1299

ших мостах с пойменными пролетами дополнительное возвыше­ ние, необходимое для судоходной части, может быть достигнуто устройством пойменных пролетов на продольном уклоне.

Положение проектной линии должно обеспечивать также непре­ рывность продольного отвода воды по боковым канавам и резер­ вам. На всей протяженности каждого участка канавы — от водо­ раздела до выхода к искусственному сооружению или до места сбро­ са воды из канав — необходимо, чтобы уклон канавы был направ­ лен в одну сторону. Он должен быть достаточен для свободного стока воды без застоев. Для этого дорожным канавам, зарастаю­ щим травой и работающим лишь периодически, следует придавать, уклон не менее 5%о. Только в исключительных случаях, при осо­ бенно трудных для водоотвода равнинных условиях, допускается снижение продольного уклона до 3%о. Необходимо использовать каждую возможность отвода воды из канав в пониженные места в сторону от дороги, устраивая в соответствующих местах отвод­ ные русла с уклоном не менее 2%о.

На отдельных коротких горизонтальных площадках, главным: образом на водоразделах, для отвода воды можно предусматривать углубленные боковые канавы, не параллельные бровке дороги и имеющие минимальный уклон, необходимый для стока воды. По мере удаления от водораздела глубина канав увеличивается. По­ этому следует избегать дополнительного углубления канав более чем на 0,6 м сверх их нормальной глубины, принятой по грунтовым и гидрологическим условиям, так как даже при заложении откосов 1 : 1,5 канава глубиной 1 —1,2 м имеет ширину поверху 3,5—4,0 м.

При поперечном уклоне местности во избежание переполне­ ния верховой придорожной канавы в пониженных местах продоль­ ного профиля периодически устанавливают безрасчетные трубы для перепуска воды из верховой канавы в низовую. Желательно, что­ бы отвод воды от боковых канав в сторону или в искусственное сооружение осуществлялся не реже чем через 500 м.

11.4. Объемы насыпей и выемок

Для составления проекта организации работ, выбора типов до­ рожных машин и оценки стоимости строительства должны быть оп­ ределены объемы земляных работ, которые требуется выполнить при возведении земляного полотна на отдельных участках и дороге в целом. Объемы земляных работ подсчитывают на основании вы­ писанных на продольном профиле рабочих отметок.

Короткий участок насыпи между двумя смежными переломам! продольного профиля при отсутствии поперечного уклона местно­ сти может рассматриваться как правильное геометрическое тело — призматоид с трапецеидальными основаниями (рис. 11.7).

211

Для определения объема призматоида выделим вертикальный элементарный слой толщиной dl на расстоянии I от одного из кон­ дов. Рабочая отметка в этом месте равна h.

Объем элементарного слоя

где В — ширина земляного полотна поверху; т — коэффициент заложения откосов.

Полный объем призматоида

о

Высота насыпи в рассматриваемой точке

Н х- Н 2 :

К = Н Х

где L — длина призматоида.

Подстановка в уравнение (11.6) значения h й его интегрирова­ ние в пределах от 0 до L приводят к довольно громоздкому мно­ гочлену. Преобразование его с учетом, что площади концевых се­ чений составляют:

дает выражение

пр -[ FI +F2 т (Hi - Я 2)1 L

Если обозначить площадь сечения в середине призматоида че­ рез FCP= ( £ + m t f c p ) t f Cp (гДе Я с р = № + Я 2)/2), то выражение при­ водится к виду

212

1 — неучитываемая площадь в продольном

К,р = F ^ L . (11.10) профиле; 2 — неучитываемая площадь в поперечном сечении

Первое из них дает несколько завышенное, а второе — зани­ женное значение объемов земляных работ. Уравнения (11.9) и (11.10) одинаково пригодны для определения объемов насыпей и выемок.

Однако при равных рабочих отметках и равной ширине проез­ жих частей и обочин объемы выемок больше объемов насыпей за счет дополнительного объема, связанного с наличием боковых канав (рис. 11.8).

Рассмотренные формулы относятся к прямым участкам дороги в плане и профиле.

При современных методах трассирования дорог клотоидными кривыми в плане и вертикальными кривыми в продольном профи­ ле (см. п. 12.4) ось дороги является криволинейной.

Кривизна дороги в плане в равнинной местности не отражается на объемах земляных работ. Согласно теореме Гюльдена объем те­ ла вращения равен произведению площади его сечения на длину траектории центра тяжести.

При отсутствии поперечного уклона местности центр тяжести земляного полотна расположен на его оси, по которой ведется из­ мерение длины трассы.

В связи с плавностью изменения радиусов кривизны клотоид ■больших параметров можно считать, что кривизна остается посто­ янной в пределах коротких участков, для которых ведется подсчет земляных работ.

Кривизна в продольном профиле требует учета (рис. 11.9). Ее игнорирование при большой длине участка между сечениями мо­ жет вносить существенные погрешности.

Пока еще не разработаны удобные таблицы для введения попра­ вок.

Поэтому в местах, где кривизна может вносить существенные искажения в результаты расчетов, целесообразно принимать длины участков, не превышающие 50 м.

213

11.5. Подсчет объемов земляных работ

Для подсчетов объемов земляных работ проектные организации используют специальные таблицы *, составленные для различной ширины земляного полотна по уравнению (11.10). Обычно в таб­ лицах приводятся значения объемов земляного полотна для раз­ ных значений суммы рабочих отметок Н\-\-Н2 при разной длине участка L. Для удобства подсчетов объем боковых канав вклю­ чают в объем выемок. При подсчете насыпей объем боковых канав учитывают дополнительно по специальным таблицам.

В настоящее время подсчет объемов земляных работ в проектных организациях ведут на ЭВМ, дающих возможность ускорить рас­ четы и избежать ошибок, частых при ручном подсчете.

Поперечный уклон местности менее 100%о мало влияет на объем работ и при подсчете не принимается во внимание. На косогорных участках земляные работы определяют по уравнению (11.9). Для подсчета должны быть вычерчены поперечные профили земляного полотна в характерных точках (рис. 11.10). Площади выемок и на­ сыпной части измеряют обводкой планиметром или путем разбивки сложного сечения на простейшие фигуры.

Мосты длиной по настилу менее 4 м и трубы при подсчете объе­ мов земляных работ для упрощения не учитывают, т. е. считают их как бы заполненными землей.

Для более точного учета объема земляных работ, которые не­ обходимо выполнить при постройке дороги, к объемам, вычислен­ ным по формулам, необходимо вводить поправки, учитывающие: влияние разности смежных отметок, если она превышает 1 м; до­ полнительные объемы земляных работ по удалению растительного грунта, по отсыпке конусов у искусственных сооружений; объемы,

214

«

Рис. 11.11. Схема к Учету поправки на устройство дорожной одежды:

а — в насыпях присыпаются обочины; б — в выемках отрывается корыто

При введении поправки на устройство дорожной одежды учи­ тывают способы отсыпки обочин. Эту поправку при подсчете объе­ мов насыпи вводят с отрицательным знаком, так как земляные ра­ боты уменьшаются «а объем, занимаемый дорожной одеждой (рис. 11.11, а). В выемках поправка на устройство дорожной одеж­ ды, наоборот, увеличивает объем земляных работ, поэтому вво­ дится с положительным знаком (рис. 11.11, б).

Введение поправок на искусственное уплотнение грунта в на­ сыпях связано с тем, что требуемая плотность грунта в земляном полотне, обеспечивающая его прочность и устойчивость, должна быть больше плотности грунта в условиях естественного залегания. Поэтому объемы насыпей, как правило, меньше объемов тех резер­ вов, из которых их отсыпают. Значение поправочного коэффициен­ та может быть установлено путем сопоставления плотности грунта в условиях естественного залегания с плотностью грунта, которую необходимо обеспечить в земляном полотне.

Просадки насыпей на участках, расположенных на слабых, уплотняющихся под насыпью или выжимаемых из-под нее грунтах, вычисляют при помощи методов, изложенных в разделе об устой­ чивости земляного полотна.

Если грунты на отдельных участках дороги или даже в преде­ лах одного поперечного профиля различны по трудности разра­ ботки, объемы земляных работ подсчитывают отдельно для каждой категории грунта.

Это же относится к участкам с неблагоприятными грунтовыми и гидрологическими условиями, где верхнюю часть земляного по­ лотна отсыпают из привозных песчаных грунтов.

11.6.Установление дальности возки грунта

Вусловиях пересеченного рельефа при чередующихся насыпях

пвыемках земляное полотно можно возводить несколькими мето­ дами: отсыпать насыпи из грунта, получаемого при разработке вые­ мок (продольная возка); брать грунт для насыпей из расположен­ ных в стороне карьеров или в резервах, а грунт из выемок отвозить

в сторону — в понижения местности или в отвалы (поперечная возка).

215

Рис. 11.12. Построение графика распределения земляных масс:

а — продольный профиль; б — график распределения земляных масс

Для каждого конкретного случая наиболее выгоден тот метод, который связан с меньшим занятием ценных земель, меньшим объ­ емом транспортных работ и наиболее эффективным использованием землеройных машин. Вопрос о способе возки определяется местны­ ми хозяйственными и природными условиями, рельефом местности, наличием подъездных путей, грунтовыми и гидрологическими ус­ ловиями.

Возможность поперечной возки исключается на ценных земель­ ных угодьях, участках сильно засоленных грунтов, на пересечениях болот и в пределах населенных пунктов. Продольную возку невоз­ можно применить, если разрабатываемый грунт в выемке непри­ годен для укладки в насыпь или на пути возки нет переправы че­ рез реки или болота.

При составлении проекта организации земляных работ для ус­ тановления участков смежных насыпей и выемок с равными объ­ емами и определения средних дальностей возки может быть при­ менен метод построения графика распределения земляных масс. Его строят путем последовательного алгебраического суммирова­ ния по ходу трассы объемов насыпей и выемок по данным ведомо­ стей подсчета объемов земляных работ. Объемы выемок, служащие источниками получения грунта, принимаются со знаком «+», а объ­ емы насыпей, для возведения которых расходуется этот грунт, — с» знаком «—» .'

Последовательную сумму объемов откладывают по ординатам против пикетов и промежуточных точек спрямленной трассы, слу­ жащей осью абсцисс (рис. 11.12).

216

Кривые распределения земля­ ных масс имеют следующие осо­ бенности:

восходящие участки кривой со­ ответствуют выемкам, а нисходя­ щие— насыпям. Максимумы и минимумы кривой располагаются над точками перехода из выемки в насыпь и наоборот;

любая ордината кривой пред­ ставляет собой алгебраическую сумму насыпей и выемок от нача­ ла кривой до рассматриваемого сечения;

разность двух ординат АV рав­ на объему земляных работ меж­ ду рассматриваемыми сечениями AL на дороге;

всякая горизонтальная линия NM, пересекающая кривую объе­ мов, отсекает участок, на котором объем насыпи равен объему вы­ емки. Эта линия называется равнообъемной, или распределяющей;

средняя дальность возки грунта в пределах участка кривой, от­ секаемого распределяющей линией, равна частному от деления от­ сеченной площади на ее максимальную высоту Lcp = ID/V

Это свойство кривой может быть доказано следующим образом. Выделим на продольном профиле — на участке выемки — элемен­ тарный объем dV, который согласно рис. 11.13 перемещен на рас­ стояние I в насыпь. Принимая упрощенно, что транспортные сред­ ства двигаются по прямой линии, находим, что работа, затраченная на перемещение рассматриваемого объема грунта,

d U = f l d V ,

где f — сопротивление движению транспортных средств,

Произведение IdV изображается на кривой распределения за­ штрихованной элементарной полоской высотой dV и длиной /.

Суммарная работа перемещения грунта из всего участка выем­ ки в насыпь

v

6

Интеграл выражает площадь со всей отсеченной части кривой. Бели же исходить из условной средней дальности возки грунта /ср, то работа перевозки составит

откуда, приравнивая два выражения для U, получаем

1ср = и/У.

217

График распределения земляных масс в условиях пересеченного рельефа может быть использован для выбора дорожных машин. Зная среднюю дальность возки, при которой землеройная машина используется наиболее эффективно, ее откладывают на кривой рас­ пределения земляных масс.

Данные анализа кривой распределения земляных масс следует рассматривать лишь как ориентировочные, не отражающие пол­ ностью действительных условий перемещения грунта. Во-первых,, при анализе кривой допускают, что грунт перемещают строго по прямой линии между центрами тяжести перемещаемых объемов. Между тем фактическая дальность возки с учетом разворотов, воз­ можности движения только по участкам не круче определенных уклонов, влияния расположения въездов на насыпи может сущест­ венно превышать это расстояние. В зависимости от состояния по­ верхности грунта сопротивление движению может также сильно меняться. Во-вторых, условия работы землеройных машин и транс­ портных средств, а также обеспечение водоотвода из выемок в про­ цессе работы могут препятствовать перемещению грунта из выемки в насыпь, если выемка расположена ниже по уклону дороги по от­ ношению к насыпи. При работе экскаваторов может оказаться по­ лезной проходка пионерной траншеи на всю длину выемки за пре­ делы рациональной дальности возки применяемых транспортных средств.

Существенные коррективы в решения, найденные по графику распределении земляных масс, может вносить также учет качества грунтов, разрабатываемых в выемках и резервах.

Глава 12

УЧЕТ ТРЕБОВАНИЙ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ

ИОХРАНЫ ПРИРОДЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДОРОГ

12.1.Требования удобства и безопасности движения при проектировании трассы дороги

Изложенные в главах 4 и 5 требования к элементам плана и продольного профиля автомобильных дорог исходили из условий движения по отдельным, рассматривавшимся изолированно от смежных элементам дороги. Фактически каждая дорога является сочетанием участков с различными элементами в плане и продоль­ ном профиле. Скорость на разных участках дороги не остается оди­ наковой. При изменении продольных уклонов на коротких участ­ ках автомобили не успевают развить скорость, соответствующую расчету по динамическим характеристикам. Имеются места, где скорость ограничивается правилами дорожного движения. НедО­

218

пустимы участки, вызывающие необходимость снижения скорости по условиям безопасности движения (места с ограниченной види­ мостью дороги перед автомобилем, сочетание крутых спусков с по­ воротами в плане и др.).

Рациональное сочетание между собой смежных участков дороги не может быть правильно решено без учета особенностей восприя­ тия водителями условий движения по дороге.

Рассмотренные выше методы обоснования требований к элемен­ там плана и профиля автомобильных дорог относятся к наиболее трудным участкам дороги и предусматривают напряженный режим управления автомобилем при возникновении сложной обстановки — полное использование тормозного усилия, минимальная продолжи­ тельность реакции водителя и т. д. Наблюдения за фактическими скоростями движения автомобилей по дорогам показывают, что большинство водителей предпочитают более спокойный режим дви­ жения со скоростями, меньшими, чем предусмотрены расчетом.

На дорогах, технические нормативы которых не удовлетворяют их представлениям о необходимых условиях движения, водители как бы корректируют решения проектировщиков, заезжая при про­ езде кривых малых радиусов на полосу встречного движения для увеличения радиуса поворота или проезжая кривые со скоростями ниже расчетных для уменьшения возникающей центробежной си­ лы. Этим они приводят траекторию автомобиля к удобным для себя значениям коэффициента поперечной силы, скоростям нарас­ тания продольного и поперечного ускорений и т. д. Чтобы дорога удовлетворяла требованиям удобства движения, ее элементы не должны затруднять управление автомобилем, а направление трас­ сы должно быть совершенно ясным для водителей.

Водитель оценивает условия движения преимущественно по­ средством своего зрения. Дополнительными источниками инфор­ мации являются передающиеся на его организм ускорения при проезде по кривым или неровным участкам дороги.

В процессе движения взгляд водителя скачкообразно перебра­ сывается с одного объекта на дороге и придорожной полосе на другой, как бы выделяя опорные точки, вырисовывающие простран­ ственный коридор, по которому он ведет автомобиль (рис. 12.1). Та­ кими опорными точками для взгляда обычно являются края про­ езжей части и земляного полотна, параллельные дороге ряды придорожных насаждений, продольный шов бетонного покрытия и т. д.

При малых скоростях движения водитель имеет возможность обозревать и прилегающую к дороге местность. При движении с постепенно увеличивающейся скоростью водитель вынужден за пос­ тоянный промежуток времени охватывать все большее и большее количество опорных точек. Между тем возможности каждого че­ ловека заметить, различить и оценить те или иные события ограни-

219

Рис. 12.1. Перемещение взгляда водителя при проезде кривых в плане на гор­ ных дорогах (по опытам В. П. Варлашкина):

а — выпуклая кривая; б — вогнутая кривая; номера точек соответствуют последовательности сосредоточения взгляда водителя; диаметры кружков — относительной его продолжитель­ ности

чены. Возрастание скорости приводит к тому, что взгляд водителя, непроизвольно для него, охватывает все меньшую ширину придо­ рожной полосы и сосредоточивается на большем удалении от ав­ томобиля (рис. 12.2).

При малой интенсивности движения водители регулируют коли­ чество поступающей к ним информации непроизвольным измене­ нием скорости, снижая ее, если число факторов, которые необхо­ димо учесть при управлении автомобилем, возрастает. Наоборот, в условиях однообразной местности (степь, однородная лесная про­ сека) поступающее к водителю количество информации иногда бы­ вает недостаточным для поддержания его активности. Это приво­ дит к возникновению своеобразного полусонного состояния, при ко­ тором внимательность водителей ослабевает, продолжительность их реакции увеличивается и иногда самое незначительное неожи­ данное осложнение условий движения может стать причиной дорож­ но-транспортного происшествия.

Изменение условий проеада различных участков дороги немед­ ленно отражается на нервно-психическом состоянии и степени эмо­ циональной напряженности водителей.

На рис. 12.3 показан пример записи некоторых физиологичес­ ких показателей водителя при проезде кривой радиусом 250 м. Ско­ рость въезда превышала необходимую для спокойного и уверен­ ного проезда кривой. Возбуждение водителя проявилось в немед­ ленном повышении частоты пульса и в изменении электропровод­ ности кожи (кожно-гальванической реакции), характеризующей эмоциональную напряженность. Притормаживание автомобиля и снижение скорости до 40 км/ч привело к возвращению психофизи-

220