Последний вопрос детально рассмотрен в литературе по ландшафтному проектированию дорог*.
* В.Ф. Бабков. Увязка автомобильных дорог с ландшафтом. Росвузиздат, 1964.
Большая опасность съезда автомобилей с дороги при высоких скоростях движения при поперечных профилях старого типа с глубокими канавами заставляет рассмотреть вопрос о рациональной конструкции земляного полотна и с точки зрения безопасности движения.
В США было проведено изучение сил, действующих на автомобили и водителей при съездах с различными скоростями с земляного полотна разного очертания. Автомобили управлялись автоматически, а вместо водителей были помещены манекены, оборудованные приборами, регистрировавшими испытываемые ими ускорения. Общие условия съезда с дороги оценивались опытными водителями-испытателями автомобилей.
В результате испытаний был рекомендован поперечный профиль насыпей и очень мелких выемок с откосами 1:6 и очертанием дна лотка по окружности, описанной радиусом 10 - 12 м.
Требования к земляному полотну при строительстве автомагистралей не ограничиваются одной конструкцией поперечного профиля.
Высокие скорости движения требуют весьма ровных покрытий. Можно считать, что сила удара колес о неровности дорожных покрытий прямо пропорциональна их высоте и квадрату скорости. Таким образом, для сохранения одинаковых условий движения при скоростях 60 и 120 км/ч необходимо, чтобы во втором случае неровности дорожного покрытия были в четыре раза меньше чем в первом. Однако одним повышением требований к качеству строительства этого добиться нельзя. Прочная и ровная дорожная одежда может быть осуществлена только на недеформирующемся земляном полотне.
В начале тридцатых годов, в период строительства первых германских автомагистралей, хотя и обращалось внимание на необходимость искусственного уплотнения грунтов, было распространено мнение о том, что высокая прочность и способность бетонных покрытий сопротивляться изгибу могут в значительной степени компенсировать неоднородность и недостаточную степень уплотнения земляного полотна.
Эти предположения не оправдались. В процессе эксплуатации таких дорог при появлении тяжелых нагрузок и возрастании интенсивности движения часто возникали разрушения покрытий, вызванные размягчениями грунтового полотна влагой, проникавшей через швы и трещины в покрытии.
В настоящее время общепризнана необходимость тщательного уплотнения грунта в насыпных слоях земляного полотна и в естественных поверхностных слоях грунта под малыми насыпями и в выемках.
Возведению земляного полотна всегда предшествует удаление дернового слоя и содержащих гумус почвенных горизонтов в валы по сторонам дороги. После отсыпки насыпей эти грунты укладывают на откосы земляного полотна, где они быстро зарастают травой.
Необходимость обеспечить устойчивое основание для дорожной одежды вызвала повсеместный переход на отсыпку верхних слоев земляного полотна из грунтов, неподверженных зимнему влагонакоплению и пучинообразованию. За границей, где глубины зимнего промерзания относительно невелики, иногда замену неблагоприятных грунтов производят на всю глубину промерзания.
Однако теория пучинообразования показывает, что наиболее интенсивное зимнее влагонакопление происходит в пределах верхней трети - половины глубины промерзания, и замена грунта всей промерзающей толщи не является необходимой.
В СССР Нормы и технические условия 1963 г. предусматривают при возведении насыпей из пылеватых грунтов (легкие пылеватые суглинки и тяжелые пылеватые супеси) в сырых и мокрых местах отсыпку верхних слоев из непылеватых, преимущественно песчаных и легких супесчаных грунтов.
Толщины слоев устойчивых грунтов, считая от поверхности покрытия, принимают согласно табл. 5.
Таблица 5
|
Покрытие |
Толщина слоя в зонах, м |
|
|
|
II |
III |
|
Цементнобетонное |
1,2 |
1,0 |
|
Асфальтобетонное |
1,0 |
0,8 |
Проектирование сооружений системы водоотвода с автомагистралей имеет некоторые особенности.
Наиболее целесообразно устраивать водопропускные сооружения в виде труб, над которыми конструкция земляного полотна не меняется. На малых и средних мостах ширина проезжей части и обочин также не должна изменяться по сравнению с прилегающими участками.
Поскольку автомагистрали проектируют для скоростного автомобильного движения, на них избегают устраивать глубокие боковые канавы и резервы, создающие значительную опасность аварий в случае съезда автомобиля с земляного полотна.
Для невысоких насыпей на автомагистралях наиболее характерен поперечный профиль с лотками глубиной 50 - 60 см, имеющими очень пологие откосы и округленное дно.
В выемках и в местах, где невозможен съезд с насыпей, можно устраивать канавы обычного типа, обязательно устанавливая около них ограждения, препятствующие съезду автомобиля.
Большие затруднения представляет отвод воды с разделительной полосы. Разделительные полосы шире 1,5 - 2 м устраивают грунтовыми, покрытыми дерном. Во время дождей и таяния снега они становятся источниками дополнительного увлажнения земляного полотна. Накапливаясь с осени в средней части земляного полотна, вода может способствовать в условиях сурового климата интенсивному пучинообразованию.
Поэтому под разделительными полосами, особенно если они имеют вогнутое очертание, иногда закладывают самостоятельные дренажные устройства, из которых вода систематически отводится в понижения местности. Такой способ отвода воды возможен в теплом климате, когда отсутствует опасность образования льда в водостоках во время зимних оттепелей. Особенно удобен он в условиях пересеченного рельефа, легко позволяющего осуществить отвод воды из водостоков, не устраивая длинных подземных коллекторов.
Конструкция разделительной полосы должна предусматривать возможность уменьшения количества просачивающейся воды и быстрого ее отвода (рис. 6). Для этого укрепленный вяжущими материалами противопучинный слой иногда продолжают на часть разделительной полосы, уменьшая тем самым ширину проницаемой полосы, через которую может просачиваться вода. Верхнюю часть противопучинного слоя под разделительной полосой устраивают из уплотненного гравелистого грунта, пригодного для роста растений, поверх которого укладывают слой гумусного грунта.
Рис. 6. Конструкция разделительной полосы и схема водоотвода
а - со сплошным крупнозернистым слоем; б - с прерванным крупнозернистым слоем; в - с отводом воды подполосным дренажом; 1 - грунт земляного полотна; 2 - крупнозернистый хорошо дренирующий материал; 3 - основание из щебня или грунта, обработанного вяжущими материалами; 4 - цементобетонное покрытие; 5 - растительный слой; 6 - краевая полоса; 7 - каменная засыпка; 8 - подполосная дрена для отвода воды из дренирующего слоя; 9 - коллектор; 10 - отводная труба
Особенности отвода воды с разделительной полосы на кривых были рассмотрены выше при рассмотрении конструкций виражей.
§ 4. Пересечения автомагистралей и примыкания к ним автомобильных дорог
Выбор расчетной схемы
Обеспечение бесперебойности движения по автомагистралям требует устранения взаимных помех для транспортных потоков на пересечениях с другими дорогами.
Возможные направления движения на пересечениях показаны на схеме (рис. 7). Основные помехи для движения возникают в результате пересечения путей автомобилей, следующих в прямом направлении или поворачивающих налево. Правые повороты осуществляются беспрепятственно по так называемым правоповоротным съездам, и помехи для движения могут возникать лишь при включении поворачивающих автомобилей в поток движения по дороге.
Рис. 7 Возможные направления потоков движения на пересечениях дорог:
1 - точки пересечения потоков движения; 2 - точки слияния или разделения потоков движения
Разделение потоков движения по обеим дорогам в прямом направлении легко достигается устройством путепровода.
Таким образом, основные трудности возникают при расположении путей движения при съездах для поворота влево.
В принципе возможно осуществить левые повороты без помех для прямого движения тремя способами (рис. 8):
а) при помощи правого поворота на 270° за мостом (рис. 8, а);
б) по специальным левоповоротным съездам (рис. 8, в);
в) при помощи устройства распределительного кольца для поворачивающих налево и направо автомобилей (рис. 8, б).
Рис. 8. Схема организации левых поворотов на пересечениях в разных уровнях
Первое решение наиболее экономично по строительным затратам. На пересечении в разных уровнях требуется в этом случае построить один путепровод и насыпи на подходах к нему. Поэтому этот тип пересечений («клеверный лист») наиболее распространен на автомагистралях всех стран мира (рис. 9). Он имеет два недостатка:
а) значительное удлинение пути пробега автомобилей, поворачивающих налево, по сравнению с необходимым для автомобилей, сворачивающих направо. Однако и для последних из-за размещения петель левоповоротных съездов приходится значительно удлинять пути съездов. Поэтому пересечения по схеме клеверного листа занимают значительную площадь и замкнутые между их съездами земельные участки трудно использовать;
б) на участке АБ (см. рис. 8) примыкания левоповоротных съездов происходит переплетение потоков автомобилей. По достижении их суммарной интенсивностью некоторой предельной величины создаются настолько значительные взаимные помехи, что пропускная способность пересечения исчерпывается.
Устройство пересечений в разных уровнях связано с выполнением больших объемов работ.
Рис. 9. Пересечение по типу клеверного листа (на заднем плане)
В табл. 6 приведены характеристики пересечений по типу клеверного листа на дорогах I категории по данным типовых проектных решений, приведенных в «Руководстве по расчету и проектированию транспортных развязок», разработанном Союздорпроектом.
Таблица 6
|
Характеристики пересечений в разных уровнях |
Клеверный лист при угле пересечения |
|
|
|
90° |
30° |
|
Потребная площадь, га |
11,1 |
24,5 |
|
Длина съездов, км |
2,79 |
4,25 |
|
Площадь покрытий на съездах, м2 |
14400 |
18770 |
|
Эквивалентная длина основной дороги с шириной проезжей части 7 м, км |
2,06 |
2,39 |
На автомагистралях с весьма большой интенсивностью движения, особенно при большом проценте сворачивающих налево автомобилей, суммарные потери транспорта в результате перепробегов становятся весьма большими. В таких условиях, а также при стесненных площадях, которыми можно воспользоваться для строительства, может экономически оправдаться постройка пересечения левоповоротного типа, у которого для заезда влево имеются специальные рампы, расположенные по кратчайшему направлению. Это может быть осуществлено лишь с помощью устройства пересечения в четырех уровнях. Путепроводы на пересечении превращаются в весьма сложное дорогостоящее сооружение (рис. 10).
Рис. 10. Пересечение левоповоротного типа в четырех ярусах
Наиболее известное пересечение левоповоротного типа было осуществлено в Калифорнии (США) на пересечениях скоростных автомагистралей в г. Лос-Анжелосе. Суммарная интенсивность движения по обеим пересекающимся автомагистралям превышает 300000 авт/сутки.
Кольцевое решение, предоставляющее большие удобства, чем клеверный лист, для левоповоротного движения более экономичное. Однако его осуществление требует устройства пяти путепроводов и выполнения большого объема земляных работ, поскольку распределительное кольцо располагается в высокой насыпи.
Описанные типы пересечений предоставляют одинаковые удобства для движения, следующего 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. Обыкновенно интенсивности движения на съездах в разных направлениях значительно отличаются друг от друга. Это дает возможность снижать стоимость постройки пересечений путем индивидуального проектирования их схемы, обеспечивая большее удобство наиболее напряженным направлениям и меньшее - для съездов, которыми пользуется мало автомобилей.
Такую возможность широко используют в США и Канаде, где схемы пересечений в разных уровнях обычно назначают путем индивидуального проектирования на основе изучения потоков движения в каждом из направлений, учитывая местные условия рельефа, ситуации и возможности отвода необходимых земель.
В ФРГ, наоборот, применяют только симметричные пересечения.
При проектировании пересечений неполного типа обеспечивают беспрепятственные условия движения по дороге магистрального типа или для дороги, по которой интенсивность является наибольшей. Съезды с этих дорог устраиваются обязательно. С второстепенной дороги, если интенсивность потоков движения, поступающих с нее на магистраль, невелика, съезды в отдельных направлениях не устраивают. Немногочисленные автомобили, которым нужно попасть на автомагистраль, разворачиваются в удобном месте и пользуются въездом для транспорта, следующего в противоположном направлении.
Надежность получаемых таким образом планировочных решений во многом зависит от обоснованности перспективных интенсивностей движения, установленных при экономических изысканиях.
При грубых ошибках в определении грузопотоков могут создаваться значительные помехи для движения, которые могут даже вызвать необходимость перестройки транспортной развязки.
