Справочная энциклопедия дорожника (том II) Ремонт и содержание автомобильных дорог. Под ред. А.П. Васильева

Подождите немного. Документ загружается.

или захватывать небольшую часть покрытия, образуя отдельные пятна в

зависимости от метеорологических условий, параметров и характеристик

дорог, интенсивности и состава движения, а также уровня содержания

дороги.

В летний период наиболее часто наблюдается сухое чистое покрытие,

сухие обочины и в целом благоприятные условия движения. В переходные

периоды года наиболее часто наблюдается влажное и мокрое покрытие и

грязные, разрушенные обочины.

При выпадении осадков в виде дождя на поверхности покрытия образуется слой воды,

который начинает заметно влиять на сцепные свойства уже при толщине пленки более 0,2

мм, снижая адгезионную составляющую силы трения. Коэффициент сцепления резко

снижается в начальный период дождя, когда образуется густая смазка на поверхности.

После того как грязь с поверхности покрытия смыта дождем, коэффициент сцепления

несколько увеличивается.

В зимний период года состояние поверхности дороги может колебаться в

наибольших пределах. Поверхность дороги зимой может быть сухой и

чистой от снега, покрыта слоем сухого рыхлого снега (заснеженной),

снежным накатом, мокрым снегом или коркой в виде гололеда или

искусственной скользкости, образующейся путем уплотнения и оплавления

снега под влиянием движущихся автомобилей.

От климата местности во многом зависит продолжительность различных

состояний поверхности дороги. На продолжительность того или иного

состояния существенно влияет технический уровень и качество содержания

дорог в неблагоприятные периоды года.

Данные о фактической продолжительности состояния поверхности

необходимы для определения фактической скорости движения и расхода

топлива, себестоимости перевозки и многих других технических и

экономических расчетов. Впредь до накопления указанных данных

продолжительность различных состояний поверхности дороги можно

определять по формуле

[где[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[

[ (4.21)

- коэффициенты длительности состояний (сухого, мокрого,

заснеженного, снежного наката, гололеда); [- продолжительность

летнего, осенне-весеннего и зимнего периодов в данной зоне, сут.

Коэффициент



комплексно учитывает влияние климатических факторов,

интенсивности движения, технического уровня и качества содержания

дороги (табл. 4.13).

Таблица 4.13

Значение коэффициента длительности состояния покрытия (данные проф. А. П.

Васильева)

Категория

дороги

Коэффициент



для различных состояний покрытия и периодов года

Летний

Осенне-

весенний

Зимний

сухое мокрое сухое мокрое

сухое

чистое

мокрое

рыхлый

снег

снежный

накат

искусственный

гололед

естественный

гололед

0,80-

0,85

0,15-

0,20

0,6-

0,70

0,30-

0,40

0,55-

0,65

0,08-

0,15

0,04-0,05 0,1 0,10 0,02

0,80-

0,85

0,15-

0,20

0,6-

0,70

0,30-

0,40

0,50-0,6

0,09-

0,13

0,04-0,06 0,12-0,16 0,12 0,03

III

0,80-

0,85

0,15-

0,20

0,5-

0,60

0,40-

0,50

0,25-

0,48

0,10-

0,15

0,06-0,12 0,20-0,25 0,12-0,14 0,04

0,80-

0,85

0,15-

0,20

0,5-

0,60

0,40-

0,50

0,20-

0,40

0,06-

0,10

0,15-0,20 0,25-0,35 009-0,10 0,05

П р и м е ч а н и я : 1. Большие значения



для сухого покрытия (соответственно меньшие для мокрого) в

летний и переходные периоды принимают при наличии краевых укрепленных полос или укрепленных

обочин. 2. Для зимнего периода коэффициент назначают с учетом уровня оснащения службы эксплуатации

машинами и оборудованием для зимнего содержания, принятого в проекте. Минимальное значение для

мокрого покрытия, рыхлого снега, снежного наката и гололеда на покрытии принимают при 100 %-ной

оснащенности по сравнению с нормативной, соответственно максимальные значения принимают при

оснащенности, не превышающей 50 %.

Продолжительность периодов года определяют по многолетним данным

изменения среднесуточной температуры воздуха, получаемым из

климатических справочников.

Каждому периоду года соответствует характерное состояние поверхности.

За расчетные могут быть приняты следующие состояния поверхности.

В зимний период: а) слой рыхлого снега на покрытии и обочинах лежит

только во время снегопадов и метелей в перерывах между проходами

снегоочистительных машин; б) проезжая часть чистая, без снега,

уплотненный снег и лед имеется на прикромочных полосах, а рыхлый - на

обочинах; в) проезжая часть покрыта слоем плотного снежного наката, на

обочинах - слой рыхлого снега; г) на поверхности покрытия гололед; д)

поверхность дороги влажная, имеется рыхлый мокрый снег или слой снега и

льда, растворенного хлоридами.

Схемы а), б), г), д) служат расчетными для дорог I-III категорий, схемы б),

в) для III и IV категорий. Расчетную толщину слоя рыхлого снега на

покрытии принимают в зависимости от защищенности дороги от снежных

заносов и оснащенности дорожной службы машинами для зимнего

содержания, но не менее 10 мм.

В осенне-весенние переходные периоды: а) вся поверхность мокрая

чистая; б) проезжая часть мокрая чистая, прикромочные полосы загрязнены;

в) проезжая часть мокрая загрязненная.

Схему а) принимают за расчетную для дорог I и II категорий с обочинами,

укрепленными на всю ширину каменными материалами с применением

минеральных или органических вяжущих. Схема б) относится к дорогам или

участкам с укрепленными краевыми полосами и неукрепленными обочинами

или имеющим обочины, укрепленные щебеночными и гравийными

материалами без вяжущих. Схема в) относится к дорогам без укрепленных

краевых полос и обочин.

В летний период: сухие и чистые покрытия и обочины.

Каждому расчетному состоянию покрытия соответствует определенный

коэффициент сопротивления качению и коэффициент сцепления, зависящие

от скорости.

Изменение ширины проезжей части и обочин по сезонам года.

Фактически используемая для движения автомобилей ширина проезжей

части и ширина обочин на одном и том же участке дороги является

величиной переменной и колеблется в широких пределах в различные сезоны

года в зависимости от погодно-климатических условий, конструктивных

особенностей земляного полотна, проезжей части, краевых полос, обочин, а

также от уровня содержания дороги (рис. 4.12). Фактически используемую

ширину чистой укрепленной поверхности определяет по формуле

1ф

= В

пр

+ 2b – 2b

, где

(4.22)

пр

- проектная ширина проезжей части, м;

b - ширина краевой укрепленной полосы, м;

- ширина полосы загрязнения краевой укрепленной полосы или

прикромочной полосы проезжей части, м.

Рис. 4.12. Характерные поперечные профили дорог в различные периоды года:

а - летом; б - осенью и весной при неукрепленных обочинах; в - зимой на участках, не

имеющих помех для снегоочистки; г - зимой на участках, имеющих помехи для

снегоочистки; д, е - при неполной очистке снега;

1 - уплотненный снег; 2 - рыхлый снег; 3 - колеи наката;

а - ширина загрязненных полос осенью и весной; а

- ширина обочин; а

- фактическая

ширина обочин зимой; b

- ширина проезжей части; b

- ширина чистой проезжей части; b

- используемая ширина проезжей части; с - ширина полос наката из снега или льда; В

ширина земляного полотна; В

- ширина дороги зимой

Летом в сухую погоду во всех климатических зонах в основном

сохраняются проектные параметры поперечного профиля дорог и движение

происходит по всей ширине проезжей части. Обочины в этот период

находятся в сухом плотном состоянии.

В переходные периоды года и особенно осенью изменения фактической

ширины проезжей части начинаются с выпадением дождей, понижением и

увеличением относительной влажности воздуха, а весной при таянии снега.

Это происходит за счет загрязнения проезжей части, которое зависит от типа

грунта обочин, их ширины и типа укрепления, общей ширины проезжей

части, наличия въездов и съездов без твердого покрытия. Занесенная

транспортом на проезжую часть грязь под действием движения

перемещается к кромкам и откладывается на прикромочной полосе проезжей

части (рис. 4.13).

Рис. 4.13. Характерные состояния обочин в переходные периоды года:

а - при наличии краевых укрепленных полос; б - укрепление на всю ширину; в - без

укрепления;

1 - чистая поверхность; 2 - слой пыли или грязи; 3 - колеи и неровности на обочине

При отсутствии укрепленных обочин сокращение проезжей части из-за

загрязнения составляет 0,6-1,2 м. На участках с укрепленными на всю

ширину обочинами сокращения ширины проезжей части почти не

происходит. Характерным для зимних условий является исчезновение четких

очертаний границ земляного полотна и сглаживание его форм. В районах с

длительным зимним периодом, частыми снегопадами и метелями при

регулярной снегоочистке на прикромочных полосах обочин и проезжей части

образуется ровный плотный слой снега шириной 0,2-0,6 м и толщиной 2-10

см, по которому может происходить движение автомобилей (рис. 4.14).

Фактическая ширина проезжей части, используемая для движения на дорогах

с хорошим зимним содержанием, как бы увеличивается. Поэтому на

отдельных участках дорог зимой могут быть лучшие условия для движения,

чем летом. Средняя ширина фактически используемой полосы движения

составляет 8-8,5 м, т.е. больше, чем ширина проезжей части. Интересно

отметить, что эту ширину водители выбирают в течение всей зимы и, по-

видимому, она является наиболее предпочтительной для двухполосного

движения. Ширина прикромочных полос уплотненного снега колеблется от

0,2 до 2,5 м с каждой стороны. При отсутствии регулярной снегоочистки

фактическая (чистая) ширина проезжей части резко сокращается или

исчезает полностью и движение осуществляется по слою рыхлого или

уплотненного снега.

Рис. 4.14. Параметры и состояние обочин зимой:

а - при тщательной очистке снега; б - при образовании вала снега на участках ограждений,

сигнальных столбиков; а

- проектная ширина обочины; а

- фактическая ширина

обочины

В районах, где зимы теплые, малоснежные, снег зимой часто тает и полосы

наката на кромках проезжей части не образуются. Характерной

особенностью состояния дорог в зимний период является значительное

колебание ширины чистой проезжей части по длине дороги и во времени.

Большие сужения происходят на снегозаносимых участках дорог, участках

установки ограждений, парапетов и направляющих столбиков, которые

способствуют образованию снежных отложений и мешают уборке снега.

Особенно неблагоприятные условия создаются на кривых малого радиуса (до

300 м) в плане, на которых устанавливаются ограждения, затрудняющие и

без того сложные условия снегоочистки, на развязках дорог в одном и разных

уровнях.

4.4. Районирование территории по условиям движения на дорогах

Вероятность появления, интенсивность и длительность метеорологических

факторов в различных регионах различна. Региональный характер изменения

погодно-климатических условий на территории страны приводит к тому, что

автомобильные дороги одинаковых технических характеристик в одних

регионах обеспечивают круглогодичное удобное и безопасное движение с

высокими скоростями, а в других на таких же дорогах в отдельные периоды

года наблюдается движение с пониженными скоростями и повышенной

аварийностью.

Для комплексной оценки климата различных регионов проф. А.П.

Васильев предложил показатель влияния климата на условия движения

автомобилей

[где

(4.23)

[- коэффициент обеспеченности расчетной скорости на эталонном

участке дороги в эталонных метеорологических условиях;

сг

- среднегодовой коэффициент обеспеченности расчетной скорости на

эталонном участке дороги с учетом влияния на состояние поверхности

дороги и режим движения всего комплекса погодно-климатических

факторов, характеризующих климат данного района.

Физический смысл этого показателя заключается в том, что он показывает

долю среднегодового снижения максимальной скорости движения на

эталонном участке дороги под воздействием погодно-климатических

факторов. Чем больше величина показателя влияния климата на условия

движения П

, тем значительнее его отрицательное воздействие на режим

движения транспортных потоков. Таким образом, этот показатель позволяет

количественно сравнивать климат различных регионов страны по степени

влияния на условия движения.

Аналогично может быть оценено и изменение условий движения

автомобилей в одном и том же регионе, но в различные периоды года. При

этом необходимо учесть неравномерность изменения интенсивности

движения по этим периодам:

[где

(4.24)

[- среднесезонный коэффициент обеспеченности расчетной скорости на

эталонном участке дороги;

сез

- длительность сезона, сут;

- коэффициент учета неравномерности движения по сезонам года (см. п.

6.5).

Чем больше величина показателя влияния сезонных погодно-

климатических факторов на условия движения, тем более трудным для

движения является этот период, а сумма сезонных показателей дает величину

показателя влияния климата данного региона, то есть

= П

+ П

, где

(4.25)

, П

- соответственно показатели влияния сезонных погодно-

климатических факторов для летнего, зимнего и переходных периодов.

Показатель влияния климата и сезонных погодно-климатических условий

позволяет осуществить районирование страны по условиям движения, т.е.

выделить районы с различными расчетными периодами. Для большинства

районов нашей страны наиболее трудные условия движения наблюдаются в

зимний и осенне-весенний периоды, а для районов с жарким и сухим

климатом - летний период. Наиболее трудные периоды года по условиям

движения и должны быть приняты за расчетные при выборе методов и

средств обеспечения удобства и безопасности движения. На основании

выполненных исследований предложено районирование территории страны

по влиянию климата на состояние поверхности дорог и условия движения

(рис. 4.15).

Рис. 4.15. Районирование территории СССР по условиям движения на автомобильных

дорогах

Зона I с зимним расчетным периодом. К этой зоне отнесены районы, где

зимний период составляет не менее 125 суток в году. Расчетным для этой

зоны является движение по заснеженному, скользкому покрытию при

наличии суженной проезжей части. В пределах I зоны выделены подзоны с

некоторыми отличительными признаками.

Подзона IA характеризуется тем, что здесь зимний расчетный период

является единственным, поскольку переходные периоды очень короткие (20-

60 сут в году) и ими можно пренебречь. Скользкость покрытия определяется

только гололедом и наличием накатанного или рыхлого слоя снега на

покрытии.

Подзона IБ характерна тем, что ее зимний расчетный период дополняется

значительным по длительности (60-100 сут) переходным периодом.

Следовательно, в подзоне IБ необходимо конструктивные и организационные

мероприятия дополнять мероприятиями, рассчитанными на обеспечение

удобства и безопасности в переходные периоды года.

Подзона IB близка по характерным особенностям к зоне II, так как

длительность переходного периода достигает 120 сут. Расчетными

условиями являются скользкость и сужение проезжей части из-за наличия

гололеда, снежных отложений, выпадения осадков и грязных обочин, то есть

в этой подзоне необходимы мероприятия, характерные для зимнего и

переходных периодов.

Зона II характерна тем, что расчетными являются переходные периоды,

которые длятся 40-110 сут, а зимний период 40-125 сут. Зимы в этих районах

малоснежные с частыми оттепелями, поэтому расчетным состоянием дорог

можно считать повышенную скользкость покрытия из-за увлажнения и

загрязнения покрытия на обочинах и переходных полосах.

Зона III характеризуется летним расчетным периодом, так как зимний и

осенне-весенний периоды весьма короткие и вместе составляют 90-110 сут.

Основными расчетными условиями являются движение в период высокой

температуры воздуха, а поверочными - условия движения в период

выпадения дождей. К зоне III могут быть отнесены южные районы Кавказа и

районы Средней Азии.

Для горных районов расчетный период рекомендуется определять для

каждого характерного участка дороги по высоте, так как в зависимости от

высоты местности над уровнем моря погодно-климатические условия

значительно изменяются.

Районирование по условиям движения коррелируется с дорожно-

климатическим районированием. Однако границы зон отличаются одна от

другой. Так, зона I по условиям движения включает в себя зону I, II и III

дорожно-климатического районирования. Зона II районирования по условиям

движения примерно соответствует зоне IV дорожно-климатического

районирования, а зона III соответствует зоне V.

4.5. Воздействие природных факторов на дорогу

Транспортные средства воздействуют на дорогу обычно одновременно с

факторами, зависящими от природно-климатических условий (водой,

температурой, ветром, солнечной радиацией).

Из всего разнообразия природно-климатических факторов наибольшее

влияние на состояние дорог и на условия движения автомобилей оказывают

грунтово-геологические и гидрологические условия, рельеф и ландшафт

местности, а также погодно-климатические условия или факторы.

Из грунтово-геологических и гидрологических факторов выделяют тип и

характеристики грунтов земляного полотна и подстилающих слоев, глубину

промерзания, глубину и характер залегания грунтовых вод, условия стока

поверхностных вод.

К погодно-климатическим факторам относятся: атмосферное давление,

солнечная радиация, температура и влажность воздуха, осадки (дождь,

снегопад, ветер, метель, гололед, туман), а также сочетание этих факторов.

Воздействие погодно-климатических факторов формирует водно-тепловой

режим земляного полотна (ВТР), под которым понимают закономерные

сезонные изменения в полотне и слоях одежд влажности и температуры.

В дорожной конструкции (дорожная одежда + земляное полотно)

происходят сложные процессы: нагревание, охлаждение, промерзание,

оттаивание, испарение, конденсация, сублимация, облимация. В результате в

дорожной конструкции систематически происходят диффузионные процессы

тепла и влаги, называемые тепломассопереносом или тепловлагообменом

(ТВО), обусловливающие колебание влажности и температуры.

Изменение характеристик ВТР существенно влияет на прочность,

долговечность полотна и дорог, приводит к снижению транспортно-

эксплуатационных свойств дорог.

Степень действия среды на дорогу в конечном итоге определяется видом и

мощностью источников увлажнения дорожной конструкции и

интенсивностью температурных воздействий.

Дорожная одежда и земляное полотно (рис. 4.16) должны быть

запроектированы таким образом, чтобы даже весной, т.е. в самый

неблагоприятный для службы дорог период расчетного года, обеспечивалась

требуемая по условиям движения прочность конструкции (К

пр

 1,0) и

наряду с этим она обладала необходимой морозоустойчивостью (наибольшее

зимнее поднятие - пучение поверхности покрытия - примерно равно 40 мм).

Рис. 4.16. Схема круглогодичного цикла водно-теплового режима и состояния

конструкции дорожной одежды во II дорожно-климатической зоне:

1 - уровень подземных вод; 2 - ход промерзания конструкции; 3 - ход оттаивания

конструкции; 4 - зимнее пучение; 5 - осадка покрытия при оттаивании конструкции; 6 -

изменение влажности W

OTH

грунта земляного полотна (в долях W

); 7 - то же, степени

плотности К

пл

; 8 - то же, модуля упругости Е

; 9 - то же, сцепления С; 10 - изменение

коэффициента прочности дорожной одежды К

; 11 - асфальтобетон; 12 - щебень; 13 -