1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОБЛЕМЫ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
1.2 История строительства и эксплуатации автомобильных дорог
Ретроспективный взгляд на историю строительства автомобильных дорог показывает, что она уходит корнями в далекое прошлое и напрямую взаимосвязана с развитием человеческого общества и материальной культуры. Дороги являются одним из древнейших инженерных сооружений.
Исследователями данного вопроса установлено, что возможно в первобытнообщинном строе почти отсутствовали дороги, т.к. люди жили небольшими племенами, следовательно, надобности в путях сообщения не было. Дороги начали появляться, когда люди стали объединяться для охоты и рыбной ловли, выбирать наиболее удобные для прохода места. Дорожное строительство зародилось в лесах, где тропы постепенно приспосабливали для движения, убирая с пути камни и обламывая сучья. А в болотах на непроходимых участках набрасывали жерди или ветви [].
Простая кооперация людского труда в крупных масштабах появилась в рабовладельческих государствах, что вызвало необходимость в сообщениях. Это прослеживается, например, при строительстве египетских пирамид, индийских храмов, строительстве дорог в древней Персии, Ассирии, Риме.
Впервые следы существования колесных экипажей отмечены в 3000 г. до н.э. А как показывают источники в 750-612 гг. до н. э. создана дорожная сеть (начало почтовых операций) в Ассирии. Уже в 530-330 гг. до н. э. хорошо развитая сеть дорог существовала в Персии. расцвет дорожного строительства в древнем Риме. На рубеже новой эры отмечается расцвет дорожного строительства в древнем Риме.
Всем известная в настоящее время поговорка: «Все дороги ведут в Рим» имеет под собой реальную почву, т.к. двадцать девять дорог соединяли столицу Римской империи с Испанией, Галлией и другими завоеванными римлянами государствами.
Более детально рассматривая Римскую дорогу, мы видим, что это - своеобразная безрельсовая магистраль (прямая, с высокими насыпями и т. д.) шириной в 11 м и толщиной каменного слоя в 0,9 м, требовавшая колоссального расхода каменных материалов: 10000-15000 м3 на 1 км дороги (примерно в 10 раз больше, чем на современные автомагистрали). Скорость движения по римским дорогам доходила до 20 км/час (выше, чем в Европе и Америке в середине XVIII в.).
Отмечается, что в средние века в Европе происходил упадок в дорожном деле. Однако зарождение крупной промышленности «...с ее лихорадочным темпом и массовым характером производства, с ее постоянным перебрасыванием масс капитала и рабочих из одной сферы производства в другую и с созданными ею мировыми рыночными связями...» потребовало разрыва пут, завещанных ей мануфактурным периодом; «... связь и транспорт были постепенно приспособлены к способу производства крупной промышленности...» [ ] .
Первые шоссейные дороги стали появляться на рубеже XIX в. Причем, за 1820-1840 гг. зарегистрировано появление первых паровых автомобилей (примерно 40 шт.).
В конце XIX в. начавшееся развитие автомобильного транспорта потребовало приспособления шоссейных дорог к автомобильному движению. Начинается масштабное строительство автомобильных дорог в Европе и особенно в США. В 20-х годах XXв. дорожное строительство в США достигло своего расцвета.
Именно стратегическими соображениями обуславливалось бурное дорожное строительство в некоторых странах, особенно в милитаристской Германии.
Что касается нашей страны, то можно отметить, что дороги на территории России появились еще в древнерусском государстве и до монгольского нашествия и основные пути соединялись в Киеве. В послемонгольский период основными дорогами стали пути, связывающие Владимир и Москву с Тверью и Новгородом и идущие в Золотую орду [3].
Городские улицы были шириной от 4 – 5 до 12 - 15 метров. По всей длине улицы или на их участке укладывались поперек ряды бревен, которые служили для переезда и назывались «мосты». Настилы устраивались в один иногда в два - три ряда. Техника устройства бревенчатых мостовых на Руси достигла большого развития и совершенства. Для осушения улиц использовались бревенчатые дренажи и водостоки. [Жуков, с.13]
Новгородский «Устав Ярослава князя о мостах» вышедший в XI веке обозначает районы, которые подлежат мощению бревнами, и разделяет траты на устройство мостовых между местными властями и торговыми организациями. [Жуков1, с.14]
С развитием российского государства количество дорог увеличивалась и к 17 веку они сложили целую сеть вокруг Москвы через близлежащие города. Также данные сети окружали и местные центры. После присоединения Сибири началось прокладывание дорог через Уральские горы. Для контроля за регулярными перевозками был создан Ямской приказ, работавший в 1574 – 1711 и 1720 – 1730 годах.
Начало систематического строительства дорог положил Петр I в результате строительства дороги, соединяющей Санкт-Петербург с Москвой. В 1692 г. московские улицы решили замостить камнем. От слова «мостить» и возникло понятие «мостовая». Первая государственная дорога появилась в России только в 1722 г. при Петре I, она соединила Москву с Петербургом. Поначалу дорога была просто хорошо укатанной, грунтовой и лишь на некоторых участках укреплена бревенчатыми настилами, а в 1817 ее начали покрывать щебнем. Первый рейсовый экипаж проехал по этой дороге в 1834 году, а в 1834 она была переименована на Московское шоссе. Во времена Российской империи дороги были снабжены Указателями расстояний и почтовыми станциями в которых происходила смена лошадей и предоставлялся ночлег для проезжающих. [3. Большая российская энциклопедия: дороги Официальный сайт URL: https://bigenc.ru/ethnology/text/1966244 (дата обращения 23.06.2021)
В 30-х годах XIX в. прославился русский изобретатель В.П. Гурьев, разработавший и построивший деревянную торцовую мостовую в Петербурге, которая до Октябрьской революции была преобладающим типом мостовых и главных улиц Санкт-Петербурга. Данная технология была заимствована и внедрена в городах Западной Европы и США [1, с.14].
Другая передовая идея В.П. Гурьева - создание безрельсовых магистралей большого протяжения, к сожалению, из-за косности царского правительства, а отчасти из-за отсутствия надлежащего подвижного состава - в ту пору так и не была реализована. Ни в XIX в., ни в начале XX в. царское правительство не проявляло большого интереса к дорожному строительству в России.
В основном за состоянием дорог должны были следить местные земства или заменяющих их учреждениях. Но зачастую бюджет земств не справлялся с поставленной задачей поскольку были и другие нужды. В связи с этим был издан указ от 1 июля 1895 года об образовании дорожного капитала для улучшения состояния дрог.
К началу XX века в Российской империи не было систематизированных источников о дорожных путях. В результате нельзя было получить представление даже в общих чертах с делом устройства путей сообщения. Первый труд по состоянию российских дорог вышел в 1900 году.
Первые автомобили в нашей стране появились в 1901 г., когда в США их было уже 23 тыс. С 1908 г. легковые автомобили начал выпускать Русско-Балтийский завод в Риге, изготовивший их 460 шт. до 1916 г.— до эвакуации в связи с наступлением германских войск.
В дореволюционный период в России автомобильных дорог с усовершенствованным типом покрытия (асфальтобетонных и цементобетонных) не было. Было небольшое количество дорог с покрытием из булыжного и колотого камня, клинкерных, щебеночных и гравийных, грунтово-улучшенных различными добавками (песком, гравием, щебнем и др.). В 1896 г. была разработана инструкция, содержащая перечень требований и обязанностей при содержании шоссе и малых мостов, которая не потеряла актуальности и в наше время.
За годы Советской власти автотранспорт получил колоссальное развитие, несмотря на то что ей досталась по наследству слаборазветвленная и не приспособленная для автомобильного движения дорожная сеть. Была осуществлена значительная работа и по увеличению сети дорог с твердым покрытием.
Несмотря на то, что с 1920 года до первой пятилетки продолжалось в восстановление сети существующих дорог, до 1930 г. СССР оставался «классической страной бездорожья», по мнению проф. А. К. Бируля. В те годы среди всех стран самой развитой инфраструктурой в автодорожном сервисе отличалась Германия.
К 1941 г. было построено более 7 тыс. км дорог с асфальтобетонным и цементобетонным покрытиями. В период довоенных пятилеток было начато строительство первых дорог с усовершенствованным покрытием под Москвой, Ленинградом, Харьковом, в Крыму и на Кавказе. Строительство дорог продолжалось и в годы Великой Отечественной войны. Построено и отремонтировано примерно 140 тыс. км дорог, в том числе 4,3 тыс. км дорого с каменным покрытием. Построено и восстановлено 414 тыс. пог. м мостов, усилено почти 320 тыс. пог. м мостов.
Послевоенный период характеризуется быстрым ростом механизации работ, поточным методом строительства дорог, широким использованием для устройства оснований и покрытий местных материалов, обработанных вяжущими, заменой оснований из щебня и гравия грунтовыми основаниями, укрепленными цементом и битумом, расширенным применением асфальтобетона, цементобетона, холодных и теплых смесей, тенденцией к снижению стоимости производства работ за счет повышения производительности труда и внедрения рационализаторских предложений. Широко развернулось строительство крупных магистралей, связывающих Москву со столицами союзных республик и важными областными центрами, а также активизировались работы по благоустройству дорог во многих городах республиканского, областного и местного значения.
Сеть дорог развивается быстрыми темпами, но потребности народного хозяйства они не удовлетворяют. В 1980-е гг. ежегодный ввод новых дорог с твердым покрытием составил около 15 тыс. км, из них менее 50 % имели асфальтобетонные и цементобетонные покрытия.
По официальным данным конкретно в 2021 году в нашей стране ремонт, строительство и реконструкция будет осуществлена порядка 23 тысяч километров дорог, как регионального так и федерального значения.
Так вице-премьер Марат Хуснуллин официально заявил: «Все планы по дорожному строительству в 2020 году были выполнены, в том числе за год провели ремонт более 23 тысяч км дорожного полотна. В этом году мы планируем поддерживать высокие темпы в этом направлении. В 2021 отремонтируем более 6 тысяч км федеральных автодорог и не менее 15 тысяч км дорог региональной сети, а также построим почти 1,2 тыс. км новых дорог» []. Им подчеркнуто, что правительством поставлены глобальные цели по дорожному строительству до 2024 года.
2.2 Основные характеристики и классификация автомобильных дорог
Рассматривая основные характеристики автомобильных дорог, считаем целесообразным обратиться к понятию «дорога». Под дорогой принято понимать обустроенную (приспособленную) и используемую для движения транспортных средств полосу земли либо поверхность искусственного сооружения. Дорога состоит из одной или нескольких проезжих частей, а также может включать трамвайные пути, тротуары, обочины и разделительные полосы при их наличии [Федеральный закон от 10.12.1995 г. № 196-ФЗ «О безопасности дорожного движения»].
Согласно официальным источникам автомобильные дороги представляют собой комплекс инженерных сооружений, предназначенных для движения транспортных средств с расчетной нагрузкой и установленными скоростями в любое время года и в любых условиях погоды.
Дорожная инфраструктура включает в себя земельные участки в границах полосы отвода автомобильной дороги и расположенные на них или под ними конструктивные элементы. Основными технологическими частями дороги являются: земляное полотно, дорожная одежда, защитные дорожные сооружения; искусственные дорожные сооружения; производственные объекты; элементы обустройства автомобильных дорог и автотранспортных служб [4].
От основных характеристик и состояния всех элементов дороги и дорожных сооружений зависит технический уровень и эксплуатационное состояние дороги.
Рассматривая защитные дорожные сооружения, можно выделить в них следующие составляющие: элементы озеленения, заборы, предназначенные для защиты автомобильных дорог от снежных лавин, шумозащитные и ветрозащитные устройства, и другие подобного рода конструкции[4].
К искусственным дорожным сооружениям относят комплексы строений, предназначенные для движения транспортных средств, пешеходов и прогона животных в местах пересечения автомобильных дорог другими путями сообщения, оврагами, водотоками, в тех местах, которые являются барьерами для такого движения или прохода домашних животных. К числу таких препятствий относятся мосты, переправы по льду, путепроводы, трубопроводы, тоннели, эстакады, подобные сооружения [4].
Производственные объекты – это те строения, которые используются при капитальном ремонте, ремонте, содержании автомобильных дорог [4].
Под элементами обустройства автомобильных дорог подразумеваются сооружения, к которым относятся дорожные знаки, дорожные ограждения, светофоры и другие устройства для регулирования дорожного движения, места отдыха, остановочные пункты, объекты, предназначенные для освещения автомобильных дорог, пешеходные дорожки, пункты весового и габаритного контроля транспортных средств, пункты взимания платы, стоянки транспортных средств, сооружения, предназначенные для охраны автомобильных дорог и искусственных дорожных сооружений, тротуары, другие предназначенные для обеспечения дорожного движения, в том числе его безопасности, сооружения. Исключение составляют объекты дорожного сервиса [4].
Основное назначение автодорог - удовлетворение потребностей социума и государства в автомобильных перевозках. В соответствии с этим они должны обладать высокими потребительскими свойствами, среди которых выделяют: скорость, непрерывность, удобство и безопасность движения, пропускная способность и уровень загрузки движением, способность пропускать автомобили и автопоезда с заданными габаритами, осевыми нагрузками и грузоподъемностью (общей массой), а также эстетичность и экологическая безопасность.
Классификацию автомобильных дорог принято выделять по различным основаниям. Так, в соответствии с ГОСТ P 52398-2005 «Классификация автомобильных дорог. Основные параметры и требования» по транспортно-эксплуатационным качествам и потребительским свойствам, условиям движения и доступа на них транспортных средств все дороги делят на три класса:
• автомагистраль,
• скоростная дорога,
• дорога обычного типа (нескоростная дорога).
В соответствии с их значением автомобильные дороги классифицируют на:
1) автомобильные дороги федерального значения;
2) автомобильные дороги регионального или межмуниципального значения;
3) автомобильные дороги местного значения;
4) частные автомобильные дороги.
На основании транспортно-эксплуатационных характеристик и потребительских свойств автомобильных дорог в порядке, установленном Правительством Российской Федерации, автодороги бывают первой, второй, третьей, четвертой, пятой категорий.
К классу «автомагистраль» относят автомобильные дороги, которые
- обладают на всем протяжении многополосной проезжей частью с центральной разделительной полосой;
- не имеют пересечений в одном уровне с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками;
- проезд на которые возможен только через пересечения в разных уровнях, устроенных не чаще чем через 5 км друг от друга.
Класс «скоростная дорога» включает в себя автомобильные дороги:
- содержащие на всем протяжении многополосную проезжую часть с центральной разделительной полосой;
- с отсутствием пересечений в одном уровне с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками;
- проезд на которые возможен через пересечения в разных уровнях и примыкания в одном уровне (без пересечения потоков прямого направления), устроенных не чаще, чем через 3 км друг от друга.
На скоростные автомобильные дороги доступ осуществляется только через транспортные развязки или регулируемые перекрестки, на проезжей части или проезжих частях которых запрещены остановки и стоянки транспортных средств и специально оборудованные местами отдыха и стоянками для транспортных средств.
Автомобильные дороги, не отнесенные к классам «автомагистраль» и «скоростная дорога» относят к классу «дороги обычного типа». Они характеризуются:
- наличием единой проезжей части или с центральной разделительной полосой;
- доступностью только через пересечения и примыкания в разных и одном уровне, расположенные для дорог категорий IB, II, III не чаще, чем через 600 м, для дорог категории IV не чаще, чем через 100 м, категории V — 50 м друг от друга.
Продолжая давать классификацию автомобильных дорог, следует отметить, что в зависимости от вида разрешенного использования подразделяются на автомобильные дороги общего пользования и автомобильные дороги необщего пользования. Так к автомобильным дорогамобщего пользования относятся те дороги, которые используются для движения транспортных средств неограниченного круга лиц.
К автомобильным дорогамнеобщего пользования относятся автомобильные дороги, которые являются собственностью, или находятся во владении, а также в пользовании исполнительных органов государственной власти, местных администраций (исполнительно-распорядительных органов муниципальных образований), физических или юридических лиц и применяемые ими только для обеспечения собственных либо для государственных или муниципальных нужд.
Все перечни автомобильных дорог необщего пользования федерального, регионального или межмуниципального значения утверждаются соответственно уполномоченными федеральными органами исполнительной власти, высшим исполнительным органом государственной власти субъекта Российской Федерации. Причем в общий перечень автомобильных дорог необщего пользования регионального или межмуниципального значения не включаются автомобильные дороги необщего пользования федерального значения, а также их участки. Органы местного самоуправления могут утверждать перечень автомобильных дорог необщего пользования местного значения.
2 КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
2.1 Загрязнение воздуха вредными веществами
Основным источником загрязнения окружающей среды при эксплуатации автомобильных дорог является автомобильный транспорт. Относительная доля автотранспорта в общих выбросах загрязняющих веществ от всех отраслей экономики очень высока и составляет порядка 70-80% от общего уровня загрязнения.
Во время эксплуатации автомобильных дорог происходит химическое воздействие, т.е. осуществляется перенос воздушными и водными средами вредных и токсичных веществ, образующихся в результате химических реакций при горении углеводородных топлив в двигателях внутреннего сгорания.
Доля от транспортного загрязнения в городах в структуре социально-экологических потерь населения составляет 95 % суммарного ущерба, это: оксиды азота (44,5 %), свинец (21 %), акролеин (7,5 %), сажа (7,4 %), оксид углерода (6 %), диоксид серы (3,4 %), а также формальдегид, бензапирен, ацетальдегид [6].
При строительстве и реконструкции автомобильных дорог наибольшие выбросы вредных веществ в атмосферу происходят при:
• сжигании топлива в двигателях;
• выемке грунта в процессе подготовительных работ при расчистке трассы;
• сварочных и покрасочных работах;
• отоплении временных жилых поселков.
В таблице 1 приведены результаты анализа газопылевых выбросов в атмосферу, зафиксированных при строительстве автомобильных дорог.
Таблица 1 – Выбросы вредных веществ в атмосферу при строительстве автомобильных дорог
№ п/п Название вещества Значение мг/ м3
1 Углеводороды предельные С6 - С10 100,0
2 Углеводороды предельные С1 - С5 50,0
3 Бензол 1,5
4 Углеводороды предельные С12 - С19 1,0
5 Толуол 0,6
6 Окись углерода 5,0
7 Пыль неорганическая (SiO2 ? 20%) 0,5
8 Сернистый ангидрид 0,5
9 Пыль неорганическая (SiO2 ? 20 – 70%) 0,03
10 Ксилол 0,2
11 Фтористый водород 0,2
12 Сажа 0,15
13 Двуокись азота 0,085
14 Оксид железа 0,04
15 Фториды 0,03
16 Оксиды марганца 0,01
17 Сероводород 0,008
Указанные данные, позволяют сделать вывод, что их состав насчитывает порядка семнадцати вредных элементов. [СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги. — М.: ЦИТПГосстроя СССР, 1986. — 52 с. ]
Вредные и токсичные вещества, находящиеся в отработавших газах двигателей, принято разделять на три группы:
1) углеродсодержащие вещества - продукты полного и неполного сгорания топлив: СО2, СО, углеводороды (в т. ч. и полициклические ароматические), сажа;
2) вещества, образование которых не связано с горением топлива (оксиды азота);
3) вещества, выброс которых связан с примесями, содержащимися в топливе (соединения серы, свинца и других тяжелых металлов), воздухе (кварцевая пыль, аэрозоли), а также образующимися в процессе износа металлов (оксиды металлов). Рассмотрим наиболее опасные токсичные вещества, образующиеся при работе автомобильных двигателей и попадающие в придорожную полосу.
Монооксид углерода (угарный газ) – образуется при сгорании углеводородного топлива при недостатке воздуха и при диссоциации СО2. Токсичное действие монооксида углерода на организм человека и теплокровных животных связано с его способностью вступать во взаимодействие с гемоглобином крови. Вызывает расстройство нервной и сердечно-сосудистой систем, обладает кумулятивным эффектом. Максимально допустимая разовая концентрация в соответствии с санитарными нормами составляет 5 мг/м3, а среднесуточная - 3 мг/м3.
Диоксид азота отнесен к 2-му классу токсичности (в 41 раз опаснее окиси углерода). Даже в небольшой концентрации он опасен для органов дыхания человека и животных, так как раздражает легкие и дыхательные пути, способствует возникновению воспалительных процессов в них. При высоком содержании действует на нервную систему человека, вызывая головокружение и неадекватные реакции («веселящий газ»). Оказывает вредное воздействие на растения. Предельно допустимая разовая концентрация для диоксида азота - 0,085 мг/м3, среднесуточная - 0,040 мг/м3.
Углеводороды представляют собой смесь различных низкомолекулярных соединений (метан, пропан, гексан) и альдегидов.
Низкомолекулярные углеводороды не относятся к высокотоксичным соединениям. Однако альдегиды, содержащие кислород, действуют на слизистую оболочку органов дыхания и на нервную систему [5]. Предельно допустимая разовая концентрация углеводородов в воздухе - 3,0 мг/м3, среднесуточная - 1,0 мг/м3.
Диоксид серы (сернистый ангидрид) – SO2 – образуется во время горения содержащегося в топливе соединения серы и входит в состав твердых частиц сажи. В выбросах автомобильных двигателей [6] присутствует в небольших количествах (в основном в дизельных).
Имеет резкий раздражающий запах, хорошо растворяется в воде, образуя сернистую кислоту. Дожди с высоким содержанием сернистой кислоты называют «кислотными». Под действием выпадения этих дождей наблюдается угнетение лесной растительности, изменение состава воды в водоемах и гибель ценных пород рыб.
Диоксид серы раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, вызывает хронические заболевания легких, способствует возникновению хронического гастрита, бронхита, ларингита, рака легких и других болезней. Предельно допустимая разовая концентрация SО2 - 0,5 мг/м3, среднесуточная - 0,05 мг/м3.
Состав выбросов вредных веществ в атмосферу автомобильными двигателями зависит от ряда факторов: конструктивные параметры, техническое состояние, вид топлива и его класс и многое другое. Результаты исследования приведены ниже (таблица 2).
Таблица 2 – Состав выбросов вредных веществ в атмосферу при работе автомобильных двигателей
№ п/п Компоненты Объём, %
Двигатели с искровым зажиганием Дизельные двигатели
1 Азот 74-77 76-78
2 Двуокись углерода 5,0-12 1-10
3 Водяной пар 3,0-5,5 0,5-4
4 Кислород 0,3-8 2-18
5 Оксид углерода 0,5-10 0,01-0,5
6 Углеводороды 0,2-3 0,009-0,5
7 Оксиды азота 0-0,8 0,0002-0,5
8 Альдегиды 0-0,2 0,01-1
9 Сажа, г/м3 0-0,04 0,01-10
10 Бензапирен, г/м3 До 0,00002 До 0,00001
Проведя анализ таблицы 2, мы пришли к выводу, что наибольший вклад в состав отработавших газов вносит азот и двуокись углерода.
При строительстве автодороги в процессе различных технологических операций возникает большое количество пыли и газов, загрязняющих воздух (таблица 3).
Таблица 3 – Концентрация пыли для различных технологических операций при строительстве автодорог
Технологическая операция Ориентировочный показатель запылённости, мг/м3
Погрузка сухого грунта экскаватором 20
Разгрузка автомобилей-самосвалов 8
Перемещение грунта бульдозером 10
Движение автомобилей-самосвалов по грунтовой дороге 10-40
Рисунок 1
Режим работы автомобильного двигателя служит основным параметром, определяющим состав отработавших газов. Двигатель автомобиля при нормальном уличном движении работает в следующем временном режиме:
? холостой ход – 35%;
? постоянные частоты – 29%;
? ускорение – 22%;
? замедление – 14%.
