Цель пособия – обеспечить 
студентов высших учебных заведений, осуществляющих бакалаврскую 
и специальную подготовку по направлениям 08.03.01«Строительство» 
и 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений», слушателей 
факультетов повышения квалификации необходимым материалом 
для учебного проектирования дорожных одежд. При подготовке 
пособия учтены положения, сформулированные в работах [6, 7]. 

Значительное внимание уделено особенностям проектирования 
автомобильных дорог общего пользования в регионе основной добычи 
углеводородного сырья России – Западной Сибири. Приведены уточненные 
климатические параметры, расчетные характеристики грунтов 
для территорий Алтайского края, Кемеровской, Новосибирской, Томской 
и Тюменской областей, полученные в результате многолетних исследований 
сотрудников Томского государственного архитектурно-
строительного университета (ТГАСУ) [8, 9]. В предлагаемой работе 
отражены положения актуализированных и вновь принятых в отрасли 
норм проектирования дорожных одежд, последних результатов научных 
исследований. 

Учебное пособие подготовили кандидат технических наук, доцент 
О.П. Афиногенов (директор Кузбасского центра дорожных исследований), 
доктор технических наук, декан дорожно-строительного 
факультета С.В. Ефименко, доктор технических наук, профессор кафедры «
Автомобильные дороги» В.Н. Ефименко (Томский государственный 
архитектурно-строительный университет). 

 

1. РАБОТА ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ 

1.1. Понятие о надежности, долговечности  

и сроках службы дорожных одежд 

Используемая в настоящее время система терминов и понятий, 

относящихся к службе дорожных одежд, предложена профессором 
А.К. Бирулей [10]. Большой вклад в еѐ развитие внесли профессора 
И.А. Золотарь, 
В.К. Некрасов, 
С.В. Коновалов, 
Ю.М. Яковлев, 

М.С. Коганзон и др. [11]. Ниже рассмотрена терминология, применяемая 
специалистами дорожной отрасли при конструировании и расчѐ-
те дорожных одежд. 

Долговечность – свойство дорожной одежды сохранять работо-

способность до наступления определенного предельного состояния 
при нормальном эксплуатационном содержании и ремонтах. Этот 
термин с таким же содержанием может быть применен не только ко 
всей одежде, но и к каждому еѐ слою отдельно. Предельное состояние 
дорожной одежды наступает, когда еѐ дальнейшая эксплуатация становится 
неэффективной (нерациональной) из-за старения, разрушения, 
частых отказов или увеличения затрат на ремонт. Показателем 
долговечности может служить, например, срок службы до капитального 
ремонта без потери основных эксплуатационных качеств [12]. 
Предельное состояние может также определяться так называемым моральным 
устареванием покрытия. 

Следует различать показатели, характеризующие долговечность 

по наработке (ресурс) и календарному времени службы (срок службы). 
Ресурс и срок службы могут отсчитываться от момента сдачи 
в эксплуатацию до первого капитального ремонта, между капитальными 
ремонтами и до реконструкции или утилизации (ликвидации). 
Таким образом, под долговечностью дорожной одежды подразумевают 
предельный срок еѐ службы, в течение которого она сохраняет 
требуемые эксплуатационные качества. 

В технике принято различать долговечность моральную и физиче-

скую. Моральная долговечность дорожной одежды характеризуется сроком 
службы до того момента, когда она перестает отвечать изменяющимся 
условиям эксплуатации или режимам технологических процессов. 

1. Работа дорожных одежд автомобильных дорог 

7 

Физическая долговечность дорожной одежды определяется про-

должительностью износа и (или) других деструктивных процессов 
в основных несущих элементах (слоях) конструкции под воздействием 
транспортных нагрузок и физико-химических факторов. 

Долговечность сокращается при неправильной эксплуатации 

дороги, перегрузках одежды, а также при резко выраженных разрушающих 
воздействиях окружающей среды (действие грунтовой и поверхностной 
воды, солнечной радиации, мороза и т. д.) В значительной 
степени долговечность дорожных одежд зависит от правильного 
выбора конструктивно-технологических решений (с учетом особенностей 
географического комплекса), специфики эксплуатации, обеспечения 
качества строительства. 

Поскольку долговечность – один из показателей качества про-

дукции, актуальность совершенствования методов проектирования 
дорожных одежд с продолжительным жизненным циклом достаточно 
высока. Для обеспечения долговечности дорожных одежд необходимо 
учитывать положения теории управления качеством (рис. 1.1) [13], 
предварительно внедрив их в учебный процесс подготовки проектировщиков 
и строителей автомобильных дорог. 

 

 

 

Рис. 1.1. Влияние вида управления на качество продукции 

Уровень качества продукции, %

Конструирование и расчет дорожных одежд 

8 

Физическая и моральная долговечность должны быть согласо-

ваны между собой: чем меньше моральная долговечность, тем ниже 
должны быть требования и к физической долговечности. 

При решении проблемы долговечности дорожных одежд следу-

ет учитывать, что она – лишь одна из характеристик надежности конструкции. 
Надежность любого инженерного сооружения характеризуется 
способностью сохранять значения установленных параметров 
функционирования в определенных пределах, соответствующих заданным 
режимам и условиям использования и технического обслуживания [
14]. Другими словами, надежность – это устойчивость качества 
системы (инженерного сооружения) по отношению ко всем возможным 
возмущениям, которые могут встретиться при изготовлении, 
возведении, полезном функционировании, транспортировании, хранении 
и т. п. В зависимости от назначения системы и условий ее эксплуатации 
надежность может включать такие свойства, как безотказность, 
долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость (резерви-
руемость), или любое сочетание этих свойств. 

Профессор А.К. Бируля предложил следующее определение 

надежности дорожной одежды [15]: «Надежность – это свойство одежды, 
обусловленное безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью 
всего сооружения или его частей и обеспечивающее сохранение 
эксплуатационных показателей одежды в заданных пределах». 

Основное понятие, используемое в теории надежности, – поня-

тие отказа, т. е. утраты работоспособности, наступающее внезапно 
или постепенно. Работоспособность – такое состояние дорожной 
одежды, при котором она соответствует всем требованиям, предъявляемым 
к ее основным параметрам. К числу основных параметров дорожных 
одежд относят несущую способность (прочность), износо-
стойкость, ровность, сцепление колеса с поверхностью покрытия, их 
принято называть транспортно-эксплуатационными показателями или 
показателями качества. 

Показатели качества изменяются с течением времени. Их изме-

нение, превышающее допустимые значения, способствует частичному 
или полному отказу дорожной одежды. 

Мерой работоспособности обычно является срок службы одежды, 

определяемый массой грузов и транспортных средств (масса брутто), 

1. Работа дорожных одежд автомобильных дорог 

9 

пропущенных дорогой от еѐ сдачи в эксплуатацию до потребности 
в капитальном ремонте или между капитальными ремонтами (полная 
работоспособность) либо за период от сдачи в эксплуатацию до ремонта 
или между ремонтами (частичная работоспособность) [12]. Такой 
подход нельзя признать правильным, поскольку при этом устанавливают 
не срок службы, а ресурс дорожной одежды (см. выше). Кроме того, 
не учитывают и другие факторы, влияющие на работоспособность. 

Факторы, действующие на дорожную одежду, можно объеди-

нить в следующие группы: 

– транспортные нагрузки (состав движения, нагрузка на коле-

со, интенсивность, скорость, распределение по ширине проезжей части 
и др.); 

– показатели водно-теплового режима (влажность и температура 

земляного полотна и слоев дорожной одежды и др.); 

– методы, сроки и качество работ по содержанию, ремонту и капи-

тальному ремонту дорожной одежды и других дорожных сооружений. 

Применительно к условиям Сибири данный вопрос подробно 

рассмотрен в работах [9, 109, 110]. 

Многочисленность и сложность факторов, определяющих рабо-

тоспособность дорожных одежд, в сочетании с практической важностью 
проблемы обеспечения их долговечности и надежности вызывают 
необходимость исследований в этой области. В настоящее время достаточно 
чѐтко прослеживаются два реализуемых научных направления. 

Первое направление состоит в изучении физических основ рабо-

ты и старения конструкций. При этом исследователи решают следующие 
задачи: оценка влияния внешних и технологических факторов на 
прочность, плотность и другие свойства материалов и конструкции 
в целом; изучение закономерностей износа, коррозии материалов под 
действием влаги, газов, агрессивных сред; измерение степени и оценка 
характера повреждений конструкции; разработка способов и средств 
восстановления транспортно-эксплуатационных качеств. 

При всей важности отмеченного направления, к сожалению, оно 

не учитывает в достаточной мере динамику факторов, воздействующих, 
например, на дорожную одежду в процессе еѐ эксплуатации. 
Здесь необходимо использовать элементы теории надежности. В еѐ 
разработке и состоит второе направление исследований в области 

Конструирование и расчет дорожных одежд 

10 

обеспечения долговечности и надежности дорожных одежд. При этом 
решают такие задачи, как разработка методик сбора, учета и анализа 
статических данных о работе различных конструкций автомобильных 
дорог и их экономической эффективности; разработка математических 
основ количественной оценки надежности и прогнозирования 
отказов; изучение закономерностей возникновения отказов; оценка 
влияния внешних и внутренних факторов на происходящие в конструкции 
процессы; разработка методов восстановления работоспособности 
и повышения надежности, в частности, дорожных одежд. 

Развитие этого научного направления требует обширной инфор-

мации о повреждениях (отказах) конструкций с учетом технологии 
строительства, условий эксплуатации, методов содержания и ремонта. 
Для количественной оценки надежности и долговечности дорожных 
одежд необходимо знать закономерности снижения надежности основных 
параметров конструкций (прочность, трещиностойкость и др.), закономерности 
коррозии, износа и разрушения. 

Анализ работ по теории упрочнения и разрушения строитель-

ных конструкций (первое направление исследований) показывает, что 
процесс изменения прочности дорожной одежды во времени может 
быть представлен графиком (рис. 1.2), на котором выделены три характерных 
этапа эксплуатации: 

I. Период повышенной потери прочности, вызванной первона-

чальным интенсивным воздействием усадочных, температурных, 
влажностных напряжений и возникающих при этом деформаций. Этот 
период сравнительно короткий. Для него характерно проявление 
строительных дефектов. 

II. Период длительной потери прочности и износа. В данный пе-

риод частично затухают, перераспределяются, снимаются возникшие 
в первый период напряжения за счет образования трещин; снижаются 
усадочные явления, но развиваются необратимые процессы, приводящие 
к деструкции материалов и медленному их разрушению. Этот период 
является основным в работе конструкции и самым длительным 
во времени, он составляет 80–90 % от общего срока службы. 

III. Период интенсивного разрушения, когда физический износ 

достигает критического значения. На этой стадии решается вопрос 
о целесообразности ремонта или реконструкции дорожной одежды. 

1. Работа дорожных одежд автомобильных дорог 

11 

 

 
Рис. 1.2. Обобщенный график изменения прочности жесткой дорож-

ной одежды во времени 

 
Срок службы дорожной одежды – это период от начала ее экс-

плуатации до достижения предельного состояния. Он включает время, 
когда конструкция эксплуатируется (безотказно функционирует), и время 
простоев всех видов, обусловленных как эксплуатационным содержанием 
и ремонтами, так и организационными и другими причинами. 

На фактический срок службы дорожной одежды влияют многие 

случайные факторы, часто не поддающиеся учету, например проявление 
особенностей структуры материалов, качество строительных и ремонтных 
работ, особенности содержания. 

Следует различать срок службы дорожной одежды и срок служ-

бы покрытия, а также их проектные и эксплуатационные (фактические) 
сроки службы. 

Для прогнозирования долговечности дорожной одежды в целом 

необходимо располагать данными об изменении прочности еѐ материалов 
во времени с учетом воздействия окружающей среды и динамических 
нагрузок. При благоприятных условиях многие строительные 
материалы сохраняют свою прочность стабильной, некоторые, например 
цементобетон, со временем могут упрочняться. 

Конструирование и расчет дорожных одежд 

12 

1.2. Воздействие на дорожную одежду нагрузки  

от транспортных средств 

В процессе эксплуатации дорожные одежды подвергаются дина-

мическому воздействию транспортных средств, двигающихся с различными 
скоростями. Постоянное изменение дорожных условий, вызываемое 
параметрами дороги и природными факторами, является причиной 
соответствующего изменения режима движения автомобилей. 

Современные представления теории прочности дорожных 

одежд автомобильных дорог требуют учитывать при оценке работоспособности 
конструкций не только максимальные нагрузки на колеса 
транспортных средств, но и скорости их движения, общее число воздействий 
колес на проезжую часть, распределение движения во времени 
и по ширине проезжей части. 

Воздействие транспортных средств на дорожную одежду пере-

дается по площадке контакта пневматической шины с поверхностью 
покрытия. Площадь контакта зависит от нагрузки на колесо, давления 
в шинах и может изменяться от 300 до 10 000 см2. Давление в шинах 
колеблется от 0,15 до 0,7 МПа. 

Для определения площади контакта шины с покрытием профес-

сор В.Ф. Бабков предложил следующую формулу [15]: 

 
К

Ж
0

P
F
K
P


, 
(1.1) 

где РК – статическая нагрузка от колеса на покрытие, Н; Р0 – давление 
воздуха в шине, Па; KЖ – коэффициент, учитывающий влияние жесткости 
боковых стенок шин, равный в среднем 1,1. 

При движении автомобиля давление колеса на покрытие повы-

шается в результате влияния ряда условий: нагревания шины и увеличения 
в ней внутреннего давления воздуха; увеличения жесткости 
шины от влияния растягивающей покрышку центробежной силы; 
продолжительности (кратковременности) контакта с покрытием каждого 
участка шины, в результате которой шина не успевает обжаться 
до размера, соответствующего статическому приложению фактически 
действующей нагрузки, т. е. как бы становится более жесткой. Из-за