Устройство и классификация «дорожной одежды»

«Дорожная одежда» — многослойная конструкция проезжей части дороги, предназначенная для движения транспортных средств и передающая нагрузку от них на поверхность земляного полотна. Дорожная одежда состоит из покрытия, основания и дополнительных слоёв. (Рис.9).

Покрытие — верхний прочный слой, хорошо сопротивляющийся истирающим и ударным нагрузкам от колес автомобилей, а также воздействию природных факторов. Оно состоит из слоя износа и основного (несущего) слоя.

Основание – несущая прочная часть «дорожной одежды», состоящая из одного или нескольких слоёв, устраиваемых из каменного материала или обработанного вяжущим грунта. Выбор типа «дорожной одежды», стоимость которой обычно составляет 40 – 60% от общей стоимости дороги, является важным и ответственным решением. Чем выше техническая категория дороги, тем более высокие требования предъявляются к прочности и качеству «дорожной одежды».

Дополнительные слои располагают между основанием и грунтом земляного полотна. Дополнительный слой оснований может быть дренирующим, выравнивающим, противозаиливающим, морозозащитным.

Верхний слой земляного полотна, или подстилающий грунт, представляет собой тщательно уплотненный слой, на котором устраивают «дорожную одежду». Подстилающий грунт должен быть достаточно прочным; в ряде случаев его укрепляют вяжущим.

Рис.9. Дорожная одежда

Все конструкции «дорожных одежд» принято подразделять по сопротивлению изгибу на жесткие (цементобетонные) и нежесткие.

Покрытия в зависимости от капитальности конструкции, характера движения и технико-экономических показателей бывают:

· усовершенствованные капитальные (цементобетонные, монолитные и сборные; асфальтобетонные, укладываемые в горячем и теплом состоянии и др.);

· усовершенствованные облегченные (из щебеночных и гравийных материалов, обработанных органическими вяжущими, из холодного асфальтобетона и др.);

· переходные (щебеночные, шлаковые, гравийные, из грунтов, укрепленных вяжущими материалами и др.);

· низшие (грунтовые, улучшенные различными местными материалами).

Асфальтобетонные покрытия занимают ведущее место на магистральных дорогах. Они имеют высокие транспортно-эксплуатационные
показатели, прочны, долговечны, легко ремонтируются. Износ их даже при тяжелом и интенсивном движении не превышает 1 — 1,5 мм в год. Асфальтобетонные покрытия в зависимости от типа оснований и требований движения устраивают в один, два или три слоя. Верхний слой должен обладать прочностью, износоустойчивостью и водонепроницаемостью. Этим условиям соответствуют мелкозернистые и песчаные смеси, содержащие минеральный порошок.

Для устройства нижнего слоя покрытий применяют горячие крупно- и среднезернистые асфальтобетонные смеси с минеральным порошком или без него.

Цементобетонные покрытияобладают следующими преимуществами по сравнению с другими видами покрытий:

· высокая прочность, что позволяет пропускать все транспортные средства в любое время года;

· длительный межремонтный срок (30—40 лет без резких колебаний температур и избытка влаги);

· высокий коэффициент сцепления с колесами автомобилей, практически не изменяющийся при увлажнении покрытия;

· светлый цвет покрытия, повышающий безопасность движения ночью;

· продолжительность строительного сезона больше, чем при применении органических вяжущих;

· малый износ покрытия, не превышающий 0,1—0,2 мм в год.

Однако цементобетонные покрытия имеют ряд недостатков, которые сдерживают их применение на дорогах. К ним относятся: большое число поперечных швов, которые ухудшают эксплуатационные качества и ровность покрытия; трудность ремонта; невозможность открывать движение сразу после устройства покрытия и т. д.

Цементобетон применяют также для устройства оснований под асфальтобетонные покрытия на дорогах с интенсивным и тяжелым движением. Цементобетонное покрытие устраивают на дороге в виде монолитной сплошной плиты, разделенной на участки различной длины швами расширения или в виде сборного покрытия из приготовляемых на заводе плит различного размера. В последнем случае работы на дороге сводятся к монтажу плит на подготовленном основании. Несмотря на некоторые достоинства этого вида покрытия, как, например, увеличение продолжительности сезона строительства, сборные бетонные покрытия на магистральных дорогах не применяют. Это объясняется крупными недостатками, которые значительно ухудшают их транспортно - эксплуатационные качества. В армированных покрытиях растягивающие напряжения частично или полностью воспринимает арматура. В таких покрытиях применяют арматуру в виде металлических сеток или стальных стержней с расходом 2...5 кг/м² покрытия. Цементобетонные покрытия устраивают одинаковой толщины по всей ширине проезжей части в один или два слоя. Двухслойные покрытия применяют с целью использования в бетоне для нижнего слоя менее прочных каменных материалов. Толщину верхнего слоя в двухслойных покрытиях принимают не менее 6 см. Выбор и назначение однослойного или двухслойного покрытия основываются технико-экономическими расчетами. Толщина слоя покрытия определяется расчетом с учетом категории дорог и должна быть не менее: для дорог I категории — 22 см; для дорог II категории — 20 см; для дорог III категории — 18 см. В двухслойных покрытиях толщина верхнего слоя должна быть не менее 6 см.

Транспортные потоки

Транспортный поток (ТП) — это совокупность транспортных средств, одновременно участвующих в движении на определенном участке улично-дорожной сети.

Термин «транспортный поток» (в англоязычной литературе используется термин Traffic Flow) используется западными учеными и исследователями по аналогии с «потоками» в сплошных средах (а позднее и дискретных – т.н. Granular Flow). Отправной точкой исследований в ТП на западе считается гидродинамическая модель Лайтхилла-Уизема. Сам по себе ТП всегда характеризуется исключительно средними (т.е. макроскопическими) параметрами: средняя скорость, плотность (число автомобилей на единицу длины), интенсивность (число автомобилей, проходящих через любую данную точку дороги в единицу времени). Два параметра (интенсивность и плотность) изображаются в виде графика и называются фундаментальной диаграммой (Fundamental Diagram, рис.10).

.

Рис.7. Фундаментальная диаграмма

Транспортный поток характеризуется взаимодействием транспортных средств в пространстве и во времени Уже из этого названия понятно, что ей придается исключительное значение. Фундаментальная диаграмма (ФД) – «камень преткновения» всей теории ТП. Все крутится вокруг того, что в модели Лайтхилла-Уизема (и ей подобным моделям) ФД принята гладкой (дифференцируемой), а если ее строить по показаниям датчиков – на ней в области средних значений плотностей образуется «облако», никакой кривой не аппроксимируемое. Тоесть реально принятой в гидро- газодинамических моделях зависимости не существует. Это привело к тому, что, с одной стороны, в ряде работ с помощью клеточных автоматов была воспроизведена эмпирическая ФД. С другой стороны, общепризнанный авторитет в области изучения ТП Карлос Ф. Даганзо (США) предлагает вообще отказаться от рассмотрения ФД, а ввести другие параметры – длина очереди, время проезда и проч.

У нас в стране официально используется термин «дорожное движение» (закон РФ «О безопасности дорожного движения» – совокупность общественных отношений…) Термин «транспортный поток» тоже используется в «Организации дорожного движения» (ОДД), но не определяется. Определяются только «необходимые данные, характеризующие транспортный поток».

Наиболее распространенными характеристиками дорожного движения являются: интенсивность, плотность, скорость, состав, задержки, распределение транспортных потоков по направлениям.

Модели, в которых объектом выступает ТП в целом, называются макроскопическими и они используются для решения задач организации дорожного движения (ОДД).

Под организацией дорожного движения понимают комплекс научных, инженерных и организационных мероприятии, учитывающих необходимый уровень эффективности и безопасности для транспортного и пешеходного движения.

Состав транспортного потока характеризуется соотношением в нём транспортных средств различного типа. Транспортному средству в процессе движения требуется больший отрезок полосы, чем его длина (статический габарит). Это объясняется тем, что для остановки автомобиля требуется определенный путь, являющийся функцией скорости. Учет влияния движения транс­портных средств разных типов на загрузку дороги осуществля­ется при помощи динамического габарита (рис. 11), представляющего собой отрезок полосы дороги, минимально необходи­мого ведомому автомобилю по условиям безопасности движе­ния при экстренном торможении впереди движущегося автомо­биля. Оценка состава транспортного потока осуществляется, в основном, по процентному составу или доле транспортных средств различных типов. Этот показатель оказывает значительное влияние на все параметры дорожного движения. Вместе с тем состав транспортного потока отражает общий состав парка автомобилей в данном регионе. Состав транспортного потока влияет на загрузку дорог, что

Рис.11. Динамический габарит автомобиля L

объясняется, прежде всего, существенной разницей в габаритных размерах автомобилей. Если длина легковых автомобилей варьируется от 4 до 8 м, грузовых 6-8, то длина автобусов достигает 16,5 м, а автопоездов 24 м. В этой связи для проведения расчётов транспортных потоков, пропускной способности дорог и т.п. пользуются приведёнными значениями транспортных единиц. Все виды транспортных средств приводятся к легковому автомобилю через коэффициенты, которые указаны в табл. 5.

Существующие значения коэффициентов приведения К_п, являясь константными, не пол­ностью учитывают факторы, определяющие динамический габа­рит. В частности, при изменении скорости движения К_п меняет­ся тем значительнее, чем больше статический габарит транспортного средства.

На понятии динамического коридора в отечественной теории ОДД были построены и исследованы модели «следования-за-лидером» (car-following или follow-the-leader — в англоязычной литературе встречаются оба варианта). Модели такого типа называются микроскопическими. Существуют также мезоскопические модели, в которых рассматриваются небольшие группы (кластеры) автомобилей на дороге. Транспортные средства в силу конструктивных отличий и эксплуатационного состояния обладают различными тормозны­ми качествами. Это сказывается на динамическом габарите. Кроме того, его значение зависит от состояния до­рожного покрытия, психофизиологических характеристик води­теля и т. д.

Коэффици­енты приведения К_п, представляющие собой отношение динами­ческого габарита транспортного средства данного типа к дина­мическому габариту легкового автомобиля, позволяют фактическую интенсивность транспортного потока представлять в виде условной, называемой приведенной интенсивности, соответствующей потоку легковых автомобилей.

Существует несколько классификацийсостояний транспортного потока.

Министерство транспорта США использует следующую классификацию по степени наполненности полосы движения транспортных единиц (ТЕ) по отношению суммарной занимаемой автомобилями площади полосы к общей её площади на произвольном участке дороги:

Таблица 5