1.4. Основные транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог

Транспортно-эксплуатационные качества дороги характеризуются комплексом показателей, от которых зависит эффективность работы как автомобильной дороги, так и автомобильного транспорта.

Можно выделить следующие группы переменных во времени показателей, характеризующих транспортную работу автомобильной дороги, технико-эксплуатационные качества дорожной одежды и земляного полотна, общее состояние автомобильной дороги и условия движения по ней, эффективность транспортной работы дороги.

К первой группе показателей относятся интенсивность, состав и объем движения, пропускная и провозная способность автомобильной дороги, скорость движения и время сообщения.

Интенсивность движения N, авт./ч или авт./сут, — число автомобилей, проходящих через некоторое поперечное сечение автомобильной дороги за единицу времени (час, сутки). Интенсивность движения является очень важным и сложным показателем, изменяющимся во времени (в течение часа, суток, недели, месяца и года). В зависимости от интенсивности движения устанавливают категорию автомобильной дороги, выбирают сроки выполнения ремонта дороги и мероприятия по организации дорожного движения.

Объем движения — суммарное число автомобилей, проходящих через данный участок дороги за определенный период времени, измеряемый путем непрерывных наблюдений.

Состав движения (транспортного потока) р, %, — распределение в процентном отношении всего транспортного потока по видам транспортных средств (легковые автомобили, автобусы, грузовые автомобили: тяжелые, средние, легкие). Состав движения зависит от района проложения дороги, наличия промышленных предприятий, дня недели и сезона. Состав движения оказывает существенное влияние на выбор мероприятий по организации дорожного движения.

Грузонапряженность дороги (брутто) Q, т/год или т/сут, — суммарная масса грузов и транспортных средств, проходящих по данному участку дороги в обоих направлениях в единицу времени.

Грузонапряженность дороги (нетто) — общая масса грузов, перевозимых по данному участку дороги в обоих направлениях в единицу времени и на единицу пути. Показатель грузонапряженности дороги чаще всего применяют для оценки работоспособности дорожной одежды.

Пропускная способность автомобильной дороги Р, авт./ч, — максимальное число автомобилей, которое может пропустить данный участок дороги или дорога в целом в единицу времени. Пропускная способность является важнейшим показателем в проектировании поперечного профиля и геометрических элементов дороги.

Провозная способность дороги М, пасс./ч или т/ч, — максимальная масса грузов или максимальное число пассажиров, которые могут перевозиться через данный участок автомобильной дороги в единицу времени.

Коэффициент загрузки дороги движением z — отношение интенсивности движения к пропускной способности рассматриваемого участка дороги. Этот показатель является одним из основных при расчете числа полос движения и размеров геометрических элементов.

Скорость движения v, км/ч, — важнейший качественный показатель транспортной работы автомобильной дороги и ее состояния. В зависимости от целей и задач, при решении которых используется показатель скорости движения, различают скорость движения расчетную; конструктивную; мгновенную; эксплуатационную; техническую; расчетную, принимаемую при организации движения; оптимальную; нормируемую.

Расчетной скоростью движения называется максимально безопасная скорость движения одиночного автомобиля на сухом дорожном покрытии при достаточном расстоянии видимости, допускаемая на дороге рассматриваемой категории. На величину расчетной скорости движения проектируют все геометрические элементы автомобильных дорог, и в первую очередь элементы плана и продольного профиля дороги.

Конструктивная скорость движения автомобиля представляет собой максимальную скорость движения, развиваемую автомобилем данной конструкции. Конструктивная скорость движения зависит от типа автомобиля, удельной мощности его двигателя.

Мгновенная скорость движения — это фактическая скорость, измеренная в конкретных створах дороги. Мгновенная скорость движения представляет собой скорость движения одиночных автомобилей или транспортного потока на данном коротком участке дороги в рассматриваемый промежуток времени. Значение мгновенной скорости движения характеризует фактические условия движения в конкретном месте дороги и в данный момент времени.

Скорость сообщения показывает среднюю скорость движения на данном маршруте с учетом задержек, вызванных наличием пересечений в одном уровне, железнодорожных переездов или взаимным влиянием автомобилей в потоке. Скорость сообщения является основным показателем транспортной работы дороги. По скорости сообщения можно определить продолжительность движения между рассматриваемыми пунктами отправления и назначения. При технико-экономических расчетах данные о скоростях сообщения являются основными для обоснования мероприятий по улучшению условий движения.

Техническая скорость движения показывает среднюю скорость движения на данном маршруте без учета задержек, вызванных наличием пересечений в одном уровне или другими факторами, и определяется в основном размерами геометрических элементов дороги. По технической скорости движения можно оценивать условия движения на отдельных маршрутах и комплексное влияние дорожных условий на скорость движения. Значение технической скорости движения во многом определяется видом транспортных средств, поэтому существенно зависит от состава движения.

Расчетная скорость, принимаемая при организации движения, представляет собой скорость движения, на которую рассчитывается работа всех систем управления движением, исходя из которой выбирается вид дорожного знака и размеры элементов разметки проезжей части. Обычно эта скорость принимается равной скорости 85 %-ной обеспеченности, т. е. скорости, которую превышают 15 % автомобилей. К этой скорости также относится значение ограничения минимальной или максимальной скорости, выбираемой в зависимости от местных условий движения.

Под оптимальной скоростью движения понимается скорость движения, при которой обеспечиваются наиболее эффективные условия транспортной работы дороги и автомобильного транспорта, а также благоприятные условия для работы водителей. Характерным примером оптимальной скорости движения является скорость движения, соответствующая оптимальной загрузке дороги движением и составляющая примерно 55 % скорости движения в свободных условиях.

К нормируемым скоростям движения относят значения скоростей движения, принимаемые как стандартные при технических или технико-экономических расчетах. В этом смысле расчетная скорость движения также является одной из разновидностей нормируемых скоростей. К нормируемым скоростям движения можно отнести значения скорости при определенном типе дорожного покрытия, которые используют при технико-экономических расчетах. К нормируемым скоростям движения можно также отнести скорость сообщения общественного транспорта, используемую для расчетов по организации работы этого вида транспорта.

Время сообщения, ч или мин, — продолжительность движения по рассматриваемому маршруту (дороге) без учета остановок в пути, учитываются только задержки, вызванные наличием других автомобилей и ожиданием на перекрестках. Продолжительность движения в очереди, %, — часть общего времени сообщения, которое автомобиль движется в стесненных условиях (в очереди).

Удельное время сообщения (темп движения), мин/км, — средняя продолжительность проезда 1 км дороги транспортным потоком; определяется по средней скорости сообщения.

Ко второй группе показателей относятся прочность дорожной одежды и земляного полотна, ровность и шероховатость дорожного покрытия, сцепление шины с дорожным покрытием, износостойкость дорожного покрытия, работоспособность дорожной одежды.

Прочность дорожной одежды и земляного полотна — характеристика несущей способности дорожной одежды рассматриваемой конструкции; оценивается модулем упругости Е, МПа.

Шероховатость дорожного покрытия — наличие на поверхности дорожного покрытия малых неровностей, не отражающихся на деформации шины и обеспечивающих повышение коэффициента сцепления с шиной; определяется размером микровыступов и остротой угла вершины микровыступа.

Ровность дорожного покрытия S, см/км, — качественное состояние поверхности проезжей части, обеспечивающее высокие транспортно-эксплуатационные свойства дороги (комфортность, безопасность). Оценивается по сравнению с установленной нормой колебаний по высоте в поперечном и продольном профилях, измеряется по размеру просвета между поверхностью дорожного покрытия и рейкой в продольном и шаблоном в поперечном направлениях или с помощью специальных приборов.

Коэффициент сцепления шины колеса автомобиля с дорожным покрытием φ — показатель, характеризующий сцепные качества дорожного покрытия; представляет собой отношение окружного тягового усилия на ободе ведущего колеса к вертикальной нагрузке на колесо, при котором начинается проскальзывание (пробуксовывание) колеса.

Работоспособность дорожной одежды — эксплуатационный показатель дороги, показывающий суммарную массу в брутто-тоннах пропущенных по дороге транспортных средств между капитальными ремонтами.

Износостойкость дорожного покрытия, мм/год, — показатель, характеризующий сопротивляемость дорожных покрытий воздействию автомобильного движения.

К третьей группе показателей относятся надежность, проезжаемость, срок службы дороги, относительная аварийность, коэффициенты аварийности и безопасности, расстояние видимости.

Надежность автомобильной дороги — свойство, одним из показателей которого является вероятность безотказной работы автомобильной дороги. При этом безотказность может характеризоваться с точки зрения прочности дорожной одежды, пропускной способности дороги, расчетной скорости движения и т.п.

Проезжаемость дороги — возможность движения по дороге с заданной скоростью в разные периоды года.

Срок службы автомобильной дороги — период времени от сдачи построенной дороги в эксплуатацию до ее реконструкции или между капитальными ремонтами.

Относительная аварийность — показатель, характеризующий уровень аварийности на дороге; выражается в числе дорожно-транспортных происшествий на 1 млн прошедших автомобилей; позволяет оценивать степень опасности отдельных участков дорог.

Коэффициент аварийности К_ав — безразмерный показатель, применяемый для выявления опасных участков дорог, имеющих разные комбинации условий движения; представляет собой отношение числа дорожно-транспортных происшествий на 1 млн км суммарного пробега автомобилей на каком-либо участке дороги к числу дорожно-транспортных происшествий на горизонтальном прямом участке с ровным шероховатым покрытием шириной 7,5 м и укрепленными обочинами.

Коэффициент безопасности — безразмерный показатель, характеризующий опасность отдельных участков дорог на основании изменения скоростного режима на дороге; представляет собой отношение скорости движения, обеспечиваемой тем или иным участком дороги, к наибольшей возможной скорости въезда на него с предшествующего участка дороги.

Обеспеченность видимости на дороге, %, — показатель, характеризующий число участков с необеспеченной видимостью по отношению к протяжению дороги.

К четвертой группе показателей относятся себестоимость перевозок и экономические потери от дорожно-транспортных происшествий.

Себестоимость перевозок — показатель эффективности работы автомобильного транспорта в рассматриваемых дорожных условиях; измеряется в стоимостных единицах.

Дорожная составляющая себестоимости перевозок — условный показатель, характеризующий долю расходов на ремонт и содержание дорог в общей себестоимости.

Транспортная составляющая себестоимости перевозок — условный показатель, характеризующий расходы автомобильного транспорта по обеспечению перевозок пассажиров и грузов.

Потери от дорожно-транспортных происшествий — показатель, характеризующий экономические потери страны от гибели и ранения людей, порчи грузов и автомобилей.

Для комплексной оценки транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог применяют систему технико-экономических показателей состояния дороги и условий движения на ней: I группа показателей используется для оценки технического состояния дороги и степени ее пригодности для выполнения своих функций; II группа — для оценки степени безопасности движения на дороге; III группа — для оценки дороги в отношении обслуживания автомобильного транспорта и соответствия дороги той категории, к которой она отнесена; IV группа — для оценки дороги в отношении обеспечения ее обустройства для обслуживания проезжающих и предоставления им необходимых удобств.

К I группе показателей относятся следующие:

- коэффициент службы дороги;

- коэффициент проезжаемости;

- коэффициент скользкости дорожного покрытия;

- коэффициент изношенности дорожного покрытия;

- коэффициент прочности дорожного покрытия.

Ко II группе показателей относят следующие:

- коэффициент безопасности;

- коэффициент аварийности;

- стоимостной коэффициент аварийности.

К III группе показателей относят:

- коэффициент обслуживания подвижного состава;

- коэффициент обеспечения транспортных средств топливом;

- коэффициент интенсивности движения;

- коэффициент загрузки дороги движением;

- коэффициент времени сообщения.

К IV группе показателей относят:

- коэффициент обеспечения пассажиров автобусов местами для ожидания;

- коэффициент обслуживания пассажиров дальнего следования;

- коэффициент обеспечения площадками для стоянок и отдыха;

- коэффициент санитарно-гигиенического обслуживания.

При проектировании все элементы автомобильной дороги должны учитывать габаритные и массовые характеристики транспортных средств.

Все транспортные средства в зависимости от осевых масс подразделяют на две группы:

- группа А — транспортные средства с осевыми массами наиболее нагруженной оси - от 6 до 10 т включительно, предназначенные для эксплуатации на дорогах I —III категорий, а также на дорогах IV категории, одежды которых построены или усилены под осевую массу 10 т;

- группа Б — транспортные средства с осевыми массами наиболее нагруженной оси до 6 т включительно, предназначенные для эксплуатации на всех дорогах.

Габаритные размеры транспортных средств по длине не должны превышать:

- одиночных автомобилей, автобусов, троллейбусов и прицепов — 12 м;

- автопоездов в составе автомобиль — прицеп и автомобиль-полуприцеп — 20 м;

- двухзвенных сочлененных автобусов и троллейбусов —18 м.

Габаритные размеры транспортных средств по ширине не должны превышать 2,5 м, для рефрижераторов и изотермических кузовов допускается 2,6 м.

Габаритные размеры транспортных средств по высоте не должны превышать 4 м.

К крупногабаритным относятся также транспортные средства, имеющие в своем составе два и более прицепа (полуприцепа), независимо от ширины и общей длины автопоезда. Их длина не должна превышать 24 м.

Надежность автомобильной дороги характеризуется вероятностью обеспечения среднегодовой технической скорости движения транспортного потока, близкой к оптимальной в течение нормативного срока (межремонтного периода между капитальными ремонтами дорожной одежды) службы дорожной одежды. Количественно эта вероятность выражается числом автомобилей в составе транспортного потока, движущихся со скоростью не ниже оптимальной, отнесенным к общему числу автомобилей.

Надежность тесно связана с понятием отказа, под которым понимается событие, заключающееся в потере работоспособности объекта. Для дорожной одежды под отказом понимается событие, при котором нарушается возможность выполнения транспортным потоком определенной удельной работы, т- км/ч или т- км/сут. Отказ дорожной одежды может возникнуть при снижении ее прочности, ухудшении ровности и сцепных качеств дорожного покрытия. Учитывая, что появление отказов дорожной одежды происходит не сразу, а по мере ее эксплуатации, мероприятия по улучшению состояния дорожных одежд следует выполнять стадийно.

В процессе эксплуатации характеристики дорожного покрытия не остаются постоянными, происходит снижение первоначального качества дорожного покрытия.

В соответствии с теорией надежности надежность дороги в целом оценивается надежностью ее составных элементов (дорожной одежды и покрытия, искусственных сооружений, земляного полотна, геометрических элементов).

Более узким понятием является проезжаемость дороги. Под проезжаемостью автомобильной дороги понимается возможность проезда одиночных автомобилей разных типов с минимально допустимой скоростью в разные периоды года. На проезжаемость автомобильных дорог оказывают влияние следующие факторы: состояние и прочность дорожной одежды; состояние проезжей части; природно-климатические условия.

Прочность дорожной одежды является наиболее важным показателем транспортно-эксплуатационного состояния автомобильной дороги, который необходимо регулярно оценивать в течение всего срока ее службы. Прочностные качества дорожной одежды определяются прежде всего сопротивляемостью подстилающего грунта сжатию.

Возможны три случая деформации дорожного покрытия в зависимости от прикладываемой нагрузки. Если нагрузка невелика, а слои дорожной одежды и земляного полотна хорошо уплотнены, дорожная одежда не разрушается и происходят только упругие деформации, т. е. дорожная одежда под действием нагрузки прогибается и после проезда автомобиля возвращается в прежнее положение. При возрастании нагрузки или при временном снижении прочности грунтов основания в весенний или осенний периоды возникают постепенно накапливающиеся пластические малые деформации. В случае, если суммарное значение деформаций за период ослабленного состояния дорожной одежды превысит некоторые предельные значения, дорожная одежда разрушится. Прочность дорожной одежды зависит от предельно допустимого прогиба, а также от количества приложений нагрузки за период ослабления дорожной одежды.

При очень больших нагрузках или значительном ослаблении прочности грунта основания вначале замедленно накапливаются деформации, которые в дальнейшем быстро возрастают, в результате чего происходит полное разрушение дорожной одежды.

Разрушения могут быть вызваны низким качеством выполнения работ, недостаточным или неправильным учетом гидрогеологических условий, применением материалов низкого качества.

Основными видами деформаций и разрушений дорожной одежды являются: деформации и разрушения, потери прочности дорожной одежды, просадки нежестких дорожных одежд, сквозные трещины, проломы.

Основными видами разрушений дорожного покрытия являются: износ (истирание), шелушение, выкрашивание, обламывание кромок, волны, гребенка, сдвиги, вмятины, трещины, колеи, выбоины

Ровность дорожного покрытия является одним из основных показателей, характеризующих удобство движения по дороге и оказывающих решающее влияние на скорость движения автомобилей и транспортную работу дороги в целом. По влиянию на колебания автомобиля неровности можно разделить на три группы: макронеровности, микронеровности и шероховатость.

Скользкость дорожного покрытия — важнейшая характеристика транспортно-эксплуатационного состояния дороги. Критерием скользкости дорожного покрытия является коэффициент сцепления.

Шероховатость поверхности дорожных покрытий — один из важнейших транспортно-эксплуатационных показателей автомобильных дорог, обусловливающий надежность контакта автомобильной шины с поверхностью дорожного покрытия и в большей степени влияющий на безопасность движения транспортных средств.

Основными параметрами, характеризующими макрошероховатость, являются высота выступов, средняя высота выступов, шаг неровностей (расстояние между соседними вершинами неровностей), средний шаг неровностей.

В зимний период решающее влияние на условия движения оказывают снежные заносы, гололед, туман, низкая температура, короткая продолжительность светлого времени суток.

Для осеннего периода характерно переувлажнение земляного полотна и дорожной одежды, появление кратковременного гололеда, большое количество осадков, туман. В этот период значительно загрязняется проезжая часть, что приводит к резкому снижению коэффициента сцепления шины колеса с дорожным покрытием, разрушаются обочины, уменьшается эффективная ширина проезжей части.

Весенний период характерен резкими колебаниями температуры в течение суток и резкими переходами от сухой погоды к дождливой. В это время в связи с переувлажнением низа дорожной одежды снижается ее несущая способность, что требует ограничения движения тяжелых автомобилей. На дорогах, проходящих в горной местности, часто возникают туманы, обвалы, снежные лавины, селевые потоки. Характерным является резкое колебание температуры, приводящее к разрушению дорожного покрытия. Попадание и замерзание воды в образовавшиеся трещины приводит к еще большему разрушению дорожного покрытия.

К существенному снижению транспортно-эксплуатационных качеств приводит уменьшение расстояния видимости в тумане и при интенсивном пылеобразовании в сухой период года. Происходит снижение скоростей движения, возрастание числа дорожно-транспортных происшествий.

В большинстве случаев для зимнего периода наиболее характерны потеря четкого очертания земляного полотна, изменение размеров поперечного профиля проезжей части, сужение проезжей части на мостах и около близкорасположенных к проезжей части препятствий вследствие неполного удаления снега. Наличие снегозаносимых участков на дороге существенно ухудшает транспортно-эксплуатационные качества всей автомобильной дороги.