Построение графиков и эпюр можно выполнять с использованием персонального компьютера и прикладных программных продуктов.

Контрольные вопросы

1.Какие факторы влияют на режим движения автомобилей по дороге?

2.Какие силы действуют на автомобиль при движении на подъем?

3.За счет чего возникают силы сопротивления качению колеса?

4.От чего зависит аэродинамическое сопротивление движению?

5.За счет чего создается сила сопротивления при движении на подъем?

6.Чем обусловлено формирование инерционных сил сопротивления?

7.Запишите уравнение движения автомобиля.

8.Что такое «динамический фактор автомобиля» и что характеризует?

9.Что такое «коэффициент сцепления колеса с покрытием»?

10.От чего зависит коэффициент сцепления?

11.В каких случаях может возникнуть аквапланирование?

12.В чем различие между коэффициентами продольного и поперечного сцепления?

13.Чем определяются расчетные значения коэффициента сцепления при проектировании дорог?

14.Что понимают под участком дороги с легкими условиями движения?

15.Какие участки дорог относятся к опасным по величине коэффициента сцепления?

16.В чем преимущество использования автопоездов?

17.На каких участках дорог проектируют дополнительные полосы?

18.Что такое «расстояние видимости» на дороге?

19.Как вычислить тормозной путь автомобиля?

20.Что понимают под боковой видимостью?

21.Как находится расстояние боковой видимости?

22.Как обеспечивается видимость в выемках на кривых в плане?

23.Что такое «режим движения» автомобилей?

24.Как определяется интенсивность движения?

25.Что такое «объем движения»?

26.Что такое «пропускная способность автомобильной дороги»?

27.Что понимают под оптимальной скоростью движения?

28.Как определить коэффициент загрузки дороги движением?

29.Что такое «коэффициент скорости движения»?

30.Что представляет «коэффициент насыщения движением»?

31.При каком значении коэффициента загрузки дороги движением назначают реконструкцию?

32.Какие знаете теории описания характеристик транспортных потоков?

33.Какие знаете упрощенные динамические модели транспортного потока?

34.При каких уровнях загрузки применяют вероятностные модели?

35.Каким условиям соответствует максимальная пропускная способность?

71

36.Как найти теоретическую пропускную способность одной полосы?

37.Что понимаем под уровнем удобства движения?

38.При каком уровне удобств движения имеем свободный поток?

39.При каком уровне удобств движения имеем неустойчивый поток?

40.При каком уровне удобств движения эмоциональное напряжение водителя достигает максимума?

41.Как можно определить потребное количество полос движения дороги?

42.Как найти приведенную интенсивность движения?

6.ПРОЕКТИРОВАНИЕПЛАНА ТРАССЫ

6.1.Принципыпроектированияпланатрассы

Выбор направления трассы является комплексной задачей, при решении которой конкурирующие варианты автомобильной дороги в пределах полосы варьирования (возможного проложения) трассы детально оценивают по основным показателям (приведенным затратам, строительной стоимости, транспортно-эксплуатационным расходам, материалоемкости строительства, уровням удобства и безопасности движения, степени загрязнения окружающей среды и т.д.).

Общее направление трассы и ширину полосы варьирования конкурирующих вариантов устанавливают на основе аналитических расчетов по результатам экономических изысканий.

Трассирование автомобильных дорог выполняют с учетом требований удобства и безопасности движения. Чтобы дорога наилучшим образом удовлетворяла этим требованиям, необходимо обеспечить возможность движения одиночных автомобилей с расчетными скоростями, а транспортных потоков со скоростями, нормируемыми в зависимости от категории проектируемой дороги и плотности этого потока.

При трассировании необходимо выдерживать правила плавного сочетания элементов плана и продольного профиля: недопустимо проектировать трассу в плане, продольном и поперечном профилях без учета их взаимного влияния на условия движения и зрительного восприятия дороги. Длина прямых участков не должна превышать 4 – 6 км, радиусы сопрягающихся или расположенных недалеко друг от друга кривых в плане не должны различаться более чем в 1,3 раза. Наилучшая плавность трассы достигается, если кривые в плане совмещены с кривыми профиля, причем длина кривой в плане должна быть равной или больше длины кривой в продольном профиле.

72

Сочетания элементов плана и продольного профиля должны ориентировать водителей о дальнейшем направлении трассы за пределами фактической видимости.

При проектировании трассы следует избегать:

-кривых малого радиуса;

-резких поворотов за переломами продольного профиля;

-пересечений дорог в одном уровне в условиях необеспеченной видимости;

-участков переплетений и слияний транспортных потоков местного и транзитного движения с различными скоростями;

-длинных прямых, особенно переходящих в кривые малого радиуса.

Одним из наиболее радикальных средств обеспечения наилучших условий удобного и безопасного движения является ландшафтное проектирование. Методы ландшафтного проектирования разработаны В.Ф. Бабковым и Е. М. Лобановым [34].

Ландшафтное проектирование предусматривает обеспечение зрительной плавности трассы.

Обеспечение пространственной плавности автомобильных до-

рог сводится к реализации при проектировании принципов сочетания элементов плана и продольного профиля:

-длины прямых и кривых должны быть соизмеримы;

-количество переломов в плане и профиле должно быть по возможности одинаковым;

-следует стремиться совмещать вершины вертикальных и горизонтальных кривых, допуская смещение их вершин относительно друг друга не более чем на длину меньшей из них;

-необходимо избегать сочетаний элементов трассы, создающих провалы видимости;

-следует исключать горизонтальные кривые малого радиуса между двумя длинными прямыми участками плана.

Оценку зрительной плавности трассы можно выполнить путем построения перспективных изображений участков проектируемой дороги. Это достаточно просто реализуется при автоматизированном проектировании с использованием программных продуктов CREDO, Indor, Robur, Civel и др.

Реализация принципов «оптического трассирования» достигается различными приемами: посадка деревьев и кустарников вдоль дороги, трассирование на возвышающие объекты ландшафта и т.д. Это обес-

73

печивает ясное представление о дальнейшем направлении дороги за пределами фактической видимости.

В современных условиях при трассировании дорог особое внимание уделяется вопросам охраны окружающей среды. Решение этой проблемы достигается проложением дорог в обход:

-ценных сельскохозяйственных угодий, заповедников;

-лесных массивов;

-водоохранных зон;

-природных, исторических и культурных памятников;

-мест обитания ценных животных и других территорий, где строительство и эксплуатация дороги могут иметь особенно неблагоприятные последствия для окружающей среды.

Назначение параметров и сочетания геометрических элементов дороги, обеспечивающих равномерный режим движения транспортного потока, при котором снижается уровень вредного влияния автомобильного транспорта на окружающую среду.

При трассировании дорог необходимо учитывать значительное число требований и условий. Иногда проектные решения, в максимальной степени отвечающие каким-либо критериям, не соответствуют другим. Трассирование дорог является многокритериальной задачей, и конечная цель ее решения – нахождение варианта трассы, обеспечивающего разумный компромисс.

6.2. Назначениерадиусов круговых кривых

Выбор варианта положения трассы дороги является одним из ответственнейших этапов проектирования, так как оказывает значительное влияние на стоимость строительства и эксплуатации дороги, удобство и безопасность движения, а также степень влияния дороги на окружающую среду.

При выборе варианта трассы необходимо учитывать топографические, инженерно-геологические, инженерно-гидрологические, климатические и социально-экономические условия местности.

Трассу по возможности следует располагать ближе к воздушной линии, огибая крупные формы рельефа и пересекая мелкие, следует обходить населенные пункты, ценные земли, неблагоприятные по инженерно-геологическим условиям участки. Устанавливают контрольные точки, через которые должна пройти трасса при обходе или пересечении контурных, высотных препятствий, больших рек, ав-

74

томобильных и железных дорог [28]. При невозможности обхода участков с неблагоприятными условиями их пересекают в наиболее узких и мелких местах, где не потребуется значительных затрат для обеспечения надежности работы дороги. Большие водотоки, существующие автомобильные и железные дороги желательно пересекать под углом, близким к 90°.

В районах с частыми снежными или песчаными заносами необходимо учитывать направление господствующих ветров так, чтобы обеспечить незаносимость дороги.

Имеются два метода нанесения хода: традиционный (полигональ-

ное или тангенциальное трассирование) и метод гибкой линейки (клотоидное трассирование).

Традиционный принцип трассирования дорог, который принято называть принципом полигонального трассирования, до сих пор является доминирующим в практике проектирования. Суть этого метода заключается в том, что назначается полигональный (тангенциальный) ход и в каждый излом этого хода последовательно вписываются закругления. Если расчет закруглений содержит определенный математический алгоритм, то способ назначения самого тангенциального хода основывается лишь на интуиции и профессиональном опыте инже- нера-проектировщика. Широкая применимость принципа полигонального трассирования объясняется тем, что для проектировщиков этот принцип более понятен, методы на его основе просты в расчетах и обеспечивают предельную экономичность полевого этапа работ.

Проектирование плана и продольного профиля дорог надлежит производить из условия наименьшего ограничения и изменения скорости, обеспечения безопасности и удобства движения, возможной реконструкции дороги за пределами перспективного периода.

Метод гибкой линейки состоит в том, что на топографической карте с помощью гибкой линейки моделируют план трассы, а затем определяют элементы трассы, устанавливая радиусы закруглений и параметры переходных кривых.

При полигональном трассировании трассу можно охарактеризовать как ломаную линию, в изломы которой вписаны кривые. Отрезки прямых представляют собой касательные к кривым, поэтому можно говорить о ломаной, как о тангенциальном ходе (полигоне). Заложение полигона в полевых условиях заключается в последовательном отыскании и закреплении его вершин. Осуществляется это, как правило, посредством проложения теодолитного хода. Рациональным на-

75

чалом такого подхода является то, что ошибки, возможные при вписывании какой-либо кривой, не оказывают влияния на достоверность расчетов последующих кривых.

С принципом полигонального трассирования практически одно-

значно связано условие выполнения геодезических изысканий по «пикетному методу». Его суть заключается в следующем: измеряют линии тангенциального хода с помощью мерной ленты, на этой линии закрепляют пикеты и характерные точки трассы (водоразделы, лога, пересечения с автомобильными дорогами и инженерными коммуникациями и др.). На каждом последующем отрезке ломаной пикетажное положение точек корректируется с учетом величины домера вписанной кривой. Далее перпендикулярно закрепленным точкам осуществляют съемку поперечных профилей на ширину полосы отвода. Таким образом, тангенциальный ход предопределяет очертания трассы и является основой для всех последующих геодезических работ.

При трассировании необходимо соблюдать правила плавного сочетания элементов плана и продольного профиля. Длину прямых в плане следует ограничивать согласно [28], табл. 6.1.

Радиусы смежных закруглений в плане на смежных кривых рекомендуется назначать одинаковыми или различающимися не более чем в 1,3 раза.

При назначении элементов плана и продольного профиля в качестве основных параметров следует принимать:

-продольные уклоны – не более 30 ‰;

-расстояние видимости для остановки автомобиля – не менее

450 м;

-радиусы кривых в плане – не менее 3000 м;

-радиусы кривых в продольном профиле:

выпуклых – не менее 70000 м; вогнутых – не менее 8000 м;

76

- длины кривых в продольном профиле: выпуклых – не менее 300 м; вогнутых – не менее 100 м.

В благоприятных условиях при проектировании трассы на дорогах всех категорий назначают наибольшие радиусы, не менее 3000 м, условия движения при этом практически не отличаются от прямых.

На кривых малых радиусов трудно обеспечить движение с расчетной скоростью в ночное время.

Предельно допустимые нормы надлежит принимать по табл. 6.2, исходя из расчетных скоростей движения [28].

Таблица 6.2

Предельно допустимые нормы проектирования плана и профиля

При малых углах поворота дороги в плане рекомендуется применять радиусы круговых кривых не менее, указанных в табл. 6.3.

Таблица 6.3

Минимальные радиусы горизонтальных кривых в зависимости от угла поворота

Если по условиям местности не представляется возможным выполнить требования или выполнение их связано со значительными объемами работ и стоимостью строительства дороги, при проектиро-

77

вании допускается снижать нормы на основе технико-экономического сопоставления вариантов.

Переломы проектной линии в продольном профиле следует сопрягать кривыми.

В последнее десятилетие при проектировании автомобильных дорог широко используется система автоматизированного проектирования. Использование автоматизированных систем значительно снижает трудоемкость выполнения проектных работ, но ни одна из существующих систем не может выполнить проектирование плана трассы. Эту задачу решает инженер-проектировщик. Уровень его квалификации определяет уровень технических решений проекта дороги.

6.3.Ландшафтноепроектированиедорог

Ландшафтным проектированием называют трассирование дорог на местности, обеспечивающее плавность сопряжения между собой элементов автомобильных дорог и гармоничное сопряжение самой дороги с окружающим ландшафтом. При этом к элементам дорожного ландшафта относят формы рельефа местности, растительный покров, водные и заболоченные поверхности, а также возникшие в результате деятельности человека сельскохозяйственные угодья, лесные разработки и горные выработки, населенные пункты и промышленные предприятия.

Цель ландшафтного проектирования – создание трассы, которая обеспечивает высокие транспортно-эксплуатационные качества дороги, удобство и безопасность движения, не утомительна для водителей и пассажиров, способствует сохранению цельного и живописного ландшафта [34].

Современная автомобильная дорога является местом работы и отдыха многих тысяч людей и должна удовлетворять не только техническим, но и эстетическим требованиям. Установлено, что дорога с пространственно плавной трассой, хорошо сочетающаяся с ландшафтом, менее утомительна для водителей, обеспечивает меньший риск дорожных происшествий и обеспечивает экономичность перевозок.

Ландшафтное проектирование автомобильных дорог в наибольшей степени обеспечивает возможность выполнения требований, вытекающих из принятых в Российской Федерации законов об охране природы и землепользовании. Оно дает возможность строить дороги, не только не нарушая сложившихся природных ландшафтов, но и способствовать их украшению и повышению плодородности.

78

Ландшафтное проектирование дорог обеспечивает снижение строительной стоимости и приведенных затрат за счет уменьшения объемов строительных работ и снижения транспортноэксплуатационных расходов. Для автомагистралей и автомобильных дорог I категории это достигается, в частности, ступенчатым расположением земляного полотна на косогорных участках, для дорог более низких категорий – снижением рабочих отметок в результате плавного вписывания трассы дороги в конкретные формы рельефа.

Удовлетворение эстетическим критериям при ландшафтном проектировании не является самоцелью, оно способствует, прежде всего, наилучшему удовлетворению функциональных требований к дороге.

Не следует считать, что обязательность соблюдения принципов ландшафтного проектирования относится только к проектам новых дорог высших категорий. При интенсивной автомобилизации страны и быстром росте грузо- и пассажиропотоков на дорогах необходимо уже при строительстве новой дороги предвидеть пути ее последующей реконструкции. Опыт показывает, что полоса местности, прилегающая к дороге, быстро застраивается, засаживается ценными культурами, и даже минимальные последующие исправления трассы оказываются затруднительными или невозможными. Поэтому для дорог любых категорий следует исходить из рекомендуемых нормативными документами значений параметров плана и продольного профиля и соблюдать требования ландшафтного проектирования.

Ландшафтное проектирование автомобильных дорог включает в себя ряд совместно решаемых задач:

1)соблюдение требований к плавному сочетанию между собой элементов трассы в целях обеспечения высоких уровней удобства и безопасности движения автомобилей с высокими скоростями;

2)обеспечение «зрительного ориентирования» водителя – ясности в направлении дороги на достаточно больших расстояниях и даже за пределами фактической видимости. Видимые участки дороги и придорожной полосы должны заблаговременно подсказывать водителю изменения направления;

3)проложение трассы дороги и назначение ее элементов таким образом, чтобы не возникали зрительные искажения вида отдельных участков в перспективе и у водителя не создавалось бы впечатления, что впереди имеются необоснованно крутые изломы дороги;

4)обеспечение плавного вписывания дороги в ландшафт местности для повышения удобства движения, лучшего раскрытия перед

79

участниками движения красоты природы, устранения нарушений дорогой закономерностей сложившегося придорожного ландшафта, соблюдение требований охраны окружающей среды (рис. 6.1);

Рис. 6.1. Расчистка леса для раскрытия вида на памятник архитектуры

Рис. 6.2. Маскировка грунтового карьера посадкой деревьев:

а– придорожная полоса после строительства; б – после декоративных посадок

5)сохранение исторических и культурных памятников, ценных сельскохозяйственных угодий, сведение к минимуму вредного воздействия дороги на окружающую среду;

6)дополнение и улучшение природного ландшафта посадками

80

деревьев и кустарников на придорожной полосе, планировочными и осушительными работами, созданием водоемов, раскрытием или маскировкой вида с дороги отдельных участков ландшафта. Для этой цели на дорогах высоких категорий, как правило, с большой долей легкового движения, производят разреживание леса или срезку откосов выемок, закрывающих красивые виды, а также маскировку растительными посадками некрасивых выработок или больших обнаженных откосов (рис. 6.2, 6.3).

Рис. 6.3. Способы маскировки высоких обнаженных откосов насыпей

ивыемок растительными посадками:

а– некрасивый обнаженный откос выемки; б – посадка на откосе деревьев

икустарников; в – посадка вдоль дороги высокорослых деревьев; г – уменьшение видимой высоты откоса устройством бермы и засаживанием части откоса, расположенного выше бермы деревьями и кустарниками

Первые три пункта направлены на обеспечение плавности и психологической ясности дороги для водителей (внутренняя гармонич-

ность трассы).

Три последующих преследуют цель согласования дороги с при-

дорожной полосой (внешняя гармоничность трассы). При решении всех этих задач должны соблюдаться требования действующих нормативных документов.

81

6.4. Переходныекривые

При движении автомобиля по круговой траектории R на автомобиль действует центробежная сила

mV2

Fц = gR , (6.1)

где m – масса автомобиля; V – скорость движения; g – ускорение свободного падения.

В момент въезда автомобиля на горизонтальную кривую на него начинает действовать центробежная сила, если радиус меньше 600 м, водитель снижает скорость. Этим исключается занос автомобиля. Для улучшения плавности движения перед круговой кривой и после вводится переходная кривая. Переходная кривая представляет кривую с изменяющимся радиусом от на прямом участке до радиуса круговой кривой (кривизна кривой соответственно меняется от 0 до 1/R).

Переходная кривая по форме представляет клотоиду (радиоидальную спираль – радиоиду, спираль Корню).

Необходимая длина переходной кривой L устанавливается из условия постепенного возрастания центробежного ускорения от нуля на прямой до максимальной величины V2/R при входе на круговую кривую.

Длина переходной кривой

где J – скорость нарастания ускорения принимается в пределах от 0,3 до 1,0 м/с3. В нормах на проектирование в России принято J = 0,8 м/с3.

Значения наименьшей длины переходных кривых принимают по табл. 6.4.

При уменьшении радиуса до 2000 м и менее на автомобильных дорогах II – V категорий и 3000 м на дорогах первой категории закругления проектируют с переходными кривыми, чтобы обеспечить плавность движения автомобиля по закруглению.

При устройстве закругления с переходной кривой происходит смещение круговой кривой к центру закругления на величину dБ (рис. 6.4).

82

Таблица 6.4

Наименьшая длина переходных кривых

Введение переходных кривых вызывает сокращение длины круговой кривой с каждой сто-

роны на L/2 и смещение круговой кривой к центру кривой. Сдвижка круговой кривой составляет

где y0 – ордината переходной кривой в точке примыкания к круговой кривой; = L / 2R – угол, стягивающий переходную кривую.

При разбивке переходных кривых необходимо соблюдать усло-

вие

Переходные кривые следует предусматривать при радиусах кривых в плане 2000 м и менее, а на подъездных дорогах I категории –

3000 м и менее [28].

При увеличении длины переходных кривых повышается плавность движения за счет снижения скорости нарастания центробежно-

83

го ускорения, а максимальное центробежное ускорение определяется радиусом круговой кривой и расчетной скоростью движения.

Значения параметров переходных кривых dТ и dБ для расчета закруглений с переходными кривыми приведены в табл. 6.5.

При проектировании дорог для движения с высокими скоростями закругления проектируют по клотоиде, исключая круговую кривую, и трасса состоит из клотоид и прямых.

В последние годы предложены другие формы переходных кривых – кривых Безье третьей и пятой степеней. Приводимые переходные кривые в виде радиоиды (табл. 6.4) представляют плоскую кривую. Кривые Безье представляют трехмерную кривую в виде кубического многочлена. В САПР широко применяются такие кривые при проектировании закруглений.

84

6.5.Уширениепроезжейчастиназакруглениях

Величину необходимого уширения полосы движения рассчитывают из условия обеспечения величины зазора между встречными автомобилями, что и при движении на прямых участках. При движении по кривой каждое колесо передней и задней осей автомобиля движется по самостоятельной траектории, и ширина, занимаемая автомобилем полосы движения, увеличивается (рис. 6.5). Ширину проезжей

Уширение проезжей части следует проектировать при использовании кривых с радиусом 1000 м и менее [28], табл. 6.6.

Уширение производится с внутренней стороны проезжей части за счет обочины при условии, что ширина обочины остается не менее 1,5 м для дорог I и II категорий и не менее 1,0 м для дорог остальных категорий.

При недостаточной ширине обочин для размещения уширения проезжей части предусматривают соответствующее уширение земляного полотна.

Уширяют проезжую часть (внутреннюю полосу движения) в пределах первой переходной кривой. В пределах круговой кривой уширенная полоса движения проезжей части остается постоянно. В пределах второй переходной кривой ширину проезжей части доводят до нормальной, равной ширине на прямых участках трассы. Если недостаточно ширины внутренней обочины, то производят уширение за счет внешней обочины.

85

Поперечный уклон проезжей части на виражах, ‰

* Меньшие значения поперечных уклонов на виражах соответствуют большим радиусам кривых, а большие – меньшим.

87

Поперечный уклон обочин на вираже равен уклону проезжей части. Переход от двухскатного поперечного профиля к односкатному осуществляется плавно в пределах длины переходной кривой. Вначале производят вращение внешней проезжей части вокруг оси дороги до односкатного профиля, затем обе проезжие части вращают вокруг внутренней кромки проезжей части до требуемого уклона виража.

Поперечный уклон внешней обочины на вираже принимают одинаковым с уклоном внешней полосы движения.

В районах с частыми туманами или частыми периодами гололеда поперечный уклон проезжей части на виражах принимают не более 40 ‰ с увеличением наименьшего радиуса кривых в плане.

Когда две соседние кривые, обращенные в одну сторону, расположены близко друг к другу и прямая вставка между ними незначительна, односкатный профиль устраивают и на прямой вставке между ними, но предпочтительнее увеличивать радиусы с целью исключения вставки.

Длину участка отгона виража определяют из условия обеспечения минимального и максимального дополнительного уклона наружной кромки проезжей части, по отношению к проектному продольному уклону.

На вираже поперечный уклон обочин и уклон проезжей части дороги принимают один и тот же.

Дополнительный продольный уклон наружной кромки проезжей части по отношению к проектному продольному уклону на участках отгона виража принимают по табл. 6.8 [28].

Переход от нормального уклона обочин при двускатном профиле к уклону проезжей части рекомендуется производить на протяжении 10 м до начала отгона виража.

Таблица 6.8

Дополнительный продольный уклон наружной кромки проезжей части

При назначении величины радиусов обратных кривых, требующих устройства виража, необходимо обеспечить достаточную длину прямой вставки для размещения переходных кривых и отгона виража.

88