Определение разрушающей нагрузки для плит цементобетонного покрытия.

Определение разрушающей нагрузки представляет интерес для выявления действительных коэффициентов запаса прочности, которые получаются при сравнении эксплуатационных нагрузок с нагрузками, вызывающими разрушение плиты. Определение этой величины представляет интерес при решении вопроса о пропуске по цементобетонному покрытию сверхнормативных тяжеловесных нагрузок, способных вызвать чрезмерные активные напряжения сдвига и остаточные деформации в основании и грунте земляного полотна и, в конечном итоге, привести к значительным перекосам плит и вертикальным смещениям плит в швах.

Результаты, близкие к данным экспериментальных исследований для центральной части бетонной плиты, дает формула для определения разрушающей нагрузки

, (15.12)

где R_ри – нормативное сопротивление бетона растяжению при изгибе, МПа; К – коэффициент однородности бетона; m – коэффициент условий работы; h – толщина плиты, м; р_о – предельное вертикальное давление на основание в зоне разрушения плиты, МПа; g – плотность бетона, МН/м³; р – давление нагрузки на поверхность ее отпечатка, принятое равномерным, МПа.

Значение р_о должно быть определено из опытов над различными видами подстилающих грунтов при разных климатических и гидрогеологических условиях. Если р_о не известно, то в приближенных расчетах и при весьма слабых основаниях можно в формуле (15.12) пренебречь величиной . Для приближенного учета р_о можно воспользоваться значениями нормативных давлений на грунты основания.

3. Определение напряжений в цементобетонном покрытии по экспериментальным прогибам.На поверхности покрытия в исследуемой области разбивают прямоугольную сетку (рис. 15.9) со сторонами Dх, Dу небольшой длины, тем меньшей, чем больше точность приборов, используемых для измерения прогибов. Определив разность отметок в вершинах сетки до и после действия нагрузки, т.е. прогибы W_а, W_i, W_с, W_b, W_d и т. д., получим возможность выразить нормальные горизонтальные касательные напряжения в крайних точках поперечного сечения, проходящего через центральный узел сетки i.

Рис. 15.9. Схема к определению напряжений на основе натурных измерений

Располагая значениями этих напряжений, получаем возможность проверить прочность в сечении i по известным теориям прочности.

Из изложенного видно, что оценивать прочность покрытия следует по девяти упругим прогибам, измеренным в девяти точках, расположенных по схеме, представленной на рис. 15.9.

4. Определение эквивалентного модуля упругости и коэффициента поперечной деформации многослойного основания под жестким дорожным покрытием.Предполагается, что дорожная плита лежит на упругом основании из конечного числа неоднородных слоев разной толщины. Эквивалентные значения модуля упругости E_э и коэффициента поперечной деформации m_э позволяют заменить многослойную толщу однородным слоем в пределах глубины активной зоны основания. Деформации материалов в слоях считаются малыми. Каждый слой деформируется по линейному закону в соответствии со своими упругими характеристиками. Эквивалентный модуль упругости

, (15.13)

где d₁ – вертикальные смещения в слоях, м; А – эмпирический коэффициент; m_э – средневзвешенное значение коэффициентов Пуассона (поперечной деформации) материалов слоев

, (15.14)

где m_i – коэффициент Пуассона материала i-гo слоя; h_i – толщина этого слоя, см; n – число слоев (определение m_э по формуле (15.14) допустимо, поскольку значения m_i в слоях, как правило, несильно различаются между собой).

Часто в качестве E_э используется средневзвешенная величина

, (15.15)

где – модуль упругости i-го слоя (счет слоев сверху вниз), МПа.

Результаты определения Е_э по этой формуле будут приемлемыми, если модули упругости и толщины разных слоев несущественно отличаются друг от друга.

5. Определение температурных напряжений.Неравномерное распределение температуры по толщине бетонной плиты возникает при нагреве ее поверхности солнечными лучами и при охлаждении ночью. Разница температур верхней и нижней поверхностей плиты может достигать 15-20°С. Более нагретая поверхность испытывает большее удлинение, в результате чего плита коробится, образуя криволинейную поверхность. При нагревании верхней поверхности плита стремится выпучиться средней частью вверх, а при охлаждении образует вогнутую поверхность с приподнятыми краями.

Поскольку свободному короблению препятствуют собственный вес плит и их взаимная заклинка, из-за расширения при нагревании и замыкания швов при изгибе, а также наличия соединительных штырей в плитах возникают дополнительные температурные напряжения.

Температурные напряжения, возникающие в плитах бетонных покрытий в результате противодействия их короблению, составляют:

– для края плиты

, (15.16)

– для середины плиты:

, (15.17)

, (15.18)

где E, m – модуль упругости (МПа) и коэффициент Пуассона материала плиты; a – коэффициент температурного линейного расширения этого материала; t_н, t_в – температура нижней и верхней поверхностей плиты соответственно, ^оС; s_х – напряжения в направлении длины плиты L, Мпа; s_y – напряжение в направлении ширины плиты B, МПа; С_x, С_y – параметры, характеризующие сопротивление коробления плиты в указанных направлениях соответственно

Если t_в>t_н, то наибольшие растягивающие напряжения будут в точках нижней поверхности плиты, а при t_в<t_н, такие же напряжения будут в точках верхней поверхности. В условиях полной невозможности коробления будем иметь С_x=С_y=1.

Исследования показывают, что отклонение температурных изменений от линейного закона обычно несущественно влияет на температурные напряжения.

6. Устойчивость плит бетонных дорожных покрытий при повышении температуры.Необходимость устройства деформационных швов в бетонных покрытиях определяется степенью повышения температуры во время эксплуатации.

Критическое повышение температуры (температурный скачок) Dt_к по отношению к температуре во время укладки бетонного покрытия определяется:

– без закреплений плиты по краям

, (15.19)

где Е_о, m_о – модуль упругости (МПа) и коэффициент Пуассона подстилающего основания; при многослойном основании Е_о=Е_э, m_о=m_э; Е, m – модуль упругости (МПа) и коэффициент Пуассона материала плиты; a – коэффициент линейного температурного расширения (для цементобетона а=0,00001); С – эмпирический параметр;

– при закреплении плиты по трем сторонам, четвертая сторона (у обочины) свободна от закрепления

, (15.20)

где h – толщина плиты, см; b – размер плиты в направлении ширины дороги, см; l – размер плиты в направлении оси дороги, см; k – эмпирический коэффициент; Е, m – модуль упругости (МПа) и коэффициент Пуассона материала плиты.

Приведенные формулы обычно дают результаты, по которым можно заключить, что критический скачок температуры маловероятен в умеренном климатическом поясе при устройстве покрытия в условиях положительных температур. Кроме того, если температура растет в течение длительного времени, то проявляется релаксация сжимающих напряжений. Это будет означать уменьшение вероятности продольного изгиба.

Вопрос о швах расширения в связи с изложенным решается следующим образом. Если ко времени появления высоких температур уложенный бетон набрал достаточную прочность на сжатие, когда сжимающее напряжение

, (15.21)

где R_c – расчетное сопротивление бетона сжатию в рассматриваемом возрасте (МПа), то швов расширения по температурным условиям не требуется. Если же к этому времени бетон является свежеуложенным или условие (15.21) не удовлетворяется, то швы расширения необходимы.

7. Прочность при усилении жестких покрытий слоем асфальтобетона или цементобетона.При усилении цементобетонной плиты слоем асфальтобетона или цементобетона, марка которого может быть иной, чем марка бетона старой плиты, возникает вопрос о необходимой толщине слоя усиления h₁, которую определяют следующим образом

, (15.22)

где C₁³1 – коэффициент, учитывающий слоистость цементобетонной плиты, способы и качество наращивания, состояние усиливаемого слоя; Н – толщина однослойной цементобетонной плиты, необходимая при расчетной нагрузке, см; h₂ – толщина старого слоя, см; Е₂, m₂ – модуль упругости (МПа) и коэффициент Пуассона материала старого слоя; Е₁, m₁ – то же для материала слоя усиления; , К_g – коэффициенты динамичности для покрытий из нового и старого слоев соответственно (при отсутствии данных об этих коэффициентах можно принять =K_g=1.

В случае усиления цементобетоном: m₁=0,15-0,20, а при усилении асфальтобетоном m₁ зависит от температуры:

t, ⁰C +15 +10 +5 -10 -20

m₁ 0,28 0,22 0,15 0,10 0,08.

Коэффициент C₁ эмпирический, приближенно при удовлетворительном состоянии усиливаемого слоя (без разрушения) и при возможности взаимного проскальзывания слоев, его можно определить по формуле

, (15.23)

где n – число слоев. При прочном сращивании слоев С₁=1.

Определение толщины слоя усиления по формуле (15.23) не исключает необходимости проверки прочности усиленного покрытия, так как эта формула дает только возможность обоснованно назначать толщину слоя усиления по условиям допустимых прогибов (второе предельное состояние).

8. Устойчивость положения плиты со свободными краями при нагрузке от транспортных средств. Рассматривается дорожная прямоугольная плита со свободным контуром. Требуется проверить устойчивость ее положения на грунте при заданных размерах. Учитывается наиболее невыгодное расположение временной многоколесной нагрузки, когда одно колесо находится на углу плиты, а остальные колеса рассматриваемого ряда расположены у ее края (рис. 15.10). В учитываемом ряду колеса являются наиболее тяжелыми. Прочие ряды колес переместились на соседнюю плиту. Принимая во внимание несущественные деформации жестких покрытий, данное расположение нагрузки и свободный контур плиты, заключаем, что в этом случае упругие прогибы и кривизны плиты будут сконцентрированы у загруженного края, и не будут иметь существенного значения для большей части плиты, вдали от этого края.

Рис. 15.10. Расположение временной многоколесной нагрузки на плите

Принимается, что уплотнение грунта в основании плиты обеспечивает его работу в пределах квазилинейных упругих деформаций. При указанных условиях может быть принята линейная эпюра нормальных напряжений в подошве плиты и использованы уравнения равновесия для абсолютно жесткого тела. Из этих уравнений получится известная формула нормальных напряжений при внецентренном действии сил

, (15.24)

где N – нормальная сила, кН; s – нормальное напряжение в некоторой точке подошвы плиты (s > 0 при сжатии), МПа; М_х, М_у – моменты относительно координатных осей х и у соответственно, кН×м; F – площадь плиты в плане, м²; х, у – координаты точек подошвы плиты, м;
I_x, I_y – моменты инерции площади подошвы: , , м⁴; l, b – размеры плиты в плане, м.

Условия устойчивости положения плиты:

– первое условие устойчивости будет обеспечено, если по всей подошве плиты напряжения будут сжимающими (положительными) и лишь в наиболее указанной точке края, с обратной стороны от расположения нагрузки, напряжение может быть нулевым , где j – упомянутая угловая точка; ее координаты: x_i=-l/2; y_i= -b/2;

– второе условие состоит в том, что наибольшее по абсолютному значению напряжение не должно превосходить предельного для данного вида грунта при сжатии: , где V – наиболее нагруженная угловая точка плиты; ее координаты: x_v=l/2; y_v=b/2; s_пред – расчетное сопротивление грунта при сжатии, МПа;

– по третьему условию вертикальное смещение наиболее нагруженного угла плиты , где К – коэффициент, зависящий от типа грунта; W_пред – нормативный предельный упругий прогиб, МПа.

При несоблюдении условий устойчивости размеры плиты требуется увеличить или устроить контурные связи плиты с соседними плитами.

16. ПЕРЕСЕЧЕНИЯ И ПРИМЫКАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

16.1. Пересечения дорог в одном уровне

Участки пересечения автомобильных дорог в одном уровне между собой или с железными дорогами более загружены, чем остальная их протяженность, поскольку интенсивность движения по пересечению равна сумме интенсивностей по пересекающимся дорогам.

Условия движения по пересечениям для автомобилей, следующих по прямым направлениям, осложняются помехами, создаваемыми маневрами поворота отдельных автомобилей.

Возможные траектории движения автомобилей на пересечении в одном уровне (рис. 16.1) образуют 16 точек пересечений, 8 точек разветвлений и 8 точек слияния потоков. В этих точках, называемых конфликтными, возможны столкновения автомобилей. Чем выше интенсивность движения по пересекающимся дорогам и чем больше доля автомобилей, совершающих маневры правого и особенно левого поворотов, тем выше опасность возникновения дорожно-транспортных происшествий.

Рис. 16.1. Места пересечения и слияния потоков движения на пересечении в одном уровне: 1 – точки разделения потоков движения; 2 – точка слияния потоков движения; 3 – точки пересечения потоков движения

Пересечения дорог в одном уровне, как наиболее опасные участки, следует располагать в местах с хорошо обеспеченной видимостью, на прямых, желательно в пониженных местах продольного профиля. В одном уровне разрешается устраивать пересечения дорог II категории с дорогами IV и V категорий, а также дорог III, IV и V категорий между собой, если перспективная суммарная интенсивность движения на пересечении не превышает 8000 приведенных авт./сут.

Наиболее эффективным мероприятием по улучшению условий движения в одном уровне является канализирование движения – выделение для каждого направления движения самостоятельной полосы на проезжей части. Его можно осуществить:

1) устройством направляющих островков, возвышающихся или изображенных на покрытии краской;

2) выделением дополнительных полос для ожидания автомобилями возможности осуществления левых поворотов без помех для автомобилей, следующих в прямом направлении;

3) устройством на проезжей части дополнительных полос для плавного изменения скорости поворачивающих автомобилей.

Основным конструктивным решением для четкого выделения потоков движения и разделения конфликтных точек являются каплевидные вытянутые («обтекаемые») островки. Они хорошо выявляют планировочное решение пересечений и облегчают плавное огибание островка по кривой большого радиуса при левом повороте (рис. 16.2).

Для выбора типа пересечений используют график, который устанавливает рациональную область использования каждого типа пересечений с учетом минимальных потерь автомобильного транспорта от ожидания возможности проезда (рис. 16.3).

Рис. 16.2. Пересечения в примыкания дорог с канализированным движением: 1 – разделительная полоса; 2 – островки, нанесенные на покрытие краской; 3 – дополнительная полоса проезжей части для автомобилей, ожидающих левого поворота; 4 – линия разметки; 5 – полоса для правого поворота на главной дороге; 6 – треугольные островки; 7 – каплевидные островки

Рис. 16.3. График для выбора схемы пересечения: N_гл, N_вт – интенсивности движения по главной и второстепенной дорогам; I – простые необорудованные пересечения: II – частично канализированные пересечения с направляющими островками на второстепенной дороге; III – канализированные пересечения с направляющими островками на второстепенной и главной дорогах и переходно-скоростными полосами на главной дороге; IV –кольцевые пересечения; V_А – кольцевые пересечения, обеспечивающие лучшие условия движения по наиболее загруженному направлению;
V_Б – кольцевые пересечения с малым центральным островком; V_В – кольцевые пересечения как первый этап стадийного строительства, которые затем будут реконструированы в пересечения в разных уровнях; V_Г – пересечения в разных уровнях

В районах с непродолжительным снеговым покровом островки устраивают возвышающимися на 10-15 см над проезжей частью, обозначая их скошенный бордюр черно-белыми полосами. В районах с длительной зимой и обильными снегопадами, где возвышающиеся островки затрудняют механизированное удаление снега с покрытия, островки наносят на покрытие краской.

Очертание островков и планировка съездов должны соответствовать траектории движения автомобилей (рис. 16.4). При проектировании плана пересечения дорог раньше использовали комплекты прозрачных лекал, в настоящее время – ЭВМ.

Рис. 16.4. Разбивка каплевидного и треугольного островков: 1 – возвышающийся островок; 2 – полосы разметки, намеченные на покрытии краской

Ширину проезжей части между островками принимают в зависимости от радиуса кривой на съезде:

радиус кривой, м 10 15 20 30 40 50 60;

ширина полосы движения, м 5,2 5,0 4,8 4,7 4,5 4,5 4,2.

При выборе и привязке типовых проектов пересечений в одном уровне необходимо учитывать состав и интенсивность движения потоков, следующих по разным направлениям. Желательно, чтобы при планировке пересечений соблюдались следующие условия:

1) соответствие угла пересечения лучшим условиям видимости (примыкание под углом не менее 60-75°);

2) обеспечение преимущественных условий движения транспортным потокам с наибольшей интенсивностью;

3) удаление по возможности друг от друга точек пересечения потоков движения на площади пересечения путем устройства разделяющих их островков;

4) выделение части площади пересечения, не используемой потоками автомобилей в резервные зоны. Избыточная ширина полос движения нарушает его четкость;

5) при большой доле автомобилей, совершающих левый поворот, устройство дополнительной полосы, на которой они под прикрытием островка могли бы дожидаться возможности поворота, не препятствуя движению автомобилей, следующих в прямом направлении;

6) размещение направляющих островков на пересечениях и примыканиях, таким образом, чтобы в каждый момент времени водителю предоставлялось для выбора не более двух направлений движения: прямое и поворот.

Пропускная способность простейших пересечений в одном уровне зависит от радиуса кривых, сопрягающих дороги. В Беларуси принимают радиус по внутренней кромке проезжей части от 15 м для дорог IV и V категорий до 25 м для дорог I и II категорий (рис. 16.5а).

На Западе имеют распространение несимметричные пересечения в одном уровне, которые обладают повышенной пропускной способностью. Они имеют большую ширину на участках въезда, чем на полосах выезда (рис. 16.5б). Из-за улучшения условий включения в транспортный поток совершающих поворот автомобилей их пропускная способность возрастает примерно на 30%.

Рис. 16.5. Схемы простейших пересечений в одном уровне: а – обычное пересечение; б – несимметричное пересечение с повышенной пропускной способностью

Наиболее безопасным типом пересечения в одном уровне является кольцевое с большим радиусом центрального островка, при котором все маневры автомобилей сводятся к включению в поток и выходу из него (рис. 16.6). Транспортные средства, прибывающие к пересечению по всем дорогам, сливаясь в один поток, огибают островок, расположенный в центре пересечения. Размеры кольца назначают такими, чтобы обеспечивалась заданная скорость движения по нему, а участки кольца между пересекающимися дорогами имели длину, обеспечивающую возможность свободной перегруппировки автомобилей, вливания их в кольцевой поток и выхода в нужном направлении.

Рис. 16.6. Пример кольцевого пересечения в одном уровне

Движение автомобилей по кольцу в одном направлении обеспечивает четкую организацию и придает ему упорядоченность. Однако кольцевые пересечения занимают большую площадь, а в связи с непрерывно происходящими на них перегруппировками автомобилей скорость движения существенно снижается по сравнению со скоростью на подходах.

Расчетная скорость движения по кольцевой проезжей части зависит от диаметра центрального островка:

диаметр центрального островка, м £15 30 ³ 60;

скорость, км/ч 20 25 30.

Поэтому широкое распространение имеют пересечения со средними (25-60 м) диаметрами центрального островка, на которых траектории движения пересекаются под острыми углами, и с малыми (<15 м) диаметрами островков, предназначенными для того, чтобы вынудить водителей, огибая островок, снижать скорость движения до безопасного значения.

Для разделения встречных потоков движения на примыканиях дорог к островку устраивают направляющие треугольные островки. Их планировка и радиусы кривых на сопряжениях примыканий к кольцу должны обеспечивать плавное снижение скорости при въезде и выезде с кольца. Рекомендуются следующие значения радиусов сопряжений (меньшие значения соответствуют расположению в стесненных условиях):

диаметр центрального островка, м 15 30 ³ 60;

радиусы примыкания, м 20/15 30/20 50/35.

Необходимое число полос движения на проезжей части кольцевого пересечения и их ширину назначают в зависимости от диаметра центрального островка:

диаметр островка, м 20 40 60 80 100;

число полос движения на кольце 2 2 3 3 3;

ширина полосы движения, м 6,0 6,0 5,5 5,0 4,5.

Долгое время кольцевые пересечения не находили применения на дорогах бывшего СССР. Их устраивали исключительно на городских площадях и на примыканиях магистралей к городам. В последние годы точка зрения изменилась, и кольцевые пересечения допускаются на дорогах всех категорий наравне с пересечениями в разных уровнях, иногда как первый этап их стадийного строительства.

Тип кольцевого пересечения зависит от интенсивностей движения на пересекающихся дорогах (см. рис. 16.3). На дорогах высших категорий рекомендуются пересечения с малыми центральными островками (D<25 м) и увеличенным числом полос на въездах.

При суммарных интенсивностях движения от 5тыс. до 9 тыс. авт./сут устраивают пересечения со средними островками (D=35-60 м), а при числе пересекающихся дорог более 5 – с большими островками.

При различии интенсивностей движения более чем в 3 раза могут создаваться лучшие условия для движения по главному направлению путем устройства вытянутого островка.

16.2. Переходно-скоростные полосы

Проезд пересечений осуществляется с меньшей скоростью, чем примыкающих к ним участков дорог. Непосредственный въезд автомобиля на пересечение с высокой скоростью, равно как и выезд с пересечения на основную дорогу медленно движущихся автомобилей, создавали бы опасность дорожно-транспортных происшествий. Чтобы избежать этого на участках дорог, примыкающих к пересечению, устраивают дополнительные полосы проезжей части, отделяемые от основной проезжей части разграничительными линиями, наносимыми краской, а иногда и грунтовыми разделительными полосами. Дополнительные полосы дают возможность автомобилям, поворачивающим с основной дороги на примыкающую, заблаговременно, без помех для автомобилей, следующих в прямом направлении, снизить скорость, а автомобилям, въезжающим на магистральную дорогу, наоборот, разогнаться до скорости едущих по ней автомобилей. Эти дополнительные полосы движения называют полосами разгона и торможения, или переходно-скоростными полосами.

Строительные нормы и правила предусматривают устройство переходно-скоростных полос обязательно на съездах пересечений и примыканий в одном уровне на дорогах I-III категорий, если на дороге I категории по съезду проезжает более 50 приведенных авт./сут, а на дорогах II и III категорий – более 200 приведенных авт./сут. На пересечениях и примыканиях в разных уровнях на дорогах I-III категорий переходно-скоростные полосы обязательны.

Длину переходно-скоростных полос L (в метрах) назначают из условия изменения скорости автомобилей на основной дороге V₁ до скорости при выполнении маневра поворота V₂»20км/ч – , принимая на основе наблюдений ускорение а автомобиля при разгоне 0,8-1,2 м/с², при замедлении – 1,75-2,5 м/с². Практически в зависимости от категории дороги и продольного уклона на участке пересечения длина рабочей части переходно-скоростных полос составляет от 30 до 230 м (табл. 16.1).

Переходно-скоростные полосы по планировке бывают двух типов: постоянной ширины, параллельные основной проезжей части (рис. 16.7а); плавно примыкающие к проезжей части с постепенным уменьшением ширины (рис. 16.7б).

Рис. 16.7. Планировка переходно-скоростных полос

Таблица 16.1. Длина переходно-скоростных полос

Переходно-скоростные полосы первого типа устраивают на дорогах высших категорий, поскольку они обеспечивают наилучшую возможность изменения скорости. В этом случае полоса разгона состоит из двух частей:

1) участка изменения скорости и включения в поток движения (автомобиль на этом участке разгоняется до скорости транспортного потока и движется в ожидании интервала между автомобилями, который может быть использован для включения в поток);

2) участка постепенного уменьшения ширины на сопряжении переходно-скоростной полосы с покрытием основной проезжей части.

Второй тип переходно-скоростных полос пригоден для дорог с меньшей интенсивностью движения, когда вероятность включения в транспортный поток на основной дороге без выжидания интервала достаточно велика.

Ширину полос разгона и торможения принимают равной ширине полос движения на основной дороге.

16.3. Простейшие пересечения и примыкания дорог в разных уровнях

На дорогах с высокой интенсивностью движения обеспечение бесперебойности и безопасности движения требует устранения помех для транспортных потоков на пересечениях с другими дорогами путем строительства транспортных развязок в разных уровнях. Такие развязки устраивают на пересечениях дорог I категории с дорогами всех категорий, дорог I-б и II категорий между собой и на примыканиях к ним, а также на пересечениях дорог II и III категорий между собой и дорог III категории между собой, если суммарная перспективная интенсивность движения превышает 8000 приведенных автомобилей в сутки.

При устройстве пересечений в разных уровнях достигаются следующие преимущества:

1) устройство путепровода через одну из пересекающихся дорог позволяет легко пропустить потоки движения по обеим дорогам в прямом направлении без снижения скорости из-за помех от поворачивающих автомобилей;

2) обеспечивается более четкая организация движения пересекающихся транспортных потоков по сравнению с пересечениями в одном уровне;

3) резко повышается безопасность движения, особенно при осуществлении левых поворотов.

Однако устройство пересечения в разных уровнях значительно увеличивает стоимость строительства дороги.

На пересечениях в разных уровнях одна из основных пересекающихся магистралей проходит над другой по путепроводу. Правые повороты осуществляются беспрепятственно по так называемым правоповоротным съездам, на которых помехи при движении могут возникать при включении поворачивающих автомобилей в транспортный поток по пересекаемой дороге. Основные трудности, порождающие разнообразие схем пересечений в разных уровнях, вызываются сложностью организации левых поворотов, которые можно осуществлять одним из трех способов, показанных на рис. 16.8.

Рис. 16.8. Схемы осуществления левых поворотов на пересечениях в разных уровнях: а – при помощи правого поворота на 270° после проезда моста; б – по распределительному кольцу; в – по специальным левоповоротным съездам

Пересечения в разных уровнях также снижают пропускную способность дороги, хотя и в меньшей степени, чем пересечения в одном уровне, из-за помех, создаваемых выезжающими и въезжающими автомобилями. Поэтому въезды на дорогу должны быть расположены на дорогах Iа категории не чаще чем через 10 км, на дорогах I6 и II категорий – через 5 км и на дорогах III категории – через 2 км.

Наиболее простым и распространенным в настоящее время типом пересечений в разных уровнях является «клеверный лист» (рис. 16.9), в котором повороты налево осуществляются по левоповоротным петлям путем поворота направо на 270° после проезда моста.

Рис. 16.9. Пример пересечения по типу «клеверного листа»

Недостатком пересечений по типу «клеверного листа» является значительное удлинение пути пробега автомобилей, поворачивающих налево, по сравнению с необходимым для автомобилей, сворачивающих направо (рис. 16.10а). Однако и для правоповоротных петель из-за размещения внутри них петель левоповоротных съездов приходится значительно удлинять пути съездов. Поэтому пересечения по схеме «клеверного листа» занимают значительную площадь, причем замкнутые между их съездами земельные участки трудно рационально использовать.

Рис. 16.10. Схема пересечения по типу «клеверного листа»: а – общая схема; б – переплетение поворачивающих транспортных потоков под мостом; m – конфликтная точка

Пересечения по типу «клеверного листа» имеют ограниченную пропускную способность из-за происходящих переплетений потоков автомобилей в точке m (рис. 16.10б). Переплетение возникает в пределах путепровода и под ним на участках примыкания лево-поворотных петель, где одни автомобили входят в транспортный поток, а другие выходят из него. Так как эти маневры создают помехи транзитному потоку движения, то при большой доле поворачивающих автомобилей на пересечениях устраивают дополнительные полосы проезжей части. По достижении суммарной интенсивностью пересекающихся потоков автомобилей предельного значения 600-700 авт/ч, когда создаются настолько значительные взаимные помехи, что пропускная способность пересечений исчерпывается и перед съездами возникают очереди автомобилей, приходится вводить светофорное регулирование.

При пересечении дорог под острым углом, когда трудно вписать левоповоротные петли, применяют более сложную линейную схему, требующую строительства двух путепроводов (рис. 16.11).

Рис. 16.11. Схема пересечения линейного типа

Пересечение с распределительным кольцом (рис. 16.12а) обеспечивает большие удобства для автомобилей, меняющих направление движения, так как кольцо имеет больший радиус, чем левоповоротные съезды на пересечении по типу «клеверного листа». Однако стоимость этого пересечения значительно выше в связи с необходимостью строительства пяти путепроводов и выполнения больших объемов земляных работ, поскольку кольцо располагается в высокой насыпи. Движение сопровождается частыми маневрами переплетения при въездах и съездах автомобилей.

Рис. 16.12. Схемы пересечения: а – по типу распределительного кольца; б – по типу ромба

На пересечениях дорог I-III категорий с дорогами более низких категорий для снижения строительных расходов часто устраивают пересечения по упрощенной схеме, на которых автомобили, поворачивающие на дорогу высокой категории или съезжающие с нее, осуществляют на второстепенной дороге левые повороты с пересечением встречных потоков движения.

Примером их являются пересечения по типу неполного распределительного кольца (рис. 16.12а, 16.13) или ромба (рис. 16.12б), а также пересечения по типу неполного «клеверного листа» (рис. 16.14), на которых обеспечиваются беспрепятственные и безопасные условия движения только для дорог с наибольшей интенсивностью движения. Съезды с этих дорог устраивают обязательно. С второстепенной дороги, если интенсивность потока движения, поступающего с нее на магистраль, невелика, съезды в отдельных направлениях не устраивают. Немногочисленные автомобили, которым нужно попасть на магистраль, пользуются въездом для автомобилей, следующих в противоположном направлении, пересекая поток встречного движения.

Рис. 16.13. Общий вид пересечения по типу неполного распределительного кольца

Рис. 16.14. Общий вид пересечения по типу неполного «клеверного листа»

Надежность получаемых таким образом планировочных решений во многом зависит от обоснованности перспективных интенсивностей движения по разным направлениям, установленных при экономических изысканиях.

При выборе схемы неполного пересечения в разных уровнях, допускающей пересечения в отдельных точках транспортных потоков, из всех возможных вариантов предпочтение следует отдать схеме, при которой возникает меньше помех для движения, а степень его безопасности выше. Для этой цели на основе эпюры интенсивностей движения по разным направлениям намечают несколько вариантов схем пересечения, для которых строят эпюры интенсивностей движения.

Опасность дорожно-транспортных происшествий и взаимных помех для движения оценивают суммой интенсивностей пересекающихся потоков. Чем меньше эта сумма, тем рациональнее схема пересечения.

Примыкания к автомобильным магистралям устраивают чаще всего по схемам «трубы» (рис. 16.15, рис. 16.16а) и «треугольника» (рис. 16.16б)

Рис. 16.15. Общий вид примыкания по типу «трубы»

Рис. 16.16. Схемы примыкания по типу «трубы» (а) и «треугольника» (б)

Применяемые на пересечениях в разных уровнях типы путепроводов не должны ограничивать видимости дороги. В наиболее удачных конструкциях путепроводов отсутствует промежуточная опора на разделительной полосе.

16.4. Требования к элементам пересечений в разных уровнях

Пересечения дорог в разных уровнях – сложные и дорогостоящие сооружения, выбор схемы которых требует тщательного технико-экономического обоснования. Пересечения в разных уровнях занимают большую площадь, а суммарная длина их съездов и переходно-скоростных полос иногда достигает 2-2,5 км. Поэтому, чтобы уменьшить размеры пересечений, обычно допускают снижение скорости для автомобилей, осуществляющих левые повороты.

Значения радиусов кривых на съездах определяются условиями удобства и безопасности проезда. Это подразумевает соблюдение следующих условий:

1) допустимое из удобства движения значение коэффициента поперечной силы m=0,15-0,17;

2) удобство вписывания в петлю съезда автомобилей с прицепами;

3) удобство управления автомобилем при вписывании автомобилей в кривую во время входа с прямого участка на полосы съездов.

Въезд, сопровождающийся необходимостью крутого поворота с основной полосы движения, создает затруднения при управлении автомобилем и опасность съезда автомобиля с полосы проезжей части даже при небольшом превышении расчетной скорости.

Различие между расчетной скоростью движения на съездах и средней скоростью транспортного потока на основной дороге не должно быть слишком большим.

Рекомендуются расчетные скорости на въездах и съездах, приведенные в табл. 16.2.

Таблица 16.2. Рекомендуемые расчетные скорости на въездах и съездах

Радиусы вертикальных кривых на съездах должны рассчитываться на скорости, допускаемые на элементах в плане. Съезды на пересечениях устраивают однопутными, но с увеличенной шириной проезжей части для пропуска автопоездов.

На левоповоротных петлях пересечений вне зависимости от их планировки ширину проезжей части принимают равной 5,5 м, на правоповоротных съездах – 5 м. Ширина обочин с внутренней стороны кривых на съездах должна быть не менее 1,5 м, а с внешней стороны – 3 м. Обочины на всю ширину должны иметь твердое покрытие и отделяться от проезжей части краевыми полосами.

16.5. Сложные пересечения в разных уровнях

На автомобильных магистралях с высокой интенсивностью движения, особенно при большой доле автомобилей, совершающих левые повороты, в результате перепробегов автомобилей по левоповоротным петлям и происходящего при этом значительного снижения скорости суммарные потери автомобильного транспорта становятся весьма ощутимыми. В таких случаях проектируют пересечения с такими левоповоротными съездами, которые обеспечивают возможность левых поворотов по кратчайшему направлению без снижения скорости. Однако это связано с необходимостью осуществления сложных и дорогостоящих сооружений в трех или четырех уровнях (рис. 16.17).

Рис. 16.17. Четырехъярусное пересечение левоповоротного типа

Их устраивают на автомобильных магистралях, суммарная интенсивность движения по которым составляет несколько сотен тысяч автомобилей в сутки. Как правило, схемы таких пересечений представляют одинаковые удобства для движения во всех направлениях и предполагают таким образом, что интенсивности движения во всех направлениях одинаковы, а дороги равнозначны по категориям.

На практике такие случаи сравнительно редки. Обычно интенсивности движения на съездах в разных направлениях существенно отличаются друг от друга. Это дает возможность снижать стоимость строительства пересечений путем индивидуального проектирования их схемы, обеспечивая большее удобство наиболее напряженным направлениям и меньшее для съездов, которыми пользуются мало автомобилей.

При выборе схемы пересечения дорог в разных уровнях стремятся обеспечить следующие условия:

1) преимущественное удобство движения для основных транспортных потоков по интенсивности и значимости. Съезды с этих дорог предусматривают обязательно;

2) безопасность и плавность разделения транспортных потоков;

3) отсутствие переплетения потоков движения на полосах проезжей части, предназначенных для автомобилей, следующих транзитом. Медленные грузовые автомобили, едущие по правой полосе движения, при перестроении для съезда с дороги не должны пересекать путь движения более быстрых;

4) выполнение маневров слияния потоков движения не на основных, а на дополнительных полосах проезжей части. Точки разделения на основных полосах хотя и нежелательны, но создают меньше помех для движения.

Возможны несколько типов размещения левоповоротных съездов по отношению к геометрическому центру пересечения (внутреннее – с обходом слева и внешнее – с огибанием справа) и к проезжей части для одностороннего движения – правосторонние и левосторонние ответвления и примыкания. Левосторонние ответвления неудобны и опасны в условиях эксплуатации, так как идущие на поворот грузовые автомобили пересекают полосу движения более быстрых легковых автомобилей, следующих в прямом направлении. Восемь типов начертания левоповоротных съездов в сочетании с левоповоротными петлями дают возможность составить большое количество различных схем пересечений, многие из которых еще не были осуществлены на практике.

В связи с многообразием возможных схем компоновки пересечений в разных уровнях может быть использована буквенная система их обозначения путем последовательного описания способов примыкания левоповоротных съездов по четвертям окружности, начиная с первой (рис. 16.18). Ответвления и примыкания справа обозначаются буквой П, слева – Л; левоповоротная петля – буквой К. Внешний обход центра пересечения указывается буквой (П) внутренний – (Л). Симметричные пересечения можно обозначать сокращенно. «Клеверный лист» записывается как КККК, или 4К, а пересечение прямого левоповоротного типа – 4ПП (Л).

На рис. 16.19 дано несколько примеров сложных развязок, в которых пересечения всех транспортных потоков происходят в двух уровнях. Это связано с необходимостью отвода больших площадей земли и строительства восьми-девяти мостов.

Проектирование сложных пересечений в разных уровнях выполняется в такой последовательности:

1) вычерчивается эпюра интенсивностей движения по разным направлениям;

2) на ее основе намечаются варианты схем пересечения, стремясь создать наиболее благоприятные условия для проезда пересечения наиболее интенсивным поворачивающим транспортным потоком. Необходимо учитывать конфигурацию территории, которая может быть использована для строительства пересечения. В ряде случаев она определяет выбор схемы пересечения.

3) определяются элементы пересечения из условия проезда с заданной расчетной скоростью и взаимно увязывают их план и профиль с целью ограничения продольных уклонов максимальным допустимым значением 40‰ и размещения путепроводов.

Рис. 16.18. Классификация левоповоротных съездов пересечений в разных уровнях

Рис . 16.19. Примеры сложных пересечений. Схема пересечения так называемого турбинного типа (а) имеет девять путепроводов. Схема пересечения (б) частично использует идею распределительного кольца. Неудачно ответвление всех съездов от левой полосы проезжей части. Этот недостаток частично устранен на схеме (в). Схемы (г, д) включают левоповоротные петли на двух малозагруженных движением направлениях. Схема (е) представляет наибольшие удобства левоповоротным потокам движения. Радиусы левоповоротных и правоповоротных съездов равны между собой. Схемы ж, з, и – примеры схем пересечений с внутренним обходом центра съездами

Схемы пересечений должны быть логичными с точки зрения направления движения транспортных потоков. Наименее интенсивная часть разделяющихся потоков должна отклоняться вправо, транзитная – продолжать путь без изменения. Изменение направления движения должно быть плавным, места изменения должны быть видны издалека.

Необходимо, чтобы расположение съездов было простым и понятным для водителей. Наиболее рациональны пересечения, у которых ответвления совмещаются вместе. Такое решение облегчает ориентировку водителей на пересечении, так как куда бы они ни поворачивали, поворот начинается в одном месте (рис. 16.20). Это упрощает перестроение автомобилей и расстановку указательных знаков.

Рис. 16.20. Расположение съездов: а – рекомендуемое; б – нерекомендуемое

Желательно, чтобы на одной дороге большой протяженности соблюдалось единообразие типов пересечений и, во всяком случае, одинаковая последовательность выполнения маневров поворота.

16.6. Пересечения автомобильных дорог с железными
дорогами и коммуникациями

Пересечения автомобильных дорог с железными дорогами надлежит проектировать, как правило, вне пределов станций и путей маневрового движения преимущественно на прямых участках пересекающихся дорог. Острый угол между пересекающимися дорогами в одном уровне не должен быть менее 60°.

Пересечения автомобильных дорог I-III категорий с железными дорогами следует проектировать в разных уровнях. Пересечения автомобильных дорог IV и V категорий с железными дорогами следует проектировать в разных уровнях из условия обеспечения безопасности движения при:

– пересечении трех и более главных железнодорожных путей;

– расположении пересечения на участках железных дорог со скоростным (свыше 120 км/ч) движением или при интенсивности движения более 100 поездов в сутки;

– проложении пересекаемых железных дорог в выемках;

– необеспеченных нормах видимости;

– движении на автомобильных дорогах троллейбусов или устройстве на них совмещенных трамвайных путей.

На неохраняемых пересечениях автомобильных дорог с железными дорогами в одном уровне должна быть обеспечена видимость, при которой водитель автомобиля, находящегося от переезда на расстоянии не менее расстояния видимости для остановки, мог видеть приближающийся к переезду поезд не менее чем за 400 м, а машинист приближающегося поезда мог видеть середину переезда на расстоянии не менее 1000 м (рис. 16.21).

Ширину проезжей части автомобильных дорог на пересечениях в одном уровне с железными дорогами следует принимать равной ширине проезжей части дороги на подходах к пересечениям, а на автомобильных дорогах V категории – не менее 6,0 м на расстоянии 200 м в обе стороны от переезда.

Рис. 16.21. Требования к видимости на пересечениях автомобильных и железных дорог: 1 – линия, ограничивающая зону видимости переезда машинистом локомотива; 2 – то же водителей автомобиля; 3 – срезка для обеспечения видимости

Автомобильная дорога на протяжении не менее 2 м от крайнего рельса должна иметь в продольном профиле горизонтальную площадку, кривую большого радиуса или уклон, обусловленный превышением одного рельса над другим, когда пересечение располагается в месте закругления железной дороги.

Подходы автомобильной дороги к пересечению на протяжении 50 м следует проектировать с продольным уклоном не более 30‰.

Ограждающие тумбы и столбы шлагбаумов на пересечениях следует располагать на расстоянии не менее 0,75 м, а стойки габаритных ворот – на расстоянии не менее 1,75 м от кромки проезжей части.

При проектировании путепроводов над железнодорожными путями, наряду с требованиями по обеспечению габаритов приближения строений к железнодорожным путям, следует обеспечить видимость пути и сигналов, требуемую по условиям безопасности движения поездов и предусмотреть водоотвод с учетом устойчивости земляного полотна железных дорог.

На переездах через железную дорогу безусловное предпочтение отдается движению поездов. Поэтому технико-экономическое обоснование целесообразности устройства пересечения с железной дорогой в разных уровнях сводится к учету потерь от простоев автомобилей во время закрытия переезда и от снижения скорости транспортного потока на участках переезда.

Пересечения автомобильных дорог с трубопроводами (водопровод, канализация, газопровод, нефтепровод, теплофикационные трубопроводы и т.п.), а также с кабелями линий связи и электропередачи следует предусматривать с соблюдением требований соответствующих нормативных документов на проектирование этих коммуникаций.

Пересечения различных подземных коммуникаций с автомобильными дорогами следует проектировать, как правило, под прямым углом. Прокладка этих коммуникаций (кроме мест пересечений) под насыпями дорог не допускается.

Вертикальное расстояние от проводов воздушных телефонных и телеграфных линий до проезжей части в местах пересечений автомобильных дорог должно быть не менее 5,5 м (в теплое время года). Возвышение проводов при пересечении с линиями электропередачи должно быть, м, не менее: 6,0 – при напряжении до 1 кВ; 7,0 – до 110 кВ; 7,5 – до 150 кВ; 8,0 – до 220 кВ; 8,5 – до 330 кВ; 9,0 – до 500 кВ; 16,0 – до 750 кВ. Расстояние определяется при высшей температуре воздуха без учета нагрева проводов электрическим током или при гололеде без ветра.

Расстояние от бровки земляного полотна до основания опор воздушных телефонных и телеграфных линий, а также высоковольтных линий электропередачи при пересечении дорог следует принимать не менее высоты опор.

Наименьшее расстояние от бровки земляного полотна до опор высоковольтных линий электропередачи, расположенных параллельно автомобильным дорогам, следует принимать равным высоте опор плюс 5м.

Опоры воздушных линий электропередачи, а также телефонных и телеграфных линий допускается располагать на меньшем удалении от дорог при их расположении в стесненных условиях, на застроенных территориях, в ущельях и т.п., при этом расстояние по горизонтали для высоковольтных линий электропередачи должно составлять:

1) при пересечении от любой части опоры до подошвы насыпи дороги или до наружной бровки боковой канавы:

– для дорог I и II категорий при напряжении до 220 кВ – 5 м и при напряжении 330-500 кВ – 10 м;

– для дорог остальных категорий при напряжении до 20 кВ – 1,5 м, от 35 до 220 кВ – 2,5 м и при 330-500 кВ – 5 м;

2) при параллельном следовании от крайнего провода при неотклоненном положении до бровки земляного полотна при напряжении до 20 кВ – 2 м; 35-110 кВ – 4 м, 150 кВ – 5 м, 220 кВ – 6 м, 330 кВ – 8 м и 500 кВ – 10 м.

На автомобильных дорогах в местах пересечения с воздушными линиями электропередачи напряжением 330 кВ и выше следует устанавливать дорожные знаки, запрещающие остановку транспорта в охранных зонах этих линий.

Охранные зоны электрических сетей напряжением свыше 1,0 кВ устанавливаются:

а) вдоль воздушных линий электропередачи в виде земляного участка или воздушного пространства, ограниченных вертикальными плоскостями, отстоящими по обеим сторонам от крайних проводов при неотклоненном их положении на расстоянии, м: 10 – при напряжении до 20 кВ; 15 – 35 кВ; 20 – 110 кВ; 25 – 150, 220 кВ; 30 – 330, 500 кВ; 40 – 750 кВ; 55 – 1150 кВ;

б) вдоль подземных кабельных линий электропередачи в виде земельного участка, ограниченного вертикальными плоскостями, отстоящими по обеим сторонам линии от крайних кабелей на расстоянии 1 м.

В охранных зонах строительство и реконструкция производятся на основе письменного согласия предприятий (организаций), в ведении которых находятся эти сети.