4. Типизация дорог

При всей своей извилистости дорожное полотно строго геометрично и этим резко контрастирует с тем ландшафтом, в который оно включено.

По дороге движутся различные автомобили: от легких двухместных до тяжеловозов общей массой 180 т и более. Условия работы современных дорог чрезвычайно сложны. Иногда требуется пропуск по ним тракторов и конных повозок. Часто по дороге движутся велосипедисты и даже пешеходы. Всем им в разных интервалах пути приходится съезжать с дороги или въезжать на нее. Туристу хочется осмотреть местность, и он останавливает автомобиль, а водитель междугородного автобуса ведет его мимо на большой скорости.

Объединять все эти виды движения на одной автомобильной дороге общего пользования неэкономично и опасно (рис. 15).

15

По дороге общего пользования рядом движутся грузовые и легковые автомобили. Оба потока мешают друг другу необходимостью постоянных обгонов. Возможность аварии с каждым обгоном и с каждым пересечением дорог сильно возрастает. Неудачный обгон задерживает оба потока. Да им и не по пути. Если грузовые автомобили направляются к заводам, причалам или грузовой станции, то владельцам легковых автомобилей приходится по пути домой делать большой крюк. Ведь живут - то они не на грузовых дворах, а далеко в стороне. Дорога "общего пользования" вынуждает их после трудового дня много раз постоять на большой дороге, дышать отравленным воздухом, нервничать из - за шума грузовых потоков. Bce это грубые нарушения эстетики дорог.

С другой стороны, нет смысла строить фундаментально прочную дорогу, если по ней пройдут только легковые автомобили пригородного сообщения. А на дачную дорогу облегченной конструкции нельзя пустить грузовой автомобиль массой даже 7 т без риска ее испортить. На рис. 16 на одной из дорог общего пользования виден черный налет смеси резины и масла. Он оставлен потоками грузовых автомобилей, постоянно занимающих только одну (внешнюю) полосу движения. По другой полосе легковые быстроходные автомобили обгоняют грузовые, как показано пунктирной линией. Обогнав медленно движущийся грузовой автомобиль, легковой тоже возвращается на внешнюю полосу. Возникает вопрос, необходимо ли для обгонной полосы легкого движения устраивать мощную дорожную конструкцию? Ведь это крайне неэкономично. Нельзя ли обойтись без обгонов, так часто ведущих к авариям и задержкам в пути? Не целесообразно ли с меньшей затратой средств устроить раздельно две дороги: одну для легковых, а другую для грузовых автомобилей? И не удобнее ли будет расположить эти разные дороги подальше друг от друга? Ведь и легковые автомобили при современном интенсивном движении часто занимают две полосы.

16

В городах имеются скоростные магистрали, проспекты, бульвары, улицы, переулки, тупики и внутриквартальные дорожки. Кое - где по улицам проложены рельсы для ночного пропуска товарных поездов, в иных городах некоторые боковые улицы, ведущие от железнодорожных станций к причалам, выделяются специально для тяжеловозов. И никого не удивит запрет тяжеловозу въехать на внутриквартальную дорожку, а малышу погнать свой трехколесный велосипед по проспекту.

Для загородных дорог такая типизация до сих пор, как правило, не предусматривается.

Однако типизация внегородских дорог по видам транспорта - экономическая потребность. Этого требуют время и здоровье граждан, бесперебойное снабжение их товарами, эффективность работы промышленности, скоростная связь между городами и странами, а также экономия затрат на дорожное строительство. Затраты на строительство дорог в зависимости от их назначения могут сильно колебаться: в десять, а то и более раз одна дорога оказывается дешевле другой.

Чем больше легковых автомобилей в стране (а в ближайшие годы их количество резко возрастет), тем более развитой и всепроницающей должна стать низовая сеть дорог. Однако ее надо защищать от разрушения тяжеловозами. Немало дорог преждевременно выходит из строя только потому, что в проекте не предусмотрены у въезда на дорогу габаритные ворота или "страховочная конструкция", не пропускающая более тяжелый автомобиль (поворот минимального радиуса, чрезмерно крутой опрокидывающий вираж или даже проваливающийся мостик).

Если же легковые автомобили будут двигаться в одном потоке с грузовыми автомобилями, на грузовой дороге часто будут возникать аварийные ситуации, доставка грузов потребителям может быть задержана.

Для случаев, когда один вторгшийся в скоростной поток медленно движущийся автомобиль заставляет даже грузовые автомобили переходить на обгон или чрезмерно развивший скорость легковой автомобиль повторными обгонами нарушает строй колонны, следовало бы предусмотреть штрафы и безоговорочное признание вины за аварию. Попавший не на свою дорогу водитель автомобиля должен знать, что делает это только на свой риск и что он ни от кого не может требовать возмещения убытков, если его автомобиль будет опрокинут под откос.

Итак, совмещение разнородных транспортных потоков на общей трассе вредно, а зачастую и лишено смысла. Но даже если допустить, что в линейно вытянутом регионе одна дорога "общего пользования" может удовлетворить все потребности в транспортных потоках, то разместить, на общем дорожном полотне все разнородные полосы движения представится трудной, почти невыполнимой технической задачей.

В поперечном разрезе толщина конструкции окажется резко ступенчатой или же дорогу придется строить по какому - то среднему поперечнику, непригодному в полной мере ни для одного из видов транспортных средств, что часто и бывает.

Излишнее расширение дорог недопустимо и потому, что поверхность земли изолируется от возможностей обмена газами и парами, как это впервые отмечено Е. В. Болдаковым. Ведь земля, по сути дела, дышит. Изоляция, нарушая это "дыхание", вызывает накопление давящих снизу напряжений, что вызывает на покрытиях трещиноватость и необходимость частых ремонтов.

Типизация дорог, один из предлагаемых вариантов которой приведен в табл. 6 и на рис. 17, становится важным требованием технической эстетики.

Таблица 6. Основные показатели дорог разных типов

Примечание. В зависимости от значимости туристского объекта туристские дороги могут быть междугородными и пригородными.

17

Типизация дорог, позволяющая унифицировать скорости движения и почти полностью исключить обгоны, в значительной мере способствует повышению безопасности движения. В настоящее время на скоростных дорогах некоторых стран введены ограничения минимальной скорости и за снижение скорости ниже нормы устанавливаются штрафы.

Периодичность автомобильных потоков на пригородных и туристских дорогах уже теперь позволяет многие из них строить однополосными с разъездами примерно через каждый километр или же с прочно укрепленной обочиной. Тяжеловозные дороги по существу являются далеко выдвинутыми вперед конвейерами промышленности и, если по ним не будет двигаться другой транспорт, их также можно строить однополосными с разъездами. Наконец, сельские дороги, сеть которых охватывает почти по системе прямоугольников крупные массивы земель и лесов, могут устраиваться однополосными и эксплуатироваться по принципу одностороннего кольцевого движения. В сезоны затишья движение может осуществляться на половине сети.

Этим, конечно, не ограничиваются экономические выгоды последовательной типизации дорог, позволяющей отказаться от разделительной полосы и трассировать каждый путь движения самостоятельно. Сокращается расчетное расстояние видимости встречного автомобиля, что позволяет строить дороги с меньшими нарушениями существующего ландшафта, прочнее и дешевле.

Однако изложенные рекомендации не должны восприниматься как готовые рецепты. Создание сети дорог с учетом их типизации, отвечающей требованиям технической эстетики (все рационально, ничего лишнего, все устойчиво и гармонично вписано в ландшафт), потребует от проектировщиков большой творческой работы.

Приведем несколько примеров.

Исторически сети дорог развивались двумя путями: приказным путем создавались государственные магистрали и самодеятельным путем возникали проселки от рынка к рынку. Низовая сеть оказывалась более живучей: она была нужнее народу, как бы ни менялись границы империй. В наше время трудно найти дорогу низовой сети, ненужную для короткопробежного вида транспорта, который, как уже говорилось, нецелесообразно совмещать с магистральным.

Уродливая картина рассечения местной дороги магистралью видна на рис. 18. На небольшом протяжении они в шести местах мешают друг другу. Магистраль следовало бы сместить вправо, тогда местная дорога могла бы обрасти коттеджами. Строить же дома вдоль магистрали нежелательно.

18

В ряде стран по заранее установленному шаблону стадийно повышают ранг дорог. Старый проселок, проходящий по лесу и непригодный для автомобильного движения, расширяют. По краям такого проселка оказываются трудно поддающиеся равномерному уплотнению грунты, так как в них имеются включения илов, пни вырубленных деревьев. А ведь такую аллею надо сохранить в качестве пригородной или туристской дороги для одностороннего движения (рис. 19).

19

В нашей стране типизация дорог, по которым движется автомобиль, служит мощным средством гармонического развития всего хозяйства. Она позволяет слить воедино всю транспортную сеть страны, рационально сочетая сельские дороги, внутризаводские пути, сложную сеть подъездов к железнодорожным станциям, аэропортам, к грузовым и пассажирским причалам морей и рек, различным турбазам и курортам с выходами на сквозные магистрали.

Автомобильные дороги - это общегосударственная система слитых воедино конвейеров, в которой нет места ни для омертвляющих народные средства складов, ни для больших залов ожидания, где теряется необратимая ценность народа - его время.

Полотно дороги, как функция типизации, представлено в табл. 7. Рассмотрим элементы дорожного полотна, которые могут оказаться необходимыми на универсальной дороге общего пользования.

Таблица 7. Размеры дорожного полотна

Внешняя закраина дорожного полотна (элемент 1 в табл. 7) четко выделяет его из окружающей местности. Чаще всего она представлена откосом, в простейшем случае задернованным. В городах дорожное полотно может заканчиваться приподнятым тротуаром (элемент 4), но в таком случае его надо оградить перилами. Если автомобиль близко подходит к бровке откоса, то напряжения, возникающие под колесами, могут сопровождаться выпиранием грунта и соответственно проседанием земляного полотна. Для повышения его устойчивости откос насыпи укрепляют чаще всего плакировкой или засевом. Корневая система трав и мелкого кустарника образует прочный и самовозобновляющийся каркас из дернины.

В горной области откос нередко заменяют низовой подпорной стенкой снизу и верховой с нагорной стороны (требования к этим сооружениям см. в гл. 7). Для укрепления краев дорожного полотна применяют также бетонные плиты и каменные наброски.

Каждый примыкающий к дорожному полотну откос расценивается при проектировании с точки зрения не только устойчивости, но и опасности наезда, а также психологического восприятия. Низовой откос опасен тем, что при наезде автомобиль может опрокинуться. Поэтому, чем больше скорость движения, тем откос должен быть положе. В первом приближении его можно назначить по выражению

где ν - расчетная скорость, км/ч.

Верховой откос особенно опасен в скальных выемках при его значительной крутизне, поскольку накренившийся автомобиль (чаще всего это случается с автобусами) может разбиться о твердый выступ породы, кроме того, верховые откосы с течением времени склонны разуплотняться и продвигаться в. сторону проезжей части. На узких горных дорогах рекомендуется специальная отделка подоткосного пространства, обеспечивающая устойчивость и хороший дренаж.

Особенно сложен вопрос с устройством у верхнего откоса полосы для пешего движения и прогулок. Пример решения этого вопроса показан на рис. 20. За поворотом дорога обходит горный поселок, а тропа для пешеходов и велосипедистов входит в этот поселок. Автомобили и пешеходы друг другу не мешают.

20

Наезд автомобилей на откос не опасен, если он облицован спирально изогнутыми плитами, мягко отводящими колеса на дорогу. Такое решение экономично, так как уменьшает значительно объем скальных или земляных работ. Размер спиральных плит определяется в зависимости от расчетного автомобиля.

Психологическое восприятие откоса водителем может укреплять в нем уверенность в безопасности движения. Если низовой откос просматривается целиком, водитель чувствует себя уверенно. Поэтому луч зрения водителя к нижней бровке откоса насыпи должен быть хоть на 1° круче наклона самого откоса. Такой контроль рекомендуется проводить на поперечных профилях дорог. Низовой откос на грузовых дорогах может допускаться несколько более крутым, поскольку водитель сидит высоко.

Верховой откос для спокойного вождения автомобиля также должен хорошо просматриваться.

На широких магистралях и городских скоростных дорогах водитель практически не видит откосов и поэтому с их психологическим воздействием можно не считаться. Здесь на первый план выступают иные требования к дорожному полотну: надежная изоляция от других транспортных средств и преодоление "стенового эффекта".

Типичная скоростная магистраль представлена на рис. 21. Здесь нет нужды в специальной отделке откоса (элемент 1 в табл. 7) дороги, поскольку вдоль него протянулась тормозная полоса 9 для замедленного движения автомобиля, а обочина 3 прочно укреплена бетонными плитами, играющими роль полосы безопасности 7. Точность движения автомобиля обеспечивается безупречной ровностью основной 14 и дополнительной 13 полос. Упорная оптически ведущая лента достаточно широка и выделяется шашечным рисунком. Однако на участках дороги, где нет тормозной или остановочной полосы, откос следует уполаживать.

21

Обочины дорожного полотна (элементы 2 и 3 в табл. 7) на дорогах низших категорий используются для движения пешеходов и велосипедистов. Поэтому обочину принято делить на две части: на неукрепленную, обычно только задернованную 2, и на укрепленную 3, используемую для движения. Иногда укрепленную обочину окаймляют плоским лотком для продольного стока. Такие лотки не должны иметь перерывов, зрительно дезорганизующих водителя.

Эстетическое восприятие дороги неразрывно связано с четкостью функций и рациональностью использования полос дорожного полотна. Это в полной мере относится и к полосам обочин. Если на транзитной магистрали (см. табл. 6) появление велосипедиста на проезжей части чревато катастрофой, то на междугородной дороге его движение строго по обочине может быть допущено. Но в этом случае ездовая часть обочины должна быть укреплена таким образом, чтобы не возникало необходимости или соблазна съехать с нее на более ровную проезжую часть. На узких пригородных и туристских дорогах изредка оказывается необходимым обогнать медленно движущийся автомобиль, и тогда левые колеса обгоняющего попадают на обочину. Чтобы обгоняющий автомобиль не скользнул по грязи или не врезал в мягком грунте колеи, обочины строго выравнивают и укрепляют.

Требуемая ширина обочины не может быть выражена как функция скорости. Если на дороге имеются остановочные полосы (элемент 8 в табл. 7), то обочина может быть сокращена по ширине до 0,5 м. Но если предусмотрена остановка автомобилей на обочине, она должна быть шире кузова расчетного автомобиля с раскрытой дверцей.

Дороги, перестраиваемые из низших категорий в более высокие, вытесняют последовательно пешеходов, а потом и велосипедистов с проезжей части на обочины. Занимаемую под движение часть обочин приходится укреплять, причем нередко стадийно. Это - трудная техническая задача, здесь легко возникают неровности, нарушающие эстетику. Поэтому следует использовать все возможности для выноса пешеходных и велосипедных дорожек на самостоятельные трассы за пределы дорожного полотна.

С точки зрения эстетики дороги в целом способ укрепления грунтов обочин и под ними имеет важное значение. В проекте укрепления надо учитывать сопротивление размыву дождевыми и талыми водами и в то же время питание армирующей дернины влагой.

Интересным в этом отношении следует признать проект, заключающийся в укладке на обочины решетчатых бетонных плит (рис. 22) и засыпке ячеек камнем с заполнением зазоров плодородной почвой. Такая обочина после вырастания травы выглядит как газон, по которому можно ездить. Вода стекает по камню и только необходимая ее часть просачивается в почву к корневой системе. Камень или крупный щебень обнажается на обочине, и швы между ними, заполненные почвой, служат путями прорастания травы или мелкого кустарника.

22

Пешеходная тропа (элемент 4 в табл. 7) на скоростных дорогах не нужна, она устраивается самостоятельно в таком отдалении от дороги, чтобы уровень звукового давления свыше 70 дБ полностью глушился природными экранами (холмами, грядами, откосами выемок, хвойной растительностью), а средний шумовой уровень был по возможности не выше 50 дБ. При этих условиях не только жизнь, но и здоровье пешехода будут сохранены.

Однако в некоторых случаях пешехода приходится допускать даже на скоростную дорогу. Такая необходимость вызывается пересечением крупных естественных преград, например на мостах или в глубоких скальных выемках. Бывают вынужденно проложенные по дорожному полотну подходы к автобусным станциям. Иногда эти подходы имеют большую длину, если прокладываются по болотам.

Совершенно недопустимо выносить ограждение (элемент 10 в табл.7) за пешеходную дорожку (рис. 23), предоставляя возможность автомобилям прижать не только планки, но и человека. Между ограждениями и проезжей частью не должно оставаться места для пешеходов (рис. 24).

23

24

На мостах тротуары можно навешивать на консолях, и в этом случае от архитектурного стиля моста зависит их высотное положение.

Как лучше и экономичней поднять пешеходную дорожку в выемке, показано на рис. 20.

Велосипедные дорожки (элемент 5 в табл. 7) не следует совмещать с пешеходной тропой. Такое совмещение приводит к взаимному раздражению и может допускаться лишь в исключительных случаях явного преобладания либо пешеходов, либо велосипедистов. Ширина велодорожек ориентировочно приведена в табл. 7, но ее обязательно нужно контролировать расчетом часовой интенсивности появления велосипедистов.

Если дорожка предназначена для связи промышленного предприятия с жилым поселком и велосипедистов на предприятии много, ее нужно устраивать широкой, до 2 м, избегая уклонов более 20%. Прогулочные дорожки могут быть уже, и уклоны на них допустимы на коротких участках до 50%.

При вынужденном совмещении велосипедных дорожек с автомобильной дорогой на мостах и в глубоких выемках необходимо учитывать те же рекомендации, что были даны для пешеходных троп.

Покрытие как пешеходных троп, так и велосипедных дорожек может быть самым разнообразным, но при совмещении с автомобильной дорогой в одном уровне их нужно выделять окраской.

Полоса местного движения (элемент 6 в табл. 7) не предназначена для автомобилей. Она используется гужевым транспортом, тракторными тягачами, доставляющими к основной дороге прицепы для формирования автомобильных поездов, и сельскохозяйственными машинами. Допуск этих видов транспортных средств, особенно тракторов, на автомобильную дорогу самым катастрофическим образом повышает аварийность.

Допускать на скоростных дорогах устройство полос медленного движения рядом со скоростными можно только на очень коротких участках, причем обязательно под прикрытием полосы безопасности.

Полосу безопасности (элемент 7 в табл. 7) устраивают на дорогах в тех случаях, когда основной вид автомобильного транспорта не отделен от других видов местного транспорта надежным барьером. Ширина такой полосы определяется местными условиями и должна препятствовать попаданию на дорогу велосипедистов, детей и животных со стороны. Необходимо, чтобы ее окраска или форма поверхности обеспечивали хорошую видимость с большого расстояния.

Полоса безопасности должна отпугивать животных своей непривычностью. Например, в Заполярье стадо оленей может легко загородить автомобильную дорогу. Но вот на пути полоса из плит (рис. 25). Раз поскользнувшись, два - ударив копытом о непривычно твердое, передний олень поворачивает прочь от полосы безопасности, и все стадо идет вслед за ним.

25

На не заносимых снегом дорогах целесообразно выкладывать полосу безопасности грубо околотым камнем. Водитель, наехав случайно на камень, сразу же свернет обратно на дорогу.

Полоса безопасности - не обязательно часть дорожного полотна. Ее можно расположить и вне дороги, например в придорожном лесу, прорубив узкую полосу, повесив проволоку с флажками или бубенцами. Последний способ применяется на ряде дорог ФРГ.

Полоса остановочных площадок (элемент 8 табл. 7), павильонов, ларьков, телефонных будок, дорожных буфетов, туалетных, душевых и т. п. не всегда принадлежит дорожному полотну, но иногда протягивается вдоль него на сотни метров. Расположение этой полосы в одном с проезжей частью уровне часто оправдано, однако окраска ее поверхности должна контрастировать с полосами переменных скоростей. Применение прочного покрытия из цветного асфальтобетона для выделения остановочных площадок, а иногда и длинных остановочных полос, примыкающих к обочинам, полезно и желательно.

Исключение в этом отношении составляют некоторые туристские горные дороги. В ненастье их почти не посещают, а зимой они покрываются снегом. Поэтому в горах, например, можно ограничиваться устройством на остановочных площадках и полосах простого гравийного или щебеночного покрытия.

Ширина остановочных полос в зависимости от местных условий может быть рекомендована от 4 до 8 м. При такой ширине они могут даже использоваться на примыканиях сельских дорог к междугородным для формирования автомобильных поездов из прицепов, подвозимых тракторами с полей.

Разгонные и тормозные полосы (элемент 9 в табл. 7) примыкают к полосам скоростного движения на участках, близко расположенных к населенным пунктам, где отчуждаемая земля особенно дорога. Надо стремиться, чтобы занимаемая ими площадь была возможно меньшей. Это достигается двумя мероприятиями: удачным использованием уклонов поверхности и правильным подбором типов покрытий.

Тормозные съезды с дороги следует трассировать на подъем. Сопротивление подъема ощутимо, если он превышает 30%, к чему и надо стремиться. Разгонный въезд на дорогу желательно располагать на спуске, превышающем 30%. В холмистой местности это всегда достижимо. Автобусные остановки, располагаемые за полосами переменных скоростей, оказываются по этой причине на естественном возвышении. Это полезно еще и потому, что ожидающие пассажиры хорошо видят издали подходящий к ним автобус. Спуски же на съездах не только помогают быстрее развить скорость, но и позволяют водителю лучше видеть поток автомобилей, в который он должен включиться.

Сопротивление покрытия должно быть минимальным на съездах. В частности, зерно шероховатости на разгонной полосе можно принимать мельче, чем на основном покрытии. Наоборот, сопротивление качению на тормозной полосе должно превосходить таковое на основном покрытии автомобильной дороги, что достигается применением грубой шероховатости.

Общеизвестно, что малейший дефект в системе тормозов может вести к рывкам автомобиля в сторону. Поэтому тормозные съезды от скоростных дорог приходится расширять примерно на 0,25 м и более по сравнению с нормальной шириной полосы движения.

Такое же расширение (на 0,25 м и более) разгонных полос надо признать тоже полезным, если учесть, что водитель все время посматривает в сторону, приглядываясь к транспортному потоку, в который он собирается войти.

Ограждения (элемент 10 в табл. 7) - важный элемент дорожного полотна, применяемый на тех участках дорог, где непроизвольный съезд автомобиля может стать аварийным, где необходимо предотвратить попадание на основную дорогу других видов транспорта, пешеходов или животных, а также необходимо повысить уверенность водителя в безопасности его движения.

Рассмотрим некоторые виды ограждений с точки зрения технической эстетики.

При сильном ударе о жесткое ограждение люди в автомобиле часто гибнут. Поэтому не следует ограждать дорогу каменными или бетонными тумбами, массивными каменными парапетами или поднятыми на столбики бетонными поясами без надежной амортизации. Удар должен быть по возможности ослаблен, что достигается правильным расположением ограждения по отношению к полосе движения. Поясним это требование. Если автомобиль свернет со своей полосы на большой скорости, то пространство 4 (см. рис. 23) позволит ему продолжать движение по кривой и удар об ограждение будет лобовым. Автомобиль пострадает мало, но люди погибнут. Если же ограждение приблизить к краю полосы движения (см. рис. 24), наезд будет косым, значительная часть живой силы автомобиля израсходуется на трение кузова о пояс ограждения. Автомобиль деформируется сильно, но люди останутся живы. Это подтверждается статистикой.

Однако вплотную к краю проезжей части ограждение придвинуть нельзя, ибо, помимо опасности возможных боковых колебаний автомобиля, на водителя действует еще стеновой эффект, опасение наехать на стену. И боковые колебания, и стеновой эффект пропорциональны скорости движения, но стеновой эффект зависит еще от психического воздействия на водителя: видит ли он то, что делается за ограждением, или же в его представлении за стеной скрывается неизвестность. В первом случае он, не сбавляя скорости ν, может ехать рядом с ограждением примерно на расстоянии

Здесь скорость исчисляется в километрах в час, а расстояние от ограждения в метрах.

На кривых радиусом менее 250 м отдаление от ограждения следует увеличить в 1,5 раза. Устраивать между ограждением и проезжей частью какие - либо бордюры, лотки или другие препятствия недопустимо, это повысит аварийность.

Ослабление удара об ограждение достигается приданием ему упругости. Современные, так называемые сводящие, ограждения устраивают из стальных, а в странах, богатых лесом, из деревянных планок, причем здесь применяют мягкие сорта дерева. Те и другие могут амортизироваться пружинными подкладками.

Имеются предложения делать упругими и столбики сводящих ограждений.

В настоящее время рекомендуется устройство ограждений из стали с полиуретаном. Такой барьер обладает большой эластичностью. При ударе автомобиля он прогибается, и люди в автомобиле не страдают.

Ввиду того, что упругость отпора ограждения зависит от угла наезда, не всегда контролируемого, в одних случаях автомобиль мягко возвращается на проезжую часть, а в других отбрасывается далеко обратно и сталкивается с едущим сзади автомобилем. Поэтому инженерная мысль направлена на сочетание упругого отпора с прихватом автомобиля. Раньше, когда устраивали бетонные сводящие брусья, предлагалось назначать возвышение их нижнего края таким, чтобы шина наезжающего автомобиля защемлялась. Но ведь шины имеются самых разнообразных размеров, и поэтому такое предложение не оправдало себя. Многочисленные наблюдения на горных дорогах показали, что если наезд на откос вызван разрывом шин, автомобиль сползает по нему, притираясь к земле. При хорошо накачанных шинах часто наблюдается перескакивание автомобиля через ограждение и опрокидывание его, иногда даже многократное. Поэтому под ограждением желательно устраивать искусственные разрыватели шин, например в виде острых забетонированных шипов.

Весьма эффективен прихват автомобиля тросом. Однако протянутые вдоль проезжей части тросы даже при хорошем натяжении провисают и их волнистая линия дисгармонирует с ровным продольным профилем дороги. Очень хорошо прихватывает автомобиль жесткая кустарниковая растительность, но каждый наезд на нее сопровождается сильным помятием кустов. Чтобы автомобиль был полностью остановлен, кустарниковое насаждение вдоль дороги должно иметь ширину несколько метров, а это - неэкономичное использование придорожного пространства.

Сочетание кустарника с тросами, подвешиваемыми к его стволикам большим количеством колец (рис. 26), было нами применено с успехом неоднократно. Таким способом создавалась хорошая ловушка для автомобилей, в равной степени упругая и тормозящая. Трос не виден и надежно защищает кустарник от чрезмерного смятия. Высота срезки кустов назначается ниже уровня глаз водителя, ширина ограждения равна примерно ширине автомобиля.

26

Это комплексное ограждение можно применять в природных условиях, подходящих для выращивания кустарниковой полосы шириной 2 - 4 м. Расположенные за ограждением дорожки для пешеходов достаточно защищены от отработавших газов и шума автомобилей.

Отметим, что вертикальные препятствия ветровому потоку могут способствовать накоплению снега или песка у дороги. Если для уборки применяют не отсасывающие, а сгребающие механизмы, ограждение должно прерываться для сброса снега или песка на сторону. Предпочтение, конечно, следует отдавать отсасывающим механизмам.

Ограждения планочного типа ускоряют ветровой поток под ними и сами способствуют сметанию пыли, песка или снега с дороги. Но чтобы планочное ограждение работало как сдуватель, полоса дорожного полотна под ним должна быть чистой и гладкой. Если на ней будет скапливаться грязь или вырастать трава, ветровой поток станет неравномерно завихряться и тогда щель под планками во время метели забьется снегом.

Упорная лента (элемент 11 в табл. 7) выполняет разнообразные функции. Вначале строители используют ее в качестве упоров при укладке асфальтобетонной смеси. Потом для водителей эта лента служит ориентиром; при этом важно выделить ее из проезжей части контрастным цветом. Но в ряде стран и в некоторые сезоны года упорная лента слабо заметна, а то и совсем не видна. Этому причина: на севере - месяцами лежащий снег, а в экваториальных странах - непроглядная завеса тропического дождя. В таких районах упорную ленту стремятся дать бордюром, тогда она становится и механическим ограждением. Но надо помнить, что стремительный удар о такое ограждение опасен и поэтому приходится искать другое решение.

Одно из таких решений (рис. 27) - укладка вдоль проезжей части спиральных плит 1, которые служат облицовкой дренажного валика 4, принимающего нагрузку наезжающего на него автомобиля. Такая конструкция предлагается в двух вариантах: для выемок (рис. 27, а) и для насыпей высотой от нуля и выше (рис. 27, б). Дренажный валик 4 огражден от внешней дренирующей засыпки 3 водонепроницаемым экраном 2 из глины или другого изолирующего материала. При большом притоке воды в валик укладывают дренирующую трубу 5, которая заменяет кювет.

27

При устройстве выемок эта конструкция дает большую экономию, поскольку поднятием боковой полосы сокращается общая ширина выемки и исключается необходимость сложного устройства кюветов, заезд в которые чреват опрокидыванием автомобиля.

Выбор материала облицовочных плит определяется сохранностью природной окраски. Правильный выбор окраски необходим для всех упорных лент как плоских, так и совмещенных с ограждением. При достаточной влажности воздуха приподнятая спиральная лента может обрастать хорошо дренирующим дорогу плющом. Если же предусмотреть в плитах отверстия, а под ними хорошо удобренную землю, то возможны и посадки мелкого кустарника, который не только декоративен, но и помогает торможению наехавшего на спираль автомобиля.

Наклон спиральных плит должен быть тем круче, чем больше скорость движения. Ориентировочно уклон хорды изогнутой плиты в градусах можно принимать

где v - скорость движения автомобиля по дороге, км/ч.

Точный же расчет рекомендуется делать на основании опытных наездов автомобиля на разных скоростях и под различными, практически выполнимыми углами. Такие испытания проводятся на автодромах.

Упорная лента иногда заменяется тонкими сигнальными столбиками с ярко окрашенной верхушкой. Но опыт показал, что такое решение не может быть рекомендовано, так как столбики раздражающе мелькают и утомляют водителя.

На многополосные дороги наносится разметка, что дисциплинирует движение автомобилей. Разметку наносят в соответствии с узаконенным правилом движения. Она выполняется сплошными или прерывистыми линиями, причем ритм прерывистости помогает ориентироваться в расстояниях между движущимися автомобилями. Для разметки следует использовать прочный термопластик.

Большегрузная полоса движения (элемент 12 в табл.7) устраивается при совмещении на общем дорожном полотне тяжеловозных (грузоподъемностью до 180 т) транспортных средств с легковыми. Тяжеловозы обладают большой величиной тяговых усилий, большим диаметром и крупным рисунком шин. В соответствии с этим назначают и элементы дорожных конструкций. Ширину полос принимают обычно равной 4 м.

Чтобы поверхность дороги не деформировалась, в дорожной конструкции не должно быть ни одного слоя, который бы не оказывал надежного сопротивления проникающим вглубь напряжениям. Эти слои должны обладать как упругими, так и вязкими свойствами. Величины напряжений, прогибов и относительных деформаций могут быть определены на основе решения соответствующих краевых задач теории упругости либо линейной вязкоупругости, причем в разных странах и в разных организациях принимаются свои решения, не имеющие вполне общего обоснования, но всегда учитывающие формирование колеи в результате многократных повторных колесных нагрузок.

Дополнительные полосы (элемент 13 в табл. 7) предназначены для расширения дорожного полотна. Их устраивают так же, как и основные, в соответствии с выполняемой ими работой.

Дополнительная полоса для медленно движущихся автомобилей на подъемах свыше 30% ("полоса ползания") требует усиленной конструкции, так как по ней пойдут тяжеловозы, а также смягчения уклона. В противном случае будут значительные потери на транспортных расходах. Понятно, что полосе со смягченным уклоном не место на общем дорожном полотне с другими полосами. Наблюдая работу самостоятельно протрассированной "полосы ползания", можно видеть, как грузовые автомобили движутся по ней в любой сезон. Но иногда во время сильного дождя или гололедицы по грузовой трассе, отклонившейся в глубину поперечных ущелий в сторону от основной дороги, двигались и легковые автомобили. С этим надо считаться при проектировании горных дорог.

Основная полоса (элемент 14 в табл. 7) обязательна для любой негрузовозной дороги. Поскольку ширина автомобилей регламентирована и грузовые автомобили с тягачами и прицепами на основную полосу дороги попадать не должны, то ширина ее определяется скоростью движения и равна от 2,75 до 3,75 м. Увеличение ширины сверх указанных норм не только не экономично, но и вредно нарушением дисциплины движения.

При расширении дороги в многополосную основная полоса становится обгонной.

Разделительная полоса имеет первостепенное значение для двухпутных дорог, где на общем дорожном полотне движутся два встречных потока автомобилей. Во избежание столкновений автомобилей необходима двойная разметка с оставлением между двумя линиями хотя бы узкой полоски.

Разделительные полосы без устройства на них покрытий служат для раздела многополосных скоростных дорог, причем тогда на них укладывают грунтовые валы или насаждают растительность.

К разделительной полосе предъявляются следующие требования: предотвращение наездов автомобилей на встречную полосу и возникающих при этом столкновений; предотвращение ослепления водителей фарами встречных автомобилей; уменьшение шума на дороге и отравления отработавшими газами; по возможности использование промежуточного пространства между встречными путями для хозяйственных нужд или для полезной растительности.

Многочисленными испытаниями установлено, что опасность столкновений уменьшается на 90% только при 15-метровой ширине разделительной полосы. Однако даже 15-метровая ширина полностью не исключает вредные воздействия шума и мелькания встречных автомобилей. Поэтому делаются различные попытки улучшить работу узкой разделительной полосы.

Если на узкой полосе посадить густые деревья, то встречное ослепление, шум и влияние отработавших газов заметно уменьшатся. Но если толщина стволов деревьев превышает 15 см, возникает опасность сильных ударов об них автомобилей. По той же причине не допускается установка на узких разделительных полосах тумб. Кустарниковые завесы теряют свою эффективность на вогнутых вертикальных кривых.

Кустарниковая растительность, а также валы на разделительной полосе мешают во время метелей переносу снега через дорогу. Поэтому на узких разделительных полосах в ряде стран устраивают дорогостоящие бетонные ограждения. В таких случаях срединное бетонное ограждение обычно сочетается с бетонными же парапетами. Однако подобные ограждения и парапеты крайне неэкономичны. Кроме того, статистические наблюдения показали, что количество наездов автомобилей на разделительную полосу при наличии ограждения становится больше, чем когда они отсутствуют. Водители начинают ездить небрежнее.

В Бельгии в целях борьбы с шумом укладывают на разделительной полосе высокий грунтовой вал. Хотя это и неэстетично, но терпимо там, где дожди только моросят. В тех же странах, где бывают ливни, сносящие грязь с валов на дорогу, их надо укреплять, что удорожает конструкцию.

В Калифорнии строят разделительную полосу в виде продольного желоба (рис. 28), что вполне там оправдано, так как в желоб стягивается тяжелый смог и проезжая часть становится светлее. Но в Калифорнии не бывает снега. Поэтому применение калифорнийского профиля на подъезде к аэропорту Шереметьево в Москве оказалось неудачным. Дорога стала заноситься снегом. Кроме того, продольная впадина нуждается в дренаже. Если же дренаж устроен ненадежно, без крепления внутренних откосов разделительной полосы, то эти откосы неравномерно размываются дождями.

28

В районах, где бывают метели, на узкой разделительной полосе не должно быть ни валов, ни впадин, одинаково вызывающих завихрения воздушных потоков и выгрузку снега. На ровной разделительной полосе возможны укрепление поверхности и регулирующие снеговой поток групповые посадки кустарника с учетом уборки снега сгребающими механизмами. Но, конечно, следует предпочесть механизмы, отсасывающие снег и перебрасывающие его через дорожные полосы движения.

Если даже допустить, что 15-метровая разделительная полоса может быть полезной, то к затратам на ее устройство (дренаж, укрепление грунта) следует добавить и стоимость занятой земли. На каждом километре дороги изымается из народного хозяйства 1,5 га земли, особо ценной благодаря близости к дороге.

Таким образом, узкая разделительная полоса должна быть отвергнута как неудобное, технически малооправданное и слишком дорогое мероприятие.

Стоит раздвинуть встречные пути, как показано на рис. 29, и почти все беды отпадут. Широкая промежуточная полоса между встречными путями движения может быть переменной ширины и должна охватывать крупные самостоятельные виды ландшафта: рощи, пруды, поселки, фруктовые сады и т. п.

29

Независимое расположение полос встречного движения исключает столкновение автомобилей и создает у водителя уверенность в безопасности движения. Ему не слышен раздражающий шум проносящихся мимо автомобилей, и он спокоен. Ему и пассажирам виден справа и слева природный ландшафт. Это повышает интерес к дороге. Проектировщик, зная ландшафт, свободно вписывает в него независимые пути движения. А главное, жизнь ландшафта мало нарушается узкими полосами свободно протрассированных дорог.

Раздельное трассирование на косогоре заметным образом сокращает объемы земляных работ. Оно позволяет на отдельных участках регулировать уклоны таким образом, чтобы в требуемых местах уровень шума от автомобильного движения опускался до заданного минимума.

При раздельном трассировании обычно удается использовать прочные горизонтальные полосы. В противном случае слишком часто приходится либо возводить для устойчивости высокие насыпи на слабых грунтах, либо разрабатывать скальные грунты в выемках. И то, и другое значительно повышает стоимость дорог.

Раздельное трассирование должно предусматривать короткие участки схождения полос встречного движения, позволяющие водителю вернуться с пути. Их можно устраивать в благоприятных по рельефу условиях. Располагать совмещенные участки рекомендуется на расстояниях

где v - расчетная скорость движения автомобилей, км/ч.

Отделка поверхности проезжей части - один из самых существенных вопросов технической эстетики. Только правильное его решение обеспечивает надежность, скорость и неутомляемость движения по дороге.

Проезжая часть дорог имеет поперечные уклоны. Они необходимы, чтобы стекала дождевая и талая вода. Но они же отклоняют автомобиль от вертикального положения и осложняют управление им, приводят к неравномерному износу шин. Если поперечный уклон не выдержан на дороге одинаковым, то автомобиль в какой - то мере бросает из стороны в сторону и тогда нормальная ширина полосы движения может оказаться недостаточной.

Чем ровнее поверхность дороги, тем меньшим может быть поперечный уклон. В пределах строго выдержанного уклона в 10 или 15% водитель не испытывает особых затруднений. Но уклон в 10% можно допустить лишь при условии отличной ровности поверхности.

Существует много различных конструкций для определения ровности покрытия - от простых реечных до прицепных к автомобилям как курвиметры и т. п. Наиболее распространенным в нашей стране является толчкомер ХАДИ. Интересна конструкция французского анализатора продольного профиля АПП. Он тянется трактором со скоростью до 72 км/ч. Проверка нарушений ровности осуществляется в этом анализаторе магнитным устройством прибора, причем на волнах различной длины. Короткие волны определяют правильность контакта шин с покрытием, а длинные выявляют, достигнут ли необходимый комфорт движения для пассажиров.

Разработанный автором инерционный жидкостный толчкомер^*, устанавливаемый в самом автомобиле, позволяет выявить комфортабельность движения для пассажиров.

^* (Описание прибора приведено в книге С. А. Трескинского "Горные дороги" (М., "Транспорт", 1975).)

Придание покрытию шероховатости - мероприятие, повсеместно применяемое для обеспечения устройчивости автомобиля во время его движения. Схема контакта шины с покрытием изображена на рис. 30, а. При движении автомобиля по прямой опорная площадка шины симметрична и обладает наибольшей возможной поверхностью. При вращении колеса выступы шины скользят по выступам покрытия; так образуется зона скольжения 4. Потом выступы начинают цепляться друг за друга; так возникает зона зацепления 3. Наконец, с вращением колеса ранее только зацеплявшиеся выступы шины оказываются в центре давления на колесо и плотно прижимаются к покрытию. Зона трения 1 (та "лошадь", которая тянет автомобиль вперед) - арена действия тягового усилия. Плотное примыкание шины к покрытию возбуждает точечное действие молекулярных сил сцепления (зона сцепления 2).

30

Если колесо резко поворачивается, находясь на крутой кривой или попадая на бугор - вмятину, шина деформируется, как показано на рис. 30, б, причем площадь контакта заметным образом сокращается и автомобиль теряет надежную устойчивость. Если покрытие липкое, зона сцепления расширяется и захватывает часть зоны зацепления, а иногда даже выходит за пределы опорной площадки (рис. 30, в). При большой скорости эта схема сложнее.

Описанный механизм работы шины на покрытии нужно учитывать при проектировании дорог.

Вода, задерживаясь на покрытии, сокращает зону трения до опасных пределов, вплоть до появления сплошной скользкой подушки, на которой быстродвижущийся автомобиль теряет управление (эффект аквапланирования). Аквапланирование во время ливня часто приводит к авариям, а в тропических странах становится настоящим дорожным бедствием. Поэтому о нем следует сказать подробнее.

Расчет толщины слоя воды на проезжей части во время дождя чрезвычайно сложен. Анализ дифференциального уравнения для поверхности с постоянным уклоном в случае вертикального дождя показывает, что толщина слоя воды непрерывно возрастает с увеличением длины стока. На толщину слоя воды большое влияние оказывает уклон поверхности стока.

Чтобы сократить толщину слоя воды, необходимо, не увеличивая продольный уклон покрытия, уменьшить длину поперечного стока. Это достигается сужением полос движения, иначе говоря, трассированием дорог одностороннего движения на достаточном друг от друга расстоянии.

Из физики известно, что упругость воды зависит от скорости, с какой ее обжимают. При быстром движении автомобиля слой воды с дорожного покрытия, клином вжимающийся в зону трения (см. рис. 30, в), как бы твердеет и колесо поднимается над водой. Испытания, проведенные Ф. Битцлем в Австрии, показали, что малолитражный автомобиль на изношенных шинах при увеличении скорости с 16 до 80 км/ч по мокрой дороге теряет ²/₃ поверхности контакта; при скорости 100 км/ч автомобиль полностью теряет контакт с поверхностью дороги и опасно скользит по водяной подушке.

Наши исследования на булыжном покрытии в западной Белоруссии показали, что аквапланирование наблюдается уже на скорости 40 км/ч. При этом, как показано на рис. 31, шина деформируется, и тем значительнее, чем меньше она накачана.

31

Теорию аквапланирования в упрощенном виде впервые опубликовал австрийский инженер Г. Кнофлахер и дал формулу критической скорости автомобиля как функцию давления в шине:

где ν_кр - критическая скорость, км/ч; р - давление в шине, кгс/см².

Если, например, давление в шине равно 4 кгс/см², передние колеса автомобиля полностью повисают над дорогой при скорости 128 км/ч. Но уже значительно раньше, как наблюдалось нами, при скорости около 60 км/ч движение становится весьма ненадежным. В особо опасном положении оказываются автомобили, двигатель которых расположен сзади и не давит на передние колеса.

Обычный боковой снос на кривых, внезапный порыв ветра могут при аквапланировании опрокинуть автомобиль. Малейшая неравномерность давления в одной из передних шин вызывает бросок автомобиля в сторону. Также опасно и резкое торможение автомобиля.

Уменьшение аквапланирования, как уже отмечено, достигается раздельным трассированием всех полос движения. Этим заметно снижается толщина слоя воды на дороге. При переходе правого поворота в левый появляется участок с отсутствием виража. Здесь приходится устраивать двускатную проезжую часть, чтобы вода на ней не задерживалась. Уклоны в обе стороны принимаются 1%. Шероховатость покрытия должна обеспечивать достаточный выступ щебенки над слоем воды. Совершенно недопустимо ездить на стертых шинах.

Осложняется также управление автомобилем в условиях зимней скользкости. Гололедица увеличивает зону скольжения на две трети, а то и на три четверти в результате уменьшения трения, вследствие чего резко увеличивается длина тормозного пути.

При температурах, близких к нулю, снег поглощает тепло, возникающее в зоне трения, и тает, а образовавшаяся вода расширяет зону скольжения, что опасно. Однако при температуре минус 20 - 25°С в опытных поездках удавалось развивать по снеговому накату скорость до 80 км/ч без малейшего риска скольжения на сторону. При этом тепло, выделяемое на контакте шины, благодаря низкой температуре не успевало образовывать водяную пленку.

На дороге с небольшим движением проезжая часть в начале снегопада приобретает под колесами автомобилей продольное рифление. Оно закрепляется при усилении морозов и тем самым обеспечивает устойчивое движение автомобилей. Только оттепели угрожают этой устойчивости, и поэтому в районах с "гнилыми" зимами сохранение снежных покрытий не всегда удается. На некоторых сибирских дорогах перевозки зимой осуществляются на больших скоростях, чем летом. Кроме того, устойчивый снег обеспечивает хорошую видимость проезжей части даже при слабом освещении. Наконец, снежная корка на многие месяцы предохраняет от износа покрытие дороги и заметным образом повышает срок его службы.

Изучая рис. 30, можно предположить, что зона зацепления 3 слишком велика и что, отказавшись от обычной шероховатости покрытия, можно расширить зону трения. Но опыт вождения автомобиля по гладкому покрытию этого не подтверждает. Дело в том, что частицы пыли, сохраняющиеся между колесом и дорогой, с жадностью захватывают воздух и обволакиваются им. Чем больше на дороге пыли, тем больше воздуха под колесом с обычным атмосферным давлением, поступающим извне. Это аэростатическое давление создает под шиной воздушную смазку.

Итак, шероховатость покрытия обязательна. Зона зацепления не только помогает двигать автомобиль вперед, но и способствует отжатию из - под колес воды, воздуха, рыхлого снега. Для специализированных полос движения шероховатость поверхности должна быть разная. Если же на дороге "общего пользования" сделать шероховатость по всей ширине одинаковой, какой - то средней, то грузовые шины не будут ее воспринимать как элемент устойчивости, а в легковых автомобилях она будет вызывать утомительную тряску, а также перерасход топлива.

Устройство шероховатости розливом битума с последующей россыпью щебня хороших результатов не дает. Трудно рассыпать щебень равномерно, сохраняя требуемую ровность. На одной из уральских дорог нами был применен способ избыточной щебенистости смеси, укладываемой на поверхность. Этот способ удобен, во - первых, тем, что асфальтирование производится в один прием и поэтому не зависит от сезонных затруднений, во - вторых, при этом способе ровность поверхности не нарушается.

Если шероховатая поверхность получена способом избыточной щебенистости, шины постепенно сдирают с поверхности тонкую пленку битума. В таком случае покрытие принимает окраску того камня, щебень которого был пропитан битумом. Так, применив диабаз, мы вскоре обнаружим, что покрытие приобрело зеленоватую окраску, твердый доломит проявится светло - серой окраской и т. п. Однако для цветного восприятия нельзя применять щебень скрытокристаллических пород, например некоторых разностей базальта, так как такой щебень с годами шлифуется и тогда поверхность дороги приобретает опасную скользкость. Непригоден для этого и известняк.