Дорожное строительство: проектирование, эксплуатация и безопасность

Введение

Гражданское строительство дорог, мостов и туннелей

Автомобильная (или дорожная) инженерия – это профессиональная инженерная дисциплина, являющаяся ответвлением от транспортной инженерии в рамках гражданского строительства, которая охватывает планирование, проектирование, строительство, эксплуатацию и обслуживание дорог, автомагистралей, улиц, мостов и туннелей для обеспечения безопасной и эффективной перевозки людей и грузов. Автомобильная инженерия получила широкое распространение во второй половине 20-го века, после Второй мировой войны. Стандарты автомобильной инженерии постоянно совершенствуются. Инженеры-дорожники должны учитывать прогнозируемые объемы движения, проектирование перекрестков и развязок, геометрическое проектирование и выравнивание, материалы и конструкцию дорожного покрытия, расчет толщины покрытия и его обслуживание. Многофункциональность автомагистралей, экономическая ситуация и развитие технологий ценообразования на дорогах постоянно меняются. Соответственно, постоянно меняются и подходы к финансированию, управлению и обслуживанию автомагистралей.

Оценка воздействия на окружающую среду

Экономический рост сообщества зависит от развития автомагистралей для повышения мобильности. Однако неправильно спланированные, спроектированные, построенные и обслуживаемые автомагистрали могут нарушить социальные и экономические характеристики любого населенного пункта. К распространенным негативным последствиям развития автомагистралей относятся повреждение среды обитания и биоразнообразия, загрязнение воздуха и воды, создание шума и вибрации, повреждение природного ландшафта и разрушение социальной и культурной структуры сообщества. Автомобильная инфраструктура должна строиться и обслуживаться с высоким качеством и в соответствии со стандартами. Для интеграции экологических соображений в планирование, составление графиков, строительство и обслуживание автомагистралей необходимо выполнить три ключевых шага. Этот процесс известен как оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС), поскольку он систематически рассматривает следующие элементы: травмы в дорожно-транспортных происшествиях являются основной причиной случайной смерти в первые пять десятилетий жизни человека. Управление безопасностью – это систематический процесс, направленный на снижение частоты и тяжести дорожно-транспортных происшествий. Взаимодействие человека и транспортного средства с дорожными системами является нестабильным и представляет собой вызов для управления безопасностью автомагистралей. Ключ к повышению безопасности дорожных систем заключается в проектировании, строительстве и обслуживании, обеспечивающих большую устойчивость к типичному диапазону этого взаимодействия человека и машины с автомагистралями. Технологические достижения в области проектирования автомагистралей улучшили методы проектирования, строительства и обслуживания, используемые на протяжении многих лет. Эти достижения позволили внедрить новые инновации в области безопасности автомагистралей. В процессе проектирования необходимо учитывать определенные факторы, чтобы успешно адаптировать автомагистраль к топографии местности и обеспечить ее безопасность. Некоторые из этих конструктивных соображений: существует три основных типа покрытий дорожного полотна: бетон асфальтового качества (PQC), портландцементный бетон (PCC) и горячий асфальтобетон (HMA). Под этим верхним слоем находятся слои материалов, обеспечивающие структурную поддержку дорожной системы. Эти основания могут включать в себя слои щебня основания и подстилки, или обработанные слои основания и подстилки, а также нижележащий естественный или обработанный грунт основания. Эти обработанные слои могут быть цементогрунтовые, асфальтогрунтовые или известковогрунтовые для дополнительной поддержки. Поверхностный слой гибкого покрытия изготавливается из горячего асфальтобетона (HMA). Для основания обычно используются неукрепленные щебни, однако основание также может быть стабилизировано асфальтом, пенобитумом, <Roadstone Recycling>, портландцементом или другим стабилизирующим агентом. Подстилка обычно строится из местного щебня, а верхняя часть грунта основания часто стабилизируется цементом или известью. Портландцементный бетон (PCC) является наиболее распространенным материалом, используемым при строительстве жестких плит дорожного покрытия. Его популярность обусловлена доступностью и экономичностью. Жесткие покрытия должны быть спроектированы для выдерживания многократных транспортных нагрузок. Типичный расчетный срок службы жесткого покрытия составляет от 30 до 40 лет, что примерно в два раза больше, чем у гибкого покрытия. На протяжении всего срока службы автомагистрали ее эксплуатационная пригодность тщательно контролируется и поддерживается. Один из распространенных методов поддержания эксплуатационной пригодности автомагистрали – устройство верхнего слоя покрытия. Существует три подкатегории жестких покрытий, классифицируемых в зависимости от условий сцепления между верхним слоем покрытия и существующей плитой. Независимо от того, насколько хорошо спроектированы и построены другие аспекты дороги, для обеспечения ее долговечности необходим адекватный дренаж. Избыток воды в конструкции автомагистрали неизбежно приведет к преждевременному разрушению, даже если разрушение не будет катастрофическим. Каждая система дренажа автомагистрали специфична для конкретного участка и может быть очень сложной. В зависимости от географии региона многие методы обеспечения надлежащего дренажа могут быть неприменимы. Инженер по автомагистралям должен определить, в каких ситуациях следует применять тот или иной процесс проектирования, обычно комбинацию нескольких подходящих методов и материалов для отвода воды от конструкции. Избыточная влага под бетонным покрытием может вызвать вымывание грунта, образование трещин и разрушение швов. Борьба с эрозией является важным компонентом при проектировании систем дренажа автомагистралей. Необходимо обеспечить поверхностный дренаж для отвода осадков от конструкции. Автомагистрали должны быть спроектированы с уклоном или продольным уклоном, чтобы сточные воды направлялись к обочине дороги, в кювет и от участка. Проектирование системы дренажа требует прогнозирования стока и инфильтрации, анализа открытых каналов и проектирования водопропускных труб для направления поверхностных вод в подходящее место. Существует ряд элементов строительства автомагистралей, которые можно разделить на технические и коммерческие элементы системы.

The economic growth of a community is dependent upon highway development to enhance mobility. However, improperly planned, designed, constructed, and maintained highways can disrupt the social and economic characteristics of any size community. Common adverse impacts to highway development include damage of habitat and bio diversity, creation of air and water pollution, noise and vibration generation, damage of natural landscape, and the destruction of a community's social and cultural structure. Highway infrastructure must be constructed and maintained to high qualities and standards. There are three key steps for integrating environmental considerations into the planning, scheduling, construction, and maintenance of highways. This process is known as an Environmental Impact Assessment, or EIA, as it systematically deals with the following elements: Road traffic injury is the single leading cause of unintentional death in the first five decades of human life. Management of safety is a systematic process that strives to reduce the occurrence and severity of traffic accidents. The man/machine interaction with road traffic systems is unstable and poses a challenge to highway safety management. The key for increasing the safety of highway systems is to design, build, and maintain them to be far more tolerant of the average range of this man/machine interaction with highways. Technological advancements in highway engineering have improved the design, construction, and maintenance methods used over the years. These advancements have allowed for newer highway safety innovations. There are certain considerations that must be properly addressed in the design process to successfully fit a highway to a site's topography and maintain its safety. Some of these design considerations are:

There are three major types of pavement surfaces pavement quality concrete (PQC), Portland cement concrete (PCC) and hot mix asphalt (HMA). Underneath this wearing course are material layers that give structural support for the pavement system. These underlying surfaces may include either the aggregate base and sub base layers, or treated base and sub base layers, and additionally the underlying natural or treated sub grade. These treated layers may be cement treated, asphalt treated, or lime treated for additional support. A flexible pavement's surface layer is constructed of hot mix asphalt (HMA). Unstabilized aggregates are typically used for the base course; however, the base course could also be stabilized with asphalt, Foamed Bitumen,<Roadstone Recycling> Portland cement, or another stabilizing agent. The subbase is generally constructed from local aggregate material, while the top of the subgrade is often stabilized with cement or lime. Portland cement concrete (PCC) is the most common material used in the construction of rigid pavement slabs. The reason for its popularity is due to its availability and the economy. Rigid pavements must be designed to endure frequently repeated traffic loadings. The typical designed service life of a rigid pavement is between 30 and 40 years, lasting about twice as long as a flexible pavement. Throughout a highway's life, its level of serviceability is closely monitored and maintained. One common method used to maintain a highway's level of serviceability is to place an overlay on the pavement's surface. There are three subcategories of rigid pavement overlays that are organized depending on the bonding condition at the pavement overlay and existing slab interface. Regardless of how well other aspects of a road are designed and constructed, adequate drainage is mandatory for a road to survive its entire service life. Excess water in the highway structure can inevitably lead to premature failure, even if the failure is not catastrophic. Each highway drainage system is site specific and can be very complex. Depending on the geography of the region, many methods for proper drainage may not be applicable. The highway engineer must determine which situations a particular design process should be applied, usually a combination of several appropriate methods and materials to direct water away from the structure. Excessive moisture under a concrete pavement can cause pumping, cracking, and joint failure. Erosion control is a crucial component in the design of highway drainage systems. Surface drainage must be allowed for precipitation to drain away from the structure. Highways must be designed with a slope or crown so that runoff water will be directed to the shoulder of the road, into a ditch, and away from the site. Designing a drainage system requires the prediction of runoff and infiltration, open channel analysis, and culvert design for directing surface water to an appropriate location. There are a number of elements of highway construction which can be broken up into technical and commercial elements of the system.