8. Выполняется взаимная увязка плана и профиля трассы.

В соответствии с продольным профилем точно выделяют на дороге ландшафтные бассейны. Плавность должна быть обеспечена в пределах бассейнов. На участках перехода из одного ландшафтного бассейна в другой должны быть соблюдены принципы оптического трассирования – направление дороги должно быть ясно за пределами непосредственной видимости.

Необходимо, намечая изменения положения вершин горизонтальных и вертикальных кривых, добиться, чтобы середины кривых совпадали или смещались на допустимую величину, а длины их были не менее рекомендуемых. Если удастся обеспечить сочетание переломов трассы в плане и профиле, можно считать задачу практически решенной.

При совпадении кривых корректируют радиус кривых в плане таким образом, чтобы горизонтальные кривые перекрывали вертикальные.

В откорректированную в плане трассу вновь вписывают по шаблонам круговые и переходные кривые, причем пикетаж определяют точно, при помощи составления ведомости прямых и кривых с использованием вспомогательных таблиц. После этого окончательно строят продольный профиль и наносят проектную линию.

Для участков сложных сочетаний плана и профиля строят изображения вида дороги в перспективе с характерных видовых точек.

Необходимо обеспечивать плавность трассы при взглядах в оба направления движения. Типичной ошибкой работ по ландшафтному проектированию является худшая плавность трассы в направлении, противоположном ходу изыскательской партии.

На стадии рабочего проектирования проектируют также откосы земляного полотна на сложных участках. Если в управлении строительства имеется архитектор – специалист по ландшафтному проектированию, эту работу можно выполнять и непосредственно в процессе производства земляных работ.

В противном случае, при переменной крутизне откосов и нестандартном округлении бровок выемок, должны быть разработаны промежуточные поперечные профили. Для этой цели используют метод проектных горизонталей, широко применяемый при проектировании городских улиц.

При этом обычно решается три задачи.

1 .Определение границ насыпей и выемок при разной крутизне откосов.

2. Построение планов местности в горизонталях с учетом расположения откосов построенной дороги.

3. Приспособление земляного полотна к прилегающим формам рельефа. Простейший способ обеспечения плавного перехода откосов в окружающие формы рельефа заключается в округлении резких изломов горизонталей (рис. 17.87).

Это будет соответствовать округлению бровок откосов и изменению их крутизны. Плавно изменяя радиусы округления горизонталей, можно получить криволинейное очертание откосов. Подобный принцип может быть положен в основу и при построении откосов, крутизна которых меняется с рабочей отметкой.

Рис. 17.87. Горизонтали откосов насыпей и выемок при плавном переходе откосов в прилегающую местность: 1 – горизонтали при согласовании земляного полотна с рельефом; 2 – горизонтали при обычном проектировании

17.18. Оценка пространственной плавности дороги

Изложенные выше принципы сочетания элементов трассы автомагистрали и увязки их с ландшафтом даны лишь в общих формулировках. Удачность проложения дороги на местности во многом зависит от опытности и эстетического вкуса проектировщика. От инженера, проектирующего дорогу, требуется способность к пространственному мышлению и чувство архитектурных пропорций.

Поэтому как сам проектировщик, так и лица, рассматривающие его работу и утверждающие проект, должны иметь возможность количественно оценить транспортные качества дороги и представить себе вид построенной дороги не только на основе обычной проектной документации, но и в более наглядной форме.

Для оценки плавности трассы используют ряд методов:

– оценку плавности построением графиков скорости движения и кривизны;

– построение перспективных изображений отдельных участков дороги при взгляде с характерных точек местности;

– моделирование участков дороги.

Первый из указанных методов может охарактеризовать плавность дороги только с позиций динамики автомобиля на основе рассчитанных по формулам и построенных графиков изменения скоростей движения одиночного автомобиля. Методы расчета предусматривают, что автомобили всегда едут с максимальной скоростью, возможной для данных дорожных условий и мощности двигателя.

Влияние дорожных условий и транспортного потока на режимы движения, избираемые отдельными водителями, в этих расчетах пока не учитывается.

В конце прошлого века (1990 годы) были установлены на основе наблюдений за фактическими режимами движения значения поправочных коэффициентов в результаты расчетов по теоретическим формулам, а также наиболее типичных для подавляющего большинства водителей характеристик изменения скоростей движения – коэффициента поперечной силы и скорости ее нарастания при въезде на кривую в плане, степени открытия дросселя на подъемах разной крутизны, способа и интенсивности торможения на разных спусках.

График скорости движения, учитывающий влияние плана и профиля, является комплексной характеристикой трассы дороги. Однако транспортные качества дороги определяются не столько абсолютной величиной скорости, допустимой на отдельных участках, сколько частотой их изменений и величиной перепадов скорости, вызываемых несогласованностью смежных элементов трассы. Поэтому плавность трассы с точки зрения динамики движения автомобилей можно характеризовать графиком коэффициентов безопасности, которыми называют отношение скорости, обеспечиваемой элементом трассы к максимально возможной скорости въезда на этот участок с предшествующего.

Трассу, у которой коэффициент безопасности находится в пределах 0,9-1,0, можно считать плавной.

Плавность проложения трассы, как пространственной линии, может быть оценена также при помощи анализа ее плана и профиля путем построения графиков изменения кривизны. Графики строят отдельно для плана и продольного профиля дороги. В обоих случаях от горизонтальной оси откладывают величины, обратные радиусу (1/R). На прямых участках в плане и на участках постоянных уклонов в продольном профиле, как бы соответствующих кривым бесконечно большого радиуса, линии графика совпадают с осями. Переходные кривые, на которых кривизна изменяется постепенно, изображаются на графиках наклонными линиями (рис. 17.88).

Рис. 17.88. Оценка плавности проложения трассы участка автомагистрали методом построения графика изменения кривизны: 1 – план трассы; 2 – продольный профиль трассы; 3 – график углов поворота трассы в плане; 4 - график уклонов продольного профиля; 5 – горизонтальные кривые; 6 – вертикальные кривые

Площадь, заключенная между линией 1/R и осью абсцисс, равна L/R, т.е. пропорциональна величинам угла поворота.

Извилистость трассы в плане и продольном профиле оценивают путем построения графиков «углов» и «подъемов».

Для построения графика углов поворота трассы в плане от произвольной горизонтальной оси откладывают углы, образуемые прямыми участками трассы с воздушной линией. Повороты в одну сторону считают имеющими положительное значение, в другую – отрицательное. Каждому прямому участку на графике соответствует горизонтальная площадка, а сопряжению кривых, направленных в разные стороны, – точки. Участки круговых и переходных кривых условно изображают прямыми линиями, соединяющими в пределах длины кривой соседние горизонтальные участки графика (см. рис. 17.88).

Чем ближе располагается получающийся ступенчатый график к оси, тем менее отклоняется дорога от воздушной линии.

На графике уклонов продольного профиля построение производят аналогично, откладывая величины уклонов.

Горизонтальные участки соответствуют подъемам и спускам с постоянным уклоном, а наклонные линии – вертикальным кривым, выпуклые кривые обозначаются опускающимися линиями, вогнутые – поднимающимися.

Масштабы для графиков углов плана и профиля принимают различными, подбирая их из условий получения должной наглядности чертежа.

Следует признать, что описанные графики дают лишь общее представление о трассе дороги, не позволяя дать характеристику ее плавности каким-либо числовым показателем. Это затрудняет их использование для сравнения вариантов.

Широкое применение переходных кривых исключает возможность использования для характеристики извилистости трассы показателей типа величины углов поворота на единицу длины дороги в градусах, числа углов поворота на единицу длины дороги и т. д.

Более объективными для дорог сравнительно большого протяжения являются кривые распределения частот повторяемости кривых с радиусами разной величины. Если характеризовать криволинейные участки величиной так называемого «градуса кривизны» – градусов центрального угла стягиваемых дугой длиной 100 м, то можно построить график, показывающий, какой процент общего протяжения дороги приходится на каждую величину «градуса кривизны».

Прямые участки будут соответствовать =0. Переходные кривые можно условно делить на участки, принимая в пределах каждого из них среднее значение градуса кривизны.

Заслуживает внимания разработанный в Испании критерий плавности дороги исходя из условий видимости дороги водителями. Как показали исследования, при спокойном и уверенном управлении и комфортабельном положении водителя на сиденье его луч зрения не выходит из пределов «прямоугольника четкой видимости», размером 10х16 см на ветровом стекле, расположенном в 50 см от его глаз (рис. 17.89). Наиболее четкой видимости соответствует кружок диаметром 2 см – зона сосредоточения наибольшего внимания.

Рис. 17.89. «Прямоугольник четкой видимости» при разных направлениях дороги: а, в – плохие условия видимости; б – хорошие условия видимости

Испанские инженеры полагают, что при уверенном и безопасном ведении автомобиля взгляд удален на расстоянии 25В; где В – ширина дороги между бровками, м. Это относится к средним эксплуатационным, типичным для дорог Испании скоростям движения.

Если трасса такова, что при взгляде на полотно дороги на таком расстоянии зона сосредоточения внимания выходит за пределы прямоугольника (рис. 17.90), комфортабельность управления ухудшается в тем большей степени, чем больше удаление.

Исходя из геометрических построений, предложены минимальные значения радиусов кривых в плане и продольном профиле, обеспечивающие удобство управления:

, , , (17.4)

где р – расстояние боковой видимости, м.

Анализ показывает, что дорога не выходит из пределов «прямоугольника четкой видимости» при углах поворота в плане, меньших 20°.

Описанный метод применим и при анализе перспективных изображений.

Рис. 17.90. Соотношение положения зон сосредоточения внимания и «прямоугольника четкой видимости» при разных сочетаниях элементов плана и профиля

По предложению проф. Е. М. Лобанова за критерий зрительной плавности возможно принимать изменение кривизны линий, образующих изображение дороги на картинной плоскости, на которую как бы проецируется дорога при взгляде водителя. Из контурных линий, определяющих вид дороги, наиболее характерной является внутренняя кромка дороги – «ведущая линия» (рис. 17.91), математической характеристикой изображения которой является радиус в точке с наибольшей кривизной («экстремальная точка»)

, (17.5)

где R – радиус кривой в плане, м; Н – возвышение глаза наблюдателя над поверхностью проезжей части, м; S_э – расстояние от наблюдателя до экстремальной точки, м; – коэффициент, учитывающий переход от радиан к градусным единицам измерения.

Рис. 17.91. Характеристики изображения в картинной плоскости, определяющие зрительную плавность дороги

Вид дороги считается зрительно плавным при соблюдении условия

, (17.6)

где В_a=В_п.ч./0,18 – видимая ширина проезжей части (см. рис. 17.91), м; В_п.ч. – ширина проезжей части, м.

По мере изменения расстояния от автомобиля до критической точки зрительная плавность дороги возрастает. Желательно, чтобы она была обеспечена при взгляде с границ ландшафтного бассейна и, во всяком случае, на расстоянии, не меньшем видимости из условия обгона.