Прочность дорожных одежд

        Наиболее неблагоприятен  для движения зимний период, когда  трудные или очень трудные  условия могут сложиться под  влиянием семи метеорологических  элементов - метели, гололеда, снегопада,  тумана, ветра, низкой температуры  и высокой относительной влажности  воздуха - и их сочетаний. Весной  и осенью такие условия могут  быть под влиянием шести метеорологических  элементов - гололеда, дождя, тумана, ветра, отрицательной температуры  и высокой влажности воздуха.  Летом лишь четыре метеоэлемента могут создать трудные и очень трудные условия движения - дождь, туман, ветер, высокая температура воздуха.

       Число дней в году с неблагоприятными для  движения метеорологическими условиями  колеблется по территории страны от 170 до 260.

       Автомагистрали предназначены  для непрерывного пропуска интенсивных  транспортных потоков с высокими скоростями и безопасностью движения в любое время года. Поэтому  их параметры и характеристики должны быть назначены и обоснованы исходя из условий обеспечения удобных  и безопасных условий движения прежде всего в зимний и осенне-весенние периоды с учетом вероятности появления, длительности и интенсивности метеорологических явлений, характеризующих климат района проложения дороги.

       При проектировании дорог для предотвращения или  ослабления влияния погодно-климатических  факторов на условия движения имеются  два принципиальных подхода. Первый заключается в выборе таких геометрических параметров плана, продольного и поперечного профилей, транспортно-эксплуатационных характеристик, конструктивных и организационных решений по защите поверхности дороги и транспортного потока от воздействия погодно-климатических факторов, которые обеспечивают требуемый уровень удобства и безопасности движения в любое время года и в любых условиях погоды и снижают затраты на содержание дороги. Этот подход - основной, наиболее эффективный. Второй подход заключается в значительном увеличении мощности службы содержания дороги до уровня, обеспечивающего условия движения, идентичные условиям движения при отсутствии неблагоприятных метеорологических факторов. В большинстве случаев этот путь оказывается экономически нецелесообразным.

        Проект автомобильной  магистрали должен включать в  себя комплекс проектных решений  и мероприятий, позволяющих сохранить  принятый уровень обеспеченности  расчетной скорости в неблагоприятных  метеорологических условиях. В состав  этих решений и мероприятий  входят:

       - проложение трассы на каждом участке местности с учетом возможного неблагоприятного воздействия метеорологических факторов;

       - выбор и назначение параметров продольного и поперечного профилей, краевых полос, укрепленных обочин, а также размеров и форм разделительной полосы;

       - выбор руководящих рабочих отметок и очертаний земляного полотна;

       - выбор конструкции дорожной одежды и назначение параметров шероховатости и сцепных качеств покрытия проезжей части, краевых полос и обочин;

        - проектирование снегозащитных и ветрозащитных насаждений и сооружений, мест размещения баз по хранению противогололедных материалов;

       - расчет и обоснование структуры и мощности службы содержания дороги и оснащения ее дорожной техникой исходя из годовых и сезонных объемов работ по содержанию дороги в данных климатических условиях;

       - выбор и обоснование схем организации и режимов движения в различные периоды года, схем разметки и расстановки знаков по сезонам года, мест установки знаков со сменной информацией.

       Выбор и обоснование проектных решений  и мероприятий, обеспечивающих удобство и безопасность движения в течение  всего срока эксплуатации дороги, и в том числе при неблагоприятных  погодно-климатических условиях, рекомендуется  выполнять на основе принципиально  нового показателя - уровня обеспеченности расчетной скорости движения.

        Чтобы запроектировать автомагистраль, гарантирующую принятый уровень обеспеченности расчетной скорости в любое время года, необходимо на стадии проектирования оценить влияние каждого элемента и параметра дороги и каждого метеорологического явления, а также их совместное влияние на скорость движения и выбрать такие параметры дороги, такие технические решения и мероприятия, которые обеспечивают заданную скорость и безопасность движения в процессе эксплуатации дороги в реальных погодно-климатических условиях.

       Наиболее  удобное и безопасное движение наблюдается  в эталонных условиях. Любое ухудшение  условий движения по сравнению с  эталонными ведет к снижению скорости движения, которая может быть ограничена динамическими возможностями автомобиля или требованиями безопасности движения.

       Наибольшее  влияние на состояние дороги и  условия движения оказывают гололед, метель, осадки в виде дождя и  снега, туман и ветер. В такой  же последовательности необходима и  разработка мероприятий по нейтрализации  этих явлений.

       Для этого на основе климатических характеристик  ближайшей метеостанции необходимо определить число дней в году с  различной обеспеченностью расчетной  скорости под влиянием отдельных  метеорологических явлений.

       Гололед относят к особо опасным явлениям, поскольку коэффициент сцепления  при этом всегда меньше 0,2. Гладкие  покрытия, для которых коэффициент  сцепления в сухом состоянии  составляет 0,5 - 0,6, уже при образовании  связной пленки воды имеют коэффициент  сцепления менее 0,4, т.е. для таких  покрытий влажность воздуха 90 - 100 % опасна, дождь интенсивностью 0,2 мм/мин очень  опасен.

       Для шероховатого покрытия опасен дождь  интенсивностью 0,3 мм/мин и выше, при котором образуется слой воды толщиной 4 мм и коэффициент сцепления  снижается до 0,4. Поэтому при назначении поперечного уклона проезжей части, уклона виража и параметров шероховатости  покрытия для автомагистралей необходимо исходить из толщины слоя воды на покрытии не более 4 мм.

       Особенно  трудные условия движения наблюдаются  во время метелей, когда любое  препятствие на поверхности или  около дороги может привести к  образованию снежных отложений  на дороге. Известно, что особенно много  снега переносится при скорости ветра более 9 м/с.

       Поэтому метели при скорости ветра до 9 м/с  можно отнести к опасным для  движения, а метели при скорости ветра более 9 м/с - к очень опасным для движения.

       Для борьбы с гололедом  в проектах дорог нужно предусматривать  устройство баз хранения противогололедных материалов. В зависимости от интенсивности движения расстояние между базами должно приниматься от 20 до 50 км.

       На  опасных участках через каждые 50 - 100 м должны быть созданы места  хранения абразивных материалов, защищенные от снега, намокания и замерзания.

       Предусматривать устройства теплоэлектрообогрева проезжей части на наиболее опасных участках (мосты, путепроводы, пересечения в разных уровнях, зоны автобусных остановок и др.).

       На  участках автомагистрали, где по данным метеорологических справочников или  наблюдений ожидается повышенное число  случаев гололеда, целесообразно  предусматривать автоматические световые табло, предупреждающие водителей  о гололеде.

        Особенно большое  значение имеет предупреждение  водителей о реальных условиях  движения и рекомендуемых режимах.  Для информации водителей необходимо  предусматривать в проекте систему  временных дорожных знаков и  табло со сменной информацией,  предупреждающих о неблагоприятных  метеорологических условиях, а также  системы автоматизированного управления  движением. В проектах дорог  целесообразно предусматривать  посты наблюдения за метеорологическими  условиями, обслуживаемые дорожными  организациями. 
 
 
 
 

       3 Повышение сцепных  качеств дорожных  покрытий 

       Хорошее сцепление шины колеса автомобиля с  дорожным покрытием - это основополагающая предпосылка для безопасного движения. Сцепление влияет как на управляемость автомобиля, так и на величину тормозного пути. Характеристикой сцепления является коэффициент сцепления, который изменяется в пределах от 0 до 1. Если коэффициент сцепления снижается, например,  с 0,5 до 0,3, то тормозной путь автомобиля, движущегося со скоростью 80 км/ч, увеличивается с 73 до 106 м. При этом предполагается, что время реакции водителя постоянно и составляет 1 с.                     

       Наиболее  типичной величиной коэффициента сцепления  для дорожного покрытия является 0,7-1,0 - для сухого асфальтобетонного покрытия, 0,4-0,7 - для мокрого асфальтобетонного покрытия и 0,1-0,4- при заснеженном или обледенелом асфальтобетонном покрытии.

       На  сухом покрытии величина коэффициента сцепления практически не зависит от скорости движения автомобиля. На влажных покрытиях величина коэффициента сцепления уменьшается с увеличением скорости. Характер взаимосвязи между скоростью движения и величиной коэффициента сцепления показан на рисунке.

       Исследования  показывают, что водитель автомобиля недостаточно согласовывает скорость движения с возможностью величины риска  попасть в ДТП на влажном покрытии, которое существенно выше, и на сухом покрытии. Если степень риска  попасть в ДТП с человеческими  жертвами на сухом покрытии принять  за 1,0, то степень риска на влажном  покрытии будет равна 1,2 - в дневное  время и 1,4 - в ночное время. Величина риска на влажном покрытии возрастает с увеличением атмосферных осадков, особенно на дорогах с изношенным дорожным покрытием. 

       Рисунок. Зависимость коэффициента сцепления шины колеса автомобиля от скорости движения   
 

       На  сухих покрытиях коэффициент  сцепления обычно зимой выше, чем  летом. Это объясняется разницей температуры. При высоких температурах вяжущее в составе асфальтобетона размягчается, иногда выходя на поверхность покрытия. Это существенно снижает величину коэффициента сцепления. После длительных засушливых летних периодов скользскость дорожного покрытия может повыситься в первый момент появления дождевых осадков. Причина этого заключается в том, что накопившаяся, каменная пыль, являющаяся результатом шлифовки и износа материала покрытия образует при появлении пленки воды слой грязи, резко снижающий сцепные качества покрытия.

       На  дорогах Норвегии сцепные качества дорожных покрытий достаточно высокие  в результате влияния использования  шипованных шин, низких температур, а также более крупнозернистых каменных материалов в покрытии по сравнению с другими странами (например, Великобритания и США). Тем не менее, риск попасть в ДТП возрастает на влажном покрытии. В зимний период могут возникнуть опасные ситуации, вызванные повышением скользскости покрытия дороги. Мероприятия, направленные на повышение сцепных качеств дорожных покрытий, должны обеспечить достаточно высокое сцепление шины колеса автомобиля с дорожным покрытием для безопасного маневрирования и торможения при любых погодно-климатических условиях, обеспечивая высокую комфортабельность вождения автомобиля.

       Имеется широкий круг мероприятий, направленных на повышение сцепных качеств  дорожных покрытий. Наиболее часто  укладывают новый слой дорожного  покрытия с высокими сцепными качествами, к которым относится в первую очередь дренирующий асфальтобетон, имеющий высокий коэффициент  сцепления. Другой метод - это фрезерование бороздок в дорожном покрытии. Эти  бороздки имеют ограниченный срок службы, так как они быстро истираются или забиваются грязью.

       Дренирующий асфальтобетон имеет гранулометрический состав, отличающийся от обычного асфальтобетона. Дренирующий асфальтобетон имеет  в своем составе относительно крупные фракции каменного материала. Между ними формируются поры, через  которые дренируется вода и которые способствуют снижению уровня шума. Шведские исследования показали, что дренирующий асфальтобетон первые пять лет службы также износоустойчив к воздействию шипованных шин колес автомобилей, как и обычный асфальтобетон. Дренирующий асфальтобетон обеспечивает такое же хорошее сцепление и в зимних условиях, как и обычный асфальтобетон.

       Повышение сцепных качеств дорожного покрытия особенно актуально на участках дорог, где уровень риска попасть  в ДТП высок или требуется  обеспечение высокой величины коэффициента сцепления (пересечения в одном  уровне, кривые в плане и др.). В  Англии требования, предъявляемые к  величине коэффициента сцепления, меняются в зависимости от дорожных условий  и условий конкретного пересечения  в одном уровне. 

       Имеется целый ряд исследований, посвященных  влиянию мероприятий по повышению  сцепных качеств дорожных покрытий на количество дорожно-транспортных происшествий.