WikiDer > Дорожное строительство

Дорожное строительство инженерная дисциплина, разветвляющаяся от гражданское строительство что включает в себя планирование, проектирование, строительство, эксплуатацию и обслуживание дороги, мосты, и туннели для обеспечения безопасности и эффективности транспорт людей и товаров.^[1][2][3] Дорожное строительство стало заметным во второй половине 20-го века после Вторая Мировая Война. Стандарты шоссе инженерное дело постоянно совершенствуются. Дорожные инженеры должны принимать во внимание будущие транспортные потоки, проектирование пересечений / развязок автомагистралей, геометрическое выравнивание и дизайн, материалы и дизайн дорожного покрытия, конструктивный дизайн толщины покрытия и техническое обслуживание покрытия.^[1]

Немецкий Автобан, 1936–1939

История

Начало дорожное строительство может быть датирован временами римлян.^[2] С развитием технологий от экипажей, запряженных двумя лошадьми, до транспортных средств мощностью, эквивалентной 100 лошадям, развитие дорог должно было последовать этому примеру. Строительство современных автомагистралей началось только в конце 19 - начале 20 века.^[2]

Первое исследование, посвященное дорожному строительству, было начато в Соединенном Королевстве с внедрением Лаборатория транспортных исследований (TRL), в 1930 году.^[2] В США дорожное строительство стало важной дисциплиной после принятия Закон о федеральной автостраде 1944 года, который должен был соединить 90% городов с населением от 50 000 человек.^[2] Из-за постоянной нагрузки от транспортных средств, которая со временем становилась все больше, требовались улучшения тротуаров. С устаревшими технологиями в 1958 году строительство первой автомагистрали в Великобритании ( Престон байпасс) сыграл важную роль в разработке новой технологии покрытия.^[2]

Планирование и развитие

Планирование автомагистрали включает оценку текущих и будущих объемов движения на дорожная сеть. Планирование автомагистрали также является основной необходимостью для развития автомагистрали. Инженеры автомобильных дорог стремятся предсказать и проанализировать все возможные воздействия дорожных систем на гражданское население. Некоторые соображения включают неблагоприятное воздействие на окружающую среду, такое как шумовое загрязнение, загрязнение воздуха, загрязнение воды и другие воздействия на окружающую среду.^[3]

Финансирование

Развитые страны постоянно сталкиваются с высокими затратами на содержание стареющих транспортных магистралей. Рост автомобильной промышленности и сопутствующий ему экономический рост породили спрос на более безопасные, более эффективные и менее загруженные автомагистрали. В прошлом рост торговли, учебных заведений, жилищного строительства и обороны в значительной степени обеспечивался за счет государственных бюджетов, что затрудняло финансирование автомобильных дорог общего пользования.^[4]

Многоцелевые характеристики автомагистралей, экономическая среда и достижения в области технологии ценообразования на автомагистрали постоянно меняются. Поэтому подходы к финансированию, управлению и содержанию автомобильных дорог также постоянно меняются.^[5]

Оценка воздействия на окружающую среду

Экономический рост сообщества зависит от развития шоссе для повышения мобильности. Однако неправильно спланированные, спроектированные, построенные и обслуживаемые автомагистрали могут нарушить социальные и экономические характеристики сообщества любого размера. Общие неблагоприятные воздействия на развитие автомагистралей включают повреждение среды обитания и биологического разнообразия, создание загрязнения воздуха и воды, генерацию шума и вибрации, повреждение природного ландшафта и разрушение социальной и культурной структуры сообщества. Инфраструктура автомагистралей должна быть построена и содержаться в соответствии с высокими стандартами качества.^[6]

Есть три ключевых шага для интеграции экологических соображений в планирование, планирование, строительство и обслуживание автомагистралей. Этот процесс известен как Оценка воздействия на окружающую среду, или ОВОС, поскольку в нем систематически рассматриваются следующие элементы:^[6]

• Выявление всего спектра возможных воздействий на природную и социально-экономическую среду.^[6]
• Оценка и количественная оценка этих воздействий^[6]
• Формулировка мер по предотвращению, смягчению и компенсации ожидаемых воздействий.^[6]

Безопасность на шоссе

Автомобильные дороги приносят самую высокую цену в виде травм и смерти людей, поскольку ежегодно в дорожно-транспортных происшествиях получают травмы около 50 миллионов человек, не считая 1,2 миллиона смертей.^[7] Дорожно-транспортный травматизм - единственная ведущая причина непреднамеренной смерти в первые пять десятилетий жизни человека.^[8]

Управление безопасностью - это систематический процесс, направленный на снижение частоты и тяжести дорожно-транспортных происшествий. Взаимодействие человека и машины с системами дорожного движения нестабильно и создает проблемы для управления безопасностью шоссе. Ключом к повышению безопасности систем автомагистралей является их проектирование, строительство и техническое обслуживание, чтобы они были более устойчивыми к средней дальности взаимодействия человека и машины с автомагистралями. Технологические достижения в дорожном строительстве улучшили методы проектирования, строительства и обслуживания, используемые на протяжении многих лет. Эти достижения позволили внедрить новые инновации в области безопасности дорожного движения.^[8]

Обеспечивая выявление, рассмотрение и реализацию всех ситуаций и возможностей, они могут быть оценены на каждом этапе планирования, проектирования, строительства, технического обслуживания и эксплуатации автомагистралей для повышения безопасности наших дорожных систем.^[3]

Дизайн

На этапе проектирования выбирается наиболее подходящее расположение, трасса и форма магистрали. При проектировании автомагистрали учитываются три основных фактора (человеческий фактор, транспортное средство и проезжая часть) и то, как эти факторы взаимодействуют для обеспечения безопасности шоссе. Человеческий фактор включает время реакции на торможение и рулевое управление, остроту зрения на дорожные знаки и сигналы и поведение при следовании за автомобилем. При рассмотрении транспортного средства учитываются его размер и динамика, которые важны для определения ширины полосы движения и максимальных уклонов, а также для выбора конструкции транспортных средств. Инженеры по автомобильным дорогам проектируют геометрию дороги для обеспечения устойчивости транспортных средств при прохождении поворотов и уклонов, а также для обеспечения достаточного расстояния обзора для выполнения маневров на поворотах на двухполосных дорогах с двусторонним движением.^[3]

Геометрический дизайн

Инженеры по шоссейным дорогам и транспорту должны соответствовать многим стандартам безопасности, обслуживания и производительности при проектировании автомагистралей для определенной топографии площадки. Геометрический дизайн автомагистрали в первую очередь относится к видимым элементам магистрали. Инженеры, разрабатывающие геометрию автомагистралей, также должны учитывать экологические и социальные последствия проекта для окружающей инфраструктуры.^[9]

Существуют определенные соображения, которые необходимо должным образом учесть в процессе проектирования, чтобы дорога успешно соответствовала топографии участка и обеспечивалась его безопасность. Некоторые из этих конструктивных соображений:^[9]

• Расчетная скорость
• Расчетный объем трафика
• Количество полос
• Уровень обслуживания (LOS)
• Расстояние видимости
• Выравнивание, супервысота и уклоны
• Поперечное сечение
• Ширина полосы
• Датчик структуры, Горизонтально и вертикально оформление

Эксплуатационные характеристики автострады можно увидеть по реакции водителей на конструктивные соображения и их взаимодействие.^[9]

Материалы

Материалы, используемые для строительства проезжей части, совершенствовались со временем, начиная с первых дней Римской империи. Достижения в методах, с помощью которых эти материалы характеризуются и применяются при проектировании конструкций дорожных покрытий, сопровождали этот прогресс в материалах.^[10]

Существует три основных типа поверхностей дорожного покрытия - бетон для дорожного покрытия (PQC), бетон из портландцемента (PCC) и асфальт с горячей смесью (HMA). Под этим курс ношения представляют собой слои материала, обеспечивающие структурную опору для системы дорожного покрытия. Эти нижележащие поверхности могут включать в себя либо базовый и вспомогательный слои заполнителя, либо обработанные базовые и вспомогательные слои, а также нижележащий естественный или обработанный грунтовый слой. Эти обработанные слои могут быть обработаны цементом, асфальтом или известью для дополнительной поддержки.^[10]

Гибкая конструкция дорожного покрытия

Гибкий или асфальт, или Гудронированное покрытие обычно состоит из трех или четырех слоев. Для четырехслойного гибкого покрытия есть слой поверхности, слой основания и слой основания, построенный над уплотненным естественным грунтовым полотном. При строительстве трехслойного гибкого покрытия слой основания не используется, а слой основания укладывается непосредственно на естественное земляное полотно.^[11]

Поверхностный слой гибкого покрытия изготовлен из горячего асфальта (HMA). В качестве основного слоя обычно используются нестабилизированные заполнители; тем не менее, базовый слой можно также стабилизировать с помощью асфальта, вспененного битума, портландцемента или другого стабилизирующего агента. Основание, как правило, строится из местного заполнителя, а верх земляного полотна часто укрепляется цементом или известью.^[11]

В случае гибкого покрытия наибольшее напряжение возникает на поверхности, и напряжение уменьшается с увеличением глубины покрытия. Следовательно, для покрытия необходимо использовать материал самого высокого качества, тогда как материалы более низкого качества могут использоваться по мере увеличения глубины тротуара. Термин «гибкий» используется из-за способности асфальта слегка изгибаться и деформироваться, а затем возвращаться в исходное положение при приложении и снятии каждой транспортной нагрузки. Эти небольшие деформации могут стать постоянными, что может привести к образованию колейности на пути колеса в течение длительного времени.^[11]

В срок службы гибкого покрытия обычно рассчитывается на срок от 20 до 30 лет.^[12] Требуемая толщина каждого слоя гибкого покрытия широко варьируется в зависимости от используемых материалов, величины, количества повторений транспортных нагрузок, условий окружающей среды и желаемого срока службы покрытия. Подобные факторы принимаются во внимание в процессе проектирования, чтобы покрытие прослужило рассчитанный срок эксплуатации без чрезмерных повреждений.^[11]

Конструкция с жестким покрытием

Жесткое покрытие обычно используется при строительстве аэропортов и крупных автомагистралей, например, в система автомагистралей между штатами. Кроме того, они обычно служат в качестве мощных промышленных плит перекрытий, тротуаров портов и гаваней, а также тротуаров для парков или терминалов для тяжелых транспортных средств. Как и гибкие дорожные покрытия, жесткие дорожные покрытия для автомагистралей спроектированы как всепогодные и долговечные конструкции для обслуживания современного высокоскоростного движения. Предлагая высококачественные дорожные покрытия для безопасного передвижения транспортных средств, они функционируют как структурные слои для распределения нагрузки на колеса транспортных средств таким образом, чтобы индуцированные напряжения, передаваемые грунту земляного полотна, имели приемлемые величины.^[12]

портландцемент конкретный (PCC) - наиболее распространенный материал, используемый при строительстве жестких плит дорожного покрытия. Причина его популярности - доступность и экономичность. Жесткие дорожные покрытия должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать часто повторяющиеся дорожные нагрузки. Типичный расчетный срок службы жесткого покрытия составляет от 30 до 40 лет, что примерно в два раза больше, чем у гибкого покрытия.^[12]

Одним из основных соображений при проектировании жестких покрытий является снижение усталостного разрушения из-за повторяющихся нагрузок от движения. Разрушение из-за усталости является обычным явлением на крупных дорогах, поскольку на типичной автомагистрали за весь срок службы колеса проходят миллионы проходов. В дополнение к критериям проектирования, таким как транспортная нагрузка, также необходимо учитывать растягивающие напряжения из-за тепловой энергии. По мере развития конструкции дорожного покрытия многие дорожные инженеры отмечали, что термические напряжения в жестких покрытиях могут быть такими же интенсивными, как и нагрузки от колес. Из-за относительно низкой прочности бетона на растяжение термические напряжения чрезвычайно важны при проектировании жестких покрытий.^[12]

Жесткие покрытия обычно состоят из трех слоев - подготовленного земляного полотна, основания или основания и бетонной плиты. Бетонная плита конструируется в соответствии с выбранным планом размеров панелей плиты, что напрямую влияет на интенсивность термических напряжений, возникающих в дорожном покрытии. В дополнение к панелям перекрытия необходимо разработать температурное усиление, чтобы контролировать растрескивание плиты. Расстояние между стыками определяется размерами панелей перекрытия.^[12]

Обычно используются три основных типа бетонных покрытий: сочлененное ровное бетонное покрытие (JPCP), сочлененное железобетонное покрытие (JRCP) и непрерывно армированное бетонное покрытие (CRCP). JPCP построены с усадочными швами, которые направляют естественное растрескивание покрытия. В этих покрытиях не используется армирующая сталь. JRCP сконструированы как с усадочными швами, так и с арматурной сталью, чтобы контролировать растрескивание покрытия. Высокие температуры и влага в дорожном покрытии вызывают растрескивание, которое стальная арматура плотно удерживает. В поперечных стыках обычно размещаются дюбели, чтобы облегчить передачу нагрузки транспортного средства через трещину. CRCP полагаются исключительно на сплошную армирующую сталь, которая удерживает естественные поперечные трещины покрытия вместе. Тротуары из предварительно напряженного бетона также использовались при строительстве автомобильных дорог; однако они не так распространены, как три других. Предварительно напряженные покрытия позволяют уменьшить толщину плиты за счет частичной или полной нейтрализации термически индуцированных напряжений или нагрузок.^[12]

Гибкая конструкция покрытия тротуара

В течение срока службы гибкого покрытия скопившаяся транспортная нагрузка может вызвать чрезмерное образование колей и растрескивание, неадекватное качество езды или недостаточное сопротивление скольжению. Этих проблем можно избежать путем надлежащего ухода за дорожным покрытием, но решение обычно связано с чрезмерными затратами на техническое обслуживание, либо дорожное покрытие может иметь недостаточную конструктивную способность для прогнозируемых транспортных нагрузок.^[13]

На протяжении всего срока эксплуатации автомагистраль тщательно контролируется и поддерживается уровень ее исправности. Один из распространенных методов, используемых для поддержания уровня работоспособности шоссе, - это наложение на поверхность тротуара.^[13]

Существует три основных типа наложения, которые используются на гибких покрытиях: асфальтобетонное покрытие, покрытие из портландцементного бетона и ультратонкое покрытие из портландцемента из бетона. Бетонный слой в обычном покрытии PCC кладется несвязанным поверх гибкой поверхности. Типичная толщина сверхтонкого покрытия PCC составляет 4 дюйма (10 см) или меньше.^[13]

Существует две основные категории процедур проектирования гибкого покрытия покрытия:^[13]

• Дизайн анализа компонентов
• Дизайн на основе прогиба

Конструкция покрытия с жестким покрытием

Ближе к концу срока службы жесткого покрытия необходимо принять решение либо полностью восстановить изношенное покрытие, либо построить перекрывающий слой. Учитывая, что перекрытие можно построить на жестком покрытии, срок службы которого еще не закончился, часто более экономически выгодно наносить перекрывающие слои чаще. Требуемая толщина покрытия для прочного и прочного покрытия намного меньше, чем для покрытия, срок службы которого подошел к концу. И жесткие, и гибкие покрытия используются для восстановления жестких покрытий, таких как JPCP, JRCP и CRCP.^[14]

Существует три подкатегории перекрытий жесткого покрытия, которые организованы в зависимости от условий соединения в перекрытии дорожного покрытия и существующей границы раздела плит.^[14]

• Скрепленные накладки
• Несвязанные накладки
• Частично склеенные накладки

Конструкция дренажной системы

Дизайн для правильного дренаж систем автомобильных дорог имеет решающее значение для их успеха. Трасса должна быть построена так, чтобы оставаться «высокой и сухой».^[15] Независимо от того, насколько хорошо спроектированы и построены другие аспекты дороги, адекватный дренаж является обязательным для дороги, чтобы выжить в течение всего срока службы. Избыток воды в конструкции шоссе неизбежно может привести к преждевременному выходу из строя, даже если разрушение не является катастрофическим.^[16]

Каждая дренажная система автомагистрали зависит от конкретного участка и может быть очень сложной. В зависимости от географии региона многие методы правильного дренажа могут быть неприменимы. Дорожный инженер должен определить, в каких ситуациях следует применять тот или иной процесс проектирования, обычно это комбинация нескольких подходящих методов и материалов для отвода воды от конструкции.^[16] Подземный дренаж и нижний дренаж покрытия помогают продлить срок службы и обеспечить отличные и надежные характеристики покрытия.^[17] Избыточная влажность под бетонным покрытием может вызвать перекачку, растрескивание и разрушение стыков.

Контроль эрозии является важнейшим компонентом при проектировании дренажных систем шоссе. Необходимо обеспечить дренаж поверхности для стекания осадков с конструкции. Автомагистрали должны иметь уклон или выступ так, чтобы сточные воды направлялись на обочину дороги, в канаву и в сторону от участка. Проектирование дренажной системы требует прогнозирования стока и инфильтрации, анализа открытых каналов и проектирования водопропускных труб для направления поверхностных вод в подходящее место.^[16]

Строительство, обслуживание и управление

Строительство шоссе

Строительству дороги, как правило, предшествуют детальные изыскания и подготовка земляного полотна.^[3] Методы и технологии строительства автомагистралей со временем развивались и становились все более изощренными. Этот прогресс в технологии повысил уровень навыков, необходимых для управления проектами строительства автомагистралей. Этот навык варьируется от проекта к проекту, в зависимости от таких факторов, как сложность и характер проекта, различия между новым строительством и реконструкцией, а также различия между проектами городского и сельского региона.^[18]

Существует ряд элементов дорожного строительства, которые можно разбить на технические и коммерческие элементы системы.^[18] Некоторые примеры каждого из них перечислены ниже:

• Технические элементы
  • Материалы
  • Качество материала
  • Техника установки
  • Трафик
• Коммерческие элементы
  • Договорное понимание
  • Экологические аспекты
  • Политические аспекты
  • Правовые аспекты
  • Общественные проблемы

Как правило, строительство начинается на самой низкой отметке участка, независимо от типа проекта, и продвигается вверх. При рассмотрении геотехнических спецификаций проекта предоставляется информация о:^[18]

• Существующие грунтовые условия
• Необходимое оборудование для земляных работ, профилирования и транспортировки материалов на площадку и с нее
• Свойства раскапываемых материалов
• Требования к обезвоживанию, необходимые для низкоуровневых работ
• Требования к креплению для защиты котлована
• Количество воды для уплотнения и контроля пыли

Строительство подосновы

А подоснование Конечно, это слой, спроектированный из тщательно подобранных материалов, который расположен между земляным полотном и основанием дорожного покрытия. Толщина основания обычно находится в диапазоне от 4 до 16 дюймов, и оно рассчитано на то, чтобы выдерживать требуемую конструктивную способность секции дорожного покрытия.^[18]

Общие материалы, используемые для основания шоссе, включают гравий, щебень или грунт земляного полотна, стабилизированный цементом, летучей золой или известью. Проницаемые грунтовые русла становятся все более распространенными из-за их способности отводить проникающую воду с поверхности. Они также предотвращают попадание подземной воды на поверхность дорожного покрытия.^[18]

Когда местные затраты на материалы чрезмерно дороги или требования к материалам для увеличения несущей способности основания недоступны, инженеры-дорожники могут увеличить несущую способность нижележащего грунта, добавив портландцемент, вспененный асфальт или используя полимерная стабилизация грунта такие как сшивающий стиролакриловый полимер, который увеличивает Коэффициент подшипника для Калифорнии материалов на месте в 4 - 6 раз.^[19]

Строительство базового курса

В базовый курс - область участка дорожного покрытия, расположенная непосредственно под слоем покрытия. Если есть подкладочный слой, он строится непосредственно вокруг этого слоя. В противном случае он возводится прямо поверх земляного полотна. Типичная толщина основного слоя колеблется от 4 до 6 дюймов и определяется свойствами нижележащего слоя.^[18]

К поверхностям дорожного покрытия постоянно прилагаются большие нагрузки, и основной слой поглощает большую часть этих напряжений. Как правило, слой основания сооружается из необработанного щебня, такого как щебень, шлак или гравий. Материал основного слоя будет иметь устойчивость при строительном движении и хорошие дренажные характеристики.^[18]

Материалы основного слоя часто обрабатываются цементом, битумом, хлоридом кальция, хлоридом натрия, летучей золой или известью. Эти виды обработки обеспечивают улучшенную поддержку при больших нагрузках, морозоустойчивость и служат барьером для влаги между основным и поверхностным слоями.^[18]

Строительство поверхностного слоя

Есть два наиболее часто используемых типа дорожного покрытия. поверхности Применяется в строительстве автомобильных дорог: горячего асфальта и портландцементного бетона. Эти слои покрытия обеспечивают гладкую и безопасную поверхность для катания, одновременно передавая тяжелые транспортные нагрузки через различные слои основания и в нижележащие грунты земляного полотна.^[18]

Слои горячего асфальта

Горячая смесь асфальт поверхностные слои называются гибкими покрытиями. Система Superpave была разработана в конце 1980-х годов и предлагала изменения в подходе к проектированию, дизайну смеси, спецификациям и проверке качества материалов.^[18]

Для возведения эффективного долговечного асфальтового покрытия требуется опытная строительная бригада, приверженная качеству своей работы и контролю за оборудованием.^[18]

Строительные вопросы:

• Сегрегация асфальтовой смеси
• Ложись
• Уплотнение
• Суставы

Грунтовка - низкая вязкость асфальт, который наносится на основание перед укладкой поверхностного слоя HMA. Это покрытие связывает рыхлый материал, создавая связный слой между основанием и асфальтовым покрытием.^[18]

Липкое покрытие представляет собой асфальтовую эмульсию с низкой вязкостью, которая используется для создания связи между существующей поверхностью дорожного покрытия и новым слоем асфальта. Липкие покрытия обычно наносятся на соседние тротуары (бордюры), чтобы способствовать склеиванию HMA и бетона.^[18]

Портландцементный бетон

Бетонные покрытия из портландцемента называются жесткими покрытиями или бетонными покрытиями. Существуют три основных классификации бетонных покрытий - ровные, армированные и непрерывно армированные.^[18]

Транспортные нагрузки передаются между секциями, когда более крупные агрегаты в смеси PCC сцепляются вместе, или через устройства передачи нагрузки в поперечных стыках поверхности. Дюбельные стержни используются в качестве устройств для передачи нагрузки для эффективной передачи нагрузок через поперечные стыки при сохранении горизонтального и вертикального выравнивания стыка. Стяжки представляют собой деформированные стальные стержни, которые размещаются вдоль продольных стыков для удержания смежных участков дорожного покрытия на месте.^[18]

Обслуживание автомагистралей

Общая цель обслуживания автомагистрали - исправить дефекты и сохранить структуру и работоспособность дорожного покрытия. Дефекты должны быть определены, поняты и зарегистрированы, чтобы создать соответствующий план обслуживания. Планирование технического обслуживания решает проблему оптимизации и может быть прогнозируемым. В профилактическое обслуживание Эмпирические методы планирования, основанные на данных, дают более точные результаты, чем механические модели.^[20] Дефекты различаются между гибкими и жесткими покрытиями.^[21]

Существуют четыре основные цели содержания шоссе:

• ремонт функциональных дефектов дорожного покрытия
• продлить функциональный и структурный срок службы дорожного покрытия
• поддерживать безопасность дорожного движения и вывески
• поддерживать запас дороги в приемлемом состоянии

Регулярное техническое обслуживание позволяет поддерживать системы магистралей и все их компоненты в их первоначальном состоянии в заводском состоянии.^[21]

Управление проектом

Управление проектом включает в себя организацию и структурирование деятельности проекта от начала до завершения. Виды деятельности могут заключаться в строительстве инфраструктуры, такой как автомагистрали и мосты, или в крупных и мелких ремонтных работах, связанных со строительством такой инфраструктуры. Весь проект и связанные с ним мероприятия должны выполняться профессионально и завершаться в сроки и в рамках бюджета. Кроме того, минимизация социальных и экологических воздействий имеет важное значение для успешного управления проектами. Уокер, Дерек и Кумар, Арун. «Управление проектами в строительстве автомобильных дорог». Справочник по дорожному строительству. Эд. T.W. Fwa. C http

Смотрите также

В Wikisource есть оригинальные работы по теме: Дорожное строительство

Шоссе и бульвар

Дизайн и рассмотрение

Рекомендации

Внешние ссылки: стандарты проектирования автомобильных дорог

дальнейшее чтение

• Человеческий фактор для дорожных инженеров в Googlebooks