17.16. Взаимная увязка элементов плана и профиля

Наилучшая плавность трассы достигается при совмещении вертикальных и горизонтальных кривых. Наибольший эффект плавности обеспечивается, когда середины круговых кривых в плане и профиле совпадают, а длина горизонтальной кривой равна или немного превышает длину вертикальной кривой (рис. 17.74).

Рис. 17.74. Оптимальные сочетания кривых в плане и профиле

Радиус вогнутых вертикальных кривых не менее чем в 6 раз должен превышать радиус горизонтальных кривых. Если горизонтальная кривая имеет переходные кривые, последние должны начинаться до начала вертикальной кривой за 75-100 м, выступая на величину l=A/n, где n принимают в пределах от 5,0 до 7,5, тем большим, чем больше параметр клотоиды А.

Особенно некрасивы сочетания горизонтальных и вогнутых вертикальных кривых, если длина последней существенно меньше длины горизонтальной кривой. При сочетании длинного закругления в продольном профиле с короткой горизонтальной кривой дорога в перспективе выглядит очень неспокойной.

Даже сравнительно небольшое взаимное смещение кривых отражается на оптической плавности трассы. Опыт эксплуатации автомагистралей Германии показал, что допустимы смещения до 1/4 длины наибольшей из кривых. Смещения на половину длины уже воспринимаются как резкое искажение плавности трассы. Влияние смещения проявляется тем меньше, чем больше радиусы и длины перекрывающихся кривых. Должны быть тщательно проанализированы случаи сопряжения концов кривых в плане с началом выпуклых или вогнутых вертикальных кривых, расположенных на последующих прямых участках. Хотя такое сочетание и обеспечивает пространственную плавность, для водителей автомобилей, едущих в сторону выпуклой вертикальной кривой, может быть неясно дальнейшее направление дороги. При вогнутой вертикальной кривой и малых величинах радиусов создаются участки плохой видимости ночью при свете фар.

Влияние согласованности размещения кривых в плане и продольном профиле на оптическую плавность трассы проявляется в тем большей степени, чем меньше величины радиусов. Опытное проектирование разными способами участка магистрали Лондон – Бирмингем длиной 45 км выявило следующее влияние способа проложения трассы на объемы земляных работ (в относительных единицах):

– проектирование с использованием минимальных допустимых техническими условиями радиусов кривых в плане и профиле, без увязки их взаимного расположения – 1,0;

– согласование точек перелома при радиусах, меньших 1800 м в плане и 12500 м в продольном профиле – 1,17;

– согласование всех без исключения точек перелома в плане и профиле – 1,42.

Таким образом, разумное соблюдение требований ландшафтного проектирования не связано с чрезмерным увеличением объемов работ.

Для обеспечения на дороге видимости на большом расстоянии следует избегать сочетаний элементов трассы, создающих впечатление провалов или выпуклостей, в результате которых для водителя остается неопределенным дальнейшее направление дороги, или отдельные ее участки становятся невидимыми. Примерами таких мест являются:

– короткие вогнутые вертикальные кривые, расположенные в пределах прямых или кривых в плане большого радиуса, создающие впечатление «просадок» или «карманов» (рис. 17.75), поскольку увеличение радиуса вертикальной кривой приводит в этом случае к существенному увеличению объемов земляных работ. Зрительная плавность таких участков может быть значительно улучшена путем устройства в продольном профиле составных коробовых трех- или пятизвенных вертикальных кривых, крайние участки которых описываются большими радиусами, порядка 30000-50000 м. При малом увеличении объема земляных работ сочетание плана и профиля дороги значительно улучшается;

Рис. 17. 75. Устранение «просадки» дороги путем введения коробовых вертикальных кривых: а – геометрические элементы и вид участка дороги при короткой вертикальной кривой на длинной кривой в плане; б – улучшение вида того же участка дороги при введении коробовой вертикальной кривой

– крутые выпуклости продольного профиля на кривых больших радиусов и на прямых участках и, в частности, на пересечениях дорог в разных уровнях. Необходимо делать подъем на них более пологим или избегать их, прокладывая одну из дорог в выемке;

– прямые участки, как бы упирающиеся в небосвод на вершине выпуклых кривых малого радиуса (см. рис. 17.6).

Количество переломов в плане и профиле должно быть, по возможности, одинаковым. Желательно, чтобы на одной прямой в плане не было более одной вертикальной кривой. Нарушения этого правила приводят к неудачным трассам, в ряде случаев характеризующимся повышенной опасностью дорожно-транспортных происшествий.

При плане и профиле, первоначально намеченных как ряд коротких участков, можно значительно улучшить плавность и вид дороги в перспективе, заменив ломаные линии усредняющими их плавными (рис. 17.76).

Рис. 17.76. Улучшение вида дороги в перспективе путем замены плана и профиля, состоящих из коротких прямолинейных участков, плавными кривыми: а – на прямолинейных участках; б – при криволинейной трассе

Частые переломы продольного профиля на длинных прямых в плане создают волнистую поверхность дороги. Чаще всего такая волнистость бывает следствием проложения дороги по обертывающей проектной линии поперек цепей холмов в слабохолмистой местности. Это один из опаснейших случаев нарушения оптической плавности трассы, который является причиной большого количества дорожно-транспортных происшествий.

На правильно запроектированной дороге между местом нахождения водителя и точкой дороги, наиболее удаленной от него в пределах ландшафтного бассейна, не должно быть невидимых участков. На участках, где с возвышенных точек, в пределах открывающегося ландшафтного бассейна видно несколько пересекаемых дорогой лощин, вид на дорогу получается некрасивым (рис. 17.77а).

Рис. 17.77. Некрасивый вид дорог, пересекающих цепи холмов: а – на прямом участке, б – при регулярном изменении направлений дороги («биение трассы»)

Если расстояние видимости мало или даже недостаточно, то такие участки недопустимы из-за повышенной опасности для движения. Их необходимо перепроектировать, увеличивая видимость путем выполнения сравнительно больших объемов земляных работ.

Совмещение кривых в плане с вогнутыми кривыми в таких местах следует избегать из-за очень некрасивого вида дороги («биение трассы») (рис. 17.77б). В некоторых случаях вид дороги может быть улучшен путем декоративных посадок, закрывающих вид на удаленные участки.

При большем количестве точек перелома в плане, чем в продольном профиле, получаются S-образные вертикальные кривые или извилистые участки с постоянным уклоном. В этом случае участок представляется искривленным без явной необходимости и логически неоправданным.

На кривых большого радиуса в плане могут быть допущены переломы продольного профиля с большим шагом проектирования при небольшой разнице высот. Это связано с тем, что водитель на таких участках при движении по кривой не видит впереди себя дорогу на большом расстоянии, когда сказываются законы оптических искажений в перспективе.

СНиП 2.05.02-85 рекомендует совмещать кривые в плане и продольном профиле. При этом кривые в плане должны быть на 100-150 м длиннее кривых в продольном профиле, а смещение вершин кривых должно быть не более 1/4 длины меньшей из них.

Следует избегать сопряжений концов кривых в плане с началом кривых в продольном профиле. Расстояние между ними должно быть не менее 150 м. Если кривая в плане расположена в конце спуска длиной свыше 500 м и с уклоном более 30‰, радиус ее должен быть увеличен не менее чем в 1,5 раза по сравнению с минимально допустимыми, с совмещением кривой в плане и вогнутой кривой в продольном профиле в конце спуска.

Также СНиП 2.05.02-85 регламентирует предельные длины прямых вставок в продольном профиле (табл. 17.5).

Таблица 17.5. Предельные длины прямых вставок в продольном профиле

Радиус вогнутой кривой в продольном профиле, м	Алгебраическая разность продольных уклонов, ‰
	20	30	40	50	60	80	100
	Наибольшая длина прямой вставки в продольном профиле, м
	Для дорог I и II категорий
4000	150	100	50	0	0	0	--
8000	360	250	200	170	140	110	–
12000	680	500	400	350	250	200	–
20000	–	–	850	700	600	550	–
25000	–	–	–	–	900	800	–
	Для дорог III и IV категорий
2000	120	100	50	0	0	0	0
6000	550	440	320	220	140	60	0
10000	_ .	–	680	600	420	300	200
15000	–	–	–	–	–	800	600

Исходя из вышеописанного, основные принципы рационального сочетания элементов дорог в плане и продольном профиле можно сформулировать следующим образом:

1. наилучшая плавность трассы достигается при совпадении вертикальных и горизонтальных кривых.

2. целесообразно избегать использования предельно допустимых норм на элементы плана и профиля (минимальные радиусы кривых плане и продольном профиле, максимальные продольные уклоны);

3. необходимо применять максимально возможные по местным условиям и не вызывающие чрезмерного удорожания строительства радиусы кривых в плане и профиле (желательно не меньше 3000 м – в плане, 70000 м выпуклых и 8000 м вогнутых – в продольном профиле);

4. наибольшая плавность продольного профиля достигается при проектировании его из вогнутых и выпуклых кривых, непосредственно сопрягающихся друг с другом без промежуточных прямых вставок;

5. чем меньше разность смежных уклонов, тем большим должен быть радиус вертикальных кривых;

6. обертывающая проектная линия, точно следующая очертанию форм поверхности земли, нерациональна;

7. длинные участки, запроектированные с постоянным продольным уклоном, нерациональны даже при слабо пересеченном рельефе, поскольку их устройство связано с необходимостью устройства высоких насыпей или глубоких выемок;

8. желательно, чтобы длина горизонтальной кривой превышала длину выпуклой вертикальной кривой, радиус выпуклой кривой превышал радиус кривой в плане не менее чем в 8 раз;

9. несовпадение вершин кривых допустимо не более чем на 1/4 длины наименьшей из кривых;

10. взаимное смещение вершин горизонтальной и вогнутой кривых допустимо в исключительных случаях, но при этом поворот влево следует разбивать перед вогнутостью продольного профиля, а поворот вправо – за нею;

11. количество переломов в плане и профиле должно быть по возможности одинаковым.

При этом следует избегать:

– сочетаний элементов дороги в плане и профиле, которые из-за искажения их вида в перспективе кажутся неплавными и имеющими крутые изломы;

– коротких кривых в плане, расположенных между длинными прямыми, которые водителю издалека кажутся резким переломом дороги. В табл. 17.6 приведены минимальные длины и радиусы кривых для равнинной местности в зависимости от наименьшей длины сопрягающихся прямых.

Таблица 17.6. Минимальные длины и радиусы кривых для равнинной местности

Длина меньшей из двух прямых, м	Наименьшая длина кривой, м	Наименьший радиус кривой
³ 2000	500	2,0Rmin
1000	400	1,2Rmin
£ 500	350	1,0Rmin

Примечание. R_min – минимальный радиус для дороги соответствующей категории согласно СНнП 2.05.02-85.

– коротких прямых вставок между направленными в одну сторону кривыми;

– коротких прямых вставок между смежными кривыми;

– резких переходов от кривых большого радиуса в плане к кривым малого радиуса;

– сочетаний элементов дорог, при которых в каком-то месте требуется неожиданное для водителя и не оправданное предыдущим положением дороги резкое снижение скорости;

– сочетаний элементов трассы, создающих у водителей ошибочное представление о дальнейшем направлении дороги (рис. 17.78).

Рис. 17.78. Примеры неудачных сочетаний элементов дорог, которые создают у водителей неправильное представление о дальнейшем направлении дороги: а, б – незаметный издалека поворот основной дороги (водителю кажется, что она не меняет направления); в – спуск дороги по склонам оврага, когда начало спуска не видно водителю (линия связи, пересекающая овраг по прямому направлению, создает ошибочное представление, что и дорога продолжается прямо); г – примыкание второстепенной дороги на гребне водораздела (водителю кажется, что основная дорога круто поворачивает в сторону); д – скрытый поворот дороги за водоразделом (у водителя создается впечатление, что дорога идет прямо); 1 – основная дорога; 2 – примыкающая второстепенная дорога; 3 – кажущееся водителю направление дороги; 4 – горизонтали местности

Средствами зрительного ориентирования являются:

– полотно дороги в целом;

– указательные столбики, боковые ограждения барьерного типа;

– придорожная растительность, особенно высокие деревья;

– отдельные возвышающиеся предметы, повышающие внимательность водителя.

Наибольшая плавность трассы дороги обеспечивается при:

– введении длинных переходных кривых, описанных по клотоиде (радиальной спирали) с уравнением . Значение параметра А переходных кривых должно находиться в пределах от 0,4R до 1,4R, причем параметры смежных кривых не должны различаться более чем в 1,5 раза;

– угол поворота трассы при вписывании переходной кривой не менее 3°;

– длине переходной кривой не менее 1/4 длины круговой кривой;

– сопряжении переходными кривыми обратных S-образных кривых необходимо, чтобы обе переходные кривые имели одинаковый параметр А. При этом радиусы сопрягаемых кривых должны находиться в соотношении R₁ £ 3R₂.

– сопряжении переходными кривыми круговых кривых, направленных в одну сторону, должно соблюдаться соотношение 0,5R₁ < A < R₂ и A₁ £ A₂ £ 1,2A. При R₁ £ 2R₂ круговые кривые можно сопрягать непосредственно;

– длине прямой вставки между двумя обратными клотоидами с параметрами A₁ и А₂ не более L=(A₁+A₂)/2. При этом параметры A₁ и А₂ не должны различаться более чем в 2 раза.

Расположение мостов, в том числе и больших пролетов, должно полностью подчиняться направлению трассы. Совершенно недопустимы возвышающиеся над прилегающими участками «горбатые» мосты, а также прямолинейные мосты небольшой длины, расположенные между кривыми в плане, которые создают впечатление неприятных переломов трассы. Не допускаются горизонтальные мосты в пределах вогнутых вертикальных кривых, поскольку они создают впечатление как бы плоской доски, вставленной в плавную криволинейную полосу.

Для устранения подобных неудачных сочетаний мосты следует располагать в соответствии с общим направлением дороги – на кривых в плане и профиле, на переходных кривых, с устройством, в случае необходимости, виражей (рис. 17.79).

Рис. 17.79. Мост, расположенный на кривой

Неизбежное при этом осложнение конструкции моста оправдывается улучшением трассы дороги и транспортно-эксплуатационных качеств. Особенно удачно с точки зрения ландшафтного проектирования расположение мостов на кривой, которое позволяет едущим в полной мере оценить красоту этих оригинальных инженерных сооружений.

Расположение мостов на пространственных кривых вносит серьезные осложнения в процессы строительства. Несмотря на это, на сегодняшний день на многих зарубежных автомагистралях успешно осуществлены проекты криволинейных мостов, не только эстакад с сравнительно небольшими пролетами, но и больших мостов со сложными металлическими и железобетонными пролетными строениями. Известны успешные попытки применения сборных железобетонных мостов. В СССР такой мост построен на кривой в плане на дороге Симферополь – Ялта.

Практическая возможность проектирования мостов на кривых долгое время осложнялась отсутствием типовых проектов мостов, приспособленных к разбивке на кривых. С разработкой Союздорпроектом проектов сборных мостов на кривых радиусами от 250 до 1000 м и накоплением опыта строителями препятствия к устройству криволинейных мостов полностью устранены.

На зарубежных магистралях широкое распространение получило строительство высоких эстакад, перекрывающих долины, вместо развития линии по склонам и устройства малых мостов (рис. 17.80). Этим обеспечивается плавность дороги в продольном профиле и устранение ненужных спусков и подъемов, снижающих эффективность использования автомобильного транспорта и являющихся местом сосредоточения дорожно-транспортных происшествий. Особенно часто практикуется такое решение в курортных районах, в местностях с ценными землями и при неблагоприятных геологических условиях, когда нагружение неустойчивых склонов насыпями или подрезка выемками, может привести к возникновению оползней.

Рис. 17.80. Виадук на автомагистрали, перекрывающий долину с пологими склонами

На рис. 17.81 показана модель виадука, построенного в Латвии через овраг Лорупе вблизи Риги.

Рис. 17.81. Модель виадука, перекрывающего долину

Мосты на пересечениях дорог в разных уровнях не должны ограничивать видимость на пересекаемой дороге. Требования безопасности движения привели к отказу от стоек на разделительной полосе, на которые часто наезжают автомобили. Для современных автомагистралей типичны путепроводы, перекрывающие все земляное полотно. При относительно легкой конструкции они создают рамку, через которую водителям открываются живописные виды.

Особенно большое значение приобретает обеспечение видимости на сложных пересечениях дорог в нескольких уровнях. При неудачной конструкции расположенные друг над другом элементы путепроводов оставляют у едущих впечатление громоздкости, придавленности и отсутствия ясности в проектных решениях (рис. 17.82а).

Наоборот, хорошо продуманные легкие изящные конструкции на пересечениях в разных уровнях хорошо вписываются в ландшафт и с интересом воспринимаются едущими (рис. 17.82б).

Большие мосты через реки, особенно судоходные, являются уникальными сооружениями и их расположение должно обосновываться выбором наиболее рационального мостового перехода. Однако трасса дороги соответственно должна быть изменена на достаточно большом расстоянии, чтобы не создавалось впечатления резкого изменения ее направления у моста.

Рис. 17.82. Вид сооружений на многоярусных пересечениях в разных уровнях: а – приземистое массивное сооружение, впечатление от которого приводит к снижению скорости проезда автомобилей; б – ажурное, хорошо увязанное с ландшафтом сооружение

В горных районах должны шире рассматриваться варианты арочных мостов, перекрывающих большие долины без изменения направления трассы. Для их строительства требуется меньший отвод земли по сравнению с высокими насыпями, что очень важно в курортных районах. При устройстве мостов не нарушаются условия устойчивости горных склонов, в то время как отсыпка высоких насыпей часто способствует развитию оползневых явлений.

Пересечения автомобильных дорог в разных уровнях с устройством путепровода являются участками с недостаточной видимостью, так как водитель подъезжающего автомобиля видит дорогу только до верхней точки путепровода. Участок за путепроводом невидим, что существенно снижает безопасность движения. Целесообразно поэтому располагать путепроводы на кривых в плане с радиусами 1000-1500 м при угле поворота примерно 30°.

В равнинной местности не следует применять на подходах к путепроводам предельные значения продольных уклонов.