Автомобильные дороги

Автодорогипредставляют собой комплекс инженерных сооружений, обеспечивающий независимо от времени года, суток и погодных условий возможность непрерывного, безопасного и экономичного движения автомобилей с расчетными нагрузками и скоростями.

Автомобильные дороги к л а с с и ф и ц и р у ю т по различным признакам. В зависимости от административного подчинения, экономического и культурного значения автомобильные дороги разделяются:

· на международные автомобильные магистрали европейской сети, обозначаемые буквой "Е"; магистрали – "М"; республиканские дороги – "Р"; местные дороги;

· внутрипроизводственные (ведомственные);

· городские;

· частные.

По доступности дороги бывают общего пользования и закрытого типа, а общего пользования, в свою очередь, – платные и бесплатные.

По типу дорожного покрытия дороги бывают с покрытием и без него (грунтовые).

Поперечные профили автомагистралей приведены на рисунке 4.40, а устройство их основных площадок в различных условиях – на рисунке 4.41.

Рисунок 4.40 – Поперечный профиль автомобильной дороги: а) в насыпи: 1 – проезжая часть; 2 – обочины; 3 – внешний откос кювета; 4 – дно кювета; 5 – откос насыпи; 6 – бровка земляного полотна; 7 – кромка проезжей части; 8 – осевая линия; б) в выемке: 1 – разделительная полоса; 2 – проезжая часть; 3 – обочины; 4 – внешний откос выемки; 5 – дно кювета; 6 – внутренний откос; 7 – бровка земляного полотна; 8 – кромка проезжей части

Автомобильная дорога состоит из земляного полотна и искусственных сооружений (мостов, путепроводов, эстакад и др.), на которых возводится проезжая часть в виде основания, дополнительного слоя основания и дорожной одежды или покрытия (верхний слой).

Рисунок 4.41 – Устройство основных площадок автомагистралей: а – на прямом участке; б – на кривой; в – на косогоре

Движение автомобилей происходит по полосе дороги, называемой проезжей частью. К последней с двух сторон примыкают обочины. Для обеспечения устойчивости и сглаживания неровностей рельефа проезжая часть располагается на земляном полотне. Вода, вытекающая на дорогу или стекающая с ее поверхности, отводится системой водоотводных канав и лотков в пониженные места. При пересечении автомобильных дорог земляное полотно прокладывают на одном или разных уровнях. В последнем случае строят тоннели, эстакады и путепроводы.

Пересечение автомобильных дорог с железнодорожными путями для безопасности движения и повышения их пропускной способности должно устраиваться в разных уровнях. Лишь в отдельных случаях, когда интенсивность движения на автомобильной и железной дорогах незначительна, допускаются пересечения в одном уровне, но с обязательным специально

оборудованным железнодорожным переездом. Комплексы вспомогательных сооружений на дорогах предназначены: для обслуживания подвижного состава – автозаправочные станции и станции технического обслуживания; для отдыха пассажиров, туристов и водителей – мотели, автовокзалы и дорожные гостиницы; на перегонах между ними – остановочные пункты, станции, площадки отдыха. Вдоль дороги высаживаются зеленые насаждения. На участках с интенсивным движением в ночное время устанавливают электроосвещение.

Содержание и обслуживание автомобильной дороги возложены на дорожно-эксплуатационную службу, которая имеет комплексы линейных сооружений, размещенных в населенных пунктах вблизи дороги и по возможности в середине обслуживаемых участков.

Ширина проезжей части автодороги В_пр зависит от категорий дороги и от числа полос для движения автомобилей:

В_пр = В_пn + В_у, (4.1)

где В_п – ширина одной полосы, м; n – количество полос в обоих направлениях; В_у – величина уширения проезжей части, которая зависит от радиуса кривой.

Качество автомобильной дороги определяется ее технической категорией. В зависимости от расчетной интенсивности движения строительные нормы и правила проектирования предусматривают автомобильные дороги пяти категорий. При выборе категории учитывается перспективная интенсивность движения (от года ввода дороги в эксплуатацию) на 20 лет вперед. Под интенсивностью понимается количество автомобилей, проходящих по дороге через данное сечение в единицу времени (сутки, час). Для каждой категории установлены определенные технические нормативы, на основе которых проектируются все параметры конструктивных элементов дороги и дорожных сооружений с учетом обеспечения безопасности движения и охраны окружающей среды.

Параметры элементов автодороги приведены в таблице 4.7, классификация автомобильных дорог по техническим параметрам – в таблице 4.8.

Т а б л и ц а 4.7 – Параметры элементов автодороги

Дороги 1-й категории должны иметь в зависимости от интенсивности движения 4, 6 или 8 полос движения и разделительную полосу.

Основными транспортно-эксплуатационными показателями автомобильных дорог являются: расчетная скорость движения автомобилей, расчетная нагрузка, габариты мостов и тоннелей, пропускная и провозная способность, а также показатели безопасности движения.

Т а б л и ц а 4. 8 – Классификация автомобильных дорог по техническим параметрам

Расчетная скорость – это наибольшая скорость, с которой автомобили могут двигаться на всем протяжении дороги безаварийно. По этому показателю рассчитывают остальные технические нормы проектирования. Наибольшая скорость движения транспортных средств при расчете элементов плана и продольного профиля дороги устанавливается в зависимости от категории дороги и рельефа местности.

Расчетные скорости, установленные для трудных участков пересеченной и горной местности, применяются только при соответствующем технико-экономическом обосновании с учетом местных условий для каждого конкретного участка проектируемой дороги.

Для трудных участков в условиях пересеченной горной местности техническими условиями предусмотрено смягчение требований к назначению элементов дороги при условии снижения расчетной скорости движения.

Расчетная нагрузка необходима для расчетов прочности дорожных покрытий и инженерных сооружений, а также проверки устойчивости земляного полотна. Она характеризуется нагрузкой на ось и массой расчетного автомобиля, находящегося в колонне.

Ширина земляного полотна

В_зп = В_пn +2В_о + В_рп + В_у , (4.2)

где В_о – ширина обочины, м; В_рп – ширина разделительной полосы, м; В_у – возможное уширение земляного полотна на кривых, м.

Пропускная способность дороги зависит от числа полос движения, скорости движения транспортных средств и состояния проезжей части и определяется для одной полосы дороги числом автомобилей, которые могут разместиться на длине, равной пути движения автомобиля с расчетной скоростью v, км/ч, в течение часа:

N = 1000v/(l_а + l_р), (4.3)

где l_а – длина автомобиля, м; l_р – наименьшее расчетное расстояние между автомобилями, м.

Для отвода воды поперечный профиль земляного полотна проектируют с уклоном в сторону обочин.

На прямых участках автодороги применяют двухскатный поперечный профиль, на кривых – односкатный.

Для повышения скоростей движения и снижения энергозатрат на движение продольные уклоны делают как можно более пологими. Продольный уклон, как правило, не должен превышать 30 ^o/_oo. Вне равнинной местности создание пологого профиля связано с большими объемами земляных работ или увеличением извилистости трассы в плане и соответственно длины самой трассы. Если это условие экономически не обосновано, то уклон может повышаться, но быть не более 100 °/_оо. Однако при этом снижается расчетная скорость движения (при 100 ^о/_оо – 30 км/ч). Плавность движения и видимость достигаются сопряжением участков с подъемами и спусками. Радиусы вертикальных выпуклых участков должны быть менее 2500 м, а вогнутых – 1500 м (при расчетной скорости 60 км/ч). При более высоких скоростях радиусы должны быть больше (при скорости 150 км/ч соответственно 30000 и 8000 м).

Основным элементом дороги является полоса движения, для устранения возможности выезда на встречную полосу на дорогах высших категорий устраиваются разделительные полосы для отделения потоков автомобилей, движущихся во встречном направлении.

Ширина проезжей полосы зависит от скорости движения и ширины автомобилей и принимается в пределах 3,0–3,75 м и более. Число полос зависит от расчетной интенсивности движения и пропускной способности полосы. При смешанном потоке транспорта на подъемах с уклоном более 30^o/_oo предусматривается устройство дополнительной полосы.

Важным параметром дороги является коэффициент сцепления шин с покрытием. Он представляет собой отношение силы Р, при которой нарушается сцепление шины с дорогой, к массе G, приходящейся на шину:

j= Р/G. (4.4)

Различают продольный (определяет тормозной путь и пробуксовку при трогании и движении) и поперечный (определяет устойчивость движения) коэффициенты сцепления. Однако следует учитывать, что пробуксовка и поперечный сдвиг взаимосвязаны. Например, при наличии пробуксовки отсутствует поперечная устойчивость. Коэффициент сцепления изменяется от 0,7 (сухое шероховатое покрытие) до 0,05 (обледенелое).

Дорога прокладывается кратчайшим путем. Однако в силу ряда обстоятельств она не может быть полностью прямой, поэтому представляет собой прямые участки, сопряженные переходными кривыми. Графическое изображение проекции трассы на горизонтальную плоскость называется планом трассы. Участки с малыми радиусами ухудшают условия движения за счет того, что возникающая центробежная сила смещает автомобиль во внешнюю сторону. Радиус кривой R, м, обеспечивающей безопасное движение автомобиля при скорости v, км/ч, определяется по формуле

R ≥ v²/(127(0,3φ+ i), (4.5)

где φ – коэффициент продольного сцепления; i – поперечный уклон (вираж) проезжей части в сторону центра кривой, ^о/_оо;0,3 – коэффициент уменьшения поперечного сцепления.

Минимально допустимые радиусы кривых в плане и расстояния видимости для остановки (видимость предметов высотой не менее 0,2 м) соответственно при расчетной скорости 150 км/ч – 1200 и 300 м, при 120 – 800 и 250, при 100 – 600 и 200, при 80 – 300 и 150, при 60 – 150 и 85, при 50 – 100 и 75, при 40 – 60 и 55, при 30 – 30 и 45 м.

Для обеспечения расчетных скоростей движения дороги выполняют с виражами (поперечный уклон при наличии гололеда до 60 ^o/_oo и при частых гололедах до 40 ^o/_oo) и уширениями на поворотах.

Кривые продольного и поперечного профилей дороги, ее трасса и другие параметры выбираются в зависимости от категории дороги, топографических, грунтовых, гидрологических и других условий местности в оптимальном соотношении по минимуму затрат с учетом требований безопасности движения и экологии.

Движение автомобилей заданной массы с расчетной скоростью обеспечивает дорожное покрытие, которое устраивают на спланированной и уплотненной поверхности земляного полотна. Оно должно обладать достаточной устойчивостью против влияния климатических факторов, быть прочным, ровным, с шероховатой поверхностью. Прочность дорожного покрытия выбирают в зависимости от интенсивности движения, состава транспортного потока, грузонапряженности (количества грузов, перевозимых в единицу времени) и расчетной скорости.

Дорожное покрытие может состоять из одного или нескольких конструктивных слоев:

верхний – 1-е покрытие – имеет слой износа (периодически возобновляемый по мере истирания) и основной слой, определяющий эксплуатационные свойства покрытия. Для увеличения прочности его укрепляют вяжущим материалом;

несущая часть (основание) – 2-е покрытие – имеет два (или более) прочных слоя и обеспечивает передачу нагрузок на грунт земляного полотна.

Типы дорожных покрытий по их влиянию на нормативы технического обслуживания и ремонта группируются следующим образом: Д1 – цементобетон, асфальтобетон; брусчатка, мозаика; Д2 – битумоминеральные смеси; ДЗ – щебень, гравий, дегтебетон; Д4 – булыжник, колотый камень; грунт и малопрочный камень, обработанные вяжущими материалами; зимники; Д5 – грунт, укрепленный или улучшенный местными материалами; лежневое и бревенчатое покрытие; Д6 – естественные грунтовые дороги; внутрикарьерные и отвальные дороги; подъездные пути, не имеющие твердого покрытия. Конструктивные слои дорожных одежд приведены в таблице 4.9.

В результате действия нагрузок от движущихся автомобилей поверхность дорожного покрытия деформируется, постепенно изнашивается и разрушается. На нежестком покрытии образуются просадки, колеи, проломы и т. д.

Т а б л и ц а 4. 9 – Конструктивные слои дорожных одежд

Равномерность износа покрытия, обладающего высокой прочностью, эластичностью, сопротивлением ударам и истиранию, поддерживается надлежащим содержанием и текущим ремонтом. Восстановление слоя износа проводится в ходе среднего и капитального ремонтов.

Период (в годах) от сдачи дороги в эксплуатацию до капитального ремонта, а также между капитальными ремонтами называется сроком службы дорожного покрытия и устанавливается в зависимости от типа покрытия. Например, срок службы цементобетонного покрытия до капитального ремонта – 30 лет, асфальтобетонного – 18, щебеночного и гравийного, обработанных вяжущими материалами, – 12 лет.

Состояние автомобильной дороги в межремонтный период характеризуется ее работоспособностью. Это основной технико-экономический показатель, определяющий дорожную стоимость перевозок, всех видов ремонтных работ и содержания дороги. Различают полную и частичную работоспособность дорожных покрытий. Полная измеряется числом прошедших автомобилей или количеством перевозимого груза (брутто-тонны на одну или две полосы движения) за время от сдачи дороги в эксплуатацию до капитального ремонта или между ними, частичная – от сдачи дороги в эксплуатацию до среднего ремонта или между ними.

Очертание, внутри которого не должно быть никаких элементов конструкций, называется габаритом моста. Габариты мостов определяются с учетом категории дороги, по которой они расположены, числа полос для движения и ширины одной полосы. Высота габарита путепроводов, эстакад и мостов над поверхностью покрытия принимается для дорог 1–3-й категории и в городах равной 5 м, 4–5-й категорий – 4,5 м.

По капитальности и степени удовлетворения требованиям автотранспорта дорожные одежды делят на три группы:

· у с о в е р ш е н с т в о в а н н о г о т и п а. Они бывают капитальные (цементобетонные и асфальтобетонные на прочных каменных основаниях), применяемые при интенсивности движения более 3000 авт./сут., и облегченные из щебня и гравия, обработанных органическими вяжущими материалами – битумами или дегтями, на основаниях из камня или грунта, обработанного цементом, применяемые при интенсивности от 500 до 3000 авт./сут.;

· п е р е х о д н о г о т и п а, применяемые при невысоких интенсивностях движения от 300 до 500 авт./сут., с тем чтобы впоследствии при увеличении движения использовать их как основание для асфальтобетонных покрытий. К покрытиям переходного типа относят щебеночные, гравийные и шлаковые покрытия, булыжные мостовые, покрытия из грунтов, улучшенных цементами или битумом;

· н и з ш е г о т и п а – грунтовые покрытия, улучшенные добавками песка или щебня, допускаемые при интенсивностях движения менее 100 авт./сут.

Безопасность движения автомобилей достигается техническим совершенством дороги, организацией движения на ней, а также ландшафтом местности.

Важным показателем дороги является видимость. Необходимое расстояние видимости устанавливается из расчета полной остановки движущегося автомобиля перед препятствием.

Путь, который проходит автомобиль при торможении, слагается из следующих участков:

s = l₁ + 1₂ + 1₃, (4.6)

где s – путь автомобиля от момента, когда водитель заметил препятствие, до начала торможения, м; l₁ = vt, v – скорость автомобиля, м/с; t = 0,8 – 1,0 с – время реакции водителя; l₂ – тормозной путь, м; l₃ = 5 – 10 м – безопасное расстояние остановки автомобиля до препятствия.

Тормозной путь

l₂=кv/(2g(j+f±i)), (4.7)

где к – коэффициент эксплуатационного состояния тормозной системы; v – скорость автомобиля, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с²; j – коэффициент сцепления шин с дорожным покрытием (0,05 – 0,70); f – коэффициент сопротивления качению (0,01 – 0,30); i – продольный уклон дороги, ^o/_oo.

На кривых малых радиусов (в плане) надлежащая видимость обеспечивается путем срезки откосов, вырубки деревьев и кустарников, сноса заборов и строений,

Для организации безопасного дорожного движения на дорогах устанавливаются дорожные знаки и указатели. Этой же цели служат указательные столбики, боковые ограждения барьерного типа, разметка проезжей части, краевые полосы с цветным выделением, посадки высоких деревьев, вершины которых, сливаясь в перспективе в одну линию, подчеркивают направление дороги в плане и за переломами продольного профиля.

Применение дорожных и других технических средств организации движения на дорогах производится в соответствии со стандартами, техническими условиями и правилами.

Узловыми пунктами автомобильных дорог являются пересечения, в зоне которых формируются и распределяются транспортные потоки. Их проектируют с учетом перспективных размеров, состава и характера движения транспорта, относительного числа автомобилей, изменяющих направление движения с одной из пересекающихся (или соединяющихся) дорог на другую.

В зависимости от расположения сходящихся дорог и организации потоков движения различают собственно пересечения и примыкания или разветвления дорог. Их проектируют с учетом требований строительных норм и правил и технических условий. Пересечения автомобильных дорог категории 1-а с дорогами всех категорий, категорий 1-б и II с дорогами II и III категорий, а также категории III – между собой (при перспективной суммарной интенсивности для обеих дорог более 8000 ед./сут., приведенных к легковому автомобилю) проектируют в разных уровнях.