Основы проектирования автомобильных дорог


Л. Р. Мытько







            ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ


Учебное пособие











Москва Вологда Инфра-Инженерия 2022

УДК 625.7/.8(075.8)
ББК 39.311.7
      М79






Рецензенты:
доктор технических наук, главный научный сотрудник ГП «БелдорНИИ» Яромко Вячеслав Николаевич;
генеральный директор РУП «Минскавтодор-Центр»
Гледко Василий Евгеньевич






     Мытько, Л. Р.
М79 Основы проектирования автомобильных дорог : учебное пособие / Л. Р. Мытько. -Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 308 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-1078-6

           Приведены сведения об истории развития дорог, основных их элементах, о методах проектирования плана трассы, продольного, поперечного профиля, расчета дорожных одежд и водопропускных труб. Представлены типы пересечений и примыканий, технические средства организации дорожного движения. Рассмотрены вопросы автоматизированного проектирования автомобильных дорог.
           Для студентов, обучающихся по специальностям проектирования и строительства мостов, организации дорожного движения. Может быть полезно специалистам, занимающимся вопросами экономики дорожного хозяйства.

                                                                  УДК 625.7/.8(075.8)
                                                                  ББК 39.311.7
















ISBN 978-5-9729-1078-6

            © Мытько Л. Р., 2022
            © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                                   © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ.........................................................7

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ..............................8
  1.1. Зарождение дорог..............................................8
  1.2. Дороги древнего Рима.........................................12
  1.3. Конструкция одежд на римских дорогах.........................17
  1.4. Строительство дорог в период XVII-XVIII вв................27
  1.5. Развитие конструкций щебеночных дорожных покрытий............33
  1.6. Дороги с твердым покрытием...................................38
  1.7. Начало строительства автомобильных магистралей...............40

2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ.........................42

3. КЛАССЫ И КАТЕГОРИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ...........................44

4. КЛАССЫ И КАТЕГОРИИ ДОРОГ ПОСЕЛЕНИЙ...............................49

5. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ...........................51

6. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДОРОГ...............55

7. СОСТАВ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА.......................................................57

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА...................60
  8.1. Методы учета интенсивности движения транспортного потока.....60
  8.2. Приборы учета интенсивности движения транспортных средств.66
    8.2.1. Методика приведения интенсивности движения к легковому автомобилю...............................................71
  8.3. Определение скорости движениятранспортных средств............73
  8.4. Определение пропускной способности автомобильной дороги......74
  8.5. Уровень (коэффициент) загрузки дороги движением..............75
  8.6. Уровни обслуживания движения.................................76

9. ОСНОВЫ РАСЧЕТОВ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ ПО ДОРОГАМ...............80
  9.1. Силы сопротивления движению автомобиля.......................80
  9.2. Критерии возможности движения автомобиля.....................84
  9.3. Динамический фактор и динамическая характеристика автомобиля.87
  9.4. Обоснование максимального продольного уклона автомобильной дороги.......................................88
  9.5. Требования к видимости на автомобильных дорогах..............91

10. ОБОСНОВАНИЕ РАДИУСОВ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ КРИВЫХ......................96


3

11. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАКРУГЛЕНИЯ ПО КРУГОВОЙ КРИВОЙ...................102

12. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ НАВИГАЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ.........................102
  12.1. Система глобального позиционирования GPS....................102
  12.2. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС........103
  12.3. Применение спутниковых систем в дорожной отрасли............104
  12.4. СоставGPS-оборудования......................................105
  12.5. Состав инженерно-геодезических изысканий....................106
  12.6. Определение глобальных координат основных точек плана трассы по топографической карте....................................107
  12.7. Определение глобальных координат основных точек закругления.110

13. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАНА ТРАССЫ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ................112

14. СОСТАВЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖА «ПЛАН ДОРОГИ»...............................122

15. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ..............................124
  15.1. Основные правила нанесения проектной линии..................124
  15.2. Нанесение исходной информации...............................125
  15.3. Назначение руководящих рабочих отметок и контрольных точек..127
  15.4. Методы проложения проектной линии...........................130
  15.5. Основные элементы продольного профиля автомобильной дороги..131
  15.6. Правилазаполнения верхней части чертежа продольного профиля.132
  15.7. Правила заполнения таблицы исходной информации и проектных решений.........................................135
  15.8. Нанесение варианта проектной линии..........................139

16. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХКРИВЫХ...............................144

17. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КЮВЕТОВ..........................................151
  17.1. Проектирование кювета в выемке..............................152
  17.2. Проектирование кювета на участке низкой насыпи..............153
  17.3. Проектирование кюветов на участках с уклоном менее 5 %о.....154
  17.4. Проектирование кюветов научастках выпуклых кривых...........156

18. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА................................159
   18.1. Общие требования, предъявляемые к земляному полотну........159
   18.2. Типовые поперечные профили земляного полотна...............161
    18.2.1. Типовые поперечные профили насыпей......................161
    18.2.2. Типовые поперечные профили выемок.......................163
    18.2.3. Индивидуальное проектирование земляного полотна.........169
   18.3. Определение границ типов поперечных профилей...............172

19. ПЕРЕСЕЧЕНИЯ И ПРИМЫКАНИЯ........................................175
   19.1. Классификация пересечений и примыканий автомобильных дорог.175
   19.2. Типы пересечений и примыканий автомобильных дорог в одном уровне.............................................177


4

   19.3. Общие требования к проектированию пересечений и примыканий................................................181
   19.4. Проектирование кольцевых пересечений..................183
   19.5. Транспортные развязки.................................188
   19.6. Схемы транспортных развязок для трех направлений.......194
   19.7. Неполные транспортные развязки........................197

20. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД....................201
   20.1. Классификация дорожных одежд..........................201
   20.2. Назначение и виды конструктивных слоев дорожных одежд.204
   20.3. Влияние погодно-климатических факторов наработу
       дорожных одежд..........................................208
   20.4. Влияние параметров транспортной нагрузки на работу дорожных одежд..............................................209
   20.5. Понятие о расчетном автомобиле........................212
   20.6. Общие положения конструирования дорожных одежд........213
   20.7. Расчет дорожной одежды по критерию упругого прогиба...215

21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ.......................................226
   21.1. Определение характеристик малого водотока.............227
   21.2. Определение расчетного расхода ливневых вод...........228

22. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОРГАНИЗАЦИИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ.......................................................235
   22.1. Правила применения дорожных знаков....................237
   22.2. Правила применения дорожной разметки..................247
   22.3. Правила применения дорожных ограждений................252
    22.3.1. Классификация дорожных ограждений..................252
   22.4. Правила применения направляющих устройств.............263

23. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ.........................273
   23.1. Типы беспилотных летательных аппаратов................273
   23.2. Использование GPS-технологий при изысканиях автомобильных дорог.........................................276

24. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ.........................278
   24.1. Определение объемов насыпей...........................278
   24.2. Определение объемов выемок............................280
   24.3. Определение объемов присыпных обочин..................283
   24.4. Определение объемов планировочных работ...............283

25. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ.............................................286
   25.1. Использование BIM-технологии в дорожном строительстве..291


5

Приложение А. 1. Номограмма № 1 для определения общего модуля упругости двухслойной системы................................................294
Приложение А. 2. Номограмма № 1 для определения общего модуля упругости двухслойной системы (увеличенный фрагмент).........................295
Приложение Б.1. Расчетные значения характеристик грунтов...........296
Приложение Б.2. Значения модуля упругости асфальтобетонов
и эмульсионно-минеральных смесей при расчете конструкции по допускаемому упругому прогибу и по условию сдвигоустойчивости...................298
Приложение Б.З. Расчетные характеристики слоев из материалов и грунтов, укрепленных вяжущими веществами....................................299
Приложение Б.4. Расчетные характеристики слоев из неукрепленных материалов.........................................................301
Приложение В. 1. Типы местности по характеру и степени увлажнения...303
Приложение Г. 1. Классификация глинистых грунтов по числу пластичности и содержанию песчаных частиц.......................................304

ЛИТЕРАТУРА.........................................................305

ВВЕДЕНИЕ


     Современные автомобильные дороги обслуживают массовые пассажирские и грузовые перевозки. Они стали местом повседневной работы миллионов водителей, ими пользуются пассажиры автобусов и многочисленные туристы. Всё это делает необходимым предъявлять к автомобильным дорогам высокие архитектурно-эстетические требования.
     Ошибки при строительстве земляного полотна или дорожных одежд могут быть исправлены при капитальном ремонте. Ошибки, допущенные при проектировании, особенно при выборе трассы, остаются на десятилетия, вызывая неустранимые потери автомобильного транспорта.
     Автомобильные дороги должны обеспечивать возможность движения потоков автомобилей с высокими скоростями. В течение всего года дорожная одежда должна обеспечивать необходимую прочность, устойчивость к динамическим нагрузкам от движения автомобилей. Ровность и сцепные качества дорожных покрытий должны соответствовать требованиям действующей технической нормативной документации.
     Автомобильные дороги подвержены активному воздействию многочисленных природных факторов (нагревание солнечными лучами, промерзание и оттаивание, увлажнение выпадающими осадками, грунтовыми водами). Эти особенности их работы должны учитывать специалисты, занимающие проектированием автомобильных дорог, которые обязаны обеспечить нормальную круглогодичную службу дороги в течение длительного времени.
     Теория проектирования и строительства дорог находится в процессе непрерывного совершенствования. Являясь прикладной, она в своём развитии опирается на достижения технических и естественнонаучных учебных дисциплин: инженерной геологии, гидрологии, химии, дорожно-строительные материалы, а также опыта практики.
     Учебное пособие предназначено студентам, которые обучаются по специальностям проектирования и строительства мостов, организации дорожного движения, специалистам, занимающимся вопросами экономики дорожного хозяйства, изучающими дисциплину «Автомобильные дороги» или «Пути сообщения». Дисциплину «Автомобильные дороги» обычно изучают в двух семестрах. В первом семестре рассматривают раздел дисциплины - «Основы проектирования автомобильных дорог», а во втором семестре изучают раздел - «Основы строительства и эксплуатации автомобильных дорог». В данном учебном пособии представлен раздел - «Основы проектирования автомобильных дорог».

7

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХДОРОГ

1.1. Зарождение дорог

     В данном разделе использованы материалы, приведенные в книге Бабкова В. Ф. «Развитие техники дорожного строительства» [1].
     Одной из древнейших форм человеческой деятельности является строительство дорог. Некоторые идеи, реализуемые теперь в дорожном строительстве, возникли еще в глубокой древности, однако были забыты, а затем возродились при появлении новых требований к транспорту.
     Знание истории - важнейшее условие творческого отношения к настоящему и будущему. Однако в технической литературе по дорожному строительству ограничиваются освещением современного уровня развития техники. В учебниках мало приводят данных об старых конструкциях и методах строительства дорог. Знание истории техники дорожного строительства дает возможность лучше понять роль транспортных процессов на разных этапах развития человеческого общества. Анализ истории дорожной техники раскрывает связи между развитием отдельных отраслей производства, способствует овладению специалистами дорожного строительства методологией решения транспортных проблем, помогает лучшему пониманию значимости своей профессии, развитию профессиональной гордости.
     Сознательное выполнение работ по оборудованию путей для многократного прохода или проезда следует считать началом дорожного строительства в истории человечества.
     Зарождение дорог вначале как пешеходных троп относится к концу первобытнообщинного периода существования человеческого общества.
     Направляясь группами на охоту или рыбную ловлю, люди избирали пути, пролегавшие по наиболее удобным для передвижения местам. В результате многократных проходов возникали тропы.
     Строительство искусственных покрытий зародилось впервые в лесисто-болотистой местности как устройство жердевых настилов. Древнейшие из них относятся к III тысячелетию до н. э. На рис. 1.1 показан настил шириной 1,2-1,5 м, который состоит из продольных жердей, набросанных по редким поперечинам. Чтобы они не расползались в стороны, по бокам изредка забиты вертикальные колья.
     Изобретение колеса явилось одним из крупнейших достижений человечества. До появления повозок грузы перевозили вьюками или на примитивных приспособлениях вроде привязанных к лошади жердей, концы которых волочатся по земле. Колеса появились в разных местах независимо и в разное время. Созданию колеса способствовало подкладывание катков для облегчения перемещения грузов.

8

Рис. 1.1. Раскопки жердевого настила на болоте [1]

     Конструкция колес претерпела длительную эволюцию. Вначале это были массивные диски, сделанные из целых стволов толстых деревьев диаметром от 30 до 45 см. Затем появились колеса с уширенной ступицей, надевавшейся на ось.
     Изображение скифских повозок на таких колесах, находятся в историкоархеологических музеях (рис. 1.2).


Рис. 1.2. Модель скифской повозки

     Сплошные колеса вначале изготовляли вместе с осью. Затем сплошные колеса начали вытесняться более легкими в изготовлении колесами из составных брусьев, а потом колесами современного типа со спицами.
     Торговые пути зародились в начале бронзового века, когда обмен необходимыми продуктами натурального хозяйства приобрел большие масштабы, превратившись в торговлю. Известны «соляные» и «железные», «шелковые» и «чайные» пути из Китая и Индии.
     Постепенно тропы превращались в примитивные дороги, которые становились своеобразным местом притяжения населения. Вблизи от них возникали поселения.


9

     На путях от полей к поселениям в связи с малым объемом перевозимых грузов не было необходимости устраивать каменные дорожные покрытия. В своем большинстве это были грунтовые дороги, по которым земледельцы на себе или вьюками на животных вывозили собранный урожай.
     У древних египтян имелся специальный иероглиф для обозначения слова «дорога» («иат»), схематически изображающий план прямого участка дороги с деревьями или кустарниками с обеих сторон (рис. 1.3).



Рис. 1.3. Египетский иероглиф для обозначения слова «дорога» («иат») [1]

     Для культовых шествий в местах, где собирались большие массы людей, торжественность проведения процессии требовала наличия ровного пути.
     В Европе древнейшие культовые дороги были обнаружены на Крите. Их постройка относится к периоду (2600-2000 лет до н. э.). Дороги имели покрытие из плит мелкозернистого известнякатолщиной 5-15 см (рис. 1.4).


Рис. 1.4. Конструкция дороги наКрите

     Перед укладкой плит поверхность грунта выравнивали на ширину 3,84,3 м, отрывая в нем корыто глубиной примерно 0,5 м, в которое укладывали основание из каменных плит или камней крупностью 5-20 см слоем около 20 см с заполнением промежутков глинистой массой. Сверху наносили выравнивающий слой из суглинка толщиной 5 см. Посередине дороги клали два ряда плит общей шириной 1,4 м. По бокам дороги были обочины шириной по 1,2 м из глинобетона на обломках известняка и мелкой гальке.


10

     Более известны культовые улицы в Ашшуре (столице Ассирии) и Вавилоне. Месопотамия, расположенная на осадочных грунтах долин рек Тигра и Евфрата, не имела каменных материалов. Для мощения дворов, храмов и улиц использовали кирпичи, обожженные в печах при температурах 550-600 °C. Эти слабые пористые кирпичи, которые могли выдерживать только проходы людей и неподкованных животных, укладывали на мастике, приготовленной из смеси природного битума, глины, песка и гравия. Битум добывали из месторождений на побережье Мертвого моря, в Латакии (Сирия) и ряде других мест.
     На рис. 1.5, а показан поперечный профиль дороги для торжественных шествий к храму богини Иштар в Ашшуре (720 г. до н. э.). Дорожная одежда состояла из двух слоев кирпичей размером 50*50*8,7 см, уложенных на толстом до 56 см слое асфальтовой мастики. Сверху положены квадратные плиты из слабого известняка со стороной 105 см и толщиной 35 см. В плитах высечены тщательно выровненные искусственные колеи глубиной 7-10 см для направления движения колес повозок, на которых везли изваяния богов.
     Аналогичная конструкция на улице Айбуршабу, которая вела к храму бога Мардука в Вавилоне (VI век до н. э.), показана на рис. 1.5, б. На большей своей части эта дорога шириной 16 м и протяженностью 1700 м была окаймлена стеной высотой 7 м, украшенной изразцами.


Рис. !.5.Дороги для торжественных шествий:
а — дорога к храму Иштар в Ашшуре (Ассирия): б — дорога Айбуршабу в Вавилоне;
1 — асфальтовая мастика; 2 — плиты из брекчии;
3 — кирпичи; 4 — суглинок; 5 — известняковые плиты [1]

      Дорожная одежда состояла из трех слоев кирпича на битумной мастике. В покрытие были уложены известняковые плиты (105*105*35 см), привезенные из Ливана. Бордюры размером 66*66*20 см были устроены из красного и белого слабого ракушечника.
      За период в несколько тысячелетий дорожное строительство прогрессировало от прокладки первобытных троп до постройки ровных прочных одежд на дорогах и улицах, ведущих к местам совершения культовых обрядов.

11

      Даже небольшой опыт, накопленный в практике дорожного строительства, оказался достаточной базой, позволившей в период наибольшего расцвета рабовладельческого общества в Римской империи создать стройную систему дорожного хозяйства, обеспечившую развитие и процветание государства.



1.2. Дороги древнего Рима


     Видное место среди памятников Древнего мира, привлекающих к себе большое внимание, занимают Римские дороги, остатки которых обнаруживают при строительных работах в Западной Европе и в странах африканского побережья Средиземного моря. Римская империя в период наибольшего могущества имела около 90 тыс. км магистральных дорог с каменной одеждой, в том числе 14 тыс. км в пределах Апеннинского полуострова. С учетом грунтовых и гравийных дорог местного значения историки полагают, что общая протяженность дорожной сети Римской империи составляло от 250 тыс. до 300 тыс. км.
     Сеть дорог Римской империи представляла собой хорошо продуманную систему, связывающую между собой крупные центры основной страны с ее провинциями - Галлией, Британией, Испанией, Малой Азией, Сирией и Северной Аравией, Правобережьем Дуная - Дакией (рис. 1.6).


Рис. 1.6. Сеть дорогРимской империи

     Основным магистральным дорогам Рима присваивали названия (рис. 1.7).
     Дорогу, которая вела к местам разработки каменной соли, называли «Соляной» (Via Salaria) (рис. 1.8). Этот древний торговый путь был создан в IV веке до н. э. и, как следует из названия, использовался для доставки продукции соляных промыслов. Соляная дорога начинается от римских Соляных ворот стены Аврелия и тянется 242 км до Адриатического побережья.


12

Рис. 1.7. Основныеримские дороги в Италии

Рис. 1.8. Соляная дорога (Via Solaria)

      Основной массе дорог присваивали имена правителей, при которых их строили - Аппиева дорога (Via Appia) (рис. 1.9). Эта дорога была построена в 312 году до н. э. под руководством Аппия Клавдия Цека. Она была заложена как военная дорога и со временем стала одной из наиболее стратегически важных


13

для страны. Аппиева дорога, протяженностью 540 км, соединила Рим и Капую, а позже и Брундизий - основной порт на Адриатическом побережье, связывавший Римскую Империю с Грецией и странами Востока.


Рис. 1.9. Аппиева дорога (i'ia/lppia)

     Фламиниева дорога (Via Flaminia) (рис. 1.10). Руководитель строительства - консул Гай Фламиний - в 220 году до н. э. проложил дорогу от Рима к порту Пизарум на север Италии, а позже она была продлена по побережью к Ариминуму.


Рис. 1.10. Фламиниева оорога(\лаР1атт'1а)

14