2. Роль автомобильных дорог в транспортной системе

СБОРНИК ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Профессионального модуля ПМ 01 Участие в изысканиях и
проектировании автомобильных дорог и аэродромов
МДК 01.01 ИЗЫСКАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И АЭРОДРОМОВ
основной профессиональной образовательной программы подготовки
специалистов среднего звена
по специальности 08.02.05
Строительство и эксплуатация автомобильных дорог и аэродромов
1
Рассмотрен и одобрен
на заседании цикловой комиссии
специальностей 08.02.05, 07.02.01, 21.02.06
протокол № _______
от «____» ___________ 20_____г.
Председатель предметной комиссии
______________
УТВЕРЖДЕН
Экспертным советом
по издательской деятельности
Протокол № ______
от «____» ________ 20____г.
Председатель экспертного совета
____________
Сборник
информационно-справочных
материалов
разработан
в
соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом по
специальности среднего профессионального образования 08.02.05 Строительство
и эксплуатация автомобильных дорог и аэродромов. Сборник предназначен для
обучающихся очного и заочного отделений специальности 08.02.05, изучающих
ПМ 01. Участие в изысканиях и проектировании автомобильных дорог и
аэродромов, МДК 01.01 Изыскания и проектирование автомобильных дорог и
аэродромов
Может применяться для дополнительной подготовки специалистов
дорожной отрасли. Содержит информацию для проектирования основных
элементов автомобильных дорог.
Организация-разработчик: ОГБОУ СПО «Смоленский строительный колледж»
Автор: Иванова Лидия Евгеньевна, преподаватель дисциплин профессионального
цикла высшей квалификационной категории
Рецензент(ы): Слепенков Виктор Аркадьевич, директор ООО «Скала-2000»
2
СОДЕРЖАНИЕ
1. Пояснительная записка
4
2. Роль автомобильных дорог в транспортной системе народного
хозяйства
5
3. Требования транспортного потока к автомобильной дороге
8
4. Трасса автомобильной дороги
24
5. Продольный профиль автомобильной дороги
36
6. Поперечный профиль автомобильной дороги
39
7. Литература
44
1. Пояснительная записка
Настоящее
методическое
пособие
рекомендуется
студентам
специальности 08.02.05 «Строительство и эксплуатация автомобильных
дорог и аэродромов» для изучения МДК 01.01 «Изыскания и проектирование
автомобильных дороги аэродромов» в ПМ01. «Участие в изысканиях и
проектировании автомобильных дорог и аэродромов» на третьем и четвертом
курсах обучения.
Материал учебного пособия необходим при выполнении курсовой
работы по проектированию участка автомобильной дороги и выпускной
квалификационной работы по специальности 08.02.05 «Строительство и
эксплуатация автомобильных дорог и аэродромов».
В методическом пособии содержится информация о роли
автомобильных дорог в транспортной системе народного хозяйства, о
требованиях транспортного потока к автомобильной дороге, о
проектировании основных элементов трассы автомобильной дороги.
Методическое пособие включает данные об основных элементах и
параметрах продольного и поперечного профилей автомобильной дороги с
учетом расчета виражей на автомобильных дорогах.
Изучив теоретический материал на лекциях, и выполнив практические
задания с помощью предлагаемого пособия, обучающийся будет обладать
устойчивыми знаниями и приобретет нужные навыки по освоению
специальности.
4
2. Роль автомобильных дорог
в транспортной системе народного хозяйства
Автомобильные дороги – комплекс инженерных сооружений,
обеспечивающий возможность непрерывного движения автомобилей с
расчетными скоростями, а так же обслуживание водителей, пассажиров и
подвижного состава.
Автомобильные дороги имеют огромное значение для экономического и
культурного сотрудничества России с другими странами, укрепления и
развития экономической системы хозяйствования, в решении социальноэкономических проблем. Обеспеченность территории хорошо развитой
транспортной системой является одним из факторов привлечения населения
и производства, служит важным преимуществом для размещения
производительных сил и дает интеграционный эффект. Так же транспорт
создает условия для формирования местного и общегосударственного
рынков.
В настоящее время транспорт оказывает заметное влияние на
экономическое развитие страны в целом. Транспортная составляющая в
стоимости продукции промышленности и сельского хозяйства оценивается
величиной порядка 15-20%. На транспорте занято свыше 3,2 млн. человек,
что составляет 4,6% работающего населения.
Ежедневно автотранспортом перевозится около 17 млн. тонн грузов и
более 62 млн. пассажиров. Если сравнивать с аналогичным показателем
железнодорожного транспорта, то это почти в 6 раз больше по объемам
перевозок грузов и в 17 раз – по перевозкам пассажиров.
5
Динамично развивающаяся экономика России выдвигает перед
транспортной системой страны дополнительные требования не только к
повышению пропускной способности инфраструктуры, но и к внедрению
новых технологий, инновационных решений, повышению качества
обслуживания, снижению административных барьеров и качества
планирования.
Автомобильный транспорт - одна из важнейших отраслей народного
хозяйства, развивается как неотъемлемая часть единой транспортной
системы. В современных условиях дальнейшее развитие экономики
немыслимо без хорошо налаженного транспортного обеспечения. В
условиях, когда наметилась тенденция к оживлению и восстановлению
реального сектора экономики, автомобильный транспорт способствует
нормализации положения в финансовой и кредитной сфере. От его чёткости
и надёжности во многом зависят трудовой ритм предприятий
промышленности, строительства и сельского хозяйства. Он обеспечивает
наряду с другими видами транспорта рациональное производство и
обращение продукции промышленности и сельского хозяйства,
удовлетворяет потребности населения в перевозках.
Автомобильный транспорт в основном используется для перевозки
небольших потоков грузов на короткие расстояния. Это связанно со
сравнительно высокой себестоимостью данного вида транспорта и его малой
грузоподъемностью. К достоинствам автомобильного транспорта
следует отнести высокую скорость и возможность доставки грузов «от двери
до двери» без дополнительных затрат на перегрузку. Большая мобильность,
возможность оперативно реагировать на изменения пассажиропотоков ставят
автотранспорт «вне конкуренции» при организации местных перевозок
пассажиров. Однако себестоимость перевозок на автомобильном транспорте
весьма высока и в среднем превышает аналогичные показатели речного и
железнодорожного
транспорта.
Высокий
уровень
себестоимости
определяется
небольшой грузоподъемностью и, следовательно,
производительностью подвижного состава и в этой связи значительным
удельным весом заработной платы в общей сумме эксплуатационных
расходов. Резервами снижения себестоимости являются в основном
интенсивные факторы – повышения коэффициентов использования пробега
автомобилей, грузоподъемности, коммерческой скорости.
По карте автомобильного транспорта можно заметить, что
автомобильные дороги развиты в основном в европейской части страны. Я
думаю, это связанно с тем, что большинство промышленных,
перерабатывающих предприятий находится именно в европейской части
страны, а восточная часть это что-то вроде «сырьевого придатка» и поэтому
там преобладает такой транспорт, которым удобнее и дешевле перевозить
сырье: железнодорожный и речной. А, как нам известно, автомобильным
менее всего удобно и дешевле перевозить сырье, на такой огромной части
как Восточная Сибирь, поэтому там так мало автодорог.
6
Из этого следует вывод, что размещение промышленности играет
огромную роль на расположение автотранспорта и транспорта в целом.
Россия это территориально большое государство с развитой
промышленностью и сельским хозяйством, которые расположены в разных
частях страны. С помощь транспорта эти отрасли превращаются в единый
промышленный комплекс России. И транспорт важная составляющая. При
развитии промышленности и сельского увеличиваются грузопотоки,
следовательно, развивается транспорт: увеличивается транспортный парк,
так как для увеличения перевозок требуется увеличение транспортных
средств,
если
увеличивают
количество
транспортных
средств,
модернизируют дороги, делая их более грузопроводными.
Развитие автотранспорта будет определять стиль и содержание жизни
людей, подобно тому, как быт современного человека немыслим, например,
без электронной аппаратуры.
Уровень развития транспортной системы экономических районов
неодинаков. Обеспеченность путями сообщения, как по общей длине, так и
по плотности (километров пути на 1000 кв. км) отличается в десять и более
раз. Наиболее развитой транспортной системой выделяются ЦентральноЧерноземный, Центральный, Северо-западный, Северо-Кавказский, ВолгоВятский районы; наименее развитой – Дальневосточный, ВосточноСибирский, Западно-Сибирский, Северный экономические районы. Считаю
нужным заметить, что транспортно развитыми регионами являются те
регионы, в которых находятся развитая сеть машиностроительных
предприятий, т.е. где производят, выпускают транспорт. Отличаются районы
и по структуре грузооборота. В районах, где в межрайонном масштабе
разрабатываются такие полезные ископаемые, как железная руда, уголь,
основные перевозки осуществляются по железным дорогам; там, где
добывают нефть, газ, велика доля трубопроводного транспорта; в районах,
где разрабатываются лесные ресурсы, значителен удельный вес внутреннего
водного транспорта; в районах, специализирующихся на обрабатывающих
отраслях, главная роль принадлежит железнодорожному транспорту. Так,
например, в Западно-Сибирском районе преобладает железнодорожный
транспорт и высок удельный вес трубопроводного транспорта, в
Центральном районе подавляющая часть перевозок осуществляется по
железной дороге. Районы добывающей промышленности имеют активный
транспортный баланс, т.е. вывоз превышает ввоз, так как масса сырья
топлива больше массы готовой продукции, а районы обрабатывающей
промышленности соответственно - пассивный, т.е. ввоз превышает вывоз.
В отраслях экономики больше всего перевозок автотранспортом
приходится на промышленность, затем на сельское хозяйство и
строительство. В структуре перевозок выделяются строительные и хлебные
грузы, черные металлы, каменный уголь, лес, товары народного потребления,
сельскохозяйственные грузы.
7
Массовыми перевозками промышленных и строительных грузов
отличаются Санкт-Петербург, лесопромышленные районы европейского
Севера, нефтепромысловые районы Поволжья, район Курской магнитной
аномалии. Большое количество сельскохозяйственных грузов перевозится в
Поволжье, Центрально-Черноземном районе, на Северном Кавказе и Южном
Урале. Около ¾ грузовых автомобильных перевозок осуществляется в
пределах европейской части страны. Высокая плотность перевозок
характерна для Центрального и Уральского экономических районов.
В восточных районах автомобильные грузовые перевозки развиты в
Кузбассе, нефтепромысловых зонах Западной Сибири, земледельческих
районах Сибири и Дальнего Востока. Основные грузы - лес, строительные
материалы, зерно, вскрышные породы на открытых разрезах.
Автотранспорт общего пользования выполняет большой объем
пассажирских перевозок. В пределах европейской части России самые
массовые перевозки пассажиров автобусным транспортом характерны для
пригородов Москвы и Санкт-Петербурга. В междугородних автобусных
перевозках выделяются Центральный, Северо-Кавказский районы. В
восточных регионах высокая интенсивность автомобильных перевозок
пассажиров свойственна южным земледельческим областям Западной
Сибири.
В России с ее огромной территорией именно транспорт объединяет в
единый комплекс буквально все отрасли экономики. Именно транспорт
обеспечивает не только нормальную жизнедеятельность государства, но и его
национальную безопасность и целостность. Всевозрастающие масштабы
общественного
производства,
расширение
сфер
промышленного
использования природных ресурсов, развитие экономических и культурных
связей как внутри страны, так и с зарубежными странами, требования
обороноспособности страны не могут быть обеспечены без мощного
развития всех видов транспорта, широко разветвленной сети путей
сообщения, высокой мобильности и маневренности всех видов транспорта.
3. Требования транспортного потока к автомобильной дороге
3.1 Условия движения автомобиля по тяге и сцеплению
Автомобиль движется в результате действия на него различных сил. Эти
силы разделяют на силы, движущие автомобиль, и силы, оказывающие
сопротивление его движению.
Основной движущей силой является сила тяги, приложенная к ведущим
колесам. Сила тяги возникает в результате работы двигателя и
взаимодействия ведущих колес и дороги. К силам сопротивления относят
силу трения в трансмиссии, силу сопротивления дороги и силу
сопротивления воздуха.
8
При определении силы тяги принято, что ее величина зависит лишь от
параметров автомобиля. Однако это не означает, что, увеличивая, например,
передаточное число трансмиссии, можно реализовать сколь угодно большую
силу тяги, так как предельное ее значение ограничено сцеплением шин с
поверхностью дороги.

Силой сцепления шин с дорогой называют максимальное значение
горизонтальной реакции, пропорциональное вертикальной нагрузке на
колесо. Один из основных параметров данной системы — коэффициент
сцепления. В зависимости от направления скольжения колеса различают
коэффициенты продольного (x) и поперечного (бокового) (y) сцепления.
Влияние на коэффициент сцепления различных факторов
При смачивании твердого покрытия коэффициент
сцепления резко падает из-за образования пленки из частиц
грунта и воды, уменьшающих трение между шиной и
дорогой. Коэффициент сцепления понижается особенно
значительно, если на покрытии имеется пленка глины.
Сильным дождем она может быть смыта, тогда величина
сцепления приближается к значениям, характерным для
сухого покрытия. На рисунке 1 – сухое покрытие, 2 –
начало дождя, 3 – конец дождя.
Если сила тяги меньше силы сцепления, то ведущее
колесо катится без пробуксовывания. Если сила тяги
больше силы сцепления, ведущие колеса пробуксовывают и
для движения используется лишь часть силы тяги. С
увеличением проскальзывания (или буксования) шины по
дороге коэффициент сцепления возрастает, достигая
максимума при 20—25% проскальзывания. При полном
буксовании ведущих колес может быть на 10—25% меньше
максимального.
С увеличением скорости движения автомобиля
коэффициент сцепления обычно уменьшается. При
скорости 40 м/с он может быть в несколько раз меньше, чем
при скорости 10—15 м/с.
На дорогах с твердыми покрытиями коэффициент сцепления зависит
главным образом от трения скольжения между шиной и покрытием. На
деформируемых дорогах коэффициент сцепления зависит, прежде всего, от
сопротивления грунта срезу и от внутреннего трения в грунте. Выступы
протектора ведущего колеса, погружаясь в грунт, деформируют и уплотняют
его, увеличивая до некоторого предела сопротивление срезу. Однако затем
начинается разрушение грунта, вследствие чего коэффициент сцепления
уменьшается.
9
Большое влияние на коэффициент сцепления оказывает рисунок
протектора. При истирании выступов протектора во время эксплуатации
ухудшается сцепление шины с дорогой. Наименьший коэффициент
сцепления имеют шины, у которых полностью изношен рисунок протектора.
В любых условиях движение колеса с изношенным протектором шин
приводит к снижению коэффициента продольного и поперечного сцепления.
Так, блокировка колес с изношенным протектором шин в большинстве
случаев возникает при нажатии на педаль тормоза с усилием, равным
2/3 нормального усилия, необходимого для блокировки колес с хорошими
шинами.
В таблице приведены примерные значения коэффициента сцепления
колес с дорогой в зависимости от состояния дороги.
Таблица 1 Значения коэффициента сцепления колес с дорогой
Поверхность
Дорога
Сухая
Мокрая
С асфальтобетонным или
0,7 - 0,8
0,35 - 0,45
цементнобетонным покрытием
С щебеночным покрытием
0,6 - 0,7
0,3 - 0,4
Грунтовая
0,5 - 0,6
0,2 - 0,4
Обледенелая
0,1 - 0,2
Покрытая снегом
0,2 - 0,3
Сцепление колес с дорогой зависит и от ряда других факторов, например
от качества подвески, давления в шинах. Однако из всех факторов следует
выделить три главных: качество и состояние дорожного покрытия, состояние
протектора шин и скорость движения автомобиля.
3.2 Тяговые расчеты автомобиля
При эксплуатации машин приходится определять, какие скорости
движения может развивать машина и какие уклоны она может преодолевать
в зависимости от величины внешних сопротивлений и мощности
установленных двигателей. Бывает также необходимо вычислять, какой
свободной тягой обладает машина, работающая с прицепным,
полуприцепным или навесным устройством.
Определение указанных величин позволяет выбрать режимы работы в
зависимости от конкретных условий.
Тяговый расчет автомобиля производится с целью определения его
тяговых и динамических качеств. Тяговый расчет подразделяется на:
- тяговый расчет проектируемой машины;
- поверочный тяговый расчет, производимый для существующей
машины.
10
Поверочный тяговый расчет составляют следующие отдельные задачи:
1. Определение максимальной скорости движения в заданных условиях.
2. Определение сопротивления движению и углов подъема, которые
может преодолеть автомобиль на данной передаче и скорости.
Для решения задач тягового расчета необходимо построить тяговую
характеристику автомобиля.
Тяговой характеристикой автомобиля называется графическая
зависимость удельной силы тяги от скорости движения автомобиля на
каждой передаче. Задаваемыми параметрами обычно являются: тип
автомобиля; грузоподъемность или максимальное число пассажиров;
максимальная скорость движения, по шоссе с заданным коэффициентом
дорожного сопротивления, максимальное дорожное сопротивление на
низшей передаче трансмиссии. Указывается также тип двигателя
(карбюраторный, дизельный). Параметры, которыми задаются, могут иметь
различные значения в некотором интервале. Чтобы правильно принять
окончательное значение указанных выше параметров, необходимо понимать,
как они влияю на тяговые качества автомобиля.
Построение тяговой характеристики автомобиля включает:
1. Определение полной массы автомобиля, кг.
2. Выбор шин и определение радиуса ведущего колеса, м.
3. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя.
4. Определение передаточного числа главной передачи.
5. Определение передаточных чисел коробки передач и дополнительной
коробки.
6. Определение скорости движения.
7. Определение
удельной
силы
тяги,
построение
тяговой
характеристики.
3.3 Дорожные сопротивления
При движении автомобиля действуют следующие силы сопротивления:
- сопротивление движению на подъеме,
- сопротивление качению,
- сопротивление воздуха,
- инерционные силы самого автомобиля.
Сила сопротивления подъему
В процессе движения автомобиль преодолевает дорожные подъемы и
спуски. При движении на подъем автомобиль испытывает дополнительное
сопротивление, которое зависит от угла а наклона дороги к горизонту,
измеряемого в продольной плоскости (рис. 1). Крутизна подъема дороги
может оцениваться как углом а, в градусах, так и величиной уклона i (в
сотых долях или процентах) дороги, равного отношению превышения дороги
Н к заложению Sa.
11
Рис. 1 Сила сопротивления подъему
Так как углы подъема автомобильных дорог сравнительно невелики и
часто не превышают 4—5°, для них можно принять, что sin а ≈ tg а. Это дает
право записать, что
sin   tg  i
Сила тяжести автомобиля Ga преодолевающего подъем, разлагается на
две составляющие. Составляющую, действующую параллельно профилю
дороги, называют силой сопротивления подъему и обозначают Ра.
Pa  G a sin  кГ
При движении под уклон эта сила способствует движению автомобиля.
Мощность, которая затрачивается на преодоление подъема,
определяется по формуле
Nа 
Pa a Pa a G a ia


л.с.
75*3, 6 270
270
При движении автомобиля на подъем сила сопротивления качению
Pf  fG a cos  кГ
Одновременное действие сил сопротивления подъему и качению
составляет суммарную силу сопротивления дороги. Суммарная сила
сопротивления дороги
Pф  Р f  Pa кГ
Знак плюс берется при движении автомобиля на подъем, знак минус при
движении под уклон. Подставляя в формулу суммарной силы сопротивления
дороги значения Pf и Ра, получим
Pф  G a f cos   G а sin   G a (f cos   sin ) кГ
Выражение в скобках называют суммарным коэффициентом
сопротивления дороги и обозначают буквой ψ:
  f cos   sin 
Или
Тогда Р ф  G a  кГ
  f 1
12
Сила сопротивления качению
Каждый, вероятно, знает, как легко бежит велосипед по асфальту и
какие усилия надо употребить велосипедисту, чтобы проехать по песку или
глине. В последнем случае увеличилась какая-то сила, которая препятствует
движению, замедляет его. Эта сила и есть сила сопротивления качению. Так
и с автомобилем. Он не сможет сдвинуться с места, если не преодолеет
сопротивления качению.
Величина сопротивления качению зависит главным образом от веса
автомобиля. Чем больше вес автомобиля, тем и сопротивление дороги
больше. В этом легко убедиться, если двум-трем человекам попробовать
толкать по асфальту автомобиль "Запорожец", полный вес которого
составляет 950 кг, и, скажем, автомобиль КрАЗ-256 весом в 21 860 кг.
"Запорожец" легко пойдет по дороге, а чтобы сдвинуть с места КрАЗ, усилий
этого количества людей недостаточно.
Большое значение для величины силы сопротивления качению имеет
вид и состояние дороги. В этом также нетрудно убедиться. Если человек идет
по сухой, ровной дороге, он затрачивает меньше энергии, чем при ходьбе,
например, по мягкой пахоте. Это происходит потому, что при движении по
мягкому грунту совершается дополнительная бесполезная работа по
утаптыванию, перемещению и уплотнению грунта. Нечто подобное
наблюдается и при движении автомобиля. Когда он движется по грунтовой
дороге, то одновременно происходит деформация шин и грунта, и
сопротивление качению велико. Колеса при движении по грунтовой дороге
уплотняют грунт. Часть грунта при этом расползается по краям колеи, а часть
перемещается впереди колес. Происходит трение покрышки о края колеи. И
чем колея глубже, тем трение значительнее, тем больше сопротивление
качению. Дорога же с асфальтовым покрытием оказывает сравнительно
небольшое сопротивление автомобилю, т. к. оно зависит всего лишь от
деформации шин.
Величина силы сопротивления качению (обозначим Рк) может быть
определена по формуле:
Pк = f * G,
где Pк - сила сопротивления качению в кг;
G - вес автомобиля в кг;
f - коэффициент сопротивления качению, который учитывает действие
сил деформации шин и грунта, а также трение между ними в различных
дорожных условиях.
13
Таблица 3 Среднее значение коэффициента сопротивления качению при
нормальном давлении воздуха в шинах
Коэффициент
Дорожное покрытие и его состояние
сопротивления качению
Асфальтобетонное в отличном состоянии
0,015-0,018
То же в удовлетворительном состоянии
0,018-0,020
Гравийное покрытие
0,02-0,025
Булыжник
0,035-0,045
Грунтовая дорога, сухая
0,03-0,035
То же после дождя
0,05-0,10
Песок сухой
0,15-0,30
То же влажный
0,08-0,10
Снежная дорога
0,025-0,03
Лед
0,018-0,02
Коэффициент сопротивления качению определяется опытным путем.
Его значения для некоторых дорожных условий приведены в таблице 1. Из
нее видно, что наибольшее значение коэффициента сопротивления качению на сыпучих песках и наименьшее - на дороге с асфальтовым покрытием.
Сила сопротивления качению зависит не только от веса автомобиля и
дороги, но и от материала и конструкции шин, их состояния. Во время
движения автомобиля шины, как правило, деформируются, т. е. отдельные
части шины, взаимодействуя с дорогой, прогибаются, внутри шины
возникает трение, на преодоление которого и затрачивается часть тяговой
силы. Влияние шин на величину силы сопротивления качению рассмотрим
более детально в последующих разделах, применительно к свойству и
состоянию грунта.
Сила сопротивления воздуха
Автомобиль во время движения перемещает частицы окружающего
воздуха, и в каждой точке поверхности автомобиля в результате
соприкосновения ее с воздушной средой возникают элементарные силы,
нормальные к поверхности и касательные к ней. Касательные силы являются
силами трения. Нормальные силы создают давление на поверхность
автомобиля.
Затраты мощности на преодоление сопротивления воздуха
складываются из следующих составляющих:
- лобового сопротивления, вызванного разностью давления воздуха
спереди и сзади автомобиля (55—60% всего сопротивления воздуха);
- сопротивления, создаваемого подножками, крыльями и другими
выступающими частями автомобиля (12—18%);
- сопротивления, возникающего при прохождении воздуха через
радиатор и подкапотное пространство (10—15%);
14
- трения наружной поверхности автомобиля о близлежащие слои
воздуха (5—10%);
- сопротивления, вызванного разностью давления сверху и снизу
автомобиля (5—8%).
В результате взаимодействия автомобиля и воздуха возникает также
вертикальная сила. У серийных автомобилей эта сила направлена вверх и
называется подъемной силой. У скоростных автомобилей (гоночных,
спортивных) благодаря специальной форме кузова она направлена вниз и
увеличивает силу сцепления шин с дорогой. Более подробно читайте про это
в статье Автомобиль и сопротивление воздуха.
Сила сопротивления дороги
Взаимодействие автомобиля и дороги сопровождается затратами
энергии, которые можно разделить на три группы.
1. Затраты энергии на подъем автомобиля при движении в гору.
При движении на подъеме сила больше чем на спуске и зависит от угла
уклона.
2. Деформацию шин и дороги.
Шина соприкасается с дорогой бесконечно большим числом точек. В
каждой из них на шину действует бесконечно малая сила - элементарная
реакция дороги. Равнодействующую элементарных сил, действующих со
стороны дороги на колесо в области контакта, называют реакцией дороги. Во
время качения колеса между частями шины возникает трение и
выделяющееся тепло рассеивается, что приводит к потере энергии. При
качении деформируемого колеса по мягкой дороге энергия затрачивается на
преодоление внутреннего трения в шине, деформацию дороги и на трение
шины о грунт. Шина врезается в грунт, выдавливает его в сторону и
спрессовывает отдельные частицы, образуя колею.
Качение колеса по мягкому грунту вызывает уплотнение частиц грунта
под колесом и смещение их в сторону движения автомобиля. На
коэффициент сопротивления качению при этом влияют глубина колеи, тип и
состояние грунта, диаметр колеса и воспринимаемая им вертикальная
нагрузка. Понижение давления воздуха в шине приводит к уменьшению
глубины колеи, однако при этом возрастают внутренние потери в шине.
При движении автомобиля по дороге с твердым покрытием
коэффициент сопротивления качению увеличивается с уменьшением
давления воздуха в шине. При передаче крутящего момента коэффициент
немного возрастает, так как шина в этом случае деформируется не только в
вертикальном направлении, но и по окружности. При большом передаваемом
крутящем моменте элементы протектора проскальзывают по дороге, и на
трение в области контакта затрачивается дополнительная энергия.
3. Колебания частей автомобиля.
Ни одно дорожное покрытие не является абсолютно ровным.
Неровности создают дополнительное сопротивление движению автомобиля и
15
вызывают колебания его осей, колес и кузова. Во время этих колебаний
происходит рассеивание энергии в шине и деталях подвески.
При движении автомобиля нормальные реакции дороги не остаются
постоянными, а изменяются под действием сил и моментов, приложенных к
автомобилю, например момента, передаваемого от двигателя к колесам
автомобиля; моментов сил инерции колес, возникающих при неравномерном
движении; моментов сил сопротивления качению; момента, создаваемого
любой силой, линия действия которой не проходит через переднюю и
заднюю оси автомобиля.
Во время разгона нагрузка на переднюю ось автомобиля уменьшается, а
на заднюю – возрастает по сравнению с нагрузками при статическом
положении автомобиля. При торможении автомобиля происходит обратное
явление. Этим объясняется подъем передней части автомобиля,
наблюдаемый при разгоне, и наклон ее вниз («клевок») при торможении.
Примерные значения коэффициента приведены в таблице.
Таблица 4 Колебания частей автомобиля
На переднюю ось
При торможении
1,5 - 2,0
При ускорении
0,5 - 0,7
На заднюю ось
0,5 - 0,7
1,2 - 1,3
Нормальная реакция дороги на передние колеса автомобиля
уменьшается, а на задние возрастает с увеличением крутизны подъема,
интенсивности разгона автомобиля, а также с ростом сил сопротивления.
3.4 Динамический фактор
Динамический фактор — это безразмерная величина, характеризующая
потенциальные возможности автомобиля по преодолению дорожных
сопротивлений или сообщению ему ускорения в данных дорожных условиях.
Следовательно, динамический фактор характеризует тяговые и скоростные
свойства автомобиля. Графическое изображение зависимости динамического
фактора от скорости движения D=(v) на всех передачах трансмиссии
называется динамической характеристикой автомобиля.
На основании уравнения тягового баланса автомобиля можно написать
Рк  Р  Р  Р j
Вместо Рψ и Pj подставим их значения, тогда
Рк  Р  G a 
Ga
j
g
Разделим обе части уравнения на силу тяжести автомобиля Ga:
Р к  Р

 j
Ga
g
16
Левая часть уравнения представляет собой отношение избыточной силы
тяги Рк - Pu к полной силе тяжести автомобиля Ga. Это отношение называется
динамическим фактором и обозначается буквой D:
D
Pк  Р 
Ga
Как видно из формулы, динамический фактор зависит только от
конструктивных параметров автомобиля.
График изменения динамического фактора в зависимости от скорости
движения на различных передачах носит название динамической
характеристики автомобиля
Рис. 2 График изменения динамического фактора в зависимости от
скорости движения
При максимальной скорости Vmax динамический фактор Dv определяет
величину силы сопротивления дороги, которая может быть преодолена при
этой скорости.
Максимальное значение динамического фактора Dmax определяет то
предельное сопротивление дороги, которое может быть преодолено данным
автомобилем при равномерном движении на первой передаче.
3.5 Нормирование продольных уклонов автомобильной дороги
Таблица 5 Нормирование продольных уклонов автомобильной дороги
Расчетная
скорость, км/ч
Наибольшие продольные
уклоны ‰
150
120
100
80
60
50
40
30
30
40
50
60
70
80
90
100
Наименьшее расстояние видимости,
м
встречного
для остановки
автомобиля
300
250
450
200
350
150
250
85
170
75
130
55
110
45
90
17
Примечания
1). Наименьшее расстояние видимости для остановки должно обеспечивать
видимость любых предметов, имеющих высоту не менее 0,2 м, находящихся
на середине полосы движения, с высоты глаз водителя автомобиля 1,2 м от
поверхности проезжей части.
2). В горной местности (за исключением мест с абсолютными отметками
более 3000 м над уровнем моря) для участков протяженностью до 500 м
допускается увеличение наибольших продольных уклонов против норм,
приведенных в таблице 5, но не более чем на 20‰.
3). При проектировании в горной местности участков подходов дорог к
тоннелям наибольшее допустимое значение продольного уклона не должно
превышать 45‰ на протяжении 250 м от портала тоннеля.
4). Во всех случаях, где по местным условиям возможно регулярное
появление на дороге людей и животных, следует обеспечивать боковую
видимость прилегающей к дороге полосы, отстоящей от бровки земляного
полотна для дорог, проектируемых для расчетной скорости 100 км/ч и выше
на расстояние 25 м, для остальных дорог – 15 м.
5). На дорогах в горной местности допускаются затяжные уклоны. Длина
участка с затяжным уклоном в горной местности определяется в зависимости
от величины уклона, но не более значений, приведенных в таблице 6. При
более длинных затяжных уклонах необходимо включение в продольный
профиль участков с уменьшенными продольными уклонами (не более 20‰),
а также площадок для остановки автомобилей с расстояниями между ними не
более длин участков, указанных в таблице 6.
Таблица 6 Длина участков с уменьшенными продольными уклонами
Продольный уклон, ‰
Рельеф местности
40
50
60
70
80
90
Предельная длина участка с затяжным уклоном, м
Равнинный и
600
400
300
250
200
150
слабохолмистый
Сильно
1500
1200
700
500
400
350
пересеченный
6). Размеры площадок для остановки автомобилей на затяжных подъемах
должны обеспечивать размещение расчетного количества (но не менее 3)
грузовых автомобилей. Место их расположения выбирается из условий
безопасности стоянки, исключения возможности осыпей, камнепадов и, как
правило, у источников воды.
7). На затяжных спусках с уклонами более 50‰ предусматриваются
противоаварийные съезды, которые устраивают перед кривыми малых
радиусов, расположенными в конце спуска, а также на прямых участках
спуска через каждые 0,8-1,0 км с правой стороны по ходу автомобиля.
18
3.6 Особенности движения автомобиля на кривых. Вираж.
Нормирование поперечных уклонов виража
В действующих нормативных документах устройство виражей
предусмотрено на всех кривых в плане для дорог I категории при радиусах
менее 3000 м и на дорогах остальных категорий при радиусах менее 2001 м
(рис. 3).
Рис. 3. Схема виража
1 - отгон виража, переходная кривая; 2 - круговая кривая
Поперечные уклоны проезжей части на виражах следует назначать в
зависимости от радиусов кривых в плане (таблица 7).
Таблица 7. Поперечный уклон проезжей части на виражах
Основной, наиболее распространенный, ‰
Радиусы кривых в
плане, м
От 3000 до 1000 м
для дорог I
категории
От 2000 до 1000 м
для дорог II - V
категории
От 1000 до 800
от 800 до 700
от 700 до 650
от 650 до 600
от 600 до 500
от 500 до 450
от 450 до 400
от 400 и менее
на дорогах I-V
категорий
на подъездных дорогах
промышленных
предприятий
В районах с частыми
гололедами
20-30
-
20-30
20-30
-
20-30
30-40
30-40
40-50
50-60
60
60
60
60
20
20
20
20-30
30-40
40-60
60
30-40
30-40
40
40
40
40
40
40
19
Примечание. Меньшие значения поперечных уклонов на виражах
соответствуют большим радиусам кривых, а большие значения меньшим
радиусам.
Уклон виража назначают не менее поперечного уклона покрытия на
участках с двускатным профилем и не более 60‰ в соответствии с
таблицей 7. В районах с незначительной длительностью снежного покрова и
единичными случаями снежного гололеда наибольший уклон проезжей части
на виражах допускается принимать до 100‰.
Когда две соседние кривые, обращенные в одну сторону, расположены
близко друг к другу и прямая вставка между ними незначительна,
односкатный профиль устраивают и на прямой вставке между ними, но
предпочтительнее увеличение радиуса с целью исключения прямой вставки и
создания лучших условий для движения.
На горных дорогах при расположении кривой у обрыва на участках
виражей предусматривают ограждения.
3.7 Отгон виража. Уширение проезжей части на вираже
Отгон виража – постепенный переход от двухскатного поперечного
профиля автомобильной дороги к односкатному поперечному профилю,
осуществляется он на элементе закругления – переходной кривой (L), зависит
от радиуса круговой кривой, определяется по таблице 14 (см. раздел 4.4.
«Закругления планы трассы, область их применения».
Рис. 4. Схема отгона виража:
I-IV - поперечные профили на участке отгона виража;
1 - ось дороги; 2 - внешняя бровка; 3 - внешняя кромка; 4 - внутренняя
кромка; 5 - внутренняя бровка
20
На дорогах всех категорий отгон виража при смежных кривых
осуществляется по двум схемам.
Схема 1. Две смежные кривые в плане обращены в разные стороны,
прямая вставка между ними 60 м и менее или отсутствует. В этом случае
отгон виража выполняется от середины прямой вставки (стыка двух
переходных кривых), г де поперечный уклон проезжей части, обочин и
земляного полотна принимается равным нулю. Расчетный уклон внутренней
обочины принимается на расстоянии 20 м от середины прямой (стыка
кривых). Отгон уширения осуществляется от начала переходной кривой. На
прямой вставке уширение проезжей части не производится.
Схема 2. Две смежные кривые в плане обращены в одну сторону, прямая
вставка между ними 100 м и менее или отсутствует. В этом случае
односкатный поперечный профиль следует принимать непрерывным на
протяжении двух кривых и прямой вставки. Поперечный уклон на прямой
вставке (стыке двух переходных кривых) равен уклону проезжей части на
прямом участке. Отгон уширения производится прямо пропорционально
переходной кривой. На прямой вставке уширение не устраивается.
Виражи на многополосных дорогах I категории, как правило,
проектируют раздельно для проезжих частей раздельных направлений с
необходимым изменением поперечных уклонов разделительных полос.
Поперечные уклоны обочин на виражах принимают одинаковыми с
уклонами проезжей части. Переход от нормального уклона обочин при
двускатном профиле к уклону проезжей части осуществляют на протяжении
10 м до начала отгона виража.
3.8 Нормирование радиусов кривых в плане. Расчетная
видимость. Определение границ видимости на кривых
Дополнительный продольный уклон для дорог I и II категории
принимается не более 5 ‰, для других категорий дорог – 10 ‰ на равнинной
пересеченной местности; не более 20‰ - в горных условиях. Общий уклон по
внешней кромке проезжей части виража не должен превышать допустимого
для принятой категории дороги (табл. 5.3 СП 34.13330.2012). Уширение
проезжей части (табл.5.19 СП 34.13330.2012) производится при радиусе
1000м и менее. Ширина обочины во всех случаях должна быть не менее 1,5 м
на дорогах I и II категории и не менее 1,0 м - на дорогах других категорий.
При недостаточной ширине обочин для размещения уширения проезжей
части на кривой предусматривается соответствующее уширение земляного
полотна. Уширение проезжей части на дорогах I категории выполняется за
счет обочин, а на остальных категориях дорог только за счет внутренней
обочины. Уширение проезжей части принимается прямо пропорционально
длине переходной кривой так, чтобы к началу круговой кривой оно достигло
полной величины.
21
Целесообразность применения кривых с уширением проезжей части
более 2-3 м следует обосновывать в проекте путем сопоставления с
вариантами увеличения радиусов кривых в плане, при которых не требуется
таких больших уширений.
Величины полного уширения двухполосной проезжей части дорог на
закруглениях следует принимать по таблице 8.
Таблица 8 Величины полного уширения двухполосной проезжей части дорог
на закруглениях
Величина уширения, м, для автомобилей и автопоездов с
расстоянием от переднего бампера до задней оси автомобиля или
автопоезда, м
Радиусы кривых
в плане, м
автомобилей и
менее, автопоездов
13
15
18
- 11 и менее
1000
0,4
850
0,4
0,4
0,5
650
0,4
0,5
0,5
0,7
575
0,5
0,6
0,6
0,8
425
0,5
0,7
0,7
0,9
325
0,6
0,8
0,9
1,1
225
0,8
1,0
1,0
1,5
140
0,9
1,4
1,5
2,2
95
1,1
1,8
2,0
3,0
80
1,2
2,0
2,3
3,5
70
1,3
2,2
2,5
60
1,4
2,8
3,0
50
1,5
3,0
3,5
40
1,8
3,5
30
2,2
-
При недостаточной ширине обочин для размещения уширений проезжей
части с соблюдением этих условий следует предусматривать
соответствующее уширение земляного полотна. Уширение проезжей части
надлежит выполнять пропорционально расстоянию от начала переходной
кривой так, чтобы величины полного уширения были достигнуты к началу
круговой кривой.
Величину полного уширения проезжей части для дорог с четырьмя
полосами движения и более надлежит увеличивать соответственно числу
полос, а для однополосных дорог - уменьшать в 2 раза по сравнению с
нормами таблице 9.
В горной местности в виде исключения допускается размещать
уширения проезжей части на кривых в плане частично с внешней стороны
закругления.
Целесообразность применения кривых с уширениями проезжей части
более 2 – 3 м следует обосновывать в проекте сопоставлением с вариантами
увеличения радиусов кривых в плане, при которых не требуется устройства
таких уширений.
22
Для обеспечения безопасности движения водитель должен видеть перед
собой дорогу и окружающую обстановку на расстоянии, достаточном для
торможения автомобиля или объезда препятствия, находящегося на дороге.
Расчетные расстояния видимости приведены в табл. 5.3 СП 34.13330.2012
Условия видимости должны быть такие, чтобы при движении по кривой
водитель автомобиля А мог видеть поверхность дороги ил встречный
автомобиль в точке б, причем расстояние от А до Б по траектории движения
должно равняться установленному Сводом правил 34.13330.2012г. для
данной категории дороги. Луч зрения АБ является границей площади, внутри
которой на местности не должно быть никаких препятствий, мешающих
видимости.
.
Таблица 9 Расчетные расстояния видимости
Расчетная Наибольшие
скорость, продольные
км/ч
уклоны
150
120
100
80
60
50
40
30
30
40
50
60
70
80
90
100
Наименьшее расстояния
видимости, м
Наименьшие радиусы кривых, м
в плане
в продольном профиле
для
встречного
вогнутых
в горной
остановки автомобиля основные
выпуклых
в горной
местности
основные
местности
300
1200
1000
30 000
8000
4000
250
450
800
600
15 000
5000
2500
200
350
600
400
10 000
3000
1500
150
250
300
250
5000
2000
1000
85
170
150
125
2500
1500
600
75
130
100
100
15000
1200
400
55
110
60
60
1000
1000
300
45
90
30
30
600
600
200
Примечания : наименьшее расстояние видимости для остановки
должно обеспечивать видимость любых предметов, имеющих высоту 0,2 м и
более, находящихся на середине полосы движения, с высоты глаз водителя
автомобиля 1,2 м от поверхности проезжей части.
23
4. Трасса автодороги
4.1 План трассы
Положение геометрической оси автомобильной дороги на местности
называется трассой. Поскольку трасса при обходе препятствий, на подъемах
на холмы и спусках в понижения местности меняет свое направление в плане
и продольном профиле, она является пространственной линией.
Графическое изображение проекции трассы на горизонтальную
плоскость, выполненное в уменьшенном масштабе, называется планом
трассы.
Выбор направления трассы между заданными пунктами зависит от
категории дороги, геологопочвенных и гидрологических условий. Общее
направление трассы назначается согласно начальному и конечному пункту
(контрольные точки), а иногда и промежуточными пунктами. Проложение
трассы должно по возможности приближаться к воздушной линии.
Воздушная линия – прямая линия между двумя конечными пунктами.
Существуют несколько рельефов местности: равнинный, горный и
пересеченный. Трасса прокладывается с учетом рельефа, то есть, пересекая
водосливные линии и проходя по водоразделу (по осям хребтов)
Коэффициентом удлинения или извилистости трассы называется
отношение фактической длины трассы к воздушной линии.
Учитывая ситуацию местности, трасса прокладывается в обход
населенных пунктов, пашен, ценных угодий, лесных массивов и пересекая
автомобильные и железные дороги желательно под прямым углом.
4.2 Основные элементы плана трассы.
Изображение плана трассы на чертеже
План трассы составляют по данным «ведомости углов поворота, прямых
и кривых», а также по пикетажному журналу. Наносят на бумагу по румбам и
длинам сторон или же координатам вершины углов поворота (рис. 5). Перед
нанесением точек на бумаге строят сетку квадратов со стороной 100, 200 или
500 м. План вычерчивают в масштабе 1:10000 или 1:5000, а для горной
местности - 1:2000 на листах ватмана. Размеры рамки: высота 280 мм, длина
не более 800 мм. Трассу на чертеже рекомендуется располагать так, чтобы
север находился в верхней или же правой части листа. Трассу (прямые и
кривые участки) обозначают линией толщиной 0,6—0,8 мм; тангенсы —
тонкими пунктирными линиями 0,2—0,3 мм; углы — точкой в кружке
диаметром 2—3 мм; пикеты, начало и конец кривых — штрихами толщиной
0,2— 0,3 мм; километры - линиями длиной 10—15 мм, перпендикулярными
к трассе и заканчивающимися окружностью диаметром 5 мм, залитой
наполовину тушью. Справа от кружка выписывают номер километра.
Ситуационные знаки и надписи надписывают параллельно рамке. Надписи,
относящиеся к трассе, пишут вдоль трассы или перпендикулярно к ней.
24
Каждый пятый пикет подписывают цифрой 5 и полностью каждый десятый,
например 10, 20, 30 и т.д. Углы нумеруют, а элементы кривых выписывают у
самих кривых или же в отдельной таблице. Ситуацию трассы наносят на план
по данным пикетажного журнала условными знаками, принятыми для
топографических планов соответствующего масштаба.
На плане трассы показывают схему закрепления. Обычно закрепляют
начало и конец трассы, вершины углов поворота, места перехода рек,
оврагов, пересечения с автомобильными и железными дорогами. Начало и
конец трассы на местности закрепляют колом и привязывают минимум к
трем постоянным на местности предметам. Вершины углов закрепляют
типовыми деревянными столбами. Все закрепительные точки по трассе
сдают по акту главному инженеру дорожной организации.
25
Рис. 5. Плана трассы
26
4.3 Сочетание кривых в плане
Трасса дороги при проектировании получается в виде ломаной линии.
Точки перелома, которых являются вершинами углов поворота. Для плавного
движения в углы поворота вписывают кривые. Следовательно, трасса в плане
состоит из прямоугольных криволинейных участков.
Длину прямых в плане, следует, ограничивать согласно СП 34.13330 2012
Таблица 10 Расчетные расстояния видимости
Предельная длина в плане
Категория
дороги
Равнинный рельеф (м)
Пересеченный рельеф (м)
I.
II.-III.
IV.-V.
3500-5000
2000-3500
1500-2000
2000-3000
1500-2000
1500
Рекомендуемые радиусы в плане назначают с учетом категории дороги
согласно норм Свода Правил. Смотри пункт 5.3 , радиусы смежных кривых в
плане не должны, различаться более чем на 1.3 раза. При малых углах
поворота в плане рекомендуется применять следующие радиусы кривых.
Таблица 11 Расчетные расстояния видимости
Угол поворота
1
Наименьший Rм
30000 20000 10000 6000
2
3
4
5
6
7-8
5000
3000
2500
Не рекомендуется короткая прямая вставка между двумя смежными
кривыми в плане направленными в разные стороны менее 300 м и в одну
сторону при длине ее менее 100 м необходимо заменить обе кривые одной
большого радиуса.
4.4 Закругления планы трассы, область их применения
С целью обеспечения безопасности движения автомобилей с
расчетными скоростями радиусы кривых в плане необходимо назначать
возможно большими: от 3000 м и более для дорог I категории и от 2000 м и
более для дорог остальных категорий, но в сложных равнинных и
ситуационных условиях разрешается применять меньшие радиусы кривых
согласно СП 34.13330 2012 «Автомобильные дороги» таблица №5.3.
.
27
При традиционном проектировании плана автомобильных дорог
переломы трассы в плане смягчают, вписывая в углы поворота круговые
кривые (рис.6), либо круговые кривые, сопряженные с прямыми участками
трассы посредством вспомогательных переходных кривых (рис. 7). При этом
непосредственно круговое закругление в плане без переходных кривых
допускается при R>3000 м для дорог I категории и при R > 2000 м - для дорог
остальных категорий. Минимально допустимые значения радиусов кривых в
плане нормируются СП 34.13330 2012 (смотри таб. №5.3)
Рис. 6. Круговая кривая:
А - точка начала кривой (НК); В - вершина угла; С - точка конца кривой (КК)
Рис. 7. Круговая кривая с вспомогательными переходными кривыми.
28
При проектировании плана автомобильных дорог согласно требованию
СНиП рекомендуется устраивать кривые с радиусами, как правило, не менее
3000 м, что обеспечивает безопасные условия движения автомобилей с
расчетными скоростями. Основные элементы таких наиболее простых типов
закруглений (рис. 7):
К - длина кривой;
Т - тангенс кривой;
Б - биссектриса кривой;
R - радиус круговой кривой;
α - угол поворота.
Между длиной трассы по тангенсам и по кривой существует следующая
связь:
Д=2Т-К, где
Д - домер.
Данные элементы можно определить по специальной таблице.(№12)
Таблица 12 Элементы круговых кривых при R = 1000 м
Угол
Домер
Угол
Тангенс Кривая
Биссек
Тангенс Кривая
поворо
Д=2Тповорота
Т
К
триса Б
Т
К
та гр.
К
гр.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0
8.727
17.455
26.186
34.921
43.661
52.408
61.163
69.927
78.702
87.489
96.829
105.104
113.936
122.785
131.653
140.541
149:451
158.384
167.343
176.327
0
17.454
31.907
52.360
69.813
87.226
104.72
122.173
139.626
157.080
174.533
191.986
209.440
226.893
244,346
261.799
279.253
296.706
314.159
331.613
349.066
0
0
0.003
0.012
0.029
0.056
0.096
0.153
0.228
0.324
0.445
0.592
0.768
0.979
1.224
1.505
1.829
2.196
2.609
3.073
3.588
0
0.038
0.152
0.43
0.610
0.953
1.372
1.869
2.442
3.092
3.820
4.625
5.508
6.470
7.510
8.629
9.828
11.106
12.465
13.905
15.427
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
424.475
434.812
445.229
455.726
466.308
476.975
487.733
498.582
509.525
520.567
531.710
542.956
554.309
565.773
577.350
589.045
600.861
612.801
624.869
637.070
649.408
802.851
820.305
837.758
855.211
872.665
890.118
907.571
925.025
942.478
959.931
977,384
994.838
1012.291
1029.744
1047.198
1064.651
1082.104
1099.557
1117.011
1134.464
1151.917
Домер Биссек
Д-2Т- триса
к
Б
46.097
49.319
51.700
56.241
59:951
63.832
67.895
72.139
76.572
81.203
86.036
91.074
96.327
101.202
107.502
113.439
119.618
126:045
132.727
139.676
146.899
68.360
90.441
64.636
98.948
103.378
107.929
112.602
117.400
122.326
127.382
132.570
137.893
143.354
148.956
154.700
160.592
166.633
172.827
179.178
185.689
192.363
29
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
185.339
194.380
203.452
212.557
221.695
230.868
240.079
249.328
258.618
267.949
277.325
286.745
296.213
305.731
315.299
324.920
334.595
344.327
354.119
363.970
373.885
383.864
393.910
404.026
414.214
366.519
383.972
401.426
418.879
436.332
453.786
471.239
488.692
506.145
523.599
541.052
558.505
575.959
593.412
610.865
628.319
645.772
663.225
680.678
698.132
715.585
733.038
750.492
767.945
785.398
4.159
4.788
5.478
6.235
7.038
7.950
8919
9.964
11.091
12.299
13.598
14.985
16.469
18.050
19.733
21.521
23.418
25.429
27.560
29.808
32.185
34.690
37.328
40.107
43.030
17.030
18.717
20.487
22.341
24.280
26.304
38.415
30.614
32.900
35.276
37.742
40.400
42.949
45.692
48.529
51.462
54.492
57.621
60.849
64.178
67.609
71.145
74.186
78.535
82.392
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
661.886
674.508
687.281
700.208
713.293
726.543
739.961
753.554
767.327
781.286
795.436
809.784
824.336
839.100
854.081
869.287
884.725
900.404
916.331
932.515
948.969
965.689
982.697
1000.00
0
1169.371
1186.824
1204.277
1221.731
1239.184
1256.637
1274.090
1291.544
1308.997
1326.450
1343.904
1361.357
1378.810
1396.263
1413.717
1431.170
1448.623
1446.077
1483.530
1500.983
1518.437
1535.90
1553.343
1570.796
154.401
162.192
170.285
178.685
187.402
196.449
205.832
215.564
225.657
236.122
246.968
258.211
269.862
281.937
294.445
370.404
320.827
334.731
349.132
364.047
379.493
395.488
412.051
428.204
199.204
206.217
213.406
220.774
228.326
236.068
255.002
252.136
260.472
269.018
277.778
286.759
295.967
305.407
315.087
325.013
335.192
345.632
356.341
367.327
378.598
390.163
402.032
414.214
Основные элементы закруглений в плане с радиусами круговых кривых,
требующими сопряжения с прямыми участками трассы посредством
вспомогательных переходных кривых, представлены на рис. 7. При
устройстве переходных вспомогательных кривых сокращается длина
основной круговой кривой, при этом ее центральный угол α0 будет меньше
на величину 2φ:
φ- угол между касательной в конце переходной кривой и тангенсом;
L - длина переходной кривой;
R - радиус круговой кривой.
Таким образом, для разбивки круговой кривой со вспомогательными
переходными необходимо условие а≥2 φ.
При применении переходных кривых происходит сдвижка кривой в
сторону ее центра на величину p:
p=y0-R(1 -cosφ);
общая длина тангенса T при этом составит:
Т=Т1 +t, где
30
x0, y0- координаты точки конца переходной кривой;
t - смещение начала закруглений после вписывания переходных кривых:
t = х0 – R*sinφ.
Биссектриса закругления
.
Общая длина кривой
К0 - длина круговой вставки.
Элементы переходных кривых назначают в зависимости от R кривой и
могут определяться по таблице.
Таблица 14 Элементы переходных кривых
Радиус
круговой
кривой R, м
Длина
переходной
кривой L, и
30
50
60
80
100
150
200
250
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
30
35
40
45
50
60
70
80
90
100
110
120
420
120
120
120
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Величина
атт=2 φ
570
400
380
320
280
220
200
180
170
140
120
110
90
80
70
60
50
40
40
40
30
30
30
30
30
20
18’
06’
12’
14’
39’
55’
03’
20’
11’
19’
36’
28’
50’
36’
38’
52’
12’
46’
24’
06’
49’
35’
22’
11’
01’
52’
Добавочный тангенс Сдвижка круговой
1, сдвижка начала кривой (по оси У),
кривой (по оси X), м
м
14,86
17,43
19,93
22,45
24,95
29,96
34,97
39,97
44,97
49,97
54,98
59,98
59,98
59,99
59,99
59,99
50,00
50,00
50,00
50,00
50,00
50,00
50,00
50,00
50,00
50,00
1,24
1,02
1,11
1,07
1,08
1,01
1,02
1,07
1,12
1,04
1,01
1,00
0,86
0,75
0,66
0,60
0,38
0,35
0,32
0,30
0,28
0,26
0,25
0,24
0,22
0,21
31
При больших радиусах круговых кривых минимально необходимая
длина переходной кривой невелика, а ее траектория незначительно
отличается от прямой. Именно по этой причине СП разрешает устраивать
закругления без переходных кривых при радиусах более 3000 м на дорогах I
категории и более 2000 м - для дорог остальных категорий. При меньших
значениях радиусов переходные кривые являются обязательным элементом
закруглений и минимальные длины их нормируются Свод Правил.
При современном клотоидном трассировании переходные кривые
используют наряду с прямыми и круговыми кривыми в качестве
самостоятельных элементов трассы, при этом длины их оказываются
значительно больше, чем это требуется. Наибольшее распространение для
проектирования основных элементов плана автомобильных дорог получили
переходные кривые типа клотоиды, которые характеризуются линейным
законом нарастания кривизны по длине и наилучшим образом отвечают
условию движения автомобилей с постоянными (расчетными) скоростями
(рис. 8).
Рис. 8. Клотоида
Уравнение клотоиды в параметрическом виде имеет вид:
А2 = RL, где
А - параметр клотоиды, м;
R - радиус кривизны на расстоянии L от начала клотоиды, м.
Координаты клотоиды в прямоугольной системе координат определяются:
Возможны несколько способов вписывания клотоидных кривых в
закругление:
32
Рис. 9. Биклотоида, симметричная при А1=А2 несимметричная при А1 А2
Рис. 10. Биклотоида с круговой вставкой, симметричная при А1=А2
несимметричная при А1 А2
Рис. 11. Коробовая (составная) клотоида
Рис. 12. Комбинированное закругление
33
При проектировании автомобильных дорог в горной местности с целью
смягчения больших продольных уклонов на затяжных участках крутых
склонов в некоторых случаях приходится существенно развивать трассу,
представляя ее зигзагообразной линией с острыми внутренними углами
поворотов. Вписывание кривых внутрь образовавшихся острых углов не дает
желаемого результата, поскольку при этом не обеспечивается должное
развитие трассы в связи с тем, что длины кривых оказываются несоизмеримо
меньшими суммы тангенсов. В таких случаях предусматривают сложные
закругления с внешней стороны угла, называемые серпантинами.
Серпантина представляется основной кривой К, огибающей с внешней
стороны центральный угол у двумя вспомогательными (как правило
обратными) кривыми К0 и вставками между основной кривой и
вспомогательными т, необходимыми для размещения переходных кривых
(если таковые нужны), отгонов виражей и отвода уширений проезжей части
(рис. 13).
Рис. 13. Серпантины:
симметричные первого рода
несимметричные первого рода
34
Для устройства серпантин выбирают наиболее пологие, устойчивые
участки местности. Проектирование серпантин заключается в назначении
таких значений ее элементов, при которых обеспечивается размещение на
местности земляного полотна со всеми его элементами с обеспечением по
возможности минимальных объемов строительных работ. Очертание
серпантины обязательно приспосабливают к рельефу местности, стремясь
назначать возможно больший радиус основной кривой. Поэтому иногда
устраивают серпантины не только с вспомогательными кривыми с
выпуклостью вовнутрь закругления (рис. 13, а) - серпантины первого рода,
но и с выпуклостью в одну сторону (рис. 13, б) - серпантины второго рода.
При расчетах элементов серпантин задаются радиусами основной R и
вспомогательных кривых г, длиной вставки га и в результате находят углы
вспомогательных кривых Д тангенс вспомогательной кривой Т и полную длину
серпантины S.
Углы вспомогательных кривых:
Тангенс вспомогательной кривой
Длина основной кривой К и вспомогательной кривой К0:
Полная длина серпантины:
Серпантины характеризуются применением кривых минимальных
радиусов, большими углами поворота трассы и сильным ее удлинением, что
предопределяет снижение скоростей, безопасности движения и увеличение
перепробегов автомобилей. Поэтому, как правило, более предпочтительным
вариантом трассы является вариант, имеющий возможно меньшее число
серпантин. Серпантины можно устраивать только на автомобильных дорогах
II-V категорий. Расстояние между концом вспомогательной кривой одной
серпантины и началом вспомогательной кривой другой серпантины
принимают не менее 400 м для дорог II и III категорий, 300 м для дорог IV
категории и 200 м для дорог V категории.
Параметры геометрических элементов серпантин нормируются СП
34.13330 2012
На практике иногда применяют так называемые "полусерпантины", у
которых с одной стороны центрального угла отсутствует вспомогательная
кривая (рис. 14, а), а также так называемые "петли", представляющие собой
кривые малого радиуса (15-30 м), сопрягающие подходные, почти
параллельные участки трассы (см. рис. 14, б).
35
а)
б)
Рис. 14. Схема "полусерпантины" (а) и "петли" (б):
НК, КК - начало и конец кривой
"Полусерпантины" и "петли" не следует применять при трассировании
перевальных участков автомобильных дорог, ибо на участках перехода от
прямой к кривой малого радиуса при больших продольных уклонах
возникает при движении транспорта аварийная ситуация.
5. Продольный профиль автомобильной дороги.
5.1 Основные элементы продольного профиля
Продольный профиль является одним из основных проектных
документов, характеризующих дорогу и положение безотносительно
поверхности земли. Его оформляют в строгом соответствии с принятыми
стандартами.
Шапка продольного профиля имеет вид:
Продольный профиль автомобильных дорог в равнинной местности
составляют в масштабах 1 : 5000 (50 м в 1 см) и 1 : 500, 5 м в 1 см), а в горной
местности 1 : 2000 (20 м в 1 см) и 1 : 200 (2 м в 1 см). При нанесении
грунтового разреза вертикальный масштаб принимают 1 : 50 (50 см в 1 см)
Профиль - это изображение вертикального разреза дороги по правой
бровке земляного полотна
На продольный профиль наносят:
- линию поверхности земли от оси дороги по отметкам, полученным в
результате геодезических изысканий или интерполированием по
топографической карте. Полученная линия является основой для нанесения
проектной линии;
36
- грунтовый разрез;
- проектную линию, отметки которой (проектные отметки)
соответствуют бровке земляного полотна.
Рабочие отметки - это разность между проектными отметками по
бровке земполотна и отметками земли по оси дороги. Они определяют
высоту насыпи и глубину выемки.
Техника вычисления продольного уклона, проектных и рабочих отметок
показана на рассматриваемом ниже примере.
Для смягчения переломов продольного профиля и обеспечения
безопасности движения автомобилей с расчетными скоростями служат
вертикальные кривые. Минимальный радиус выпуклой вертикальной кривой
определяют из условия обеспечения видимости поверхности дороги;
минимальный радиус вогнутой кривой определяют из условия допустимой
перегрузки, чтобы центробежное ускорение не превышало 0,5 - 0,7 м/с2.
Рекомендуемая рабочая отметка - это минимальная высота насыпи,
обеспечивающая прочность, устойчивость дороги и оптимальные условия
для последующей ее эксплуатации. Рекомендуемую высоту насыпи
устанавливают исходя из почвенно-грунтовых и гидрогеологических
условий, условий снегонезаносимости дороги.
Контрольные точки (отметки) - это такие высотные точки, в которых
положение бровки земляного полотна фиксировано. Например, отметки:
- головок рельсов железных дорог, пересекаемых в одном уровне;
- оси пересекаемых в одном уровне автомобильных дорог более
высокой категории;
- бровок насыпей над трубами и др.
Рассмотрим пример:
Исходные данные: продольный профиль поверхности земли по оси
дороги III категории от ПК 0 до ПК 20.
Рекомендуемая рабочая отметка насыпи Hр - 1,10 м. Отметки
контрольных точек: бровки насыпи над трубой d = 1,5 м (ПК 4+20) - Н min 146,50; оси проезжей части по мосту (ПК 16+50) - 144,00 м; отметка (ПК
20+00) - Н = 144,00; максимальный продольный уклон для дороги III
технической категории i max = 50 ‰.
Решение:
На пикете 0 проектная отметка равна отметке земли по оси дороги плюс
рекомендуемая рабочая отметка:
Нп.м.с. 160 + 1,10= 161,10м
1-й участок ПК 0 - ПК 6+00
уклон проектной линии равен:
167,10 - 161,10
i1= = 0,010= 10 ‰
600
37
2-й участок ПК 6+00 - ПК 12+00
157,50 - 167,10
i2 =  = 0,016 = - 16 ‰
600
3-й участок ПК 12+00 - ПК 16+50
144,00 - 157,50
i3 = = - 0,030 = - 30 ‰
450
4-й участок ПК 16+50 - ПК 20+00
144,00 - 144,00
i4 =  = 0 = 0 ‰
350
i4 = 0 ‰
В строке "Уклоны и вертикальные кривые" сетки продольного профиля
фиксируем значения. Вычисленные отметки вносим в строку "Проектные
отметки".
Вычисляем отметки пикетов и плюсовых точек на каждом участке.
Расстояние между ПК 0 и ПК 1 равно 100 м; при уклоне i1 = 10 ‰
превышение составит h1+00 = i1 х l1 = 0,010 х 100 = 1,0 м.
Отметка ПК 1+00 равна: Н1 = 161,10 + 1,0= 162,10м
Аналогично определяются отметки остальных точек 1-го участка, кроме
плюсовых точек, так как до них разное расстояние.
Отметка ПК 2+50 определяется следующим образом: превышение
составит h2+50 = i2 * l2 = 0,010 х 50 = 0,50 м
Н2,50 = Н2+оо + H2+50 = 163,10 + 0,50 = 163,60 м
2-й участок:
Расстояние между ПК 6+00 до ПК 7+00 равно 100м, при уклоне i = -16 ‰
превышение составит
h7+00 = i2 х l = - 0,016 х 100 = - 1,6 м
отметка ПК 7+00 равна Н 7+00 = 167,10 - 1,6 = 165,50 м
Аналогично определяются отметки остальных точек.
Вычисленные отметки вносим в строку "11" и вычисляем рабочие
отметки, которые записываем на 0,5 см выше проектной линии на участках
насыпей и ниже - на участках выемок.
Затем определяем местоположение точек нулевых работ (точек перехода
из насыпи в выемку и наоборот). Обозначив расстояние от ПК 2 до нулевой
точки через X (рис. 15), из подобия треугольников имеем:
h лев
0,15
Хлев = X l; Хлев. =X 50 = 7 м
h лев + h прав
0,15 + 1,1
38
Рис. 15 Определение местоположения точек нулевых работ
На продольном профиле точку нулевых работ сносят пунктиром до
сетки и в конце указывают расстояние до ближайших пикетов.
6. Поперечный профиль автомобильной дороги.
6.1 Основные элементы поперечного профиля
Поперечный профиль дороги представляет собой графическое
изображение в масштабе 1 : 100 ... 1 : 200 поперечного сечения дороги в
вертикальной плоскости (рис. 16). Поперечные профили различны для
разных мест дороги, но при одном и том же типе дорог и характере
земляного полотна они могут быть одинаковыми, типовыми для данного
вида и класса дорог.
Рис. 16 Поперечный профиль дороги
1 — дорожная одежда
2 — земляное полотно
3 — кювет
4 — резерв
Основными формами земляного полотна являются: насыпь (а) —
земляное сооружение для поднятия верхнего строения пути над уровнем
земли, и выемка (б) — понижение дороги по отношению к уровню земли.
Имеются профили для устройства дорог на косогорах с полунасыпямиполувыемками (г), профили в нулевых отметках (в). Основные элементы
поперечного профиля видны на рис. 17 (д). Для стока дождевой и талой воды
поперечный профиль дороги должен быть выпуклым. Величина откоса
насыпи, выемки или канавы характеризуется отношением высоты h к
заложению т (а), зависит от грунтовых условий и регламентируется
техническими условиями проектирования.
39
Рис. 17 Поперечные профили автомобильных дорог
а — в насыпи
б — в выемке
в — нулевых отметках
г — полунасыпь-полувыемка
д — основные элементы поперечного профиля:
1 — обочина
2 — проезжая часть
6.2 Основные параметры поперечного профиля дорог
- Основные параметры поперечного профиля проезжей части и
земляного полотна автомобильных дорог в зависимости от их категории
следует принимать по табл.5.12 СП 34.13330.2012.
- На участках автомобильных дорог I-a, I-б, I-в и II категорий, где
интенсивность движения за первые пять лет эксплуатации дорог достигает
50% и более расчетной перспективной, в местах, определяемых и
обосновываемых проектом, а также в местах пересечений, примыканий и
съездов с дорог I-a, I-б, I-в и II категорий (на которых не предусматривается
40
устройство переходно-скоростных полос) на обочинах на расстоянии не
менее 100 м в обе стороны следует предусматривать устройство
остановочных полос шириной 2,5 м согласно п. 7.31.
Таблица 15 Параметры элементов дорог в зависимости от их категории
Параметры элементов
дорог
Число полос движения
Ширина полосы движения, м
Ширина проезжей части, м
Ширина обочин, м
Наименьшая ширина
укрепленной полосы обочины, м
Наименьшая ширина
разделительной полосы между
разными направлениями
движения, м
Наименьшая ширина
укрепленной полосы на
разделительной полосе, м
Ширина земляного полотна, м
Категории дорог
I-а
4;6;8
3,75
2х7,5;
2х11,25
2х15
3,75
0,75
I-б
4;6;8
3,75
2х7,5;
2х11,25
2х15
3,75
0,75
II
2
3,75
7,5
III
2
3,5
7
IV
2
3
6
V
1
4,5
3,75
0,75
2,5
0,5
2
0,5
1,75
-
6
5
-
-
-
-
1
1
-
-
-
-
28,5;
36;
43,5
27,5;
35;
42,5
15
12
10
8
Покрытия на обочинах и укрепленных полосах разделительных полос
должны отличаться по цвету и внешнему виду от покрытий проезжей части
или отделяться разметкой. Обочины по своей прочности должны допускать
выезд на них транспортных средств.
- Число полос движения на дорогах I категории следует устанавливать в
зависимости от интенсивности движения и рельефа местности по табл. 5.13
СП 34.13330.2012
41
Таблица 16 Число полос движения на дорогах I категории
Интенсивность движения,
Число полос
Рельеф местности
прив. ед/сут
движения
Равнинный и
Св. 14000 до 40000
4
пересеченный
«40000 « 80000
6
«80000
8
Горный
Св. 14000 до 34000
4
«4000 « 70000
6
«70000
8
Строительство дорог с многополосной проезжей частью надлежит
обосновывать сопоставлением с вариантами сооружения дорог по
раздельным направлениям.
Проезжую часть следует предусматривать с двускатным поперечным
профилем на прямолинейных участках дорог всех категорий и, как правило,
на кривых в плане радиусом 3000 м и более для дорог I категории и радиусом
2000 м и более для дорог других категорий.
На кривых в плане меньшим радиусом следует предусматривать
устройство проезжей части с односкатным поперечным профилем (виражей)
исходя из условий обеспечения безопасности движения автомобилей с
наибольшими скоростями при данных радиусах кривых.
- Поперечные уклоны проезжей части (кроме участков кривых в плане,
на которых предусматривается устройство виражей) следует назначать в
зависимости от числа полос движения и климатических условий по таб. 5.16
СП 34.13330.2012
Таблица 17 Зависимости поперечных уклонов проезжей части от числа полос
движения и климатических условий
Поперечный уклон, ‰
Категория дороги
Дорожно-климатические зоны
I
II, III
IV
V
I-а и I-б:
а) при двускатном поперечном
15
20
25
15
профиле каждой проезжей части
б) при односкатном профиле:
первая и вторая полосы от
15
20
20
15
разделительной полосы
третья и последующие полосы
20
25
25
20
II - IV
15
20
20
15
Примечание: На гравийных и щебеночных покрытиях поперечный уклон
принимают 25-30 ‰, а на покрытиях из грунтов, укрепленных местными
материалами, и на мостовых из колотого и булыжного камня - 30-40 ‰.
42
Поперечные уклоны обочин при двускатном поперечном профиле
следует принимать на 10 - 30‰ больше поперечных уклонов проезжей части.
В зависимости от климатических условий и типа укрепления обочин
допускаются следующие величины поперечных уклонов, ‰:
30 - 40 - при укреплении с применением вяжущих;
40 - 60 - при укреплении гравием, щебнем, шлаком или замощении
каменными материалами и бетонными плитами;
50 - 60 - при укреплении дернованием или засевом трав.
Для районов с небольшой продолжительностью снегового покрова и
отсутствием гололеда для обочин, укрепленных дернованием, может быть
допущен уклон 50 - 80 ‰.
При устройстве земляного полотна из крупно- и среднезернистых
песков, а также из тяжелых суглинистых грунтов и глин уклон обочин,
укрепленных засевом трав, допускается принимать равным 40 ‰.
43
7. Литература
1). Свод Правил СП 34.13330 2012 Москва дата введения 2013-07-01
2). Митин Н.А. Таблицы для разбивки горизонтальных и вертикальных
кривых на а/д, М, Недра, 2011
3). Федотов Г.А. Поспелов П.И. Изыскания и проектирования а/д, М,
Высшая школа, 2010г.
4). Подольский
В.П. Технология и организация
строительства
автомобильных дорог. Земляное полотно: учеб. пособие, воронеж. гос.
архит.-строит. ун-т, Моск. автомоб.-дор. ин-т; Воронеж: Изд-во Воронеж
гос. ун-та, 2011г.
5). Иванова Л.Е. Таблицы – приложения для выполнения КП по дисциплине
«Изыскания и проектирование а/д и аэродромов», Смоленск, 2011г.
6). Иванова Л.Е. Методическое пособие по проектированию продольного
профиля и земляных работ, Смоленск, 2010г.
44