Лекция 14. Автомобильные магистрали

1. Особенности проектирования автомобильных магистралей. Требования, предъявляемые к автомобильным магистралям.

Обоснование методов проектирования автомагистралей превращается в последние годы в самостоятельный раздел теории проектирования дорог. Чтобы обеспечить безопасность движения с большими скоростями, как к вождению автомобилей, так и к элементам плана и профиля дорог, предъявляют высокие требования.

Стоимость строительства автомагистралей для скоростного движения - дорог наиболее совершенного типа - весьма велика. Их строят лишь в тех случаях, когда это обосновывается высокой интенсивностью движения или значимостью маршрута для осуществления культурных связей, обороны страны и т.д.

На многих дорогах Беларуси интенсивность движения быстро увеличивается и приближается к величинам, типичным для автомагистралей. Поэтому работникам проектных организаций необходимо изучать методы проектирования автомагистралей и применять их как при строительстве новых автомагистралей и дорог с учетом стадийности, так и при реконструкции дорог II - III категорий. Разумное соблюдение принципов стадийности обеспечит возможность последующего перевода дорог в категорию автомагистралей с использованием трассы, например путем постройки параллельной проезжей части.

Автомагистралями называются дороги, предназначенные для дальних пассажирских и грузовых автомобильных перевозок с высокими скоростями, без взаимных помех встречных автомобилей и помех со стороны местного транспорта. Обязательным требованием к современным автомагистралям, является разделение встречных потоков автомобилей, отсутствие пересечений в одном уровне и сведение к минимуму влияния на режим движения основного потока отдельных автомобилей, въезжающих на дорогу или сворачивающих с нее в сторону. По автомагистралям запрещено движение тихоходных тракторов, велосипедистов и конных повозок.

Автомагистрали, как правило, строят с двумя проезжими частями, отделенными друг от друга разделительной полосой. Каждая проезжая часть обеспечивает возможность обгона и поэтому рассчитывается на движение не менее двух рядов автомобилей.

Разделение единой проезжей части на две самостоятельные дает проектировщику возможность легче приспосабливать дорогу к рельефу местности, применяя так называемое ступенчатое расположение проезжих частей на косогорах.

На автомагистралях отсутствуют пересечения потоков движения в одном уровне, светофоры и знаки, требующие остановки автомобилей или ограничивающие скорости их движения. Въезд на автомагистрали с других дорог возможен только на специальных примыканиях, оборудованных дополнительными путями для разгона или замедления, которые позволяют въезжающим автомобилям развить скорость, соответствующую скорости движения по автомагистрали, и беспрепятственно влиться в поток автомобилей.

В связи с необходимостью исключить движение местного транспорта автомагистрали прокладывают в обход населенных пунктов и въезды на них делают только на пересечениях с дорогами с большой интенсивностью движения. Местные дороги пересекают автомагистрали в другом уровне без устройства съездов.

Так как автомагистрали предназначены для перевозок на большие расстояния, вдоль пути располагаются бензозаправочные станции, пункты технической и медицинской помощи, гостиницы, столовые.

Как правило, для автомагистралей типично значительное протяжение. Однако к автомагистралям относят и более короткие участки, на которых соблюдаются указанные выше требования.

2. Особенности трассы автомобильных магистралей. Пространственная плавность дороги. Оптимальные сочетания элементов трассы в плане и продольном профиле.

Обеспечение зрительной плавности дороги

Поэтому, учитывая значение дорог как объектов туризма и отдыха, привлекающих к себе миллионы людей, ряд прилегающих к дороге менее ценных для сельского хозяйства земель, не отличающихся живописностью, целесообразно передавать под контроль дорожных организаций для сохранения и улучшения методами ландшафтной архитектуры.

Следует учитывать также, что отсутствие надзора за придорожной полосой часто приводит к ее захламлению и устройству неорганизованных свалок. Одной из бед Америки стали стихийно образующиеся около дорог свалки брошенных старых автомобилей, которые дорожники в ряде случаев пытаются скрыть посадкой зеленых насаждений.

Придорожное ландшафтное пространство

В английской и американской литературе в последние годы появилось новое понятие о придорожном ландшафтном пространстве. Оно значительно шире полосы отвода «включает в себя все расположенные в зоне видимости с дороги живописные места и предметы, привлекающие внимание едущих.

Характерными элементами придорожного ландшафтного пространства являются озера и искусственные водоемы, водотоки и ручьи, необычные обнажения и выходы скал, красивые рощи и сельскохозяйственные пейзажи, места, где открываются виды на расположенные вдалеке населенные пункты, и промышленные предприятия с красивым архитектурным силуэтом, сооружения культурного и исторического значения и т. д.

Требования к придорожной полосе

При построении графиков кривизны от горизонтальной оси откладывают величины, обратные радиусу. Переходные кривые на которых кривизна изменяется постепенно, изображаются на графиках наклонными линиями.

Следует признать, что графики скорости и кривизны дают лишь общее представление о трассе, не позволяя дать характеристику ее плавности каким-либо числовым показателем. Это затрудняет их использование для сравнения вариантов. Объективная количеств венная оценка кривизны целого участка трассы является сложной проблемой, да сих пор не получившей разрешения. Применяемые уже в течение многих лет проектными организациями показатели (средняя величина угла поворота, средний радиус кривых, число углов поворота на 1 км и др.) имеют общие недостатки средних показателей — они не характеризуют величину рассеивания от дельных частных значений по сравнению со средними.

Проектирование автомобильных магистралей

При проектировании автомобильных магистралей и соблюдении повышенных требований к пространственной плавности трассы может оказаться необходимым построение от 5 до 15 перспективных изображений на каждые 10 км длины дороги. Этот объем работ не может сколько-нибудь существенно осложнить проектирование, так как при небольшом навыке построение одного изображения с 20 точками занимает 2 — 3 ч работы техника.

Конструкции придорожных сооружений

Несмотря на ряд достоинств этого метода, широко распространенного в архитектурном проектировании для оценки отдельных сооружений и планировки новых городских районов, при проектировании дорог модели используются сравнительно редко в связи с их высокой стоимостью и большой трудоемкостью изготовления. Обычно сравнивают модели сооружений, осуществляемых в многолюдных местах, где особое значение приобретает их сочетание с окружающим природным ландшафтом и застройкой.

Обычно для большей наглядности модели делают в искажен ном вертикальном масштабе 1:25. Для первоначального сравнения вариантов иногда делают малые модели в масштабе 1:250. На изготовление такой модели мастер затрачивает не более одного дня.

Проезжую часть выкладывают из гибких полос пластика квадратного сечения 1,5X1,5 мм, которые прикрепляют к стойкам резиновыми колечками.

Собранные модели анализируют в отношении зрительной плавности и в случае необходимости исправляют путем перестановки стержней в новое положение. Рельеф местности может быть воспроизведен накладкой вырезанных по контурам горизонталей листов пластика.

Реклама на дорогах

Обеспечение зрительной плавности дороги

Сочетание дороги с ландшафтом, о котором говорилось выше, одно не решает полностью проблемы обеспечения удобства, без опасности и экономичности автомобильных перевозок. У неудачно запроектированной дороги каждый из элементов плана или продольного профиля, рассматриваемый изолированно от соседних с ним, может вполне удовлетворять требованиям технических условий и обеспечивать безопасность движения с расчетной скоростью. Однако в целом дорога будет неудобна или опасна для движения.

Плавность взаимного сочетания элементов дороги требует соблюдения следующих условий:

смежные элементы трассы должны иметь такие характеристики, чтобы движение автомобиля происходило с практически постоянной скоростью и не было сопряжено с необходимостью притормаживания. При этом небольшие изменения скорости могут осуществляться изменением нажатия на педаль акселератора;

водитель должен быть ориентирован в направлении дороги и в дорожной обстановке на расстояние, значительно превышающее нормальное расстояние видимости; это обеспечит уверенное управление автомобилем;

должны быть предотвращены зрительные искажения впереди лежащих участков дороги, связанные с тем, что водитель видит их под малым углом зрения, а оптическая ось его глаз направлена де по горизонтали, как в обычных условиях, а параллельно уклону того участка, на котором он в данный момент находится.

Привлекательность аллейных насаждений

Искажение вида дороги в перспективе отражается на безопасности движения, поскольку при оценке скорости встречных автомобилей последняя кажется меньшей, чем на самом деле, а водители часто не идут на обгон, т. к. кривая большого радиуса в плане издалека кажется им крутым поворотом с малым радиусом.

Установление критериев зрительной плавности трассы было бы неправильным связывать непосредственно с категорией дороги. По дорогам ездят одни и те же автомобили, водители которых стремятся развивать в благоприятных условиях одни и те же скорости и, за исключением дорог с раздельными проезжими частями, как правило, не имеют никакого представления о категории дороги, по которой они едут, и о скорости, на которую рассчитаны ее элементы.

Указание в технических условиях минимальных значений элементов плана и профиля, соответствующих расчетным скоростям, приводит к ухудшению транспортно-эксплуатационных качеств дорог из-за формального применения проектировщиками «основных рекомендуемых» значений радиусов кривых в плане и профиле. На дорогах, построенных в Советском Союзе в период действия НиТУ, 128-55, подавляющее количество кривых имеют радиус 2000 м. С выходом СНиП П-Д.5-62 в аналогичных условиях устраивали кривые с радиусами 3000 м, при этом не встречая никаких затруднений.

Плавность трассы

Ландшафтное проектирование требует творческого индивидуального решения вопросов трассирования и увязки дороги и ландшафта в каждом конкретном случае.

Аллейные насаждения

В ГДР установлено, что густые сильно разветвляющиеся кустарники могут удержать на расстоянии 3 — 4 м автомобиль, сошедший при скорости 90 км/ч с проезжей части под углом 30°.

В США проведены опыты по испытанию для тех же целей зарослей японского шиповника. Однако, задерживая автомобиль, кустарники настолько сильно повреждались, что для их восстановления требовалось несколько месяцев.

Обеспечение лучшего включения дороги в ландшафт — закрепление растительностью грунтовых откосов, обнаженных при устройстве выемок или созданных при отсыпке насыпей; сочетание дороги с прилегающими формами ландшафта; подчеркивание и выявление отдельных элементов рельефа, например, увеличение кажущейся высоты-холма посадкой на нем кустарников или деревьев; скрадывание геометрически правильных очертаний земляного полотна посадкой кустарников на откосах; создание на придорожной полосе декоративных растительных групп, которые разнообразят и членят монотонный пейзаж, украшают дорогу или закрывают сооружения на придорожной полосе или некрасивые виды.

Технологические и сельскохозяйственные задачи — участие вместе с комплексом полезащитных насаждении в улучшении климатических условий путем создания благоприятного микроклимата придорожной полосы.

Санитарно-гигиенические задачи — защита мест отдыха, придорожных зданий от шума, пыли и вредных газов.

Требования к сочетанию элементов дорог в плане и продольном профиле

Методы расчета предусматривают, что автомобили всегда едут с максимальной скоростью, возможной для данных дорожных условий и мощности двигателя. Как отмечалось выше эта методы не учитывают влияния дорожных, условий и особенностей движения в транспортном потоке на избираемые водителями скорости.

Таким образом, график скорости движения, учитывающий влияние плана и профиля, является комплексной характеристикой трассы и определяется не столько абсолютной величиной скорости допустимой на отдельных участках, сколько частотой их изменения и величиной перепадов скорости, вызываемых несогласованность смежных элементов трассы. Поэтому плавность трассы с точки, зрения динамики движения автомобилей можно характеризовать графиком коэффициентов безопасности, которыми автор предложил называть отношение скорости; обеспечиваемой элементом трассы, к максимально возможной скорости въезда на этот участок с предшествующего участка. 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 профи; ля путем построения графиков изменения кривизны. Их строят отдельно для плана и продольного профиля дороги. Возможное в принципе построение обобщенного графика минимальной кривизны трассы как пространственной линии было бы непоказательным, так как кривизна в вертикальной и горизонтальной плоскостях сказывается на разных характеристиках движения автомобилей — на скорости, избираемой в зависимости от расстояния видимости и обеспечения устойчивости против бокового заноса.

Геометрия пространственной трассы

Более широкое применение принципов ландшафтного проектирования делает необходимым распространение этого метода и на участки автомобильных дорог, с которых открываются красивые виды. В связи с этим заслуживает внимания метод закладки резервов в покрытой густым лесом местности, примененный при постройке дороги в Бразилии. Резервы закладывали параллельно дороге, оставляя между ними узкую полосу незатронутого леса, в которой через равные интервалы были сделаны просеки для проезда скреперов, возводивших земляное полотно.

Разработка каменных карьеров часто портит окружающую местность, особенно при обычно практикуемом для облегчения вывозки камня способе разработки на склоне горы, ближайшем к дороге.

Игнорирование в течение многих лет эстетических требований к проложению дорог в США привело к тому, что потребовалось принятие специальных законов об украшении дорог, предусматривавших выделение федеральным правительством значительных ассигнований для решения трех вопросов — удаления с придорожной полосы реклам и объявлений и жесткий контроль за их установкой; устранения или декорирования придорожных свалок; защиты при строительстве и украшении придорожного ландшафта, включая устройство площадок отдыха.

В обеспечении единства придорожной полосы и дороги большая проблема создается из-за необходимости ограждения дороги для безопасности движения в густонаселенной местности.

Разнообразие придорожной полосы

Лишь после второй мировой войны наметился путь одновременного решения трассы как пространственной линии путём трассирования дороги непосредственно по стереомодели на стереометрах и мультиплексе. Возможность автоматизации процесса проектирования дорог с использованием электронных вычислительных машин неизбежно вытеснит практику раздельного проектирования плана и профиля. Однако еще в течение ряда лет пространственная плавность трассы будет обеспечиваться только согласованием участков ее проекций на плане и профиле.

Оценка пространственной трассы по проекциям приводит к неправильному представлению об ее фактической геометрической форме, так как в плане и профиле выделяются отдельные элементы трассы, которые проектируются в прямые, дуги постоянной кривизны и кривые плавно изменяющейся кривизны переходные кривые.

В действительности отдельные участки трассы являются более сложными. Только на прямом участке дороги дуга окружности в продольном профиле представляет собой сечение цилиндра с горизонтальной осью вертикальной плоскостью, перпендикулярной к его образующей. Сочетания вертикальных и горизонтальных круговых кривых образуют сложные пространственные кривые. Кривая, изображенная в плане как дуга окружности, совпадая с участком подъема, имеющего постоянный уклон в продольном профиле, является цилиндрической винтовой линией постоянного шага.

3. Клотоидное трассирование. Зрительное ориентирование водителей.

Метод клотоидного трассирования состоит в том, что на карте, сообразуясь с рельефом и ситуацией вписывают плавную линию от руки либо с помощью специальной гибкой линейки – сплайна. Затем по шаблонам клотоидных кривых устанавливают радиус R и параметры (элементы кривых). Метод гибкой линейки позволяет наносить наиболее оптимальные варианты трассы, обеспечивающие лучшее сочетание с окружающим ландшафтом, поэтому его применяют как основной при ручном и автоматизированном проектировании плана трассы.

Дата добавления: 2014-01-07