17.17. Последовательность ландшафтного проектирования

Автомобильную дорогу в увязке с ландшафтом проектируют на топографической карте крупного масштаба в такой последовательности.

1. Анализируя местные условия в соответствии с проведенной воздушной линией, выявляют на карте ориентиры, контрольные точки и элементы ситуации, которые определяют направление дороги. По данным оценки гидрогеологических и почвенных условий местности при рекогносцировке устанавливают и отмечают на карте участки, неблагоприятные для проложения трассы. Выявляют места, наиболее подходящие для пересечения больших рек или глубоких оврагов.

2. Анализируют особенности ландшафта придорожной полосы, в частности, виды, открывающиеся с воздушной линии. Должны быть выявлены места, на которых можно устроить площадки отдыха или просто раскрыть красивый вид. В этой части работы имеет решающее значение участие ландшафтного архитектора, который должен помочь установить общие закономерности ландшафта и наметить характер трассы. При этом следует учитывать, что красивые виды не ограничиваются величественными горами и глубокими долинами. Для едущих могут быть привлекательными небольшая группа деревьев, открывшаяся в лесу поляна, живописный пруд, выход скал на зеленом склоне.

3. Карту «поднимают», обводя на ней характерные элементы ландшафта, которые не должны быть затронуты трассой и, наоборот, к которым она должна приближаться. Стрелками отмечают направление взглядов на красивые виды. Одновременно устанавливают границы ландшафтных бассейнов.

4. Предварительно наносят варианты трассы, удовлетворяя изложенным выше требованиям. Углы поворота в плане совмещают с основными переломами элементов рельефа – водоразделами, пересечениями водотоков, или подошвой склонов их долин.

5. Намеченную трассу корректируют при помощи гибкой линейки (рис. 17.83).

Рис. 17.83. Выбор направления трассы на плане в горизонталях с помощью гибкой линейки

6. Следующий этап проектирования – вписывание в изгибы трассы кривых. Для этого наиболее целесообразно использовать набор шаблонов в масштабе карты местности. Шаблоны должны соответствовать округленным значениям радиусов.

Радиусы круговых кривых подбирают таким образом, чтобы кривые, удовлетворяя требованиям продольного уклона, удачно сопрягались с рельефом местности, как бы опоясывая возвышающиеся элементы рельефа или огибая его понижения. Радиусы смежных кривых должны удовлетворять приведенным выше соотношениям. Между вписанными круговыми кривыми располагают переходные кривые, используя шаблоны клотоид (рис. 17.84).

Рис. 17.84. Вписывание клотоиды по шаблону в намеченную с помощью гибкой линейки трассу

На шаблонах имеется горизонтальная линия – ось абсцисс, совпадающая с тангенсом закругления, и перпендикулярная ей вертикальная линия – ось ординат, совпадающая с началом клотоиды, где R=. Помимо этих линий на шаблонах нанесены направления радиусов, перпендикулярных к касательным в соответствующих точках клотоиды.

Последовательно примеряя шаблоны клотоид разных параметров, выбирают из них один, лучше всего вписывающийся в намеченную линию. На карте отмечают карандашом точку начала круговой кривой и начала переходной кривой. По шаблону отмечают направление тангенса. По пересечениям продолженных направлений тангенсов кривых измеряют угол поворота трассы.

Выполнение этой трудоемкой работы в проектных организациях облегчался использованием ЭВМ. В 80-е годы прошлого века был разработан ряд программ, отличающихся по идее алгоритмов. Наиболее часто используемый алгоритм основан на методе опорных элементов и исходит из точно вычерченных с помощью шаблонов на планах в горизонталях трасс. В ЭВМ вводились данные о координатах фиксированных элементов – прямых участках, центрах круговых кривых и их радиусах и о полуфиксированных элементах, которые могут смещаться в определенных пределах. ЭВМ увязывала эти элементы между собой при помощи клотоид, прямых или окружностей, определяя параметры соединяющих элементов и выдавая координаты для разбивки трассы.

Практически все первые программы для ЭВМ предусматривали клотоидное трассирование. Однако элементы рельефа имеют более сложное очертание, чем дуги окружностей и длинные клотоиды, используемые при клотоидном трассировании.

В настоящее время во многих проектных организациях трассируют дороги методом сплайн-функций, обеспечивающим лучшее согласование дороги с ландшафтом. Трассу дороги прокладывают по намеченным на плане контрольным точкам в виде непрерывной плавной линии, описываемой по отдельным участкам уравнением полиномов, чаще всего кубических. Программы ЭВМ обеспечивают закономерное, удовлетворяющее заданному критерию нарастания центробежного ускорения, трассирование при переходе автомобиля с одного элемента трассы на другой.

При методе сплайнов производится математическое осреднение введенного в компьютер 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.

Суть метода сплайнов – замена радиоидальной спирали (клотоиды) кубической параболой (сплайном), что позволяет определить расчетом элементы сопряжения (рис. 17.85).

Рис. 17.85. Сопряжение круговых кривых переходными кривыми по кубической параболе (сплайнам): а – обратные кривые; б – кривые, направленные в одну сторону

Кубическая парабола отличается от радиоидальной спирали тем, что радиус пропорционален не длине кривой, а абсциссе.

Для замены клотоиды сплайном на плане в горизонталях несколько изменяют положение участка трассы АВ, соединяющей кривые в плане, проводя линию А₁В₁ (см. рис. 17.85). Исходные данные для вписывания переходных кривых определяют графически. Ими являются величины радиусов R₁, R₂ и расстояние S.

Расстояния а₁ и а₂ на рис. 17.85 равны соответственно и .

Если соединяемые кривые направлены в одну сторону, можно воспользоваться приближенной зависимостью

, (17.2)

где D – расстояние между двумя окружностями в месте их наибольшего сближения. С достаточной точностью можно принять, что оно соответствует середине участка переходной кривой S; S – длина участка переходной кривой между окружностями радиусов R₁ и R₂ (см. рис. 17.85).

Параметр переходной кривой, общий для обеих кривых

. (17.3)

7. На нанесенной трассе графически разбивают пикетаж и по его данным, определяя по горизонталям отметки, строят продольный профиль местности, на которой наносят проектную линию.

Как следует из вышесказанного, трассирование автомобильной дороги является наиболее важным этапом проектирования и может быть выполнено с использованием различных принципов. Принцип «тангенциального трассирования» (рис. 17.86а) применим на некоторых участках трассы только в случае, когда направления, определяющие углы поворота, фиксированы ситуационными условиями. В остальных случаях принцип тангенциального трассирования использовать не следует ни при ручном, ни тем более при автоматизированном проектировании.

Рис. 17.86. Трасса, запроектированная по методам: а – тангенциального трассирования; б – гибкой линейки

Принцип «гибкой линейки» используется и при неавтоматизированном проектировании, когда закругления трассы представлены лишь в виде обычных круговых кривых либо в виде круговых кривых с вспомогательными переходными (рис. 17.86б). Для этого по плавной эскизной линии трассы автомобильной дороги устанавливают положение магистрального хода, измеряют углы поворота a и значения биссектрис Б на закруглениях. По известным значениям a и Б с использованием таблиц горизонтальных кривых определяют радиусы закруглений R с их последующим округлением до кратных значений.

Получившие наибольшее распространение методы автоматизированного проектирования плана трассы, базирующиеся на принципе «гибкой линейки» – «однозначно определенной оси» и «сглаживания эскизной линии» – различаются, главным образом, способами аппроксимации эскизной трассы, однако в результате автоматизированной увязки план дороги все равно представляется сочетанием обычных элементов клотоидной трассы: клотоидами, отрезками клотоид, круговыми кривыми и прямыми.