Автомобильная дорога как инженерное сооружение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

автомобильная дорога как инженерное сооружение

1. Общие сведения об автомобильных дорогах

В общем комплексе автомобильного транспорта автомобили представляют собой подвижной состав, а автомобильная дорога - его путь. Дальнейший рост интенсивности движения автомобильного транспорта сопровождается развитием сети автомобильных дорог.

Расширению строительства и реконструкции должны подвергаться дороги, расположенные в районах добычи природных ресурсов, районах, находящихся на пути грузовых потоков, сельскохозяйственных районах.

В соответствии со СНиП 2.05.02-85 автомобильные дороги по значению в общей транспортной сети страны и размерам расчетной интенсивности движения (авт./сут), приведенной к легковому автомобилю, подразделяют на пять категорий. За расчетную интенсивность движения принята среднегодовая суточная интенсивность (суммарная в обоих направлениях).

К I категории отнесены магистральные автомобильные дороги общегосударственного значения, в том числе для международного сообщения, подъезды от крупных городов к аэропортам, речным и морским портам интенсивностью движения более 14 000 авт./сут.

Ко II категории отнесены дороги общегосударственного значения (не отнесенные к I категории), республиканского, областного (краевого) значения с интенсивностью движения от 6 000 до 14 000 авт./сут.

К III категории отнесены дороги общегосударственного, республиканского, областного (краевого) значения (не отнесенные к I и II категориям), дороги местного значения в качестве подъездов к населенным пунктам, железнодорожным узлам, речным, морским портам, местам массового отдыха населения, подъездные дороги к предредприятиям с интенсивностью движения от 2 000 до 6 000 авт./сут.

К IV категории отнесены автомобильные дороги республиканского, областного (краевого) и местного значения (не отнесенные к I, II и III категориям), подъездные дороги общей сети, дороги промышленных предприятий, крупных строительных объектов, сельскохозяйственных предприятий с интенсивностью движения от 200 до 2 000 авт./сут.

К V категории отнесены автомобильные дороги местного значения (не отнесенные к III и IV категориям), внутрипромысловые дороги и подъезды, постоянные внутренние дороги сельскохозяйственных предприятий, служебные и патрульные дороги с интенсивностью движения до 200 авт./сут.

2. Геометрические элементы автомобильных дорог

Геометрические элементы автомобильных дорог определяются расчетной скоростью движения одиночных автомобилей при условии нормального сцепления колес с проезжей частью (сухая или сравнительно чистая увлажненная поверхность покрытия):

Категория дороги I II III IV V

Основная скорость, км/ч 150 120 100 80 60

Ширина проезжей части зависит от количества и ширины полос движения одиночных автомобилей, от расчетной скорости движения и габаритных размеров автомобиля:

Категория дороги I II III IV V

Ширина проезжей части, м 15 7,5 7,0 6,0 4,5

Ширина полосы движения, м 3,75 3,75 3,5 3,0 -

Число полос движения 4 2 2 2 1

Ширина полосы, занимаемой автомобилем при движении на проезжей части, значительно больше его габарита. Для уверенного и безопасного управления автомобилем необходим достаточный запас ширины до встречного или обгоняемого автомобиля. Для двухполосной дороги с двухсторонним движением (рис. 1) ширина каждой полосы может быть определена расчетом

,

где и - габариты автомобиля (ширина и колея передних колес), м; - расстояние от кузова автомобиля до смежной полосы, по которой происходит движение, м; - предохранительная полоса между колесом автомобиля и кромкой проезжей части, м; - скорость движения автомобиля, км/ч.

Рис. Схема для определения ширины полосы движения автомобилей

При движении водитель должен постоянно видеть лежащую перед ним дорогу на расстоянии, которое достаточно для заблаговременного изменения направления или для остановки автомобиля. Это расстояние называют минимальным расстоянием видимости. Для разных категорий дорог величина его различна:

Категория дороги I II III IV V

Расчетная скорость движения, км/ч 150 120 100 80 60

Наименьшее расстояние видимости, м:

для остановки 300 250 200 150 85

до встречного автомобиля - 450 350 250 170

Расчетное расстояние принято для легкового автомобиля из условия расположения глаза водителя на высоте 1,2 м над поверхностью покрытия. Особое внимание уделяется видимости на кривых. Во всех случаях, когда по условиям местности представляется технически возможным и экономически целесообразным, в проектах рекомендуется принимать расстояние видимости поверхности дороги не менее 450 м. Расстояние видимости представляет собой сумму следующих величин:

где - путь, который проходит автомобиль после того как водитель заметил препятствие, до начала торможения, м; - для в м/с и 1-2 с; - тормозной путь; - скорость, км/ч; - коэффициент сопротивления качению; - коэффициент сцепления шины с дорожным покрытием; - коэффициент эксплуатационного состояния тормозов (для легковых автомобилей и автобусов равен 1,3-1,4);- предельный уклон дороги; - запасное расстояние от автомобиля до препятствия (5-10 м).

Для надежности расчета принимают равным 2,0-2,3.

На дорогах без разделительной полосы, если возможно движение по одной полосе, расстояние видимости удваивается.

На всей длине безопасного расстояния видимости, считая от любого сечения дороги, должны быть полностью удалены все препятствия, ограничивающие свободу обзора дороги водителем.

На режим движения автомобиля влияют дорожные условия, в частности продольные уклоны (измеряются в промилле - в тысячных долях), которые принимают в зависимости от скорости движения автомобиля:

Расчетная скорость, км/ч 150 120 100 80 60 40 30

Продольные уклоны, ‰ 30 40 50 60 70 90 100

Рекомендуется, если возможно, проектировать дороги всех категорий с уклонами, не превышающими 30 ‰, которые обеспечивают удобное и безопасное движение автомобиля. Продольные уклоны назначают такие, чтобы на дороге был обеспечен водоотвод и защита ее от снежных или песчаных заносов. Продольные уклоны в горных и сильно пересеченных местностях принимают несколько больше, чем указанные.

Автомобиль подвергается действию сил, направленных вдоль движения - тяговой силы и уравновешивающих ее сопротивлений, а также поперечных сил, перпендикулярных направлению движения. Эти силы стремятся сместить автомобиль с пути и лишить устойчивости. Поперечные силы действуют на автомобиль и на прямых участках, потому что проезжую часть для обеспечения водоотвода выполняют с небольшим поперечным уклоном от середины к краям.

При движении со скоростью по круговой кривой в плане, описанной радиусом , на автомобиль действует центробежная сила, вызывающая опасность заноса или опрокидывания и неприятно влияющая на пассажиров. Для устойчивости автомобиля радиусы кривых устанавливают следующими:

Рабочая скорость, км/ч 150 120 100 80 60 50 40 30

Наименьший радиус 1 200 800 600 300 150 100 60 30

кривой в плане, м

Радиусы кривых в плане, если их устройство не приводит к увеличению объемов и стоимости работ, рекомендуется назначать не менее 3 000 м.

Автомобильную дорогу следует рассматривать как комплекс инженерных сооружений, предназначенных для обеспечения круглосуточного, круглогодичного безопасного и удобного движения. Конструкция и сложность сооружений зависят от состава движения, от природных факторов - климата, растительности, гидрогеологических условий, почвенно-геологического строения и рельефа местности.

Для постройки автомобильной дороги выделяют полосу местности, которую называют дорожной, и на ней располагают дорогу, вспомогательные сооружения и служебные постройки.

Автомобильная дорога должна быть удобной для движения автомобилей с заданными скоростями, обеспечивать перевозку грузов с минимальной затратой энергии и при малой стоимости. Эксплуатационные расходы на поддержание ее в хорошем состоянии должны быть незначительными и наименьшими. Дорога тем безопаснее, чем лучше увязана с ландшафтом.

Кратчайшим направлением, соединяющим начальный и конечный пункты, будет прямая - "воздушная линия". Однако элементы рельефа земной поверхности - горы, овраги, водные преграды - озера, болота и реки, ландшафт местности, а также необходимость захода в промежуточные населенные пункты заставляют отклонить дорогу от кратчайшего пути.

Положение оси дороги называют трассой. Для лучшей ориентировки трассу делят на километры и стометровые участки - пикеты. В местах изменения направления трассы устраивают углы поворота. Их величину измеряют между продолжением направления трассы до угла поворота и новым ее направлением.

3. Конструктивные элементы автомобильных дорог

3.1 Земляное полотно

Одним из важнейших элементов является земляное полотно (рис. 2), которое служит основанием для наиболее дорогостоящей проезжей части, по которой происходит непосредственное движение транспортных средств. Прочность и высокие эксплуатационные качества проезжей части во многом зависят от устойчивости и прочности земляного полотна, его способности противодействовать климатическим, гидрогеологическим факторам и нагрузке от автомобилей. C целью защиты земляного полотна от разрушения устраивают подпорные стены, дренажи, противооползневые и водоотводящие сооружения.

Рис. 2. Элементы дороги:

а - без разделительной полосы; б - с разделительной полосой

Важным конструктивным элементом дороги является проезжая часть, которая позволяет автомобилю беспрепятственно и безопасно двигаться с определенной скоростью. Проезжая часть должна занимать строго определенное положение, имеет целесообразное геометрическое очертание, удовлетворяющее требованиям движения автомобиля, достаточно прочную и ровную поверхность.

Продольный профиль (рис. 3) характеризует крутизну участков автомобильной дороги относительно поверхности земли. Естественные уклоны местности часто превышают допустимые для эффективного использования автомобиля. В таких случаях дорогу делают более пологой, чем уклон поверхности земли, срезая часть грунта или, наоборот, подсыпая его в пониженных местах. Участки, где в результате срезки грунта дорога расположена ниже поверхности земли, называют выемками, а участки, где она проходит выше этой поверхности по насыпанному грунту, - насыпями.

Разница между отметками бровки земляного полотна и поверхностью земли по оси дороги определяет высоту насыпи или глубину выемки и называется рабочей отметкой. Рабочие отметки характеризуют высоту насыпей и глубину выемок в каждом поперечном сечении (профиле) дороги. Геометрически рабочие отметки выражают вертикальное расстояние от поверхности земли до уровня бровок полотна. При отсутствии поперечного уклона местности это расстояние будет одинаковым по всей ширине земляного полотна. Одни и те же чертежи поперечных профилей насыпи и выемки годны для любого сечения дороги, если рабочие отметки считать переменными. Такие чертежи называются типовыми поперечными профилями, или типовыми поперечниками.

К проезжей части примыкают обочины. Их используют для временной стоянки автомобилей. Вдоль проезжей части на обочинах и разделительных полосах устраивают укрепительные полосы. Они повышают прочность края дорожной одежды и обеспечивают безопасное движение при случайном съезде колеса автомобиля с покрытия.

автомобильный дорога искусственный сооружение

Рис. 3. Автомобильная дорога:

а - продольный профиль; б - план

Проезжая часть и обочины от прилегающей местности отделяются спланированными наклонными плоскостями - откосами. В выемках и боковых канавах различают внешний и внутренний откосы. Линия сопряжения поверхностей обочины и откоса насыпи или внутреннего откоса канавы образует бровку земляного полотна.

Расстояние между бровками называют шириной земляного полотна. Крутизну откосов характеризуют коэффициентом заложения, который определяют как отношение высоты откоса к его горизонтальной проекции - заложению. Откосам низких насыпей для съезда автомобилей с дороги в аварийных случаях придают заложение не круче 1:3. Это уменьшает заносимость дороги и обеспечивает безопасность движения. У высоких насыпей откос устраивают с заложением 1:1,5; 1:2.

Для полного представления о геометрических формах автомобильной дороги служат чертежи, изображающие дорогу в разных проекциях (рис. 3).

Горизонтальная проекция - план дороги, вид ее сверху; вертикальная проекция - разрез дороги вдоль оси - называется продольным профилем. Разрез в направлении, перпендикулярном направлению оси дороги, - поперечный профиль. Ввиду того что дорога на своем протяжении проходит по различным формам земной поверхности, поперечные профили вычерчивают в таком количестве, чтобы полностью характеризовать изменение конструкции полотна на различных участках дороги. Ось дороги в плане изображается линией, проходящей посередине между бровками дорожного полотна.

3.2 Система дорожного водоотвода

Система дорожного водоотвода (рис. 4) является важным элементом дороги. Задача водоотводных сооружений - предотвратить переувлажнение земляного полотна. По мере увеличения влажности физическое состояние грунта меняется от твердого к текучему, резко уменьшается способность сопротивляться нагрузкам.

Для отвода поверхностной воды устраивают боковые и водоотводные канавы, которые собирают воду, стекающую как с дороги, так и с прилегающей местности, и отводят ее в пониженные места, прокладывают нагорные канавы для перехвата воды, текущей по склону к дороге. Канавы бывают трапециевидными и треугольными в зависимости от расчетного количества отводимой ими воды.

Рис. 4. Дорожный водоотвод:

а - источники увлажнения дорожного полотна; б - боковые канавы; в - нагорная канава; г - дренажные воронки; д - глубокий дренаж; е - дренажные трубы для осушения основания; А - осадки; Б - просачивание осадков; В - просачивание застаивающейся воды; Г - приток со стороны; Д - капиллярное поднятие; Е - конденсация водяных паров; 1 - берма; 2 - насыпь; 3 - щебень; 4 - дерн; 5 - дренирующий слой; 6 - трубы d=80-100 мм или трубофильтр d=50 мм; 7- глина; 8 - дерн корнями вверх; 9 - крупнозернистый песок; 10 - гравийный фильтр; 11 - дрена; 12 - водоупорный слой

Подземный сток воды осуществляется по тем пластам грунта, которые обладают хорошей водопроницаемостью. Такие пласты называют водоносными. Они лежат на водонепроницаемых породах. Вода, текущая по ним, увлажняет не только водоносный слой, но и вышележащий грунт, проникая в него по законам капиллярного поднятия. Если водоносный слой залегает неглубоко от поверхности земли, возникает опасность переувлажнения грунтовыми водами земляного полотна и оказывается необходимым их искусственное понижение - удаление воды от земляного полотна на безопасное расстояние. Для перехвата, понижения уровня и отвода грунтовых вод применяют устройства, которые составляют систему подземного водоотвода - дренаж - сеть уложенных под землей труб или каменных набросок с крупными пустотами, по которым вода стекает быстрее, чем по порам окружающего водоносного грунта.

3.3 Искусственные сооружения

Искусственные сооружения устраивают в местах пересечения автомобильной дорогой рек, ручьев, оврагов, балок, других дорог. Большую часть водопропускных сооружений на дорогах (90-95 %) строят в виде одноочковых или двух-, трехочковых труб (рис. 5). Они удобны, так как не меняют условий движения автомобиля, поскольку их можно располагать при любых сочетаниях плана и профиля дороги. Трубы не стесняют проезжую часть и обочины, не требуют изменения типа дорожного покрытия.

Рис. 5. Конструкции круглой трубы отверстием 1,25 м:

1 - граница мощения; 2 - обмазочная гидроизоляция; 3 - гравийно-песчаная подготовка; 4 - цементный раствор

Трубы собирают из железобетонных элементов, изготовленных на заводе или полигоне. Сечение труб - круглое или прямоугольное; диаметр - не менее 0,75-1,0 м. При длине труб более 20 м рекомендуется минимальный диаметр 1,25 м. В их конструкцию входят фундамент, основные звенья, оголовки - концевые звенья, поддерживающие откосы насыпи, и открылки.

Комплекс сооружений, который строят при пересечении дорогой большой реки, называют мостовым переходом. В него входят: собственно мост; подходы к мосту - земляные насыпи с укреплен-

ными против подмыва откосами, располагаемые в пределах возможного разлива реки на повышенных частях речной долины - поймы; регуляционные сооружения, защищающие мост от подмывов и повреждений текущей водой. К регуляционным сооружениям относят струенаправляющие дамбы - незатопляемые укрепленные узкие насыпи. Сечение струенаправляющих дамб криволинейное и плавно должно подводить пойменные воды к отверстию моста. В ряде случаев регуляционные сооружения строят также для укрепления берегов насыпей.

Мосты классифицируют на автодорожные, железнодорожные, совмещенные (для автомобильной и железной дорог), пешеходные, акведуки, мосты-каналы. По месту расположения мосты бывают городские и на дорогах вне города, а по типу пересечения - мосты через водотоки, путепроводы (через дороги), виадуки (через безводные препятствия - овраг, ущелье, долину и пр.), эстакады. Основные элементы - опоры и пролетные строения моста, перекрывающие пространство между опорами. В зависимости от числа пролетов мосты бывают одно- и многопролетными, от системы конструкций пролетных строений (рис. 6) - балочные, арочные, консольные, висячие и т. д., по расположению проезжей части относительно несущей конструкции - с ездой поверху, понизу или посередине. По сроку службы мосты бывают постоянные, рассчитанные на многие десятилетия и сооружаемые из долговечных материалов, и временные - облегченной конструкции из менее долговечных материалов. Мосты с подъемным, поворотным или раскрывающимся пролетным строением для пропуска судов называют разводными.

Рис. 6. Искусственные сооружения:

а - балочный мост с ездой поверху; б - мост со сквозной фермой - езда понизу; в - арочный мост; г - арочно-консольный мост; д - рамный мост; е - висячий мост; ж - мост комбинированной системы (безраспорная арка с балкой жесткости - затяжкой); з - труба; и - схема мостового перехода;

1 - насыпь (подход к мосту); 2 - пролетное строение; 3 - устой; 4 - опора; 5 - мост; 6 - струенаправляющая дамба; 7 - регуляционное сооружение

По материалу пролетных строений различают железобетонные, металлические, каменные и деревянные мосты. Наиболее прогрессивны сборные железобетонные мосты. Металлические мосты, а также сталежелезобетонные (с пролетными строениями из стали и железобетона) строят преимущественно при пролетах длиной свыше 120-150 м. Каменные мосты вследствие высокой стоимости и большой трудоемкости строят очень редко. Деревянные мосты строят преимущественно на местных дорогах в районах, богатых лесом. С развитием химии полимерных материалов применяют деревянные мосты с использованием клееных элементов. Основные параметры моста: величина отверстия, определяемая пропуском наибольшего (расчетного) расхода воды во время половодья или ливня; система, материал и конструктивная схема с разбивкой отверстия на отдельные пролеты; полная длина моста; конструкция опор моста и их фундаментов; геометрические номинальные размеры отдельных элементов моста. Основные параметры и генеральные размеры устанавливают в процессе проектирования моста и мостового перехода на основе данных специальных изысканий. Мосты должны безопасно пропускать паводковые воды, ледоход и плывущие по реке предметы (корчи, бревна и т. п.). При пересечении водных путей учитываются требования судоходства и лесосплава. В частности, назначают соответствующие подмостовые габариты и расположение судоходных пролетов в местах устойчивой трассы водного пути.

3.4 Дорожная одежда

Для обеспечения круглогодичного проезда автомобилей на проезжей части устраивают одежду из материалов, хорошо сопротивляющихся воздействию колес и климатических факторов. Дорожную одежду устраивают многослойной с учетом воздействия нагрузки от колес автомобиля, которая постепенно затухает с глубиной. Это позволяет в верхних слоях использовать прочные строительные материалы, а в нижних менее прочные, чем снижается стоимость одежды.

Верхний, наиболее дорогой слой дорожной одежды (рис. 7) называется покрытием. Это прочный и относительно тонкий слой, хорошо сопротивляющийся истирающим и ударным нагрузкам. Покрытие должно обладать ровностью, высоким коэффициентом сцепления с шиной автомобиля. По верхнему слою можно устраивать слой износа. Его в расчете дорожной одежды не учитывают, он служит гидроизолирующим слоем на некоторых типах покрытий, не обладающих достаточной водонепроницаемостью. По мере износа этот слой периодически возобновляют. Его часто используют для повышения шероховатости покрытия.

Рис. 7. Конструктивные слои дорожной одежды:

1 - верхний слой дорожной одежды; 2 - нижний слой; 3 - основание; 4 - грунт земляного полотна; 5 - эпюра вертикальных напряжений от колеса автомобиля

Основание - прочный несущий слой дорожной одежды - устраивают из каменных материалов или грунта, обработанного вяжущим. Основание распределяет давление колес на нижние слои или на грунт земляного полотна. Его можно устраивать из нескольких слоев, используя тот же принцип укладки менее прочных материалов в нижние слои.

Дополнительный слой основания распределяет нагрузку. Его устраивают из гравия, шлака, грунта, обработанного вяжущим, песка. На участках, где земляное полотно сложено из пылеватых и глинистых грунтов, в которых могут развиваться процессы зимнего влагонакопления, дополнительный слой устраивают из пористых, не подверженных пучению материалов - песка или гравия, называя его дренирующим, противопучинным или морозозащитным.

Пучинообразование - увеличение объема увлажненных грунтов земляного полотна за счет замерзшей воды, заполнившей поры и промежутки между частицами грунта; оно приводит к подъему дорожной одежды по сравнению с уровнем покрытия в летний период.

Тщательно уплотненные верхние слои земляного полотна, на которые укладывают дорожную одежду, называют грунтовым основанием. Это важный элемент, от которого зависят прочность и долговечность одежды.

Тип дорожной одежды выбирают в зависимости от категории дороги, наличия привозных или местных строительных материалов. Одежда - наиболее дорогая часть дороги. Толщину ее рассчитывают, применяя метод, разработанный кафедрой строительства и эксплуатации дорог МАДИ под руководством заслуженного деятеля науки и техники РСФСР д-ра техн. наук, проф. Н. Н. Иванова. Для расчетов дорожных одежд имеются и другие методы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бабков Н. Ф. Автомобильные дороги : учебник для вузов / Н. Ф. Бабков. - М. : Транспорт, 1983. - 280 с.

2. Баловнев В. И. Интенсификация разработки грунтов в дорожном строительстве / В. И. Баловнев. - М. : Транспорт, 1993. - 384 с.

3. Беляков Ю. И. Земляные работы / Ю. И. Беляков, А. Л. Левинзон, А. В. Резуник. - М. : Стройиздат, 1983. - 177 с.

4. Бульдозеры и рыхлители / Б. З. Захарчук [и др.]. - М. : Машиностроение, 1987. - 240 с.

5. Вербицкий Г. М. Основы оптимального использования машин в строительстве : учеб. пособие / Г. М. Вербицкий. - Хабаровск: Хабар. политехн. ин-т, 1984. - 80 с.

6. Дегтярев А. П. Комплексная механизация земляных работ / А. П. Дегтярев, А. К. Рейш, С. И. Руденский. - М. : Стройиздат, 1987. - 335 с.

7. Евдокимов В. А. Механизация и автоматизация строительного производства : учеб. пособие для вузов / В. А. Евдокимов. - Л. : Стройиздат, 1985. - 195 с.

8. Забегалов Г. В. Бульдозеры, скреперы, грейдеры : учебник для ПТУ / Г. В. Забегалов, Э. Г. Ронинсон. - М. : Высш. шк., 199 - 334 с.

9. Кудрявцев Е. М. Комплексная механизация, автоматизация и механовооруженность строительства : учебник для вузов / Е. М. Кудрявцев. - М. : Стройиздат, 1989. - 246 с.

10. Неклюдов М. К. Механизация уплотнения грунтов / М. К. Неклюдов. - М. : Стройиздат, 1985. - 168 с.

11 Плешков Д. И. Бульдозеры, скреперы, грейдеры : учебник для сред. проф.-техн. учеб. заведений / Д. И. Плешков, М. И. Хейфец, А. А. Яркин. - М. : Высш. шк., 1976. - 320 с.

12. Полосин-Никитин С. М. Механизация дорожных работ : учебник для вузов по спец. «Строительные и дорожные машины и оборудование» / С. М. Полосин-Никитин. - М. : Транспорт, 1974. - 328 с.

13. Рейш А. К. Повышение производительности одноковшовых экскаваторов / А. К. Рейш. - М. : Стройиздат, 1983. - 168 с.

14. Семковский В. В. Комплексная механизация в строительстве / В. В. Семковский, В. Н. Шафранский. - М. : Стройиздат, 1975. - 352 с.

15. Смородинов М. И. Устройство сооружений и фундаментов способом «стена в грунте» / М. И. Смородинов, Б. С. Федоров. - М. : Стройиздат, 1986. - 216 с.

16. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги / Госстрой СССР. - М. : Изд-во стандартов, 1985. - 53 с.

17. Технология и организация строительства автомобильных дорог : учебник для вузов / Н. В. Горелышев [и др.]; под ред. Н. В. Горелышева. - М. : Транспорт, 1992. - 551 c.

18. Эксплуатация дорожных машин : учебник для вузов / А. М. Шейнин [и др.]; под ред. А. М. Шейнина. - М. : Транспорт, 1992. - 328 с.

Размещено на Allbest.ru