2.3. Конструкция улиц и дорог

Улично-дорожная сеть населенных пунктов проектируется в виде непрерывной системы. В плане каждая улица представляет со-­ бой сочетание прямолинейных и криволинейных участков. Выбор конфигурации трассы определяется условиями местности, планиро-­ вочной организации территории и характером застройки города. В состав поперечного профиля улиц входят проезжая часть, тротуары и дополнительные полосы, отводимые для прокладки инженерных коммуникаций, трамвайного движения, зеленых насаждений, разде-­ ления движений разных направлений, местного движения и велоси­ педистов. Размер и состав элементов поперечного профиля опреде-­ ляется с учетом функционального назначения и категории улицы, расчетной интенсивности движения и других факторов.

Все элементы улицы (проезжая часть, технические полосы для прокладки подземных коммуникаций, тротуары, зеленые насажде­ния и др.) должны располагаться в пределах красных линий, т. е. границ, отделяющих улицу от территории застройки. Это линии, за пределы которых не должны выходить здания. Ширина улиц и дорог определяется расчетом в зависимости от интенсивности движения

транспорта и пешеходов, состава размещаемых элементов, с учетом санитарно-гигиенических требований. Как правило, ширину улиц в пределах красных линий следует принимать не менее (в метрах): ма­гистральных улиц общегородского назначения 75-80, улиц местного значения при многоэтажной застройке - 25, а при малоэтажной - 15. Ширина улиц может быть увеличена для прокладки инженерных се­тей на отдельной, технической полосе. Такие размеры улиц доста­точны только для размещения всех планировочных элементов при организации движения на пересечениях в одном уровне.

Наиболее полно все планировочные элементы представлены на общегородских магистральных улицах (рис. 2.2). Основным элементом улиц и дорог является проезжая часть, которая должна обеспечивать пропуск транспорта с расчетными скоростями и на­грузками независимо от времени года.

Рис. 2.2. Поперечный профиль общегородской магистральной"улицы:

а - то же с трамвайными путями; б: 1 - проезжая часть; 2 - тротуары; 3 — полосы

озеленения и технические для размещения инженерных коммуникаций: КС, КО, Т,

ЭК - кабели связи, освещения, телефонные, электрические; В - водопровод;

К - канализация; ГН(С)Д - газопроводы низкого (среднего) давления

Для укрепления проезжей части дорог и улиц предназначена дорожная одежда, которая состоит из нескольких слоев: покрытия, основания и подстилающего слоя. Покрытие является верхним сло­ем одежды и служит для непосредственного восприятия нагрузок от транспортных средств, основание - для передачи и распределения давления на подстилающий слой и грунт, подстилающий слой - для передачи нагрузок на земляное полотно, а также выполняет тепло­изолирующие и дренирующие функции.

Дорожные одежды должны быть прочными, долговечными, из­носоустойчивыми, простыми в эксплуатации, иметь ровную и вместе с тем достаточно шероховатую поверхность. Применяемые в городах дорожные одежды можно разделить на четыре основных группы:

• простейшего типа: а) грунтовые (неулучшенные и улучшен-­ ные, т. е. с различными добавками); б) гравийные и шлаковые;

• щебеночные: а) не обработанные связующими материалами; б) обработанные битумом; в) обработанные цементом;

• мостовые одежды: а) из естественного камня (булыжные, брусчатые); б) из искусственного камня (клинкерные);

• монолитные одежды: а) асфальтовые; б) цементобетонные.

Мостовые и монолитные одежды являются усовершенство­ванными капитальными покрытиями. К усовершенствованным облегченным покрытиям относятся одежды, состоящие из мине­ральных материалов, обработанных (пропитанных) органически­ми вяжущими.

Дороги, обладающие малым сопротивлением изгибу, назы­вают жесткими. К их числу относятся практически все типы одежд, кроме цементобетонных и асфальтобетонных на цементо-бетонном основании.

2.4. Расчет и выбор конструкции дорожных одежд

Выбор конструкции одежд проезжих частей городских улиц и дорог сопровождается технико-экономическими расчетами и про­веркой по предельным состояниям на прочность и жесткость: 1) по упругому допустимому прогибу; 2) сдвигу в подстилающем грунте земляного полотна; 3) растягивающим напряжениям на изгиб слоев из монолитных материалов; 4) морозоустойчивости (рис. 2.3).

пассажирских транспортных средств

Рис. 2.3. Конструкции дорожных одежд: a - щебенчатых; б - брусчатых;

в - цементобетонных; г - асфальтобетонных

Напряженно-деформированное состояние дорожной одежды обуславливает воздействие на нее нагрузки, которая зависит от конструкции, массы, состава и интенсивности движения транс­портных средств.

Интенсивность движения характеризует поток автомобилей в единицу времени. В расчетах часто используют условный показа­тель - среднесуточную интенсивность движения (И_ср), которую оп­ределяют расчетом:

где W_Г - годовой объем движения автомобилей.

Таким образом, основой для расчета интенсивности движения является ожидаемый объем грузовых и пассажирских перевозок. Этот показатель используют при расчетах дорожных одежд и кон­струкций пролетных частей мостов, путепроводов и тоннелей. Для расчетов, связанных с оценкой пропускной способности улиц, уровня их загрузки и транспортных потерь, используют более точ­ные показатели интенсивности движения:

где Р_ij - количество пассажиров, перевозимых по г-му маршруту /-м видом транспорта, чел.;

k_H - коэффициент наполнения транспорта (летом k_H = 1,0, зи­мой k_H = 1,15);

Ω_j- вместимость j-и единицы подвижного состава грузового транспорта, чел.;

• грузовых транспортных средств

где k_сез, k_с, k_нап - коэффициенты неравномерности соответственно сезонной, суточной и по направлениям;

h_ч - доля суточной интенсивности движения, приходящаяся на час пик (0,08-0,1);

γ и β - коэффициенты использования грузоподъемности и про­бега автомобилей;

g - расчетная средняя грузоподъемность.

Для того чтобы заменить практический состав движения и его интенсивность расчетной нагрузкой, используют коэффициенты приведения, которые принимаются в зависимости от нагрузки на одиночную ось транспортного средства. Таким образом, расчетное значение интенсивности движения для определения расчетной на­грузки вычисляется по формуле

где Nj - суммарная перспективная интенсивность движения j-й марки транспортного средства, авт./сут.;

kj - коэффициент приведения к расчетной нагрузке для j-й марки транспортного средства (табл. 2.2);

k_пол - коэффициент снижения интенсивности движения в зави­симости от количества полос движения, для однополосной - 1, двух- и трех полосной - 0,7, четырехполосной - 0,35.

Таблица 2.2 Коэффициент приведения к расчетной нагрузке

Нагрузка на ось, т	4	6	7	8	9	10	20
Н = 10 Н = 30	0,03 0,01	0,15 0,05	0,55 0,18	0,65 0,22	0,75 0,25	1,0 0,5	- 1,0

При расчете прочности дорожных одежд воздействие колеса на дорожную одежду представляется в виде равномерно распре­деленной нагрузки (Р) от расчетного автомобиля, которая прило­жена к круглому жесткому штампу с диаметром (Д), равновели­кому площади контакта сдвоенного колеса расчетного автомоби­ля (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Схема определения толщины эквивалентного слоя

дорожной одежды:

h -толщина; Е— модуль деформации слоя

Степень прочности дорожной одежды определяет модуль де­формации Е, учитывающий упругие и пластические деформации:

где λ- относительная деформация;

l - абсолютная деформация, отнесенная к диаметру крута. Расчет дорожных одежд по упругому прогибу включает в себя: послойный расчет эквивалентных модулей упругости по по­верхности конструктивных слоев:

где E_i^Э, Е_i - соответственно эквивалентный и действительный мо­дуль упругости г-го слоя конструкции одежды;

h_i, - толщина i-го слоя конструкции.

Расчет требуемого модуля упругости дорожной одежды:

где аиb- эмпирические коэффициенты, полученные в результате обработки экспериментальных материалов. Если

Е^Э_i+1 ≥ Е_Тр , (2.10)

то дорожная одежда обеспечивает требуемую жесткость при рас­четных нагрузках. В противном случае необходимо изменить кон­струкцию дорожной одежды: увеличить толщину отдельных конст­руктивных слоев или применить более прочные материалы.

Расчет по второму предельному состоянию оценивает проч­ность дорожной одежды по максимальному сдвигающему напря­жению, которое должно быть меньше или равно допустимому:

τ_м ≤ τ_доп (2.11)

где активное напряжения сдвига определяется по аппроксими­рующим формулам или номограммам

где Hi - высота вышележащих слоев;

φi - угол внутреннего трения i-го слоя.

Допустимое сдвигающее напряжение в материале конструк­ции дорожной одежды τ_доп рассчитывается по формуле

где k₁ - обобщенный коэффициент, учитывающий перегрузки, ди­намическое воздействие и условия контакта конструктивных слоев;

k₂ - коэффициент запаса, учитывающий неоднородность усло­вий работы дорожной одежды;

k₃ - коэффициент, учитывающий характер покрытий;

С - коэффициент сцепления в подстилающем грунте, кг/см².

Расчет по сдвигу в подстилающем грунте ведется методом по­следовательного приближения. При этом одежда приводится к двухслойной конструкции, для которой определяют Е_ср/Е_гр - отно­шение модулей упругости одежды и грунта, h/Д - отношение об­щей толщины одежды к расчетному диаметру штампа, по которым определяют максимальное активное напряжение сдвига τ_м. Если рассчитанное активное напряжение сдвига превышает допустимое, тогда следует увеличить толщину отдельных конструктивных слоев или произвести замену материала на более прочный.

Расчет по третьему предельному условию выполняется с це­лью обеспечения работы покрытия без остаточных деформаций растяжения. Условие прочности сводится к выполнению неравен­ства вида

σi ≤ Ri (2.13)

где σi - растягивающее напряжение при изгибе i-го слоя, опреде­ляемое по эмпирической формуле или номограмме;

Ri - расчетное сопротивление растяжению при изгибе мате­риала i-го слоя конструкции.

При σ ≤ R обеспечивается нормальная работа покрытия, если σ > R, то необходимо увеличить толщину покрытия или повысить жесткость основания.

В качестве критерия оптимальности, с помощью которого оп­ределяется эффективность того или иного варианта, можно использовать стоимость единицы площади дорожной одежды

где hi - толщина i-го слоя дорожной одежды, см;

Si - стоимость единицы толщины i-го слоя конструкции, руб./см.

Требуется найти такую совокупность толщин конструктивных слоев hi, для которой S —> min, при одновременном удовлетворении условиям 2.10, 2.11 и 2.13.