Определение длины пути, на котором при увеличении или уменьшении продольного уклона происходит изменение скорости автомобиля от Vi1 до Vi2,, соответствующей новому уклону. 4 страница

а)

б)

Рис. 5.12. Способы перехода от двухскатного поперечного профиля к односкатному на виражах:
а – при повороте поперечного профиля около оси проезжей части; б – при повороте поперечного профиля около внутренней бровки и середины проезжей части; 1-5 – отметки характерных точек поперечного профиля

Характерные изменения поперечного профиля:

1) поперечный уклон обочин на виражах принимают равным уклону проезжей части дороги, предусматривая их укрепление;

2) уклон обочин изменяют на протяжении 10 м перед началом виража;

3) для безопасности движения необходимо, чтобы внешняя обочина имела уклон в ту же сторону, что и проезжая часть;

4) неукрепленным обочинам придают обратный уклон от центра кривой.

Переход от двухскатного поперечного профиля проезжей части на прямом участке к односкатному профилю на вираже осуществляют плавно в пределах участка, называемого отгоном виража. Переход от двускатного профиля дороги к односкатному следует осуществлять на протяжении переходной кривой, а при отсутствии ее (при реконструкции дорог) – на прилегающем к кривой прямом участке, равном длине переходной кривой. Длина его не должна быть слишком короткой, так как в этом случае при движении автомобиля с большей скоростью по дороге с меняющимся поперечным профилем возникает неприятное для пассажира боковое раскачивание автомобиля. Необходимую минимальную длину отгона виража, которая не должна быть меньше длины переходной кривой определяют исходя из дополнительного уклона, возникающего у внешней кромки проезжей части в результате ее поднятия при устройстве виражей.

Если продольный уклон оси дороги составляет i_пр, то общий уклон кромки проезжей части на участке отгона виража

, (5.20)

где В – ширина проезжей части, м; L – длина отгона виража, м; i_поп – поперечный уклон покрытия, в долях единицы.

Минимальная длина отгона виража составляет согласно рис. 5.13

. (5.21)

Общий уклон по кромке проезжей части на участках отгона виража не должен превышать допускаемый для данной дороги в исключительных случаях. Дополнительный продольный уклон i_доп на участке отгона виража для дорог I и II категорий принимают не более 5‰, а для прочих дорог – 10‰ в равнинной и пересеченной местности.

Рис. 5.13. Схема к определению длины отгона виража

5.8. Требования к видимости на дорогах

На прямом горизонтальном участке водитель видит перед собой дорогу на большом расстоянии. На кривых в плане и у переломов продольного профиля видимый участок дороги значительно уменьшается. В таких местах при проектировании должна быть специально обеспечена расчетная видимость – расстояние перед автомобилем, на котором водитель должен видеть перед собой дорогу, чтобы, заметив препятствие, осознать его опасность и успеть объехать или затормозить и остановиться.

В теории проектирования дорог предложено много схем видимости, учитывающих условия движения автомобилей, а также расположение автомобилей и препятствий на дороге. Их можно разделить на три основных группы.

1) Остановка автомобиля перед препятствием или объезд автомобилем препятствия (S_I)

, (5.22)

где V – скорость движения автомобиля, км/ч; К_э – коэффициент, учитывающий эффективность действия тормозов; j_пр и j – коэффициенты продольного и поперечного сцепления автомобильной шины с поверхностью проезжей части; i – продольный уклон участка дороги («+» – подъем; «-» – спуск), в долях единицы; l_зб – зазор безопасности, м.

2) Торможение автомобилей, движущихся на встречу друг другу (S_II)

, (5.23)

где t_р – время реакции водителя и включения тормозов, с.

3) Обгон легковым автомобилем грузового при наличии встречного движения (S_III).

, (5.24)

где V₁ и V₂ – скорости легкового и грузового автомобиля соответственно, км/ч.

При расчетах видимости исходят из предпосылки, что глаза водителя расположены на высоте 1,2 м над поверхностью покрытия посередине полосы движения, а препятствие на дороге имеет высоту 0,2 м. Для этих условий необходимые расстояния видимости приведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3. Минимальные расстояния видимости

Технические условия большинства стран также предусматривают обязательные расстояния видимости 200-300 м. Однако за рубежом при проектировании дорог магистрального типа с высокими скоростями движения стремятся обеспечить видимость не менее 600-750 м, так как это увеличивает уверенность водителей при управлении и повышает безопасность движения.

Для дорог в густозастроенной местности, особенно в городских условиях, а также на пересечениях с автомобильными и железными дорогами в одном уровне обеспечение безопасности движения требует достаточной боковой видимости придорожной полосы. Водитель автомобиля должен иметь возможность заблаговременно увидеть на улице ребенка, выбежавшего со двора или с тротуара, а на пересечениях в одном уровне – приближающийся автомобиль

Минимальное необходимое расстояние боковой видимости определяется по зависимости

, (5.25)

где V_а – расчетная скорость автомобиля, км/ч; V_п – скорость движения пешехода или транспортного средства по пересекающей дороге, для бегущего человека может быть принята равной 10 км/ч; S_I – расчетное расстояние видимости из условия остановки перед препятствием, м.

СНиП 2.05.02-85 требует обеспечивать боковую видимость от кромки проезжей части 25 м на дорогах I-III категорий и 15 м на дорогах IV и V категорий.

5.9. Обеспечение видимости на кривых в плане

Видимость на кривых в плане проверяют исходя из следующих соображений:

1) она проверяется для автомобиля, следующего по крайней внутренней полосе движения;

2) принимается, что глаз водителя расположен посередине полосы движения и на высоте 1,2 м;

3) поскольку под видимостью подразумевается длина пути, который автомобиль проходит по дороге, расстояние видимости при проверке измеряют по траектории движения автомобиля.

Математический анализ видимости исходит из исследования уравнения кривой, огибающей систему лучей взгляда водителя при движении автомобиля по круговой кривой с переходными кривыми и уширениями. На практике для построения границ срезки препятствий в зоне видимости чаще всего применяют графический метод:

1) на плане закругления, вычерченном в крупном масштабе (рис. 5.14) от точек начала и конца закругления откладывают расстояние S/3, где S – расчетное расстояние видимости;

2) затем на траектории движения автомобиля от полученных точек до середины закругления намечают ряд точек через S/10;

3) концы этих отрезков соединяют прямыми линиями длиной S, огибающая которых определяет границу видимости.

Намечая уровень срезки в выемках, необходимо учитывать зарастание их в дальнейшем травой и выпадение снега. Наиболее целесообразно доводить срезку в выемках до уровня поверхности дороги.

Для проверки обеспеченности видимости дороги в плане и упрощенного построения границ зоны видимости можно ограничиваться установлением размера срезки в середине кривой по биссектрисе. Рассмотрим наиболее общий случай, когда длина кривой К меньше, чем необходимое расстояние видимости S, т.е. K<S.

Необходимая срезка, как видно из рис. 5.15 – .

После математических преобразований получим

. (5.26)

Рис. 5.14. Схема определения видимости на кривых в плане: а – графическое построение границ срезки видимости; б – граница вырубки леса; в – граница срезки в выемке; В – ширина проезжей части; П – полоса движения автомобиля; 1 – расчистка для обеспечения видимости в лесу;
2 – граница зоны видимости; 3 – срезка а выемке; 4 – минимальный необходимый уровень срезки;
5 – наиболее целесообразный уровень срезки; 6 – положение глаз водителя

Рис. 5.15. Схема к определению срезки видимости: 1 – граница срезки видимости

В частном случае, когда K>S, выражение (5.26) упрощается и принимает вид

, (5.27)

где a₁ – угол, стягивающий дугу окружности, равную расстоянию видимости, град:

. (5.28)

В обоих случаях в пределах кривой величину срезки можно принять постоянной и провести границу срезки по концентрической окружности. Срезка должна начинаться на прямой или переходной кривой на расстоянии видимости S/3 от начала и конца кривой.

Если видимость ограничивается пролетными строениями мостов или опорами путепроводов, для ее обеспечения необходимо перетрассировать дорогу, устранив кривую или существенно увеличив ее радиус.

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ В ПЛАНЕ

6.1. Учет интенсивности и объема грузопотоков
при выборе направления трассы

При проектировании автомобильных дорог встречаются два принципиально отличных случая выбора направления трассы.

1. Проектирование больших автомобильных магистралей или дорог высших категорий, когда общее направление дороги и основные промежуточные пункты назначаются из общегосударственных, административных, культурных и оборонных соображений. Эти дороги используются преимущественно для дальних и межобластных автомобильных перевозок. Обслуживание местных грузопотоков, возникающих от приближения магистральной дороги к небольшим промышленным предприятиям и населенным пунктам, играет второстепенную роль в назначении ее трассы, и эти пункты, как правило, обходятся.

2. Проектирование сетей дорог промышленных и сельскохозяйственных районов, связывающих между собой ряд пунктов возникновения и потребления грузов, а также проектирование подъездных путей от промышленных предприятий, совхозов, рудников и других мест образования потоков грузов, тяготеющих к существующим дорогам, станциям железных дорог и речным пристаням. В этом случае начертание сети дорог или направление подъездных путей определяется преимущественно потребностями обслуживания местных грузопотоков. Трассы дорог должны быть выбраны таким образом, чтобы объем транспортной работы при выполнении перевозок был наименьшим, а пассажирские сообщения удобны для пользующихся дорогой.

При необходимости связать два населенных пункта естественно строительство дороги по соединяющей их прямой линии (воздушной линии). Однако при большом числе взаимно тяготеющих населенных пунктов невозможно построить сеть дорог, непосредственно соединяющих каждый населенный пункт со всеми другими (рис. 6.1а) по кратчайшему направлению. Создание такой сети было бы не оправдано экономически и привело бы к бесхозяйственному изъятию больших земельных площадей из сельскохозяйственного производства. Поэтому при проектировании начертания дорожной сети должно быть найдено такое компромиссное решение, в котором удовлетворение требований автомобильного транспорта к эффективности перевозок сочеталось бы с экономией затрат на строительство, включая и стоимость земли, отведенной под дорогу.

Рис. 6.1. Дорожная сеть района: а – схема транспортных связей; б – минимальная по протяженности сеть дорог, связывающая грузообразующие точки; в – сеть дорог, уточненная путем установления рациональных мест примыканий и разветвлений

В соответствии с принятой в настоящее время методикой сравнения вариантов за критерий оптимальности начертания дорожной сети принимают минимум приведенных строительных и эксплуатационных затрат. Предложен ряд математических методов отбора из ряда возможных вариантов начертания дорожных сетей наивыгоднейшего варианта, удовлетворяющего критерию оптимальности. В настоящее время еще нельзя с полной определенностью высказаться о преимуществах какого-либо из них.

Проектирование начертания дорожной сети ведут, не учитывая влияния рельефа и ситуации местности, получая таким образом сеть воздушных линий, которая дает основную ориентировку для выбора направления отдельных дорог при изысканиях на местности (рис 6.1б). Влияние рельефа подлежит учету лишь при наличии непреодолимых препятствий – горных хребтов, больших озер и заболоченных массивов. Горные перевалы и места обхода являются в этом случае точками обязательного транзитного прохода всех грузопотоков. Неизбежные отклонения трассы от найденных воздушных линий, вызванных местными топографическими условиями, нередко выдвигаются в качестве аргумента против широкого использования технико-экономических методов обоснования начертания дорожной сети. Однако влияние таких отклонений не следует переоценивать.

Для практических целей удобен метод, при котором проектирование сети выполняют в несколько этапов:

1) выбор основной схемы связей между корреспондирующими грузообразующими пунктами, которая удовлетворяет требованию наименьшей суммарной протяженности. Это обеспечивает минимальные затраты на строительство;

2) уточнение первоначально намеченной сети путем введения дополнительных звеньев для удовлетворения критерия минимума приведенных дорожно-транспортных затрат на перевозки;

3) окончательная корректировка намеченной сети путем уточнения мест примыкания и разветвлений дорог.

При этом приходится решать следующие задачи.

1) Нахождение точки примыкания подъездного пути к дороге более высокой категории (рис. 6.2а). Пусть интенсивность движения из пункта А в пункт В равна N_в, а в пункг С равна N_с. Определим угол примыкания из условия затрат времени на перевозки. Скорости движения по магистральной дороге V_м, по подъездному пути V_п зависят от типа проезжей части и категории дорог, определяемых интенсивностями движения.

Затраты времени на перевозки составят

. (6.1)

Значение угла примыкания a, соответствующее минимуму продолжительности перевозок, может быть найдено как

. (6.2)

Обычно уточнение мест примыкания дорог приводит к появлению дополнительных узловых точек, но сокращает количество связывающих дорог.

2) Нахождение точки соединения дорог, связывающих три пункта.

При соединении дорогами трех пунктов для сокращения протяженности дорожной сети целесообразно проектировать сеть дорог как подъездные пути от грузообразующих пунктов к некоторой точке внутри треугольника, образованного тремя пунктами (рис. 6.2б).

Для нахождения положения точки соединения дорог был предложен точный математический метод определения углов, образуемых этими дорогами, при которых удовлетворялось бы минимальное значение принятого для оценки критерия. Однако, поскольку речь идет о сети воздушных линий, неизбежно корректируемых при трассировании на местности, целесообразнее использовать более простой приближенный метод, заключающийся в том, что из каждого грузообразующего пункта отыскивается направление подъездного пути к дороге, соединяющей два остальных пункта.

Пересекаясь, подъездные пути образуют так называемый «треугольник погрешностей», в котором при трассировании с учетом местных условий выбирают положение точки соединения дорог.

Рис. 6.2. Схемы к технико-экономическому обоснованию выбора направления трассы дороги:
а – определение точки примыкания подъездного пути к дороге более высокой категории; б – нахождение точки соединения дорог, связывающих три пункта; в – определение места разветвления дороги; г – нахождение направления магистрального пути, обслуживающего несколько грузообразующих пунктов с разложением маршрута на составляющие (справа)

3) Определение места разветвления дороги.

Если дороги, соединяющие два пункта, объем перевозок между которыми мал, с третьим, образуют между собой малый угол, целесообразно вначале строить объединенную дорогу, разветвляющуюся на некотором расстоянии (рис. 6.2в). Очевидно, что эту задачу можно рассматривать как определение такого положения магистрального участка АО, при котором направления ответвлений в точки В и С удовлетворяют требованиям к углам примыкания, установленным выше.

Положение места разветвления дорог на плане определяют, отложив из какой-либо точки прямой, вычерченной на прозрачной бумаге, линии под углами a₁ и a₂, и находят такое ее положение, чтобы линии прошли через точки А, В и С.

4) Нахождение направления магистрального подъездного пути, обслуживающего несколько грузообразующих пунктов (рис. 6.2г).

Если несколько населенных пунктов и промышленных предприятий тяготеют к одному пункту, например станции железной дороги, пристани или к крупному перерабатывающему промышленному предприятию, а между собой имеют малые транспортные связи, заведомо нецелесообразно строить из каждого пункта самостоятельный подъездной путь. Правильнее провести общий магистральный подъездной путь АВ с ответвлениями от него к отдельным пунктам.

Положение магистрального подъездного пути находят графическим способом построения силового многоугольника. Интенсивность движения или объем перевозимых грузов между каждой из грузообразующих точек и центром рассматривается как вектор, направленный по прямой, соединяющей эти точки. Замыкающая силового многоугольника является равнодействующей, показывающей направление основной магистрали.

Примыкания отдельных подъездных путей к магистральному решаются описанным выше способом.

6.2. Учет местных условий при выборе направления трассы

В задании на проектирование дороги бывают указаны начальная, конечная и промежуточные точки, через которые должна быть проведена трасса проектируемой дороги. Эти точки, называемые опорными пунктами, могут представлять собой промышленные, политико-административные или культурные центры, транспортные узлы. При попытке трассировать дорогу прямыми, соединяющим опорные пункты, пришлось бы столкнуться с многочисленными препятствиями, преодоление которых технически и экономически менее целесообразно, чем обход с небольшим отклонением от прямой линии.

Различают контурные и высотные препятствия. К первым относятся излучины рек, населенные пункты, озера и болота, места с неблагоприятными почвенными и геологическими условиями, заповедники; ко вторым – горные хребты, отдельные возвышенности, глубокие и широкие котловины.

Отклонение трассы от воздушной линии вызывается также необходимостью прохождения дороги через контрольные точки. К их числу относятся:

1) согласованные места пересечений с железными и автомобильными дорогами;

2) места пересечения больших водотоков, удобные для строительства мостов,

3) горные седловины;

4) используемые участки существующих дорог.

Осмотр местности или анализ местных условий по аэрофотоснимкам или по карте крупного масштаба в горизонталях позволяет наметить ряд точек, через которые может пройти трасса дороги, обходя препятствия. Соединение этих точек между собой дает ряд вариантов воздушных линий, достаточно хорошо характеризующих возможные направления трассы дороги.

На рис. 6.3 показано несколько возможных вариантов воздушной линии между опорными пунктами. На участке АВ число возможных вариантов определяется:

1) необходимостью обхода озера;

2) использованием седловин а и б;

3) возможностью отклонения трассы для пересечения железной дороги на участке, где она проходит выемкой для устройства путепровода.

Рис. 6.3. Варианты воздушной линии между опорными пунктами

Фиксированные точки обхода озера в и г вызывают необходимость дальнейшего отклонения северного варианта трассы (сплошная линия на рисунке). Малые водотоки, впадающие в озеро могут быть пересечены под углом или их русло может быть спрямлено. Пересечение следующего крупного препятствия – большой реки – по условиям выбора места мостового перехода возможно в точках д, е и ж. Расположение этих точек указывает на целесообразность проложения северного варианта трассы в обход промежуточного пункта В с устройством к нему подъездного пути.

У южного варианта (пунктир на рисунке) приток реки и заболоченные участки в его верховье делают более выгодными приближение к пункту В, а от него в точку ж в обход излучины реки. Для дорог высших категорий должен быть рассмотрен также вариант пересечения болота г–з, сокращающий длину дороги.

Дальнейшее направление обоих вариантов определяется границами заповедника (точки и и к), пересечение которого дорогой недопустимо.

Выбор трассы дороги предопределяет:

1) ее протяженность;

2) расположение всех капитальных дорожных сооружений;

3) стоимость выполнения строительных работ;

4) показатели работы автомобильного транспорта в течение последующей многолетней эксплуатации дороги.

Что касается основныхпринципов трассирования с учетом местных условий, то они следующие: