6.7. Обеспечение пространственной плавности трассы. Основы ландшафтного проектирования
Движение автомобилей с постоянной или практически не меняющейся скоростью на всей протяженности дороги может быть обеспечено только при проложении трассы дороги как плавной пространственной линии с учетом особенностей зрительного восприятия дороги водителями.
На основании анализа зрительной плавности построенных дорог выработаны следующие рекомендации по сочетанию элементов трассы:
количество переломов в плане и профиле должно быть по возможности одинаковым;
длины прямых и кривых участков дороги в плане должны соответствовать друг другу;
прямые участки должны иметь ограниченную длину;
недопустимы короткие прямые вставки между направленными в одну сторону кривыми, которые воспринимаются как неприятный для взгляда излом дороги. Радиусы смежных кривых должны различаться не более чем в 1,5 раза;
следует по возможности совмещать вертикальные и горизонтальные кривые. Желательно, чтобы длина горизонтальной кривой несколько превышала длину вертикальной кривой. Смещения вершин совпадающих вертикальных и горизонтальных кривых допустимы не более чем на 1/4 длины наименьшей из кривых. Радиус вогнутых вертикальных кривых должен не менее чем в 6 раз превышать радиус совпадающих с ними кривых в плане;
недопустимы сопряжения концов кривых в плане с началом выпуклых или вогнутых вертикальных кривых, расположенных на последующих прямых участках;
для обеспечения на дороге видимости на большом расстоянии следует избегать сочетаний элементов трассы, образующих в продольном профиле «провал». К числу таких сочетаний относятся: короткие вогнутые участки продольного профиля, расположенные в пределах длинных прямых или кривых в плане большого радиуса, воспринимаемые как карманы или просадки; выпуклые вертикальные кривые малых радиусов на прямых участках, в частности на пересечениях дорог в разных уровнях; прямые участки, как бы упирающиеся в небосвод на вершине выпуклых кривых малого радиуса («дорога в никуда»).
Пространственную плавность трассы часто проверяют построением перспективных изображений, используя для этого методы начертательной геометрии. Затем вносят при необходимости исправления в план и профиль для достижения их плавности. В настоящее время для этой цели используют ЭВМ, в которые вводят координаты плана, продольного и поперечного профилей трассы. Плавность трассы анализируют по изображению перспективы дороги на экране монитора.
Для обеспечения пространственной плавности трассы большое значение имеет соблюдение принципов зрительного ориентирования водителей – такое взаимное сочетание элементов дороги и придорожной полосы, которое делает для водителя понятным направление дороги за пределами фактической видимости.
Из средств зрительного ориентирования наиболее эффективными являются:
сопряжения плана и профиля;
придорожные насаждения;
специально устанавливаемые по краям обочин сигнальные столбики.
На рис. 6.11 показано, как увеличение радиуса кривой в плане делает для водителя понятным изменение направления дороги за переломом продольного профиля.
Рис. 6.11. Улучшение ориентирования водителя в дорожных условиях: а – вид дороги, построенной без учета принципов зрительного ориентирования; б – обозначение поворота увеличением длины кривой, начинающейся за переломом продольного профиля; 1 – продольный профиль; 2 – план
Наибольшая плавность трассы достигается при проложении ее в виде кривых непрерывно изменяющейся кривизны, гармонично вписанных в ландшафт. Наиболее часто применяют клотоидные трассы, состоящие в основном из сопрягающихся круговых кривых и переходных кривых больших параметров. Прямые вставки невелики, а иногда вообще отсутствуют (рис. 6.12). Вместо ходов по прямым, между углами поворота и последующего вписывания между ними круговых кривых по горизонталям местности, проектируют круговые кривые больших радиусов и сопрягают их переходными кривыми.
Рис. 6.12. Пример клотоидного трассирования: 1 и 2 – участки круговых кривых и клотоид
Принципы клотоидного трассирования были разработаны и вошли в практику до начала использования ЭВМ при проектировании дорог. Они были приспособлены для трассировании по планам местности вручную с использованием прозрачных шаблонов и вспомогательных таблиц.
Первые программы ЭВМ также предусматривали клотоидное трассирование. Однако элементы рельефа имеют более сложное очертание, чем дуги окружностей и длинные клотоиды, используемые при клотоидном трассировании.
В настоящее время в крупных проектных организациях переходят на проектирование трассы дороги методом сплайн-функций, обеспечивающим лучшее согласование дороги с ландшафтом.
При методе сплайнов производится математическое осреднение введенного в ЭВМ большого числа точек трассы, намеченной по шаблонам или просто от руки. При этом одни контрольные точки фиксируются точно, около других могут быть заданы возможные зоны смещения. Компьютер подбирает окончательное положение трассы исходя из требований минимальной суммы квадратов отклонений проектируемой трассы от первоначально намеченных точек ее прохождения.
К трассе предъявляются дополнительные критерии оптимизации, например скорость нарастания центробежного ускорения и др.
Современная автомобильная дорога – капитальное сооружение, рассчитанное на многие годы, которым ежедневно пользуются тысячи людей. Поэтому к дорогам, как ко всем сооружениям массового пользования, должны предъявляться высокие эстетические требования в отношении их внешнего оформления, выполняемого в увязке с окружающим природным ландшафтом и архитектурой сооружений, расположенных вдоль дороги.
Это достигается в первую очередь согласованием трассы дороги с рельефом окружающей местности и формами ландшафта. Плавное включение дороги в окружающую местность повышает удобство движения, помогает лучше раскрыть перед едущими красоту природы, а также устранить вызванные проложением дороги нарушения закономерностей природного ландшафта. Такие дороги наиболее безопасны для движения, не утомительны для водителей и пассажиров и поэтому имеют лучшие транспортно-эксплуатационные показатели.
Согласование дороги с ландшафтом (ландшафтное проектирование) должно основываться на соответствии элементов дороги элементам ландшафта (рельефу, водным пространствам, лесным массивам, сельскохозяйственным угодьям, населенным пунктам, ранее построенным инженерным сооружениям и т. д.) и проложении трассы с учетом закономерностей их сочетания.
Дорога хорошо сочетается с ландшафтом, если она проложена по граничной зоне его элементов (у подножья холмов, по опушкам лесов, по террасам речных долин) или вдоль естественной (обычно искривленной) оси ландшафта, например водотока, идущего по долине, без резких нарушений сложившихся форм логически неоправданными пересечениями (рис. 6.13). При этом необходимо ориентироваться на имеющиеся в каждом ландшафте основные характеризующие его элементы. Дорога должна следовать крупным определяющим линиям ландшафта, не считаясь с множеством малых и мельчайших складок местности, пересечения которых могут быть сглажены устройством пологих откосов земляного полотна.
Рис. 6.13. Клотоидная трасса, проложенная по граничной зоне элементов ландшафта
Основные принципы и нормы ландшафтного проектирования:
длина прямых на дорогах I категории должна быть 3,5-5,0 км, если это не требует искусственного искривления трассы;
при отсутствии на местности естественных ориентиров их можно создавать искусственно в виде групп деревьев на придорожной полосе;
перед входом в лес следует сажать постепенно сгущающиеся группы деревьев, чтобы уменьшить внезапную ветровую нагрузку на автомобиль, выезжающий из леса;
при пересечении лесных массивов на прямых участках некрасивы как строго симметричное разрезание леса, так и отделение от леса узкой полосы;
целесообразно проложение трассы в виде плавной извилистой линии, вписанной в рельеф и расположенной в переходной зоне между крупными элементами ландшафта;
чем выше категория дороги и шире земляное полотно, тем с более крупными элементами рельефа должна увязываться дорога;
согласование с ландшафтом для горных дорог сводится к огибанию элементов горного рельефа с отклонением от них по возможности на меньшее расстояние, необходимое для соблюдения минимальных требований к элементам плана и профиля в трудных условиях рельефа;
дорога не должна резко выделяться на общем фоне местности. Поэтому при ландшафтном проектировании земляному полотну придают поперечный профиль с округленными очертаниями пологих поперечных откосов. Вместо глубоких канав устраивают широкие мелкие лотки.