книги / Проектирование автомобильных дорог. Ч. 1
.pdfРис. 12.11. Пример перспективы дороги, построенной на электронной вычисли тельной машине
расположенной в стороне возвышенности. Программы позволяют учесть рельеф придорожной полосы и выявить закрытые им участ ки дороги (рис. 12.11).
Для сложных участков дороги, например пересечений в разных уровнях, иногда изготовляют уменьшенные модели.
Для обеспечения пространственной плавности трассы большое значение имеет соблюдение принципов зрительного ориентирования водителей — такое взаимное сочетание элементов дороги и придо рожной, полосы, которое делает для водителя понятным направле ние дороги за пределами фактической видимости. При движении взгляд водителя скользит впереди автомобиля по поверхности до роги, следуя направляющим ориентирам, которыми являются хорошо различимые линии, параллельные пути движения: кромки покрытия, разделительные полосы на автомобильных магистралях, линии разметки покрытия, полосы придорожных насаждений, ограждения дороги и др. Расположение этих ориентиров должно создавать систему опорных точек, проследив направление которых, глаз водителя как бы продолжает для себя дальнейшее положение дороги.
Из средств-зрительного ориентирования наиболее эффективны ми являются сопряжения плана и профиля, придорожные насаж дения и специально устанавливаемые по краям обочин сигнальные столбики.
На рис. 12.12 показано, как увеличение радиуса кривой в плане делает для водителя понятным изменение направления дороги за переломом продольного профиля.
12.4. Трассирование дорог клотоидами и сплайнами
Наибольшая плавность трассы достигается при проложении ее в виде кривых непрерывно изменяющейся кривизны, гармонично вписанных в ландшафт. Такой способ трассирования, ранее приме-
231
а ) |
5 ) |
Рис. 12.12. Улучшение ориентирования водителя в дорожных условиях:
а —<вид дороги, построенной без учета принципов зрительного ориентирования; б — обозна чение поворота увеличением длины кривой, начинающейся за переломом продольного про филя; I —(Продольный профиль; 2 — план
нявшийся преимущественно для автомобильных магистралей и до рог высших категорий, в последнее время получил широкое распро странение и для дорог более низких категорий. Пока еще наиболее часто применяют клотоидные трассы, состоящие в основном из со прягающихся круговых кривых и переходных кривых больших па раметров. Прямые вставки невелики, а иногда вообще отсутствуют (рис. 12.13).
В клотоидной трассе переходная кривая из вспомогательного элемента кривых малых радиусов становится самостоятельным элементом трассирования, равноправным с круговыми кривыми и часто вытесняющим прямые участки. Принцип трассирования ме няется. Вместо ходов по прямым между углами поворота и после дующего вписывания между ними круговых кривых по горизонта лям местности укладывают круговые кривые больших радиусов и сопрягают их переходными кривыми (рис. 12.14). Переходные кри вые применяют во вс^х случаях сопряжения элементов трассы автомобильной дороги (рис. 12.15).
Переходные кривые назначают большой длины, обеспечивая тем самым отсутствие зрительных искажений вида дороги при взгляде на впереди расположенные участки. Они существенно пре вышают длины, необходимые из условия плавности нарастания центробежного ускорения (см. п. 4.4).
Для обеспечения зрительной плавности при вписывании пере ходной кривой угол поворота трассы автомобильной дороги должен составлять не менее 3°, а длина переходной кривой — не менее XU длины круговой кривой. Параметр радиоидной спирали с уравнени ем RL = A2должен быть в пределах от 0,4 R до 1,4 R.
При сопряжении переходными кривыми обратных S-образных кривых желательно, чтобы обе переходные кривые имели одинако-
232
вый параметр А, а между радиу сами сопрягаемых кривых удовле творялось соотношение R \^ 3 R 2.
Для сопряжения переходными кривыми круговых кривых, на правленных в одну сторону, ре комендуется соотношение 0,5R\< < A < R 2.
Непосредственное сопряжение круговых кривых допускается лишь при R I <2R2.
Принципы клотоидного трасси рования были разработаны и во шли в практику до начала исполь зования ЭВМ при проектировании дорог. Они были приспособлены для трассировании по планам ме стности вручную с использовани ем прозрачных шаблонов и вспо могательных таблиц. ,
Первые программы ЭЦМ. так же предусматривали клотоидное трассирование.
Однако элементы рельефа име ют более сложное очертание, чем дуги окружностей и длинные кло тоиды, используемые при клотоидном трассировании.
б1 Г~настоя1цее время в крупных проектных организациях пере ходят на проектирование трассы дороги методом сплайн-функций, обеспечивающим лучшее согласо вание дороги с ландшафтом.
Трассу дороги прокладывают по намеченным на плане конт рольным точкам в виде непрерыв ной плавной линии, описываемой по отдельным участкам уравнени ем полиномов, чаще всего куби ческих^
Программы ЭВМ обеспечива ют закономерное, удовлетворяю щее заданному критерию нараста ния центробежного ускорения при переходе автомобиля с одного эле мента трассы на другой.
Рис. 12.13. Дорога, протрассированная клотоидами:
] — участки круговых кривых; 2 — участкиклотоид
233
Рис. 12.14. Разница в принципах трассирования автомобильных дорог:
а — трасса, протрассированная обычный методом; \ б — клотондная трасса; |
1 — прямые ли |
|
нии; 2 — круговые кривые, вписанные в >углы |
прямых kлиний; 3 — прямой |
участок трассы; |
4 — круговые кривые, вписанные в элементы |
рельефа; 5 — переходные кривые, сопрягаю |
щие круговые кривые
Плавные трассы обычно проектируют по планам в горизонталях или по аэрофотоснимкам. Вначале на карте масштаба 1:2000 или 1:5000 намечают по условиям рельефа н ситуации контрольные точки, через которые нужно провести'трассу, чтобы удовлетворить принципам ландшафтного проектирования. Затем на картуз укла дывают гибкую линейку (рис. 12.16) и, придав ей плавные изгибы, наносят в первом приближении трассу, проходящую через намечен ные точки.
Рис. 12.15. Различные способы сочетания переходных кривых:
а — сопряжение переходных |
кривых без вставки круговой кривой; |
б — сопряжение |
обрат |
ных кривых; в — сопряжение |
двух круговых кривых, направленных |
в одну сторону, |
одной |
кривой; е —<то же двумя переходными кривыми |
|
234
При этом в целях рационального согласования кривых в про дольном профиле и в плане углы поворотов стараются разместить на линиях водоразделов и дне долин. Полученную трассу рас сматривают как магистральный ход, уточняемый в процессе раз бивки пикетажа и определения геометрических элементов дороги в плане.
При ручном проектировании клотоидной трассы используют на боры шаблонов круговых и переходных кривых, изготовленные в масштабе плана (рис. 12.17). Вначале подбирают круговые кривые, отмечая их начало и конец и записывая на плане их радиусы. При меряя далее шаблоны клотоидных кривых разных параметров, подбирают по имеющимся на них пометкам радиусов круговых кривых необходимые параметры. Пикетаж трассы определяют рас четом, используя таблицы для переходных кривых больших пара метров.
Выполнение этой трудоемкой работы в проемных организациях облегчается использованием ЭВМ. Разработан ряд программ, отли чающихся по идее алгоритмов. Один из них, основанные на методе опорных элементов, исходят из точно вычерченных с по мощью шаблонов на планах в горизонталях или на фотосхемах трасс.
235
Рис. 12.17. Шаблоны для нанесения клотоидной трассы/
В машину вводят данные о координатах фиксированных эле ментов— прямых участках, центрах круговых кривых и их радиу сах, о полуфиксированных элементах, которые могут смещаться в определенных пределах. Машина увязывает эти элементы между собой при помощи клотоид, прямых или окружностей, определяя параметры соединяющих элементов и выдавая координаты для разбивки трассы.
При методе сплайнов производится математическое осреднение введенного в машину большого числа точек трассы, намеченной по шаблонам или просто от руки. При этом одни контрольные точки
236
\
фиксируются точно, около других могут быть заданы возможные зойы смещения. Машина подбирает окончательное положение трас сы] исходя из требований минимальной суммы квадратов,.отклоне нии проектируемой трассы от первоначально намеченных *точек ее прохождения.
К трассе предъявляются дополнительные критерии оптими зации, например скорость нарастания центробежного ускорения
и др.
12.5.Трассирование дороги в увязке
сокружающим ландшафтом
Современная автомобильная дорога — капитальное сооружение, рассчитанное на многие годы, которым ежедневно пользуются ты сячи людей. Поэтому к дорогам, как ко всем сооружениям массо вого пользования, должны предъявляться высокие эстетические требования в отношении их внешнего оформления, выполняемого в увязке с окружающим природным ландшафтом и архитектурой сооружений, расположенных вдоль дороги,
Это достигается в первую очередь согласованием трассы дороги •с рельефом окружающей местности и формами ландшафта. Плав ное включение дороги в окружающую местность повышает удобст во движения, помогает лучше раскрыть перед едущими красоту природы, а также устранить вызванные проложением дороги нару шения закономерностей природного ландшафта. Такие дороги наи более безопасны для движения, не утомительны для водителей и пассажиров и поэтому имеют лучшие транспортно-эксплуатацион ные показатели.
Согласование дороги с ландшафтом должно основываться на соответствии элементов дороги элементам ландшафта (рельефу, водным пространствам, лесным массивам, сельскохозяйственным угодьям, населенным пунктам, ранее построенным инженерным со оружениям и т. д.) и проложении трассы с учетом закономерностей их сочетания.
Дорога хорошо сочетается с ландшафтом, если она проложена по граничной зоне его элементов (у подножья холмов, по опушкам лесов, по террасам речных долин) или вдоль естественной (обыч но искривленной) оси ландшафта, например водотока, идущего по долине, без резких нарушений сложившихся форм логически не оправданными пересечениями (рис. 12.18). При этом необходимо ориентироваться на имеющиеся в каждом ландшафте основные характеризующие его элементы. Дорога должна следовать круп ным определяющим линиям ландшафта, не считаясь со множест вом малых и мельчайших складок местности, пересечения которых
237
Рис. 12.18. Дорога с клотоидыой трассой, проложенная по граничной зоне эле ментов ландшафта
могут быть сглажены устройством пологих откосов земляного по лотна.
Несоблюдение этого правила приводит к нарушению простран ственной плавности трассы.
В степных районах не возникает каких-либо ограничений в проложении дороги в плане и продольном профиле. Часто возможны прямые участки дорог протяженностью до нескольких десятков километров. Однако движение по длинным прямым участкам в однообразной открытой равнинной местности для водителей грузо вых автомобилей сопряжено с повышенной утомляемостью и сни жением внимательности.
Водители легковых автомобилей, наоборот, теряют контроль над. скоростью. В ночное время на длинных прямых участках повыша ется опасность ослепления водителей светом фар встречных авто мобилей.
Все это приводит к увеличению числа дорожно-транспортных происшествий.
Целесообразно, чтобы длина прямых на дорогах I категории непревышала 3,5—5 км. Это не требует искусственного искривления
238
тркссы, так как даже в степях с равнинным рельефом при деталь ном изучении обычно обнаруживается много причин, оправдываю щих введение углов поворота. К их числу относятся неблагоприят ные грунтовые условия — участки поверхностного заболачивания и пятна избыточного засоления, места с необеспеченным стоком, лесные массивы и рощи в малолесных районах, мелкие элементы рельефа, не находящие отражения на картах в горизонталях, но влияющие на условия водоотвода, ценные сельскохозяйственные угодья, населенные пункты, понижения местности, над которыми в безветренные летние ночи образуются туманы, ухудшающие ви димость.
Допустимая длина прямых участков связана также с окружаю щей местностью. Всякие выделяющиеся элементы привлекают к себе внимание водителей и способствуют повышению их сосредото ченности. В связи с этим всегда оправдывается направление доро ги на хорошо заметный издалека ориентир, выделяющийся на об щем фоне местности, — холмы, высокие здания и заводские соору жения, терриконы каменноугольных шахт.
При отсутствии на местности естественных ориентиров их мож но создавать искусственно в виде групп деревьев на придорожной полосе.
Ландшафт лесостепи характеризуется более развитыми, чем в степях, формами рельефа, наличием долин водотоков — заросших балок (на севере), действующих оврагов (на юге). Для лесов ха рактерно островное расположение.
Элементы рельефа не создают существенных препятствий для трассирования, так как за малыми исключениями дороги можно прокладывать по любому направлению, удовлетворяя требованиям технических условий.
В южной части лесостепей и в степной зоне большое значение приобретает сохранение существующих лесов и даже отдельных групп деревьев. Целесообразно обходить дорогой даже небольшие рощи, прокладывая дорогу вдоль их опушки. При неизбежности пересечения луцще, чтобы дорогд входила в лес на кривой (рис. 12.19).
Перед входом в лес следует сажать постепенно сгущающиеся группы деревьев, чтобы уменьшить внезапную ветровую нагруз ку на автомобиль, выезжающий из леса.
При пересечении лесов на прямых участках некрасивы как стро го симметричное разрезание леса, так и отделение от леса узкой полосы.
Холмистый ландшафт складывается из крупных элементов рельефа. Для сокращения объемов земляных работ целесообразно проложение трассы в виде плавной извилистой линии, вписанной в рельеф и расположенной в переходной зоне между крупными эле ментами ландшафта.
239
Чем выше категория дороги и шире земляное полотно, Teifi с более крупными элементами рельефа должна увязываться доро га. Влияние пересекаемых дорогой небольших впадин и отрогов холмов следует устранять планировочными работами и плавцым сопряжением земляного полотна с прилегающей местностью путем устройства обтекаемых откосов. Нарушение принципа сочетания элементов плана и профиля между собой и с элементами ландшаф та в условиях холмистого ландшафта резко бросается в глаза, по скольку с возвышенных участков дорога обычно бывает открыта для обзора на большом протяжении.
В горной местности высотные элементы ландшафта настолько преобладают, что всякое неподчинение им дороги бывает сопряже но с большими скальными работами и устройством дорогостоящих инженерных сооружений.
Согласование с ландшафтом для горных дорог сводится к оги банию элементов горного рельефа с отклонением от них по возмож ности на меньшее расстояние, необходимое для соблюдения мини мальных требований к элементам плана и профиля в трудных ус ловиях рельефа.
Построенная дорога приобретает организующую роль в форми ровании нового ландшафта горной местности. Инженерные соору-
Рис. 12.19. Пересечение дорогами лесных участков:
а — нерекомендуемое прямое пересечение; б — правильное пересечение по кривой.
240