Справочная энциклопедия дорожника (том II) Ремонт и содержание автомобильных дорог. Под ред. А.П. Васильева
Подождите немного. Документ загружается.
важно, осуществить проверку эффективности выполненных работ
непосредственно после проведения ремонта. Детально особенности
использования данного критерия для планирования дорожно-ремонтных
работ изложены в главе 11.
РАЗДЕЛ III
МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
ГЛАВА 8. Методы определения транспортно-
эксплуатационных показателей автомобильных дорог
8.1. Потребительские свойства как основные показатели состояния дороги
Современная автомобильная дорога представляет собой сложное
инженерное сооружение, которое состоит из конструктивных элементов,
сооружений обустройств и характеризуется большим количеством
геометрических параметров, физических свойств и эксплуатационных
характеристик, а также транспортно-эксплуатационных показателей.
Функциональное назначение дороги состоит в обеспечении непрерывного,
удобного и безопасного движения автомобилей с высокими скоростями,
допустимыми габаритами, осевыми нагрузками и общей массой в любое
время года и в любых условиях погоды. Дороги предназначены для
обслуживания интересов потребителей, пользователей дорожных услуг -
водителей, пассажиров, владельцев автотранспортных средств и
автотранспортных предприятий, которые пользуются дорогами для поездок
или перевозок грузов и пассажиров и платят за это налоги, сборы и другие
отчисления в той или иной форме.
С позиций потребителя наиболее важным являются обеспеченные дорогой
транспортно-эксплуатационные показатели: непрерывность, скорость,
удобство и безопасность движения, пропускная способность и уровень
загрузки, допустимые габариты, осевые нагрузки и общая масса
автомобилей, уровень дорожного сервиса, экологические, эргономические и
эстетические свойства дороги. Указанные свойства могут быть приняты за
потребительские свойства дороги, поскольку от них зависят все показатели
работы автомобильного транспорта и прежде всего производительность
автомобилей, себестоимость перевозок, время доставки грузов и пассажиров,
расход топлива и износ шин, расходы на ремонт и обслуживание
автомобилей и т.д. Все эти показатели в значительной степени являются
производными от потребительских свойств дорог.
С другой стороны, производными от потребительских свойств являются и
требования к геометрическим и физическим характеристикам дорог, а также
к их транспортно-эксплуатационному состоянию. Поэтому главная и
конечная задача деятельности дорожных организаций состоит в обеспечении,
поддержании и повышении потребительских свойств дорог путем
содержания их на высоком уровне, совершенствования параметров и
характеристик в процессе ремонта или реконструкции.
Обеспеченные дорогой скорость и безопасность движения относятся к
основным потребительским свойствам дорог, определяющим их качество и
состояние.
При проектировании дорог в технико-экономических расчетах при
организации движения автомобильных перевозок, а также при оценке
транспортно-эксплуатационного состояния дорог используют различные
понятия и значения скоростей. Для проектирования автомобильных дорог
наибольшее значение имеют расчётная, или проектная, и средняя скорость
транспортного потока. Как правило, за расчётную скорость принимают
максимально возможную безопасную скорость движения одиночного или
отдельного автомобиля при определённом состоянии поверхности дороги и
погодных условий. Обычно это сухое или увлажнённое состояние
поверхности и благоприятные погодные условия.
Все элементы дороги и их сочетания должны быть запроектированы так,
чтобы одиночный или отдельный автомобиль имел возможность безопасно
двигаться на всех участках дороги с расчётной скоростью при расчётном
состоянии погоды и поверхности дороги.
Требования к геометрическим параметрам дорог, полученные исходя из
расчётной скорости, принимаются за предельно допустимые на сложных
участках проложения дороги.
Расчётная скорость движения оказывает непосредственное влияние на
количественные значения геометрических параметров дороги и
строительную стоимость, а также на требования к её транспортно-
эксплуатационному состоянию и затраты на содержание и ремонт в процессе
эксплуатации.
Фактическая средняя скорость транспортного потока определяет все
основные показатели эффективности автомобильных перевозок: время
доставки грузов и пассажиров, производительность автомобилей,
себестоимость перевозок и т.д. Наибольшее влияние на среднюю скорость
транспортного потока оказывает расчётная скорость, предопределившая
геометрические параметры дороги и требования к её транспортно-
эксплуатационному состоянию, а также интенсивность и состав движения, от
которых зависит диапазон колебания скоростей и взаимные помехи в
транспортном потоке.
С другой стороны, действительная (фактическая) скорость движения
интегрально отражает влияние всех геометрических параметров и
транспортно-эксплуатационных характеристик дороги, а также
транспортного потока и состояния погоды в данный момент времени на
условия и режим движения автомобилей.
8.2. Скорость движения и методы её определения
Для оценки транспортно-эксплуатационного состояния дороги определяют
фактически обеспеченную максимальную скорость одиночного легкового
автомобиля, средние скорости свободного движения и транспортного потока.
На дорогах IV и V категорий, а также на значительной части III категории
средние скорости свободного движения и транспортного потока практически
совпадают из-за малой плотности движения.
Среднюю скорость свободного движения по результатам измерения при
невысокой интенсивности транспортного потока определяют по формуле
[где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (8.1)
V
i
- мгновенная скорость i-ого автомобиля на данном участке, км/ч; п -
число автомобилей, для которых измерены скорости.
С увеличением интенсивности движения скорость транспортного потока
снижается, причем тем больше, чем больше в потоке грузовых автомобилей,
автобусов и автомобильных поездов. Как показывают исследования [11, 12],
все значения скоростей связаны между собой одной зависимостью (рис. 8.1).
Так, средняя скорость свободного движения может быть вычислена по
формуле
[где[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (8.2)
V
ф.max
- максимально возможная или максимально безопасная,
обеспеченная скорость движения одиночного легкового автомобиля на
данном участке дороги при фактическом её состоянии;
t - функция доверительной вероятности или гарантийный коэффициент;
[- среднее квадратическое отклонение скорости движения свободного
транспортного потока.
Рис. 8.1. Связь между максимальной и средней скоростями:
а - границы доверительного интервала; б - кривые распределения скоростей одиночных
автомобилей и транспортного потока;
1, 2 - доля значений скорости, лежащей ниже и выше границ доверительного интервала; 3,
4 - кривые распределения скоростей одиночных автомобилей и транспортного потока; а
1
,
а
2
- нижняя и верхняя границы доверительного интервала; I
- доверительный интервал
Значения t принимают в зависимости от доверительной вероятности при
одностороннем ограничении:
доверительная вероятность, %[[[[[[ 85[[[[[[ 90[[[[[[ 95[[[[ 99,85
расчётное значение t[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ 1,04[[[ 1,28[[[ 1,64[[[[ 3,0
Средняя скорость транспортного потока в данном сечении дороги при
данном состоянии:
[где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (8.3)
V = ·
·N - снижение скорости автомобилей под воздействием
интенсивности и состава транспортного потока, км/ч;
- коэффициент, учитывающий влияние интенсивности движения;
- коэффициент, учитывающий состав транспортного потока (численно
равен доле грузовых автомобилей, автобусов и автопоездов, движущихся по
полосе);
N - интенсивность движения, авт/сут (для автомобильных магистралей
принимается по каждому направлению отдельно).
Расчётная часовая интенсивность
N
ч
=
·N
cyт
, где[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (8.4)
- коэффициент пересчёта суточной интенсивности в часовую,
принимается равным 0,076-0,10.
Значения V в зависимости от интенсивности и состава движения
приведены на рис. 8.2. Таким образом, общая зависимость, связывающая
между собой значения скоростей движения автомобилей на дороге:
[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (8.5)
или
[где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (8.6)
К
рс
- коэффициент обеспеченности расчетной скорости.
Рис. 8.2. Влияние интенсивности и состава движения на снижение средней скорости:
а - на двухполосных дорогах; б - на четырёхполосных автомобильных магистралях с
разделительной полосой
На существующих дорогах эти скорости могут быть получены на
основании непосредственных измерений скорости движения автомобилей.
При этом могут быть применены различные способы:
а) измеряют скорости движения одиночных легковых автомобилей
наиболее распространённых типов при свободных условиях движения или
скорости легковых автомобилей, идущих во главе группы автомобилей при
частично связанных условиях движения. Для получения объективных данных
необходимо сделать не менее 30 замеров в каждом створе. На основе
измерений строят кумулятивные кривые распределения скоростей, а за
фактическую максимальную скорость принимают скорость легкового
автомобиля 85 %-ной обеспеченности (рис. 8.3);
б) измеряют скорости движения всех автомобилей (легковых и грузовых) и
строят кумулятивные кривые распределения скоростей транспортного
потока, а за фактическую максимальную принимают скорость 95 %-ной
обеспеченности;
в) для предварительной и ориентировочной оценки допускается
определить максимальную скорость методом следования за лидером. При
этом скорость на каждом километре и на каждом характерном участке
определяют по спидометру легкового автомобиля, который движется за
одиночным или головным легковым автомобилем. На каждом участке
производят не менее 3-4 проездов, по которым определяют среднюю
скорость. Фактическую максимальную скорость принимают на 10-20 % выше
средней из этих замеров.
Рис. 8.3. Кумулятивные кривые распределения скоростей по уровню обеспеченности:
1 - грузовые автомобили; 2 - транспортный поток; 3 - легковые автомобили
Среднеквадратическое отклонение в км/ч определяют по формулам:
при п > 30
[ [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (8.7)
при п < 30
[где[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (8.8)
х - измеренная скорость, км/ч;
[- среднеарифметическая скорость из всех измеренных значений;
п - количество измерений.
При отсутствии данных непосредственных измерений максимальная
скорость движения на каждом характерном участке может быть определена
аналитическим путём исходя из схем расчёта требований к геометрическим
параметрам и транспортно-эксплуатационным характеристикам. Основной
задачей при этом является обязательный учёт влияния метеорологических
факторов на состояние дороги, взаимодействия автомобиля с дорогой и
восприятия водителем условий движения. В этом случае необходимые для
определения средней скорости транспортного потока значения
среднеквадратического отклонения определяют по формуле
[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (8.9)
Значения а
о
и b приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1
Характеристика дорог
Расчётные значения коэффициентов а
о
и b при определении величины
среднеквадратического отклонения
max
cp
min
а
о
b а
о
b а
о
b
Двухполосные дороги 3,5 0,001 3,0 0,0008 2,5 0,0006
Автомагистрали с
разделительной полосой
0 0,00068 0 0,00056 0 0,00041
Максимальные значения
ф
принимают для двухполосных дорог, если в потоке более 70
% грузовых автомобилей, автобусов и автомобилей с прицепами; минимальные - при их
числе менее 40 %. Для автомагистралей максимальные значения принимают для правой
крайней полосы, а минимальные - для левой.
При определении средней скорости транспортного потока на стадии
проектирования за минимально возможную может быть принята расчётная
скорость для дороги данной категории с учётом рельефа местности.
На скорость движения автомобилей помимо транспортно-
эксплуатационного состояния дороги существенное влияние оказывает
интенсивность и состав транспортного потока (рис. 8.4).
Рис. 8.4. Зависимость скорости от интенсивности движения:
I, II, III - зоны свободного, связанного и насыщенного потока; V
расч
, V
ср
, V
д.ср
- расчётная,
средняя и допустимая средняя скорость движения; [- влияние размаха
скоростей в свободном потоке; V = ·
·N - влияние интенсивности и состава движения
на среднюю скорость
В упрощённом виде можно выделить несколько характерных зон влияния
интенсивности на среднюю скорость движения. Более детально это деление
приводится в п. 8.4.
При свободном транспортном потоке каждый автомобиль имеет
возможность наиболее полно реализовать желаемую скорость движения с
учётом реальной дорожной обстановки. При этом интенсивность движения
практически не оказывает влияния на выбор этой скорости. Максимальная
скорость в наибольшей степени зависит от дорожных условий, водителя и
динамических качеств автомобиля, а средняя скорость зависит от разницы
между скоростями отдельных автомобилей.
С увеличением интенсивности образуется связанный поток, в котором
заметно ощущаются взаимные помехи автомобилей, не позволяющие
водителям большей части автомобилей реализовать желаемую скорость,
вследствие чего снижается средняя скорость движения транспортного
потока. При этом возникающие взаимные помехи автомобилей могут
превышать влияние дорожных условий. Дальнейшее увеличение
интенсивности приводит к образованию плотного или насыщенного потока и
еще большему снижению средней скорости движения, главной причиной
которого являются взаимные помехи автомобилей, не позволяющие
водителям реализовать желаемые скорости, возможные по транспортно-
эксплуатационному состоянию дороги. Если интенсивность движения
превышает пропускную способность данной дороги, то заторы и пробки
неизбежны даже при самом высоком уровне её содержания.
Кардинально изменить положение в этой ситуации может снижение
интенсивности и выравнивание транспортного потока по каждой полосе
проезжей части, т.е. реконструкция дороги с переводом её в более высокую
категорию или увеличение числа полос движения.
Наличие объективной функциональной зависимости между максимально
возможной безопасной скоростью отдельного автомобиля, обеспеченной
дорожными условиями, средней скоростью свободного движения
автомобилей и средней скоростью транспортного потока позволяет
обоснованно выбрать критерий оценки транспортно-эксплуатационного
состояния дорог по его влиянию на скорость движения. Таким критерием
следует считать максимальную возможную безопасную скорость в реальных
дорожных условиях. Этот критерий наиболее объективно позволяет оценить
все достоинства и недостатки дороги с позиций их истинного влияния на
потребительские свойства дороги. Средняя скорость транспортного потока не
может служить объективным критерием оценки состояния дороги, поскольку
она во многом зависит от интенсивности и состава транспортного потока.
Это критерий оценки функционирования системы «дорожные условия -
транспортные потоки». Тем не менее, учитывая решающее влияние средней
скорости транспортного потока на технико-экономические показатели
работы автомобильного транспорта, в ряде стран нормируется минимальная
величина средней скорости, которая должна быть обеспечена дорогой при
соответствующей интенсивности движения. Если средняя скорость
опускается ниже этого предела, дорога признается не соответствующей
требованиям движения и подлежит реконструкции.
Определение среднегодовой скорости движения транспортного потока.
В большинстве технико-экономических расчётов необходимо знать
среднегодовую среднюю скорость движения транспортного потока.
На каждом характерном участке (прямой, кривая в плане и профиле, спуск-
подъём и т.д.) её определяют по формуле
[где [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (8.10)
[и т.д. - скорость движения транспортного потока в одном
направлении движения при соответствующем состоянии поверхности
покрытия. Определяется по формулам 8.5 и 8.6;
Т
сух
, Т
м
и т.д. - продолжительность различных состояний поверхности
покрытия.
Вычислив среднюю среднегодовую скорость на каждом участке, определяют
среднегодовую средневзвешенную скорость движения транспортного потока по всей
дороге:
[где[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ (8.11)
l
i
- длина каждого характерного участка, км;
L - общая длина дороги, км.
Полный учёт влияния климата и уровня содержания дороги позволяет
получить фактические технико-экономические показатели работы
автомобильного транспорта на эксплуатируемой дороге. В практической
деятельности для приблизительных расчётов можно воспользоваться
некоторыми ориентировочными соотношениями скоростей движения
автомобилей. По данным наблюдений среднюю скорость транспортного
потока можно принять по соотношению
Меньшие значения принимают при V
ф.max
= 100 км/ч и выше или при доле
грузовых автомобилей 50 % и более.
Средняя скорость грузовых автомобилей
средняя скорость легковых автомобилей
8.3. Влияние параметров и состояния дороги на скорость движения
автомобилей
При оценке транспортно-эксплуатационного состояния дорог необходимо
в первую очередь определить фактическую максимально возможную
безопасную скорость движения одиночного расчетного автомобиля на
каждом характерном участке дороги, а затем определить среднюю скорость
транспортного потока, установив его интенсивность и состав. Все эти
показатели могут быть измерены непосредственно на каждом участке
дороги, при каждом её состоянии для различных интенсивности и состава
движения. Такие измерения многократно проводились исследователями [2,
10, 69].
На основе анализа и обобщения результатов проф. А.П. Васильев
разработал методику оценки влияния основных параметров и характеристик
состояния автомобильных дорог и транспортного потока на скорость
движения на каждом характерном участке дороги, которая позволяет
выполнить эту оценку аналитическим путем [12, 69].
На скорость движения и коэффициент обеспеченности расчётной скорости
оказывают влияние ширина укрепленной поверхности дороги, ширина и
состояние обочин, продольный уклон, радиусы вертикальной выпуклой
кривой, радиусы кривых в плане, расстояние видимости, ровность и сцепные
качества покрытий.
Задача оценки степени влияния каждого отдельного параметра на скорость
движения состоит в том, чтобы установить механизм этого влияния и
физический смысл, выбрать расчётную схему и дать математическое
описание, позволяющее определить максимальную скорость расчетного
автомобиля. При этом чтобы исключить взаимное влияние других
параметров и факторов, их характеристики принимают равными эталонным.
Во многих случаях одна расчётная схема позволяет определить влияние
нескольких элементов или факторов (т.е. их совместное влияние) на
скорость. Например, расчётная схема определения максимальной скорости на
подъёме позволяет исследовать влияние величины уклона (геометрического
параметра дороги), состояние поверхности дороги через коэффициент
сцепления и коэффициент сопротивления качению, а через них и влияние
осадков, влажности воздуха и других метеорологических факторов.
Все параметры и характеристики дорог определяют непосредственными
измерениями и наблюдениями при первом составлении линейного графика
комплексного показателя ТЭС АД в течение одного года: в середине лета,
когда определяют все параметры и характеристики, во второй половине