17.15. Требования к элементам плана дороги

Длины прямых и кривых участков дороги в плане должны соответствовать друг другу. Нельзя допускать следующих сочетаний элементов дорог в плане, которые из-за искажения их вида в перспективе кажутся неплавными и имеющими излом.

1. Короткие кривые в плане, расположенные между длинными прямыми кажутся издалека водителю резким изломом дороги и вызывают снижение скорости (см. рис. 17.19). Эффект нарушения плавности в большой степени связан с длиной круговой вставки. Так, например, при анализе трассы Коннектикутской платной дороги в США было выявлено, что кривые длиной менее 90 м «слишком коротки». Из-за этой особенности зрительного восприятия повороты дороги на малые углы должны смягчаться вписыванием кривых больших радиусов.

На основе анализа большого количества перспективных изображений установлено, что для оптической плавности длина круговой кривой в плане (S), в зависимости от расстояния от точки наблюдения до вогнутого перелома продольного профиля (L_v) или до начала круговой кривой в плане (L_s), не должна быть менее следующих величин:

L_v, м 150 200 250 300 350 400 500 600 700;

L_s, м 95 125 150 180 210 240 300 350 400;

S, м 110 150 200 240 280 320 400 500 600.

2. Короткие прямые вставки между направленными в одну сторону кривыми воспринимаются как неприятный для взгляда излом дороги (рис. 17.67).

Рис. 17.67. Вид участка дороги с короткой прямой вставкой между двумя кривыми, направленными в одну сторону

Такие сочетания элементов дороги характеризуются повышенной опасностью дорожных происшествий, в связи с их неожиданностью для водителей, которые психологически бывают подготовлены к повороту дороги в обратную сторону для выдерживания общего постоянного направления. Особенно неблагоприятно такое сочетание при совпадении его с вертикальными кривыми.

СНиП 2.05.02.85 не рекомендует применять короткие прямые вставки между двумя кривыми в плане, направленными в одну сторону. При длине ее менее 100 м рекомендуется заменять две сопрягаемые кривые одной большего радиуса, при длине 100-300 м рекомендуется прямую вставку заменять переходной кривой большего параметра. Прямая вставка как самостоятельный элемент трассы допускается для дорог I и II категорий при ее длине более 700 м, для дорог III и IV категорий – более 300 м.

Радиусы смежных кривых в плане должны различаться не более чем в 1,3 раза. Параметры смежных переходных кривых при сопряжении кривых рекомендуется назначать одинаковыми.

3. Короткие прямые вставки между обратными кривыми воспринимаются как элемент, нарушающий плавное проложение трассы. Более целесообразно увеличивать в этом случае радиусы кривых или увеличивать длину переходных кривых, чтобы их концы непосредственно сопрягались друг с другом. Прямые вставки между обратными кривыми могут быть оставлены, если их длина между концами переходных кривых, обеспечивающих зрительную плавность трассы, превышает 300 м.

4. При малых углах изменения направления трассы для обеспечения оптической плавности необходимо вводить кривые больших радиусов или заменять круговые кривые непосредственно сопрягающимися переходными.

В Венгрии нормированы следующие требования к минимальным радиусам кривых, сопрягающих малые переломы трассы в плане:

угол, град 5 4 3 2 1;

радиус кривой на дороге I категории, м 2500 3000 4000 6000 10000;

то же, на дороге II и III категорий, 1250 1500 2000 3000 5000.

В США при углах поворота менее 5° требуется вводить кривую радиусом не менее 1700 м. В Нидерландах для расчленения длинных прямых искусственно вводят углы поворота 1-2°, вписывая в них кривые радиусами 6000-10000 м. В Германии при углах поворота менее 4° вводят круговые кривые с тангенсами не менее 100 м, что соответствует радиусам 5000-10000 м.

При введении круговых кривых СНиП 2.05.02-85 рекомендует применять следующие наименьшие значения радиусов сопрягающих кривых при малых углах поворота:

угол поворота, град. 1 2 3 4 5 6 7-8;

радиус кривой, тыс. м 30 20 10 6 5 3 2,5.

5. Длину прямых в плане следует ограничивать. Она не должна превышать расстояния, проходимого автомобилем при расчетной скорости за 3-4 мин, и составлять не более 5-6 км (табл. 17.4).

Таблица 17.4. Предельная длина прямого участка при ландшафтном проектировании, км

Категория дороги	Равнинная местность	Холмистая местность
I	3,5-5,0	2,0-3,0
II-III	2,0-3,5	1,5-2,0
IV-V	1,5-2,0	1,5

Примечание. Большие длины допустимы при преимущественно легковом движении, меньшие – при грузовом.

Одним из основных элементов трассы современных дорог, обеспечивающих плавность и гармоничное включение дороги в ландшафт, стали переходные кривые.

При проектировании автомобильных дорог нашли широкое применение, как в отечественной практике, так и за рубежом, переходные кривые типа клотоиды, характеризуемые линейным законом увеличения кривизны по длине кривой и наилучшим образом отвечающие условиям движения автомобилей с постоянными скоростями (рис. 17.68).

При этом кривую на участке от начала ее (с R=) до любой ее точки с радиусом R=R_к принято называть клотоидой. Кривую же от любой точки с радиусом R=R_к1 до произвольной точки с радиусом R=R_к2 называют отрезком клотоиды.

По сравнению с обычной трассой для клотоидной трассы характерно наличие существенно большего числа типов закруглений:

1. биклотоида, симметричная при А₁=А₂ и несимметричная при А₁А₂ (рис. 17.69а);

2. биклотоида с круговой вставкой, А₁=А₂ и несимметричная при А₁А₂ (рис. 17.69б);

3. коробовая (составная) клотоида (рис. 17.69в);

4. комбинированное закругление (рис. 17.69г).

Рис. 17.68. Изменение кривизны по длине переходной кривой: а – клотоида; б – диаграмма кривизны

Рис. 17.69. Типы закруглений клотоидной трассы

Непосредственно сопрягать между собой и с прямыми участками в плане можно только кривые больших радиусов, порядка 4000-5000 м. Во Франции переходные кривые не вводят на кривых с радиусом более 4500 м, а в Венгрии – 5000 м. В Беларуси предусмотрено действующими СНиП 2.05.02-85 устройство переходных кривых при радиусах кривых в плане 2000 м и менее, и с нашей точки зрения, не обеспечивает зрительной плавности трассы.

Наилучшим образом плавность трассы достигается при использовании переходных кривых как самостоятельного элемента трассы, легко и гибко приспособляемого к местности и часто поэтому, вытесняющего прямые участки между круговыми кривыми (рис. 17.70).

Рис. 17.70. Различные способы сочетания переходных кривых: а – непосредственно сочетающиеся переходные кривые без вставки круговой кривой; б – сопряжение обратных кривых; в – сопряжение кривых, направленных в одну сторону, одной переходной кривой; г – то же, двумя переходными кривыми

Такое трассирование типично для строившихся в последние годы дорог Франции, Германии и Австрии.

Переходные кривые рекомендуется вводить во всех случаях сопряжения элементов трассы:

– при переходе от прямых участков к круговым кривым;

– при сопряжении между собой круговых кривых в плане, направленных в одну сторону;

– при сопряжении обратных круговых кривых;

– при сопряжении вогнутых вертикальных кривых с прямыми в продольном профиле.

В США принято, что наиболее рациональное отношение между длиной круговой и переходной кривой должно составлять 4:1.

В настоящее время при трассировании дорог применяют почти исключительно переходные кривые, описанные по радиоидальной спирали с уравнением A²=RL. Для вписывания переходной кривой по радиоиде, которая была бы оптически эффективна, необходимо изменение направления трассы не менее, чем на 3°.

Длину переходных кривых в нормах на проектирование дорог обычно назначают, исходя из допустимой скорости нарастания центробежного ускорения, величину которой принимают в пределах от 0,3 м/с³ (Англия) до 1,0 м/с³ (Венгрия и Франция). Проведенные наблюдения показали, что требованиям удобства управления и комфортабельности проезда, кривой соответствует первое значение.

Обеспечение оптической плавности трассы выдвигает дополнительные критерии к переходным кривым. Чтобы устранить иллюзию крутого перелома дороги в плане, параметр переходных кривых, по мнению инженеров Германии, должен находиться в пределах от 0,3R до 1,4R. Во Франции предусматривают, что А  R/3, т.е. не ограничивают, как в Германии, верхнего значения параметра.

Эти критерии соответствуют много меньшим, чем указанные выше, значениям скорости нарастания центробежного ускорения – 0,01-0,10 м/с³.

Французские инженеры считают, что при введении переходных кривых для обеспечения зрительной плавности трассы полноценный эффект достигается только в случае, когда сдвижка R круговой кривой в глубь угла  (рис. 17.71) при введении переходной кривой превышает 1,0 м. Сдвижки менее 0,5 м оптически неэффективны, так как не исправляют зрительного впечатления излома трассы.

Рис. 17.71. Смещение круговой кривой R внутрь угла при введении переходной кривой: 1 – круговая кривая; 2 – переходная кривая

С другой стороны, практический анализ дорог, трасса которых вполне удовлетворяет требованиям плавности, привел к выводу, что сдвижки более 2,5 м становятся малоэффективными.

Сравнительные расчеты длин переходных кривых, проведенные исходя из условия плавного нарастания центробежного ускорения («динамическая плавность») при а=0,8 м/с³ и обеспечения оптической плавности (А = R/3), показало, что начиная с R=1000 м, длину переходных кривых следует назначать только из условия удовлетворения требования зрительной плавности. Для радиусов кривых от 1000 до 3000 м при сдвижках R от 1,0 до 2,5 м величина параметра А меняется в узких пределах от А=377 м для R=3000 м до A=394 м при R=1000 м. Это позволяет исходить при назначении параметров переходных кривых из среднего значения A=380 м.

При сопряжении обратных круговых кривых S-образными переходными кривыми наиболее целесообразно, чтобы обе переходные кривые имели равные величины параметра A. В этом случае должно удовлетворяться соотношение между радиусами смежных кривых R₁ £ 3R₂. При большем соотношении между радиусами (R₁ £ 4,5R₂) параметры клотоид должны удовлетворять соотношению А₁ £ 2,0A₂.

Если обратные переходные кривые не соприкасаются непосредственно, величина прямой вставки между их концами не должна превышать величины L=(A₁+A₂)/2.

Замена прямой вставки между обратными круговыми кривыми S-образными клотоидами не приводит к сколько-нибудь ощутимому отклонению от прямой. Однако достигаемое этим улучшение оптической плавности трассы весьма важно.

При оценке соотношения длин кривых и прямых участков трассы, которые сопряжены длинными переходными кривыми, иногда вводят понятие «квазипрямых», называя им конечные участки переходных кривых, отстоящие от тангенсов менее, чем на 0,25 м. Протяженность таких участков бывает довольно большой. Так, например, на рис. 17.35 из 1624,2 м длины переходных кривых к квазипрямым относятся 430 м. В большинстве случаев квазипрямые составляют от 40 до 90% длины заменяемых прямых.

При сопряжении переходными кривыми круговых кривых, направленных в одну сторону (рис. 17.70в), должны соблюдаться соотношения R₁ >2R₂ и 0,5R₁<A<R₂. При соотношении R₁  2R₂ кривые могут сопрягаться непосредственно.

Следует избегать резкого перехода от кривых большого радиуса к кривым малого радиуса. Радиусы сопрягающихся или расположенных неподалеку друг от друга кривых в плане не должны различаться более чем в 1,3 раза. Это требование вытекает не только из желания обеспечить зрительную плавность дороги, но и из необходимости изменения расчетных скоростей движения на смежных участках дороги не более, чем на 10-15%.

Особенно важно соблюдение указанного соотношения для малых радиусов. При больших радиусах в трудных условиях рельефа или ситуации соотношения между радиусами могут быть несколько увеличены. Так, например, технические условия Германии допускают следующие соотношения:

R_min < 100 100-500 500-1000 > 1000;

R_max/R_min 1,3 1,5 1,7 2,0.

В случае неизбежности значительного уменьшения скорости в каком-либо месте дороги, радиусы предыдущих кривых должны постепенно уменьшаться, чтобы водитель снижал скорость на каждой последующей кривой по отношению к предыдущей.

Недопустимы сочетания элементов дорог, при которых в каком-то месте требуется резкое снижение скорости, например, устройство кривых малого радиуса на затяжных спусках или расположение кривой малого радиуса посреди группы кривых, допускающих движение с высокими скоростями. Такие места всегда характеризуются большим количеством дорожно-транспортных происшествий.

Особое внимание следует обращать на кривые, расположенные в конце длинных прямых участков. Их следует рассчитывать на скорости более высокие, чем расчетные и соответствующие скоростям единичных, наиболее быстрых, автомобилей. Характерно, например, что технические условия Бразилии предусматривают рассчитывать при основной скорости 100 км/ч кривые, расположенные после прямых и длиннее 2 км, на скорость 140 км/ч.

Также особое внимание следует уделять обеспечению зрительной плавности отгона виража. Участок отгона виража, устроенного с обычно предусматриваемым в технических условиях дополнительным уклоном 5-20‰, в перспективе выглядит как выступающий сбоку дороги бугор, перед которым имеются просадки (рис. 17.72).

Рис. 17.72. Искажение плавного вида дороги при крутых отгонах виража. Стрелки показывают на места переломов в перспективе

Для оптической плавности не следует делать уклон отгона виража большим 5‰, а лучше всего распространять его на всю длину переходной кривой.

Лучшие результаты в обеспечении зрительной плавности (рис. 17.73) достигаются при применении отгона из сопряженных вогнутой и выпуклой вертикальных кривых радиусов

, (17.1)

где В – ширина поворачиваемой части полотна дороги, м; i_вир – поперечный уклон виража, ‰; i_отг – дополнительный отгон виража, ‰.

Рис. 17.73. Рациональный продольный профиль отгона виража