Двухуровневый разгрузочный беспробочный путепроводx
advertisement
1 УДК 625.745.1 (624.21/8) Двухуровневый разгрузочный беспробочный путепровод. Варианты конструкции и их экономическая оценка. Enclosed elevated automobile overpass (two levels, no traffic jams) on the steel frame. Design options and their economic evaluation. А.Ю. Низовцев, Ю.М. Низовцев Nizovсev A.Y., Nizovtsev Y.M. Москва. 2012. Аннотация Рассматривается новая конструкция беспробочного двухуровневого путепровода на стальном каркасе с межэтажными переездами и буферными полосами, устанавливающегося при заранее подготовленных блоках для сборки в течение месяца. Его себестоимость при высокой надежности на порядок ниже известных цифр, в которые обходится строительство путепроводов в РФ. Он в силу своей конструкции не тормозит автопотоки, а наоборот, разгружает перегруженные трассы, что характерно для крупных городов, проводя автобусы и грузовики по первому уровню, а легковой транспорт – по второму – без заторов и с высокой скоростью. А при его продлении в обе стороны число полос движения на трассе увеличивается вдвое-втрое. We propose a new design of the overpass (two levels) on the steel frame. It is set when predefined blocks for month. Its prime cost is lower than the cost of conventional overpasses several times. It does not slow traffic streams, and vice versa, it relieves congested highway, which is typical of large cities. Buses and trucks are passing on the first level, the cars are passing mostly on the second level, both levels are linked crossings. Each level has an additional (buffer) lanes. The number of lanes on the highway is increased two to three times when extending an overpass in both directions. 2 Краткое описание путепровода и нескольких вариантов его конструкции. Разгрузочный путепровод, запатентованный в виде конструкции эстакады для перемещения транспортных средств на разных уровнях в России ⌊1⌋, на Украине ⌊2⌋, устанавливается преимущественно на загруженных автомагистралях, пересекающих железнодорожные пути, автомагистрали, реки, овраги и т. п., а также устанавливается на тех участках переезда, на которых к месту переезда подходит несколько дорог, а на действующем путепроводе имеется меньшее число полос движения, чем на соединяемых им участках автодороги. Конструкция двухуровневого путепровода включает 4-е полосы движения плюс две буферные полосы на втором уровне и столько же на первом уровне. Всего - 8 полос движения и 4 буферные полосы. Эта конструкция обеспечивает пропускную способность путепровода на уровне около 16 тысяч автомобилей в час и безостановочное движение автомобилей при скорости не менее 30 км/час без возникновения заторов и пробок. Грузовые автомобили перемещаются только по первому этажу (уровню), легковые автомобили могут перемещаться как по первому этажу, так и по второму этажу, переезжая на второй этаж по въезду-отводу от автодороги, а также по межэтажному переезду, например, в случае наступления полной загруженности первого уровня в часы пик и прочих напряженных периодах работы автомагистрали или для ускорения проезда по путепроводу. Путепровод при усилении транспортных потоков на автомагистрали и ее возможной перегрузке может быть продлен в обе стороны над наземной магистралью для увеличения пропускной способности всей локальной трассы в виде двухуровневой магистрали-эстакады на 5, 10, 20 и более километров. Связанность уровней путепровода межэтажными переездами, въездными и съездными участками обеспечивает безостановочный проезд большей 3 части автомобилей, а это легковые автомобили, по любому наименее загруженному уровню. Причем наличие свободных от движения буферных (резервно-технических) полос на каждом этаже путепровода практически гарантирует объезд автомобилями мест аварий или ремонта без остановок и без существенного падения скорости транспортного потока. Если число автомобилей выросло (число полос движения подведенных к путепроводу дорог увеличилось) и стало превышать пропускную способность путепровода и наоборот, то конструкция путепровода, состоящая из стальных деталей и узлов, соединенных резьбовыми крепежными элементами, предполагает сравнительно простую и быструю надстройку дополнительных этажей или – напротив - демонтаж ненужных этажей, вплоть до разборки конструкции и переноса ее в другое место. На основе известной методики управления дорожным движением ramp metering (США) разработана методика ⌊3⌋, позволяющая в любом случае удерживать плотность транспортного потока в заданных рамках и не допускать падения его скорости ниже определенного уровня. Для осуществления контролируемого въезда и поддержания непрерывности движения транспортного потока по путепроводу на въездах в путепровод устанавливаются светофоры, управляемые через контроллер радарами по программе, которая запрещает автомобилям въезд при падении скорости потока ниже, например, 30 км/час. Та же методика должна действовать и на автодороге перед въездом на путепровод и после него, вследствие чего, а также и вследствие наличия буферных полос транспортный поток удерживается на всем протяжении автодороги безостановочным. В частности, применение предлагаемой конструкции путепроводов в Москве на Третьем транспортном кольце (ТТК) и на Московской кольцевой автодороге (МКАД) практически не потребует финансовых вложений, но гарантирует безостановочное движение по этим магистралям даже в час пик. Кроме того, установить в ближайшее время без существенных затрат безостановочное движение на ТТК и МКАД можно переводом крайних 4 справа по ходу движения полос в буферные с введением на въездах светофоров, запрещающих въезд автомобилей при падении скорости потока до минимального предела (соответственно 60 и 40 км/час). Однако этот подход будет действенным только в случае согласования числа въездов и съездов, которое должно быть близко друг к другу. На ТТК этого можно достигнуть, переведя 4-ю (4-ю и 5-ю) полосу по краям в буферную, запретив по ним сквозное движение, то есть, предназначив их только для въездасъезда и для объезда автомобилями мест аварий или ремонта. В этом случае, все оставшиеся шесть полос (3 + 3) используются для сквозного, свободного движения с пропускной способностью 2 тыс. автомобилей в час каждая (всего – 12 тыс. автомобилей в час) со скоростью 60-90 км/час, с выставлением знака, запрещающего снижать скорость ниже 60 км/час. Кроме того, производится перевод каждого из всех въездных светофоров на ТТК в автоматический режим с включением запрещающего сигнала на въезд на ТТК при падении скорости транспортного потока на нем до 60 км/час. Аналогичным образом восемь полос МКАД предназначаются для проезда автомобилей в пределах скоростей 40-100км/час (пропускная способность трассы - 16 тысяч автомобилей в час при наличии 4-х полос движения в каждую из сторон), а крайние полосы переводятся в буферные и въездные светофоры работают в режиме допуска на МКАД автомобилей только при скорости транспортного потока в пределах 40-100 км/час. В результате, в любое время суток на ТТК и МКАД движение становится скоростным и безостановочным, без заторов и пробок. Что касается перевода движения в безостановочное на радиальных магистралях, то процедура является аналогичной, но необходимо оставить только въездные светофоры, переведя их в указанный выше режим, сделать для пешеходов подземные и надземные переходы, а автомобили, пересекающие радиальные магистрали, пустить по быстро собирающимся металлическим эстакадам. Для обеспечения согласования пропускной способности путепроводаэстакады с пропускной способностью соединяемых участков автодороги, 5 число полос движения на этажах путепровода-эстакады должно быть не меньше числа полос движения на подведенных к путепроводу участках трассы. Возможность образования заторов и пробок из-за внезапных аварий или дорожного ремонта исключается самой конструкцией путепроводаэстакады, в которой предусмотрены межэтажные переезды, а также резервнотехнические (буферные) полосы, что предполагает объезд мест аварий или ремонта без остановки, либо по буферной полосе, либо по другому этажу практически без торможения движения транспортных средств ⌊4,5,6,7⌋. Ресурс полос движения многократно увеличивается за счет того, что закрытые, как минимум, сверху от воздействия окружающей среды полосы движения не подвергаются воздействию снега, дождя и т.п. Снижаются эксплуатационные расходы, число аварий из-за плохой видимости, сильного скольжения и т.п., что неизбежно происходит на открытых путепроводах. Обеспечить высокую надежность конструкции удается благодаря её простоте и надежности. Её можно сравнить с металлическим мостом, ресурс которого достигает 100 лет, а сравнительно низкая стоимость путепровода определяется в основном невысоким расходом используемого материала (черный металлопрокат), серийным производством типовых блоков путепровода-эстакады и соответственно быстротой их сборки, что позволяет сократить в десятки раз трудозатраты, требующиеся на сборку и установку путепровода. Обеспечение экологической безопасности путепровода достигается с помощью установки верхнего покрытия и боковых стенок между этажами. Это позволяет использовать для очистки внутреннего пространства путепровода-эстакады производящиеся от мощные образующихся выхлопных конвертеры-преобразователи газов уже вредных составляющих воздуха в нейтральные, причем шум из этих закрытых сооружений наружу также не выходит ⌊1⌋. 6 Таким образом, при наличии типовых блоков и секций для многоуровневых путепроводов-эстакад возможна быстрая установка этих эффективных, простых, надежных и беспробочных дорожных сооружений с требуемой пропускной способностью в городах, на междугородних магистралях, на дорогах, пересекающих те или иные препятствия. Краткое описание путепровода и нескольких вариантов его конструкции. Многоуровневый путепровод-эстакада включает в себя вертикальные и горизонтальные опоры, дорожное полотно с полосами движения, въездные участки и участки съезда, выполненные в виде дугообразных наклонных полос движения, причем в предпочтительном варианте эти полосы закрыты, как минимум, сверху и напоминают изогнутые рукава. Этажи путепровода соединяются между собой с внешней стороны переездами в виде дугообразных наклонных полос движения, причем в предпочтительном варианте эти полосы, закрытые сверху и по бокам, напоминают изогнутые рукава. Путепровод в условиях холодного или дождливого климата на протяжении большей части года выполняется, как минимум, в виде крытого двухэтажного сооружения. При двустороннем движении он содержит одну или две полосы движения в соответствующую сторону на каждом этаже путепровода. Наряду с полосами движения по краям каждого дорожного полотна предусмотрено по одной буферной полосе движения (в США на ряде магистралей для разгона и въезда на полосу движения автодороги также используются полосы, называемые там экспресс-полосами), которые используются только для въезда, съезда автомобилей и объезда ими мест аварий или ремонта. Переездные участки с одного уровня путепровода на другой, имеют ширину не менее 4 метров. Их минимальная ширина определяется возможностью объехать остановившийся легковой автомобиль. Полосы движения и резервно-технические полосы установлены на вертикальных и горизонтальных опорах. Безостановочное движение, даже 7 при возникновении препятствий на отдельных участках путепровода- эстакады, обеспечивается возможностью переезда транспортного средства на буферную (резервно-техническую полосу) или на другой этаж путепровода по межэтажному переезду. межэтажные переезды Въездные участки и участки съезда, а также размещены по бокам эстакады с обеих сторон путепровода. Путепровод, как правило, расположен вдоль оси автомобильной дороги. Общее количество полос движения определяется числом этажей в путепроводе и шириной этажа. Межэтажное расстояние составляет величину, достаточную для свободного проезда автомобилей, в частности, высота этажа для всех типов автомобилей составляет 4 метра, для легковых автомобилей межэтажное расстояние составляет порядка 2,5 метров, ширина полосы движения, а также буферной (резервно-технической полосы) составляет около трех метров. Путепровод представляет собой каркас, состоящий в поперечном разрезе из двух вертикальных опор (для варианта со встречным движением) или одной-двух вертикальных опор (для варианта с односторонним движением) и поперечных опор, крепящихся на вертикальных опорах. Высота вертикальных опор определяется этажностью эстакады и расположением над дорожным полотном. Если первый этаж путепроводаэстакады расположен над железнодорожным полотном на высоте 7,2 метра, то высота 2-этажной эстакады от наземного уровня до уровня второго этажа составит около 11 метров. Сборка путепровода осуществляется, как правило, с применением длинномерных конструкций с малым числом вертикальных опор. Каждый этаж путепровода-эстакады опирается на продольные и поперечные опоры, крепящиеся на вертикальных опорах. На опоры укладываются пролетные участки из металлических листов-плит. На них в качестве дорожного покрытия наносится сравнительно тонкий слой сталефибробетона (не менее 50 мм). На нижнем уровне путепровода, по которому проезжает 8 тяжелогруженый транспорт и автобусы, стальные листы пролетных участков упрочняются ребрами жесткости (ортотропные плиты). Путепровод может быть изготовлен как из железобетона, так и стального металлопроката. Возможен также комбинированный вариант. Путепровод в зависимости от условий эксплуатации и расположения имеет различные конструкции въездных и съездных участков на наземный уровень, например, въезд непосредственно с дорожной полосы улицы или магистрали, съезд на поперечное направление и т.д. Путепровод с межэтажными переездами и резервно-техническими (буферными) полосами имеет следующие варианты исполнения. 1. В виде надземной части загруженной одиночной автодороги. Путепровод включает в себя, во избежание на нем заторов, равное или большее число полос, чем число полос движения на автодороги. Например, при пересечении восьмиполосной магистралью железнодорожных путей устанавливается, как минимум, восьмиполосный путепровод, на второй этаж которого легковые автомобили с автодороги проезжают по боковому отводувъезду перед путепроводом. На второй этаж путепровода можно въехать и по межэтажному переезду с первого этажа путепровода. На данном участке автодороги , во избежание торможения основного транспортного потока, как минимум, перед въездом формируется буферная полоса. Со второго этажа путепровода легковые автомобили, проехав путепровод, съезжают по боковому отводу-съезду на автодорогу магистраль. При этих переездах, во избежание заторов, на путепроводе используются буферные полосы. Кроме того, на прилегающих к съезду с путепровода участках автодороги для облегчения выезда автомобилей с второго этажа путепровода на полосы движения автодороги по ее краям формируются буферные полосы (рис. 1). Распределение автомобилей при проезде осуществляется следующим образом: автомобили на двух первых полосах движения у осевой линии так и следуют по своим полосам через первый уровень путепровода; автомобили 9 на третьей от осевой полосе, следуя по ней, доезжают по буферной полосе путепровода до межэтажного переезда, по нему проезжают на второй уровень и следуют по любой из двух полос движения. Автомобили, находящиеся на четвертой полосе движения, либо переезжают на третью полосу, либо въезжают на второй уровень путепровода непосредственно со своей полосы или с буферной полосы, сформированной на автодороге на подъезде к путепроводу, по боковому отводу-въезду на второй уровень путепровода. С второго уровня путепровода автомобили съезжают на автодорогу по отводу-съезду через соответствующие буферные полосы на автодороге у путепровода. По второму уровню следуют только легковые машины. Ниже показан фрагмент крытого двухуровневого восьмиполосного путепровода в части с односторонним движением перегруженной восьмиполосной автодороге. на одиночной 10 Рис. 1 2. К путепроводу подведено несколько дорог или улиц. Например, в путепровод вливается шестиполосная дорога и к нему же сбоку подведена еще одна двухполосная дорога. В этом случае автомобили с первой и второй от осевой линии полос движения четырехполосной дороги так и следуют по своим полосам через первый уровень путепровода. С третьей от осевой линии полосы движения на второй уровень легковые автомобили с магистрали проезжают преимущественно по боковому отводу-въезду перед путепроводом (на этом участке автодороги магистрали, во избежание торможения основного транспортного потока, как минимум, перед въездом формируется буферная полоса) или, проехав по буферной полосе первого уровня путепровода до межэтажного переезда, въезжают по нему на второй уровень путепровода. Автомобили с боковой дороги въезжают на буферную полосу первого уровня путепровода по боковому въездному участку и, далее, грузовые автомобили и автобусы переезжают на полосы движения первого уровня, так же как и легковые при относительно свободном движении на нем, либо легковые автомобили по межэтажному переезду проезжают на второй этаж. Со второго уровня путепровода легковые автомобили могут съехать по боковому отводу-съезду на шестиполосную дорогу или, спустившись на первый уровень по межэтажному переезду, съехать по боковому отводу на боковую дорогу (рис. 2). Ниже показан фрагмент крытого двухуровневого восьмиполосного путепровода в части с односторонним движением, к которому подведены две автодороги – шестиполосная и двухполосная. 11 Рис. 2 3. Путепровод соединяет над железнодорожными путями дорогу с четырьмя полосами движения, тем не менее, в часы пик наполняющуюся автомобилями. В этом случае используется облегченный двухуровневый путепровод на основе металлопроката с двумя полосами движения и двумя буферными полосами на каждом этаже (всего четыре полосы движения). Так же как и в первых двух случаях транспортные потоки разделяются по двум уровням, и легковые автомобили преимущественно направляются на второй уровень. Для въезда легковых автомобилей на второй уровень и их быстрого проезда по путепроводу используется межэтажный переезд с первого этажа на второй через буферную полосу, а для соответствующий съездной участок (рис. 3). съезда - 12 Ниже показан фрагмент крытого двухуровневого четырехполосного путепровода в части с односторонним движением на одиночной перегруженной четырехполосной автодороге. Рис. 3. По буферным (резервно-техническим) полосам сквозной проезд автомобилей запрещается, так как они используются для сохранения безостановочности движения, во избежание образования заторов, только для объезда мест аварий или ремонта, а также для въезда на полосы движения и съезда с них, Для обеспечения безопасности движения боковые поверхности путепровода защищены противоударными конструкциями. Таким образом, легковой автомобиль может въехать на этаж с наименьшей плотностью и беспрепятственно перемещаться по полосе 13 движения путепровода со скоростью 30-90 км/час, так как в случае аварии на полосах движения любой автомобиль может объехать место аварии на нижнем уровне по буферной полосе, а легковой автомобиль и по другому этажу. Конструктивные особенности путепровода предполагают изготовление всех его элементов в промышленных условиях. Поэтому практически все строительно-монтажные работы, в основном сборочные, производятся на местах сооружения эстакад. Собрать путепровод протяженностью 0,5 км с соответствующими подводами и межэтажными переездами при наличии необходимого оборудования, готовых блоков, соответствующих специалистов и проведения предварительных подготовительных работ можно в течение одного месяца. Экономическая оценка путепровода с первым этажом на основе железобетона для всех видов автотранспорта и вторым этажом на основе металлопроката для легкового автотранспорта с 8-ю полосами движения. Пролетные участки первого этажа полукилометрового путепровода двустороннего движения монтируются на железобетонных балках и поперечных опорах, которые устанавливаются на железобетонных вертикальных опорах-столбах (марка железобетона М-400), закрепленных в бетонных фундаментах-колодцах. Железобетонные дорожные плиты (марка железобетона М-400), удерживаются десятью рядами продольных балок длиной 50 метров, высотой 0,5 метра, толщиной 0,3 метра между поперечными опорами длиной 18 м, высотой 0,5м, толщиной 1 м, установленными через каждые 50 метров на столбах-опорах диаметром 1 метр (в предпочтительном исполнении опоры выполняются в сечении эллипсовидными – вытянутыми вдоль магистрали - с малым диаметром порядка 0,5 метра) и высотой до 7,2 метров между наземным уровнем и уровнем первого этажа путепровода. 14 Высота путепровода от уровня наземной поверхности до уровня пролетных участков второго этажа составляет примерно11 метров. На полукилометровом путепроводе имеется с каждой стороны не менее одного въезда с наземного уровня на второй этаж, не менее одного съезда со второго металлических участков формируется в виде слоя сталефибробетона. Над первым этажом на металлических опорах устанавливается второй этаж из металлических пролетов-плит размером (6х3х0,008) метров. Как этажа на наземный уровень и межэтажный внешний переезд с первого на второй этаж для легковых автомобилей при перегрузке первого этажа большегрузными автомобилями. Каждый въезд, съезд имеет протяженность 100 – 150 метров, ширину - не менее 4 метров. Пролетные участки въездов и съездов монтируются на балках и поперечных опорах и вся конструкция удерживается тремя одинарными столбами-опорами. Межэтажные переезды монтируются на консолях. Конструкции въездов, съездов, переездов могут быть выполнены как из железобетона, так и на основе металлопроката. Дорожное покрытие пролетных минимум, сверху конструкция накрывается материалом из негорючего пластика. Если конструкция в городских условиях по бокам и сверху закрыта пластиком, то внутри образовавшегося объема регулярно устанавливаются вытяжки с разрядниками для нейтрализации токсичных компонентов выхлопного газа, противопожарные устройства, устройства экстренной эвакуации, системы освещения, наблюдения, табло и т.п., включая в случае необходимости велодорожки снаружи. Пролетные участки первого этажа шириной 18 метров собираются из 750 стандартных дорожных плит (6х2х0,14) метров. Объем пролетных участков на этаж – 1260 м³, масса – 3150 тонн. Объем 100 пятидесятиметровых балок размерами (50х0,5х0,3) метров на этаж составляет 750 м³, масса – 1875 тонн. Объем 11 поперечных опор размерами (18х0,5х1,0) метров на этаж составляет 99 м³, масса – 243 тонны. Объем 18 железобетонных столбов-опор диаметром 1 метр и в среднем 15 высотой каждого 5 метров составляет 72 м³, масса – 180 тонн. Объем 18 забетонированных колодцев-фундаментов для столбов-опор глубиной 2 метра и площадью 4 м² составляет 144 м³, масса – 288 тонн. Таким образом, объем материала первого этажа без дополнительных въездных, съездных и переездных участков в виде готовых блоков и секций составляет 2320 м³, масса –5800 тонн. При цене одного кубического метра железобетона указанной марки в настоящее время в России порядка 9000 руб. ($300) стоимость, или затраты на приобретение готовых блоков этажа указанного объема составляет $0,7 млн. Таким образом, масса одного этажа, включая массу пролетных участков, поперечных и продольных опор, за исключением массы столбов-опор и фундамента, составляет около– 5300 тонн. Второй этаж шириной 20 м монтируется на основе металлопроката. Пролетные участки в виде стальных плит размерами (6х3х0,008) метра укладываются на металлические полые поперечные опоры длиной 20 м, диаметром 15 см, толщиной стенки 8 мм и, закрепляются на вертикальных опорах – металлических полых столбах высотой 4 метра, диаметром 15 см, толщиной стенки 8 мм, которые располагаются на расстоянии 6 метров друг от друга продольно и на расстоянии 9 метров - поперечно. Масса пролетного участка протяженностью 0,5 км и шириной 20 метров при толщине плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составит: 500м х 20м х 0,008м х 7,8т/м³ = 700 тонн. Диаметр поперечных и вертикальных опор принимается равным 150 мм, толщина стенки - 8 мм, ее сечение – 3600мм².Протяженность поперечной опоры – 20 метров, число поперечных опор – 84. Масса поперечных опор составляет: 84 х 20 м х 0,0036 м² х 7,8 т/м³ = 47 тонн. Высота опор-столбов составляет 4 метра, число опор-столбов 251. Масса столбов-опор составит: 251 х 4м х 0,0036м² х 7,8 т/м³ = 27 тонн. В сумме масса опор составляет 74 тонны. 16 Таким образом, масса второго этажа из металлопроката примерно равна 780 тоннам. При цене металлопроката $1000 за тонну стоимость, или затраты на приобретение материалов опор и пролетных участков второго этажа из металлопроката составит порядка $0,78 млн. Для монтажа вертикальных и поперечных опор могут использоваться также двутавровые и тавровые балки или металлические фермы. На полукилометровом путепроводе с обеих сторон монтируется по одному въезду, съезду, соединяющих наземный и второй уровни, а также по одному межэтажному переезду с первого уровня на второй. Объем переездного участка размером (150х4х0,14) м³ вместе с тремя продольными балками (каждая по объему составляет 150х0,3х0,3 м³), тремя поперечными опорами (4х0,5х0,3) м³ и тремя столбами-опорами диаметром 0,5 м и средней высотой 5м из железобетона на каждом участке, составляет 127 м³. Его масса – 318 тонн. Протяженность каждого участка соединяющего два соседних этажа, не менее 150 метров выбрана из расчета, что при подъеме или спуске уклон не превысит 4%. Стоимость материала участка при цене кубометра железобетона $300 составит порядка $40 тыс., двух - $80 тыс. Переездные участки могут также быть выполнены из металлопроката и смонтированы на консолях. Въездной или съездной участок из металлопроката для соединения наземного уровня и второго этажа с перепадом высот до 12 метров включает в себя пролетные участки из металлических плит размером (6 х 4) м и толщиной 0,008 м, поперечные опоры, столбы-опоры. При выводе въезда на второй уровень путепровода на его начальном участке подъема или съезда на конечном участке спуска высота второго уровня может составить порядка 4 метров и, соответственно, - протяженность въездного или съездного участков, соединяющих наземный и второй уровни путепровода составит, как минимум, 100 м. Протяженность каждого участка, соединяющего наземный и второй уровни путепровода-эстакады, выбрана из расчета, что при подъеме или спуске уклон не должен превышать 4%. Пролетные участки въездного или съездного участков протяженностью 100 метров формируются в виде стальных плит (6х4х0,008) метра, которые укладываются на металлические полые поперечные опоры на расстоянии 6 метров друг от друга. Их длина 4м, диаметр 15 см, толщина стенки 8 мм 17 каждая. Они закрепляются на вертикальных опорах – металлических полых столбах – высотой от 1,5 до 4 - 5 метров, диаметром 15 см, толщиной стенки 8 мм, которые располагаются на расстоянии 6 метров друг от друга продольно. Число поперечных опор составляет 16, вертикальных – 32. Масса пролетного участка въезда или съезда протяженностью 100 метров и шириной 4 метра при толщине плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составит: 100 м х 4 м х 0,008 м х 7,8 т/м³ = 25 тонн. Диаметр поперечных и вертикальных опор 150 мм, толщина стенки опор 8 мм, сечение – 3600 мм². Протяженность поперечной опоры – 4 метра, число поперечных опор – 16. Масса поперечных опор составляет: 16 х 4 м х 0,0036 м² х 7,8 т/м³ = 1,8 тонн. Высота опор-столбов в среднем 3 метра, число опорстолбов 32. Масса столбов-опор составит: 32 х 3 м х 0,0036 м² х 7,8 т/м³ = 2,7 тонн. В сумме масса опор составляет 4,5 тонны. Следует отметить, что порядка 2 метров опор-столбов являются частью фундамента, в связи с чем потребуется дополнительно 64 метров столбов по протяженности и масса опор-столбов возрастет до 6 т. Таким образом, масса съезда или въезда протяженностью 100 м и шириной 4 м, соединяющих наземный уровень с верхним уровнем, второй, составляет порядка 30 тонн. При цене металлопроката $1000 за тонну стоимость основных материалов конструкций одного въезда или съезда составит около $30 тысяч. Стоимость основных материалов конструкций двух въездных, полукилометровом двух съездных двустороннем и двух переездных путепроводе с участков восемью на полосами движения составит $200 тыс. При увеличении протяженности этих дополнительных участков в полтора раза их масса и стоимость соответственно возрастают. Пролетные участки второго этажа путепровода, а также съездных, въездных и переездных стальных участков покрываются, как минимум, пятисантиметровым слоем дорожного покрытия – сталефибробетоном. Общая площадь стальных пролетов второго этажа путепровода, а также четырех въездов-съездов и двух межэтажных переездов: 10000 + 4(4х100) + 18 2(4х150) = 12800 м². Объем сталефибробетона – 640 м³, масса – 1600 тонн, стоимость покрытия при цене кубометра сталефибробетона $300 - $192 тыс. Покрытие открытых стальных поверхностей площадью около 12800 м² антикоррозионным составом со средней стоимостью порядка $10 на квадратный метр можно оценить в сумму $128 тыс. А монтаж гидроизоляции на той же площади с той же стоимостью можно оценить в сумму $128 тыс. Для двухэтажного путепровода с шириной второго уровня 20 метров и длиной – 500 метров площадь пластиковой крыши составит порядка 10 тыс. м². При цене в среднем 1 м² пластика $10 себестоимость верхнего покрытия составит $100 тыс. Площадь верхнего покрытия двух въездов, съездов, двух переездов составит около 2800 м² и его стоимость - $28 тыс. Общая площадь крыши сооружения – 12800 м², стоимость её покрытия - $128 тыс. Стоимость основных материалов полукилометрового двухэтажного путепровода, а с учетом въездных и съездных участков с суммарной протяженностью 700 метров (первый этаж на основе железобетона, второй – на основе металлопроката), имеющего на обоих этажах по восемь полос движения и четыре буферных полосы, с двумя въездами, двумя съездами и двумя межэтажными переездами с учетом дорожного покрытия, антикоррозионного слоя, гидроизоляции, пластиковой крыши составит: $0,7 млн. + $0,780 млн. + $0,200 млн. + $0,192 млн. + $0,128 млн+ $0,128 млн+ $0,128 млн = $2,266 млн. Остальные расходные статьи затрат на установку путепровода включают доставку готовых блоков; сборку; аренду кранов, других механизмов и оборудования; оснащение эстакады соответствующим оборудованием и приборами; проведение предварительных геодезических и других вспомогательных работ; а также оплату сертификационных испытаний и др. Известно, что цена доставки кубического метра железобетона на расстояние 51-55 км автотранспортом составляет 1000 руб. ($33). Таким образом, доставка 2574 м³ железобетона и 640 м³ бетона, из которого изготавливается сталефибробетон, от завода до места монтажа и установки 19 обойдется в $106 тыс. Доставка около 900 тонн металлических конструкций при цене доставки тонны автотранспортом ($50) на расстояние порядка 650 км стоит порядка $45 тыс. То есть, в этом случае доставка всех конструкций и материалов обойдется в сумму около $150 тыс. Сборку 0,5 км путепровода вместе с въездами, съездами, переездами при наличии необходимого оборудования и механизмов, готовых блоков, проведения подготовительных и вспомогательных работ можно осуществить за один месяц 20-ю специалистами при выплате $100 тыс. В эту сумму входят все налоги, в том числе и НДФЛ, и социальные выплаты. Сравнительно высокий темп сборки обеспечивается своевременно подвозимыми, изготовленными промышленным способом, типовыми секциями и их соединением болтами. Аренда механизмов, включая кран, и остального оборудования на один месяц обойдется в сумму порядка $100 тыс. Оснащение путепровода необходимыми приборами и оборудованием, ее обкатка и т.п. займет не менее месяца и потребует участие примерно 20 специалистов при выплате им не менее $100 тыс. В эту сумму входят все налоги и социальные выплаты. Максимальную стоимость оборудования и приборов, включая установленные через каждые 50 метров мониторы-видеорегистраторы, осветительные приборы, противопожарное оборудование, табло, эвакуационные рукава, приборы и оборудование для мониторинга, блоки управления и т.д. можно оценить в сумму около $50 тыс. Стоимость предварительных геодезических и других вспомогательных работ можно оценить в сумму не менее $100 тыс. С учетом указанных статей расходы на сооружение 0,5 км двухэтажного путепровода с восемью полосами движения, четырьмя буферными полосами, въездами, съездами, переездами возрастут на следующую сумму: $0,150 млн. + $0,100млн. + $0,100млн. + $0,100млн. + $0,050млн. + $0,100млн. = $0,600млн. и составит: $2,266 +$0,600 = $2,866млн. Масса двухуровневого путепровода с восемью полосами движения, являющаяся нагрузкой 18 железобетонных опор-столбов диаметром 100 см, сечением 780000 мм² каждый, составляет около 7680 тонн. То есть на общую площадь колонн-опор по сечению 14840000 мм² действует нагрузка силой 20 76800000 ньютонов, или один квадратный миллиметр подвергается давлению 5,1 н/мм². Предел прочности на сжатие бетона марки М400 составляет 39,3 н /мм². Это означает, что конструкция имеет 8-кратный запас прочности. На нижнем уровне путепровода указанной конструкции может одновременно находиться в движении около 200 грузовых автомобилей весящих в среднем каждый 10 тонн, то есть всего 2000 тонн, на верхнем уровне может находиться в движении около 200 легковых автомобилей, на переездах – около 15 легковых автомобилей массой каждая 2 тонны в среднем и в сумме массой 430 тонн. Если учесть их массу, которая составит 2430 тонн, то конструкция с дополнительной нагрузкой в виде автомобилей и общей массой 10110 т сохранит многократный запас прочности, равный в данном случае 6. Для сравнения укажем, что стоимость постройки в России четырехполосных одноэтажных железобетонных путепроводов аналогичной протяженности (около 0,5 км плюс подъездные участки) составляет $ 25 - 30 млн., а стоимость строительства аналогичного по протяженности одноэтажного железобетонного путепровода на Украине составляет $ 4 млн. Такая, довольно высокая, стоимость подобных объектов, особенно в России, обусловлена целым рядом факторов, но одним из основных является затягивание строительства путепроводов и соответственно - многократное повышение затрат на заработную плату, аренду оборудования и прочие затраты, зависящие от времени. При этом пропускная способность действующих одноэтажных путепроводов крайне низка, - намного ниже расчетной пропускной способности модернизированного двухуровневого путепровода. Причем любое ДТП (авария), возникшее на одноэтажном путепроводе, приводит к приостановке или даже длительной остановке движения. Если в городских условиях каждый этаж путепровода предлагаемой конструкции оснащать вытяжками с разрядниками для нейтрализации токсичных компонентов выхлопного газа, то оснащение 0,5 км двухэтажного путепровода очистными установками обойдется в сумму порядка $300 тыс. Кроме того, к пластиковой оболочке путепровода сверху необходимо добавить пластиковые стенки по бокам. Для двухэтажного путепровода 21 протяженностью 500 м, расстоянием между первым и вторым этажами 4 м, высотой оболочки над вторым этажом – 2,5 м площадь боковых поверхностей составляет 6500 м² и себестоимость - $0,065млн. Стоимость основных материалов верхнего покрытия сооружения уже выше была учтена определена ($100 тыс.) Таким образом, при цене в среднем 1 м² пластика $10 стоимость оболочки собственно путепровода составит $165 тыс. И, соответственно, стоимость сооружения возрастет до $3,231 млн. Двухэтажный путепровод на основе стального каркаса и стальных пролетных участков с дорожным покрытием из сталефибробетона с 8-ю полосами движения. Экономическая оценка. Пролетные участки нижнего уровня путепровода двустороннего движения протяженностью 500 м в виде стальных листов-плит (6х3х0,008) метра укладываются на стальные двутавровые балки – продольные и поперечные опоры, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм, которые закрепляются на вертикальных опорах – металлических колоннах - высотой от 2 до 7,2 метров диаметром 30 см, толщиной стенки 20 мм. Колонны располагаются на расстоянии 50 метров друг от друга продольно и 18 метров поперечно. Еще не менее 2 метров каждой колонны являются частью фундамента. Площадь пролетных участков нижнего уровня составляет 9000 м², число стальных листов-плит – 500. Поскольку по нижнему уровню проезжают автобусы и тяжелогрузные автомобили, постольку необходимо усиления стальной плиты. Для этого к нижней поверхности плоского стального листа привариваются продольные и поперечные ребра, имеющие разную жесткость, то есть формируется ортотропная плита, цена которой несколько выше цены плоского стального листа из металлопроката. Масса пролетного участка нижнего уровня протяженностью 0,5км и шириной 18 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 500м х 18м х 0,008м х 7,8т/м³ = 562 тонны. 22 Пролетные участки верхнего уровня путепровода двустороннего движения протяженностью 500 м в виде стальных листов-плит (6х3х0,008) метра укладываются на стальные двутавровые балки-опоры длиной 18м, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм и закрепляются на продолжении вертикальных опор высотой 4м от уровня первого этажа. Площадь пролетных участков верхнего уровня составляет 9000 м², число стальных листов-плит – 500. Масса пролетного участка верхнего уровня протяженностью 0,5км и шириной 18 метров при толщине стальных листовплит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 500мх18мх0,008мх7,8т/м³ = 562 тонны. Масса обоих пролетных участков протяженностью каждого шириной каждого 0,5км и 18 метров составляет = 1124 тонны. Площадь обоих пролетных участков – 18000м². Масса пролетного участка межэтажного переезда протяженностью 150м и шириной 4 метра при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 150м х 4м х 0,008м х 7,8т/м³ = 37 тонн. Площадь пролетного участка переезда – 600м². Масса восьми металлических консолей – стальных двутавровых балок длиной 4м каждая, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм составляет 0,7т поскольку для данного типа двутавровой балки масса балки протяженностью 44,7 м составляет 1 т. Масса продольной балки длиной 150 м составляет 3 тонны. Общая масса стального межэтажного переезда – 41т. Масса четырех переездных участков составляет 164т, а площадь - 2400 м². Масса въезда (съезда) с наземного уровня на уровни путепровода протяженностью 100м и шириной 4 метра при толщине стальных листовплит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 100м х 4м х 0,008м х 7,8т/м³ = 25т. Площадь пролетного участка въезда (съезда) равна – 400м². Масса всех восьми участков въезда и съезда составляет 200т, а площадь 3200 м². Общая масса этих дополнительных участков 346 тонн, площадь - 5200м². 23 Диаметр вертикальных опор-колонн 300мм, толщина стенки 20мм, сечение – 17600мм². Число опор-колонн под нижним уровнем - 18 и их высота от уровня земли колеблется от 2 до 7,2 м и в среднем составляет 5 м. Число опор-колонн, удерживающих верхний уровень, равно 18 и высота их составляет 4 метра от нижнего уровня путепровода, их масса – 4т. Число опор-колонн, удерживающих 8 въездов и съездов составляет 16, высота – от 4 до 2 метров, в среднем 3 м. Общая длина колонн в среднем составляет 148м. С учетом части колонн, которая находится в фундаменте, длина колонн возрастает до 208м и масса всех колонн составляет 10 тонн. Количество двутавровых балок - продольных опор нижнего уровня определяется числом их рядов (семь рядов). Общая протяженность двутавровых балок определяется их длиной и количеством рядов: в каждом ряду 10 пятидесятиметровых продольных опор. Стало быть, их общая протяженность равна 3500м. Девять поперечных восемнадцатиметровых опор-балок имеют длину 162 м, общая длина балок – 3662м. Совокупная длина балок-опор для двух уровней путепровода составит 7332 м. Два ряда продольных опор-балок восьми въездных и съездных участков имеют общую длину 1600 метров, 16 поперечных балок – 64м., Всех балок-опор, продольных и поперечных, 1664м. Один ряд продольных опор-балок - межэтажного переезда имеет длину 150м, 8 балок-консолей – 32 м: всего – 182м. Их длина для четырех переездов составляет 768м. Общая протяженность поперечных и продольных опор составляет 9764м. Исходя из того, что 44,7 м двутавровой балки указанного размера весит одну тонну, вес 9764 метров балок равен 220 т. Общая площадь пролетных участков полукилометрового двухуровневого путепровода двустороннего движения на основе металлопроката - 23200 м². Общая масса стальных блоков и элементов путепровода составляет порядка 1700т. При цене одной тонны стального проката $1000 себестоимость стальных блоков и элементов путепровода составит $1,7млн. 24 Масса блоков путепровода, составляющая нагрузку на опоры-колонны, равна 1470т. Пролетные участки путепровода покрываются, как минимум, пятисантиметровым слоем дорожного покрытия – сталефибробетоном. Общая площадь пролетов путепровода 23200м². Объем сталефибробетонного покрытия – 1160м³, масса – 2900 т, стоимость при цене кубометра сталефибробетона $300 - $0,35 млн. С учетом массы дорожного покрытия из сталефибробетона, масса путепровода составит 4600 т, а расходы на материалы - $2,05 млн. Масса конструкций путепровода, оказывающих нагрузки на вертикальные опоры составит 4370т. Покрытие открытых стальных поверхностей площадью около 23200 м² антикоррозионным составом со средней стоимостью порядка $10 на квадратный метр можно оценить в сумму $0,232 млн. А монтаж гидроизоляции на той же площади с той же стоимостью можно оценить в сумму $0,232 млн. Сверху пролетные участки накрыты пластиковой крышей из негорючего материала, площадь которого составляет 13000 м². Его себестоимость при средней цене пластика $10 составляет $0,13млн. 34 фундаментов (1х1х2) метра для опор путепровода потребуют 68 м³ бетона стоимостью $20,0 тыс. Общая стоимость конструкций и материалов, используемых при сооружении путепровода и приведенных выше, составит порядка $2,66млн. Остальные расходные статьи на установку эстакады включают в себя доставку готовых блоков; сборку; аренду кранов, других механизмов и оборудования; проведение предварительных геодезических и других вспомогательных работ. Известно, что цена доставки кубического метра бетона на расстояние 5155 км автотранспортном составляет 1000руб. ($33). Таким образом, доставка 1120м³ бетона от завода до места монтажа и установки путепровода 25 обойдется в $0,038 млн. Доставка около 1700 тонн металлических конструкций при цене доставки тонны автотранспортом на расстояние порядка 650 км $50 стоит порядка $0,085млн. В сумме доставка конструкций и материала обойдется в $0,117 млн. Сборку путепровода-эстакады вместе с въездами, съездами, переездами при наличии необходимого оборудования и механизмов могут осуществить за один месяц 20-ть специалистами при выплате им в совокупности $100 тыс. Аренда механизмов, включая кран, и остального оборудования на один месяц обойдется в сумму порядка $100 тыс. Стоимость вспомогательных работ можно оценить в сумму около $100 тыс. С учетом указанных статей расходов затраты на сооружение данного путепровода составит: $2,66 + $0,117 + $0,300 = $3,07млн. Масса двухуровневого путепровода с восемью полосами движения на основе металлопроката, являющаяся нагрузкой 18 стальных колонн диаметром 30см, сечением 17600мм², составляет около 4370 тонн. То есть на общую площадь колонн-опор по сечению 316800мм² действует 43700000 ньютонов. Таким образом, один квадратный миллиметр несущих элементов конструкции подвергается давлению 138н/мм². При пределе прочности стали 600н/мм² конструкция имеет 4-кратный запас прочности. На нижнем уровне рассматриваемого путепровода может одновременно находиться в движении до 120 грузовых автомобилей весящих в среднем по 10 тонн, то есть всего 1200 тонн, на верхнем уровне может находиться в движении около 120 легковых автомобилей, каждая из которых в среднем весит 2 т. Если учесть их массу, которая составит 1480 тонн, то конструкция с дополнительной нагрузкой в виде автомобилей и общей массой 5850т, подвергаясь максимально возможной нагрузке, сохраняет запас прочности, близкий к 4. 26 Следует отметить, что, не противореча имеющимся стандартам и нормам, можно существенно (до 60%) уменьшить массу путепровода и его стоимость за счет исключения сталефибробетонного дорожного покрытия, заменив его на новые композитные покрытия из угле- или стеклопластика. Монтаж над действующими железобетонными одноэтажными путепроводами второго уровня на основе металлопроката для удвоения числа полос движения и создания свойства беспробочности. одноэтажных железобетонных Экономическая оценка. При наличии действующих путепроводов, как правило, четырехполосных, которые в часы пик не обеспечивают движение автотранспорта без заторов и пробок при их сопряжении с загруженными шести- или восьмиполосными магистралями, целесообразен быстро (около 3-х месяцев) возводимый и недорогой монтаж второго, облегченного, но надежного и сравнительно недорогого, этажа путепровода. Второй этаж путепровода включает пролетные участки, содержащие четыре полосы движения (возможен монтаж и двух полос) и две буферные (резервно-технические) полосы. Пролетные участки изготавливаются из стальных листов, настилающихся на балки или фермы, которые устанавливаются на металлических вертикальных опорах-колоннах. Сверху на стальные листы наносится не менее чем пятисантиметровым слой сталефибробетона, который используется в качестве дорожного покрытия. Открытые снизу металлоконструкции покрываются антикоррозийным составом, а между слоем сталефибробетона и стальными пролетами монтируется гидроизоляция. Сверху для защиты полос движения от осадков монтируется пластиковая крыша. устанавливаются дополнительные межэтажные переезды Кроме того, на путепроводе въездные участки, съездные участки и (по-возможности и при обеспечения более высокой пропускной способности необходимости) для 27 В результате использования двух связанных между собой этажей и организации безостановочного движения по второму этажу путепровода, независимо от возможных аварий на нем, пропускная способность путепровода увеличивается до 16 тыс. автомобилей в час или 388 тысяч автомобилей в сутки. На первом этаже путепровода для установления гарантированно безостановочного движения так же по бокам на консолях могут быть смонтированы буферные участки из металлопроката. Таким образом, второй этаж как бы накрывает уже существующий перегруженный одноуровневый путепровод, причем нагрузка от этого второго уровня падает на его собственный стальной каркас с использованием стальных опор-труб, а не на опоры нижнего уровня путепровода. Стоимость 0,5 км второго этажа из металлопроката вместе с двумя дополнительными въездами, двумя дополнительными съездами, двумя межэтажными переездами, если его монтировать над действующим железобетонным путепроводом, как это видно из приведенных выше расчетов, составит порядка $2 млн. Если исключить для более адекватного сравнения стоимости сооружений сильно (до нескольких раз) колеблющиеся статьи затрат (затраты на оплату персонала специалистов-сборщиков, перевозку материалов и оборудования, арендную плату, вспомогательные расходы, которые могут существенно изменяться при низких или высокий ставках, длительных сроках строительства, при значительной коррупционной составляющей, то «чистая» стоимость второго этажа из металлопроката с четырьмя полосами движения, двумя буферными полосами, двумя дополнительными въездами, двумя дополнительными съездами, двумя межэтажными переездами полукилометрового путепровода составит примерно $1,5 млн. Для сравнения укажем, что стоимость постройки в России четырехполосных одноэтажных железобетонных путепроводов аналогичной протяженности (около 0,5 км плюс подъездные участки) составляет $ 25- 28 30млн., а стоимость строительства аналогичного по протяженности одноэтажного железобетонного путепровода на Украине составляет $ 4 млн. Эта, довольно высокая стоимость, особенно в России, очевидно, обусловлена целым рядом факторов, но одним из основных является затягивание строительства путепроводов и соответственно - многократным превышением запланированных расходов на оплату труда, аренду оборудования и прочие затраты, зависящие от времени. При этом пропускная способность действующих путепроводов крайне низка - многократно одноэтажных ниже указанной нами для модернизированного двухуровневого путепровода, а любая авария приводит к приостановке или даже длительной остановке движения. Двухэтажный путепровод металлопроката, железнодорожные облегченной устанавливаемый на трассы конструкции на основе переездах через скоростные загруженных малополосных дорог. Экономическая оценка. Для большинства стран весьма актуальной является решение задачи пересечения скоростных железнодорожных магистралей, а также скоростных автомагистралей (хайвеев) второстепенным дорогами, поскольку строить дорогостоящие фундаментальные эстакады или пробивать под насыпью туннели для многочисленных пересечений второстепенными дорогами скоростных магистралей весьма накладно. Однако устанавливать путепроводы все же необходимо, и не только для целей улучшения коммуникации, но и для безопасности населения, во избежание довольно значительного числа ежегодных катастроф и аварий на наземных переездах со шлагбаумами. Например, в России только на трассах курсирующего ныне скоростного поезда «Сапсан» таких переездов насчитывается около 600 и в случае столкновения поезда с автомобилем на наземном переезде катастрофа неизбежна. Если учесть, что в России более 11 тысяч железнодорожных переездов, на Украине их насчитывается почти 6 тысяч, причем их большая часть 29 относится к второстепенным автодорогам, то дорогостоящими и долго строящимися железобетонными путепроводами и мостами заменить все наземные переезды нереально. Правда, известна паллиативная технология, которая делает, как кажется, полностью невозможным въезд на переезд на красный свет светофора. Речь идет о так называемых барьерных установках. Они представляют собой специальные металлические листы, которые поднимаются под углом перед автомобилем на высоту 40 см, блокируя выезд. Однако тяжелые грузовики могут все равно пробить это заграждение, его также можно объехать, а пешеходам, велосипедистам и мотоциклистам они совсем не помеха. Кроме того, особенно на оживленных скоростных железнодорожных трассах, поезда идут практически непрерывно. Поэтому неизбежны значительные задержки автомобильных потоков на оборудованных барьерными установками переездах и соответствующие экономические потери. Таким образом, требуется сравнительно недорогая (наиболее дешевые путепроводы строятся на Украине, но и они стоят порядка $4млн.), быстро устанавливающаяся, надежная, легкая конструкция, обеспечивающая безопасный, быстрый переезд через железную дорогу или автомагистраль автобусов, грузовиков, легковых автомобилей, велосипедов и переход пешеходов, а также имеющая достаточно большую пропускную способность, чтобы быстро и без возникновения заторов и пробок пропускать автотранспорт в периоды его интенсивной циркуляции. Такой конструкцией мог бы служить стальной одноуровневый мост, перекинутый через железнодорожные пути. Однако он имеет те же недостатки, что и одноуровневая железобетонная эстакада-путепровод: высокая стоимость, низкая пропускная способность и невозможность организации по нему движения без образования заторов и пробок. Наш подход к решению этой проблемы основывается на оригинальном техническом решении [1]. Низкая стоимость, простота, эффективность и надежность нового дорожного сооружения обеспечивается использованием 30 двухуровневого путепровода с межэтажным переездом на основе недорогого черного металлопроката, покрываемого на открытых участках антикоррозионным составом, с дорожным покрытием из сравнительно тонкого слоя сталефибробетона. Пролетные участки из стальных листов толщиной 8-10мм настилаются на фермы или балки, которые регулярно устанавливаются на опорах-трубах. Пролетные участки на обоих межэтажных переездах шириной 4 метра для проезда на второй уровень легковых автомобилей монтируются на балках-консолях. На каждом уровне этого путепровода двустороннего движения расположены по две полосы движения и по две буферные (резервно-технические полосы) каждая шириной 3 метра. Ширина путепровода 12 метров, а с учетом возможных межэтажных переездов и съездного участка с второго уровня его ширина составляет 20 метров. Максимальная высота нижнего уровня - расстояние от уровня железнодорожного полотна до нижнего уровня путепровода – 7,2 метра. Межэтажная высота, которая достаточна для проезда трайлеров и автобусов, 4 метра. Над вторым уровнем на высоте 2,5 метра, достаточной для проезда легковых автомобилей, для чего и предназначен второй уровень, монтируется легкий навес из негорючего пластика для защиты пролетных участков от дождя и снега. Велосипедные дорожки и дорожки для пешеходов на нижнем уровне огораживаются на краях буферных полос. Пролетные участки покрываются не менее чем пятисантиметровым слоем дорожного покрытия из сталефибробетона. Открытые поверхности покрываются антикоррозийной пленкой. Протяженность конструкции межэтажного переезда - 150 метров, верхнего уровня- съезда – 250м. Длина первого этажа путепровода – порядка 380 метров, а с учетом переездов и съездов, выходящих за пределы первого этажа для путепровода двустороннего движения, не менее 580 м. Уклон участков подъема и спуска – не более 4%. Проезд по путепроводу автотранспорта осуществляется следующим образом: автомобили въезжают на путепровод и на расстоянии не более 100 31 метров от въезда разделяются на два потока: первый поток состоит из грузовых автомобилей, автобусов, трайлеров, тракторов. Он следует по полосе движения нижнего уровня, второй поток, состоящий из легковых автомобилей и мотоциклов, в случае загруженности полосы движения нижнего уровня переезжает на буферную полосу и с нее поднимается на второй уровень, проезжает по нему и спускается по съезду на буферную полосу, переезжая с нее на полосу движения дороги. В результате, эта конструкция обеспечивает следующее: - с помощью межэтажного переезда отделяет поток легковых автомобилей, которые могут быстро проехать по второму уровню, от медленно движущегося грузового транспорта; при - пропускной способности одной полосы движения, которую обеспечивает эта конструкция, - до 2000 автомобилей в час на скорости движения не менее 30 км/час - по четырем полосам движения путепровода может проехать 8 тысяч автомобилей в час или 192 000 автомобилей в сутки. Это примерно на порядок больше, чем у обычного одноуровневого путепровода, что актуально для густонаселенных регионов в высокой степенью автомобилизации населения; - буферные (резервно-технических) полос, которые, как кажется, только удорожают конструкцию и делают ее громоздкой, выполняею определенную роль – они обеспечивают свободный переезд автомобилей на другой уровень без торможения автомобильного потока на полосе движения, а также обеспечивают объезд мест возможных аварий автомобилей, сохраняя непрерывность движения автопотока и не допуская образования пробок. В силу простоты конструкции, состоящей из сравнительно немногочисленных типовых элементов, изготавливаемых из металлопроката, число уровней путепровода может быть увеличено или уменьшено, он также может быть расширен. Для согласования пропускной способности путепровода-эстакады с пропускной способностью соединяемых частей трассы, пересекающей 32 железнодорожные пути, желательно, чтобы число полос движения на этой трассе было не меньше числа полос движения на путепроводе. Кроме того, отметим, что ресурс полос движения многократно увеличивается за счет того, что закрытые, как минимум, сверху от воздействия окружающей среды полосы движения не подвергаются, например, интенсивному воздействию снега, дождя и т.п. Тем самым снижаются эксплуатационные расходы и число аварий, например, из-за сильного скольжения и т.п., что неизбежно происходит на открытых путепроводах. Обеспечить высокую надежность удается благодаря простой и прочной конструкции путепровода, который можно сравнить с металлическим облегченным мостом - ресурс мостов, как известно, достигает 100 лет, - а сравнительно низкая себестоимость путепровода-эстакады определяется в основном его сравнительно быстрой сборкой и установкой (месяцы, а не годы), сравнительно строительного небольшим материала объемом (черный и массой металлопрокат) используемого и серийным производством типовых секций путепровода-эстакады. Обеспечение экологической безопасности (чистоты) путепровода в случае необходимости производится с помощью установки боковых стенок между этажами и верхнего покрытия, что позволяет использовать для очистки образовавшегося объема путепровода-эстакады от выхлопных газов уже производящиеся мощные конвертеры-преобразователи вредных составляющих воздуха в нейтральные, причем шум из этих закрытых сооружений наружу также не выходит, что может быть важно для городских путепроводов. Пролетные участки нижнего уровня путепровода двустороннего движения протяженностью 380 м в виде стальных листов-плит (6х3х0,008) метра укладываются на стальные двутавровые балки-опоры длиной 12м, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм и закрепляются на вертикальных опорах – металлических колоннах - высотой от 2 до 7,2 метров 33 диаметром 30 см, толщиной стенки 20 мм, которые располагаются на расстоянии 50 метров друг от друга продольно и на расстоянии 12 метров друг от друга поперечно. Кроме того, частью конструкции этих колонн (опор) является их фундаменты глубиной около 2 метров. Площадь пролетных участков нижнего уровня составляет 4560 м², число стальных листов-плит – 254. Поскольку по нижнему уровню путепровода проезжают автобусы и большегрузные автомобили, постольку необходимо усиления стальной плиты. Для этого к нижней поверхности плоского стального листа привариваются продольные и поперечные ребра, имеющие разную жесткость, то есть формируется ортотропная плита, цена которой несколько выше плоского стального листа. Масса пролетного участка нижнего уровня протяженностью 0,38 км и шириной 12 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 380м х 12м х 0,008м х 7,8т/м³ = 285 тонн. Площадь пролетного участка – 4560м². Масса пролетного участка межэтажного переезда протяженностью 150м и шириной 4 метра при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 150м х 4м х 0,008м х 7,8т/м³ = 37 тонн. Площадь пролетного участка переезда – 600м². Масса восьми металлических консолей – стальных двутавровых балок длиной 4м каждая, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм составляет 0,7т. Масса продольных балок длиной 150 м составляет 3 тонны. Суммарная масса двух переездных участков составляет 82т, а площадь их пролетных участков 1200 м². Масса пролетного участка для движения в одну сторону второго уровня и съезда протяженностью 150м и 100м соответственно и шириной 6 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 250м х 6м х 0,008м х 7,8т/м³ =93,6т. участка – 1500м². Площадь пролетного Масса второго уровня путепровода двустороннего движения и двух его съездов составляет 187т, а площадь - 3000 м². Отметим, 34 что второй уровень путепровода и съезды с него, а также межэтажные переезды предназначены для легковых автомобилей, которые в среднем в несколько раз легче грузовиков. Поэтому допустимо использовать стальные листы-плиты в качестве основы пролетов без ребер жесткости. Диаметр вертикальных опор-колонн 300мм, толщина стенки 20мм, сечение – 17600мм². Число опор-колонн, удерживающих нижний уровень составляет 14 и их высота от наземного уровня колеблется от 2 до 7,2 м. Число опор-колонн, удерживающих верхний уровень путепровода, равно 8 и высота их составляет 4 метра, число опор-колонн, удерживающих съездные участки, составляет 6 и их высота 2 - 4м. Масса всех колонн с учетом их фундаментной части составляет 9т. Протяженность двутавровых балок - несущих элементов конструкции нижнего уровня составляет – пять рядов и в каждом ряду 7 пятидесятиметровых и одна тридцатиметровая опора – 1900м, семь поперечных двенадцатиметровых опор-балок имеют длину 84 м. Три ряда продольных опор-балок верхнего уровня для одностороннего движения и одного съездного участка имеют общую длину 750 метров, пять поперечных балок -30м. Для второго уровня двустороннего движения и двух съездов протяженность трех рядов продольных опор равна 1500м, поперечных – 60м. Один ряд продольных опор-балок межэтажного переезда имеет длину 150м, 8 балок-консолей – 32 м. В совокупности – 182м. Их длина для обоих переездов составляет 364м. Общая протяженность поперечных и продольных опор составляет 3908м. Известно, 44,7 м двутавровой балки указанного размера весит одну тонну, соответственно 3908 метров балок весит 87 т. Общая площадь пролетных участков двухуровневого путепровода двустороннего движения - 8760 м². Общая масса стальных блоков и элементов путепровода составляет 650т. При цене одной тонны стального проката $1000 стоимость стальных блоков и элементов путепровода составит $0,650млн. 35 Пролетные участки путепровода покрываются, как минимум, пятисантиметровым слоем дорожного покрытия – сталефибробетоном. Общая площадь пролетов путепровода 8760м². Объем сталефибробетонного покрытия – 438м³, масса – 1100 т, стоимость покрытия при цене кубометра сталефибробетона $300 - $0,131 млн. С учетом массы сталефибробетона масса путепровода составит 1750т и общие затраты составят около $0,780 млн. Покрытие открытых стальных поверхностей площадью около 7800 м² антикоррозионным составом со средней стоимостью порядка $10 на квадратный метр можно оценить в сумму $0,078 млн. А монтаж гидроизоляции на той же площади с той же стоимостью можно также оценить в сумму $0,078 млн. Сверху пролетные участки накрыты пластиковой крышей из негорючего материала, площадь которого составляет 6000 м². Его себестоимость при средней цене пластика $10 составляет $0,06млн. 22 фундамента для колонн потребуют около 50 м³ бетона стоимостью $15 тыс. С учетом затрат на антикоррозионное покрытие, гидроизоляцию, пластиковое покрытие, работы по фундаменту стоимость путепровода составит - $1,01 млн. Остальные расходные статьи на установку эстакады включают в себя доставку готовых блоков; сборку; аренду кранов, других механизмов и оборудования; проведение предварительных геодезических и других вспомогательных работ. Известно, что цена доставки кубического метра бетона на расстояние 5155 км автотранспортном составляет 1000руб. ($33). Таким образом, доставка 490мᵌ бетона от завода до места монтажа и установки путепровода обойдется в $0,016 млн. Доставка около 646 тонн металлических конструкций при цене доставки тонны автотранспортом на расстояние 650 км равной порядка $50 36 стоит $0,033млн. В сумме доставка конструкций и материала обойдется в $0,05 млн. Сборку путепровода-эстакады вместе с въездами, съездами, переездами можно при наличии необходимого оборудования и механизмов осуществить за один месяц 20-ю специалистами при выплате им $100 тыс. Аренда механизмов, включая кран, и остального оборудования на один месяц обойдется в сумму порядка $100 тыс. Стоимость вспомогательных работ можно также оценить в сумму около $100 тыс. С учетом указанных статей расходов затраты на установку путепровода двустороннего движения с четырьмя полосами движения, четырьмя буферными полосами, въездами, съездами, переездами составят: $1,01млн. + $0,050млн. + $0,300млн. = $1,36млн. Масса двухуровневого путепровода с четырьмя полосами на основе металлопроката, являющаяся нагрузкой 14 стальных колонн диаметром 30см, сечением 17600мм², составляет около 1500 тонн. То есть на общую площадь колонн-опор по сечению 246400мм² действует 15000000 ньютонов, или один квадратный миллиметр подвергается давлению 66н/мм². При пределе прочности стали 600н/мм² конструкция имеет 9-кратный запас прочности. На нижнем уровне путепровода указанной конструкции может одновременно находиться в движении около 50 грузовых автомобилей весящих в среднем каждый 10 тонн, то есть всего 500 тонн, на втором уровне и переездах может находиться в движении 50 легковых автомобилей массой в среднем 2 тонны, то есть всего 100 тонн. Если учесть их массу, которая составит 600 тонн, то конструкция с дополнительной нагрузкой в виде автомобилей и общей массой нагрузки на опоры 2100т сохранит многократный запас прочности близкий к 8. Следует отметить, что, не противореча имеющимся стандартам и нормам, можно существенно уменьшить массу путепровода и его себестоимость за счет исключения сталефибробетонного дорожного покрытия, ограничившись 37 покрытием стальной поверхности пролетных участков новыми композитными материалами из угле- или стеклопластика. Примечание. Что касается малозначимых железнодорожные трассы, дорог, пересекающих скоростные которых насчитывается только в России несколько тысяч, то над этими трассами целесообразно устанавливать недорогие одноэтажные путепроводы, как минимум, с двумя полосами движения и двумя буферными полосами, необходимыми для объезда остановившихся Причем сравнительно по различным небольшая масса причинам путепровода автомобилям. дает возможность не устанавливать опоры на бетонном фундаменте, а вбивать или ввинчивать их в грунт. Затраты на установку этих путепроводов невелики и вполне сопоставима с барьерными переездами, которые были отмечены выше, и которые стоят $0,3млн. Из расчетов, приведенных выше видно, что затраты на установку одноэтажного путепровода с двумя полосами движения, для которого не требуются межэтажные переезды и значительные расходы на вспомогательные и подобные им работы, составят порядка $0,5млн. Но он является безопасным и предоставляет возможность безостановочного движения для автомобилей, велосипедов, мотоциклов, тракторов, автобусов и т.д. над скоростными железнодорожными трассами, значительно улучшая коммуникации регионов. Литература. 1. Пат. 105628 РФ, МКИ E02C 1/04. Эстакада для перемещения транспортных средств на разных уровнях. Ю.Ф. Макаров. 2. Пат. 73716 Украины, МКИ E02C 1/04. Эстакада для перемещения транспортных средств на разных уровнях. Ю.Ф. Макаров. 3. Пат. 2422908 РФ, МКИ G08G 1/01. Способ регулирования транспортных потоков на магистралях. Ю.Ф. Макаров. 4. Макаров Ю. Ф., Низовцев Ю. М., Анцыгин А. В. Способы решения транспортных проблем больших городов с помощью легких объемных 38 магистралей-эстакад, этажи которых связаны переездами для автомобилей. 2010 г. www.ecoguild.ru 5. Пат. 2447222 РФ, МКИ E02C 1/04. Эстакада для перемещения и размещения транспортных средств на различных уровнях. Ю.Ф. Макаров. 6. Пат. 108046 РФ, МКИ E02C 1/04. Сеть транспортных магистралей для крупных городов и их пригородов. Ю.М. Низовцев, А.В. Анцыгин. 7. Пат. 3176909 Японии, МКИ E02C 1/04. Сеть транспортных магистралей для крупных городов и их пригородов. Ю.М. Низовцев, А.В. Анцыгин. 39