Геометрические элементы автомобильных дорог по способу определения их параметров разделены на две группы: первая – определяемые прямым нормированием и вторая – геометрические элементы, параметры которых могут быть рассчитаны с учетом расчетной скорости, интенсивности движения, требований удобства и безопасности движения, архитектурно-ландшафтного проектирования и местных условий по формулам, номограммам, графикам.
При проектировании дорог следует избегать частого применения минимальных параметров геометрических элементов плана и продольного профиля, используя их только в исключительных случаях, когда по местным условиям проложить трассу дороги можно только с минимальными размерами геометрических элементов. Параметры геометрических элементов из условия обеспечения безопасности и удобства движения, как правило, превышают минимальные в 1,5- 2 раза.
Анализируя условия рельефа назначается расчетная скорость движения одиночного автомобиля Vр, по таблице 3. По которой из таблицы 4 определяется наибольший (предельный) продольный уклон iпр. Далее производится расчет основных элементов плана, продольного и поперечного профилей.
Наименьший допустимый радиус, м, горизонтальных кривых в плане без устройства виража определяется расчетом при заданной скорости движения Vр по формуле
(2)
где m – коэффициент поперечной силы; из условия обеспечения удобства езды пассажиров (m=0,15); iпоп – поперечный уклон проезжей части.
Таблица 23 – Расчетные скорости движения
| Категория дороги | Расчетные скорости, км/ч | ||
| основные | допускаемые на трудных участках местности | ||
| пересеченной | горной | ||
| I А | |||
| I Б | |||
| I В | |||
| II | 120 | 100 | 60 |
| III | |||
| IV | |||
| V |
Таблица 4 – Предельные параметры плана и продольного профиля
| Расчетная скорость, км/ч | Наибольшие продольные уклоны, ‰ | Наименьшие радиусы кривых, м | ||||
| в плане | в продольном профиле | |||||
| основные | в горной местности | выпуклых | вогнутых | |||
| основные | в горной местности | |||||
Для повышения безопасности и удобства движения на горизонтальных кривых в плане при радиусе R ≤3000 м для дорог I технической категории и при радиусе R ≤2000 м для дорог II - V технических категорий обычно предусматривают устройство виража, тогда минимальный радиус кривой определяется по формуле
, (3)
где iв – поперечный уклон проезжей части на вираже.
Наименьшее расчетное расстояние видимости определяется по двум схемам:
а) поверхности дороги – это расстояние S 1, м, на котором водитель может остановить автомобиль перед препятствием на горизонтальном (iпр =0) участке дороги:
, (4)
где Vр – расчетная скорость движения, км/ч; КЭ – коэффициент эксплуатационного состояния тормозов, КЭ =1,2; lЗ – расстояние безопасности, l З = 5...10 м; j – коэффициент продольного сцепления шины, зависит от состояния покрытия; iпр – продольный уклон участка дороги; t – время реакции водителя, t= 1-2 сек.
б) встречного автомобиля – расстояние видимости S 2, складывается из суммы остановочных путей двух автомобилей:
, (5)
но это справедливо только на горизонтальном участке при iпр = 0; в случае, когда автомобили движутся на подъеме или спуске, величина S 2 составит
(6)
Радиусы вертикальных кривых определяются:
а) радиусы выпуклых кривых – из условия обеспечения видимости дороги по формуле
, (7)
где h 1– возвышение глаза водителя над поверхностью дороги, h 1=1,2 м;
б) радиусы вогнутых кривых – из условия ограничения величины центробежной силы, допустимой по условиям самочувствия пассажиров и перегрузки рессор:
, (8)
где в – величина нарастания центробежного ускорения; в = 0,5- 0,7 м/с2.
Для проектирования принимаются наибольшие значения из расчетных и рекомендуемых [7].
В заключение составляют таблицу 5, в которую заносят данные расчета, а также значения.
Таблица 5 - Основные параметры и нормы
| Показатели | Ед. изм. | Получено расчетом | Рекомендует СНиП 2.05.02–85* | Принято в курсовом проекте |
| 1. Перспективная среднесуточная интенсивность движения | авт.сут | |||
| 2. Расчетная скорость движения автомобилей | км/ч | |||
| 3.Число полос движения | шт. | |||
| 4. Ширина полосы движения | м | |||
| 5. Ширина земляного полотна | м | |||
| 6. Ширина проезжей части | м | |||
| 7. Ширина обочин | м | |||
| 8. Наименьшая ширина укрепленной полосы обочины | м | |||
| 9. Наибольший продольный уклон | 0/00 | |||
| 10. Наименьшая расчетная видимость: а) поверхности дороги S 1 б) встречного автомобиля S 2 | м м | |||
| 11. Наименьший радиус кривых в плане: а) без устройства виража б) с устройством виража | м м | |||
| 12. Наименьшие радиусы вертикальных кривых: а) выпуклых Rвып б) вогнутых Rвог | м м |
2.3 Проектирование вариантов плана трассы
В этом разделе, в первую очередь, описывают направление трассы, по прямой и в виде ломаной линии с обоснованием ее отклонения. Подробно описывают направление обоих вариантов трассы, уделив особое внимание обоснованию углов поворота, принятых радиусов кривых и намечаемым мероприятиям для обеспечения безопасности движения. Такое обоснование должно быть дано только при применении радиусов меньше рекомендуемых (более 2000—3000 м) и особенно минимальных радиусов.
При описании направления трассы увязывают его с начальным, промежуточным и конечным населенными пунктами, а при описании вариантов (на отдельных участках) указывают причины их назначения, принципиальное отличие трассы по вариантам от соответствующего участка основного хода.
Например, как можно видеть на рисунке 2 необходимость перейти реку на прямом участке с удобным подходом к мосту по пологим склонам оврага, желание обойти населенный пункт и избежать пересечения оврага заставляют при проложении дороги отклониться от кратчайшего прямого направления и наметить дорогу в виде ломаной линии.
- вариант проложения трассы по прямой линии;
- вариант проложения трассы в виде ломаной линии
(оптимальный).
Рисунок 2 – Варианты проложения трассы дороги в плане
После описания вариантов трассы помещают выкопировку из карты на миллиметровую бумагу, а также на лист формата А1, с указанием основного хода и вариантов, масштаба карты, сечения горизонталей и стрелки север—юг.
Трассу автомобильной дороги разбивают на пикеты с учетом выбранного масштаба. Каждое изменение направления трассы определяется углом поворота, который измеряют между продолжением направления трассы и новым ее направлением. Углы поворота последовательно нумеруют вдоль дороги – по ходу пикетажа трассы. Каждый угол поворота, а также начало и конец трассы закрепляют привязкой к значимым объектам на плане трассы, таким как геодезические реперы, ЛЭП, недвижимые объекты и т.п. Наименьшее количество закреплений – три (рисунок 3).
Рисунок 3 – Схема закрепления угла поворота трассы
Для обеспечения безопасности движения по автомобильной дороги в углы поворота вписывают горизонтальные круговые и переходные кривые. Различают следующие геометрические элементы закруглений круговой и переходной кривой (рисунок 4) начало переходной кривой (НПК), середина круговой кривой (СКк), конец круговой кривой (ККк), начало переходной кривой (НПк), конец переходной кривой (КПк).
Рисунок 4– Основные элементы закруглений с переходными кривыми:
R - радиус горизонтальной кривой, α - угол поворота, Б, Бкк – биссектриса круговой и переходной кривой соответственно, Ткк, Тпк – тангенс круговой и переходной кривой соответственно кривой, О – центр круговой кривой, ВУП – вершина угла поворота; НЗ – начало закругления; КЗ – конец закругления.
Проектирование плана трассы выполняется в следующей последовательности:
1. По ходу трассы последовательно нумеруются углы поворота – угол между продолжением направления трассы и новым ее направлением (ВУП-1, ВУП-2 и т. д.).
2. Ориентируют трассу относительно сторон света. Для этого вычисляют румб начала трассы (например, 
означает, что участок длиной 260,3 м, расположен под углом 87 градусов 30 минут к меридиану). Румбы последующих прямых участков трассы определяются расчетом.
Рисунок 5 – Схема разбивки закругления
3. Далее по углу поворота и расчетному значению радиуса определяют основные элементы кривой и в точки перелома магистрального хода вписываются кривые. Различают следующие геометрические элементы закруглений (рисунок 6): угол α, радиус R, кривая К, тангенс Т, биссектриса Б, а также домер Д – разность между тангенсами кривой и длиной кривой.
Данные параметры рассчитывают по формулам:
Тангенс Т – расстояние от вершины угла до начала кривой:
, (9)
Кривая К – расстояние от начала до конца кривой:
, (10)
Рисунок 6 – Схема угла поворота трассы
Биссектриса Б – расстояние от вершины угла поворота до середины кривой:
, (11)
Домер Д – увеличение длины трассы по прямым по сравнению с длиной по кривой:
,(12)
4. Разбивку пикетажа ведут от начала трассы до вершины первого угла поворота, и устанавливают его пикетажное значение. Например, вершина угла поворота, (ВУП 1) имеет пикетажное значение ПК 9+50 (рисунок 5). Для того чтобы продолжить разбивку пикетажа, необходимо определить значения начала (НК) и конца (КК) закругления, вынести пикеты на кривую и продолжить разбивку пикетажа до вершины следующего угла поворота.
Пикетажное значение начала закругления (НК) и конца закругления (КК) определяются по формулам:
ПК НЗ = ПК ВУ – Т; (13)
ПК НКК = ПК НЗ + L; (14)
ПК КЗ = ПК ВУ + Т – Д = ПК НЗ + К; (15)
ПК ККК = ПК КЗ – L. (16)
Геометрическое положение точки начала кривой (НК) на трассе легко определить, если отложить от вершины угла поворота величину тангенса назад по ходу пикетажа, а положение точки конца кривой (КК) – вперед по ходу трассы. Пропущенные пикеты в пределах закругления расставляются по кривой с учетом масштаба карты.
5. При заполнении ведомости углов поворота, прямых и кривых (таблица 3.1) величины Р – длина прямой вставки и S – расстояние между вершинами углов определяют по формулам:
Р1 = ПК НК – ПК НТ, (17)
Р2 = ПК НК2 – ПК КК1, (18)
Р3 = ПК КТ – ПК КК, (19)
где ПК НТ, ПК КТ – пикетажные положения начала и конца трассы;
ПК НК, ПК КК, ПК НК2, ПК НК1 – пикетажные положения начала и конца закруглений.
S1 =ПК ВУП 1 – ПК НТ, (20)
S2 = (ПК ВУП2 – ПК ВУП 1) + Д1, (21)
S3 = (ПК КТ – ПК ВУП 1) + Д1. (22)
где ПК ВУ1, ПК ВУ2 – пикетажные положения вершин углов, полученные при разбивке пикетажа по трассе;
Д1 – величина домера для соответствующего угла поворота, м.
Пример ведомости углов поворота, длин прямых и кривых с контрольными проверками по форме, приведена в таблице 7.
Таблица 7 – Ведомость углов поворота прямых и кривых (пример)
| № п/п | Углы | Элементы | Кривые | Прямые | Рубленные пикеты | |||||||||||||||||
| Положение вершины угла | Вершина угла поворота | Радиус, R | Тангенс, Т | Кривая, К | Биссектриса, Б | Домер, (Д=2Т-К) | Начало кривой | Конец кривой | Расстояние между вершинами углов | Длина кривой | Румб | № пикета | протяжение | |||||||||
| наблюда емый | вычис ленный | |||||||||||||||||||||
| 883,00 | 848,73 | С3 43 | С3 42 30/ | |||||||||||||||||||
| 83,00 | - | - | 34,27 | 66,03 | 5,76 | 2,51 | 48,73 | 14,76 | ||||||||||||||
| 814,45 | 682,61 | С3 80 | С3 80 20/ | |||||||||||||||||||
| 94,94 | - | - | 94,47 | 181,4 | 22,49 | 13,55 | 97,47 | 78,87 | ||||||||||||||
| 218,75 | 95,73 | С3 28 | С3 28 22/ | |||||||||||||||||||
| 0,14 | - | - | 25,54 | 50,00 | 3,20 | 1,07 | 74,60 | 24,60 | ||||||||||||||
| 211,73 | 170,03 | СВ 0 | СВ 0 17/ | |||||||||||||||||||
| 10,84 | - | - | 16,21 | 32,29 | 0,87 | 0,12 | 94,63 | 26,92 | ||||||||||||||
| 466,82 | 311,34 | СВ 18 | СВ 12 37/ | |||||||||||||||||||
| 77,44 | - | - | 34,18 | 69,43 | 6,34 | 2,93 | 41,26 | 10,69 | ||||||||||||||
| 735,33 | 699,15 | С3 27 | С3 27 10/ | |||||||||||||||||||
| 89,84 | ||||||||||||||||||||||
| ∑= | 209,67 | 399,15 | 20,18 | 3330,02 | 2910,69 |
Контроль:
1. Угловой контроль: Разность между суммами углов поворота вправо и влево равна разности начального и конечного направлений, для чего вычисленные румбы предварительно переводятся в азимуты по формулам приведения (1 четверть (СВ) А1=Ч1; 2 четверть (ЮВ) А2=180°-Ч2; 3 четверть (ЮЗ) А3=180+Ч3; 4 четверть (СЗ) А4=360-Ч4, где А – азимут линии, Ч – румб линии в соответствующей четверти), причем при ∑αпр > ∑αлев их разность равна Ап - А1; при ∑αпр < ∑αлев их разность равна А1-Ап.
Углы: ∑αпр - ∑αлев = 92°57/ - 77°37/=15°20/
Направления: А=360°-Ч (оба румба – начальный и конечный находятся в 4 четверти); Ап=360°-27°10/=332°50/, А1=360°-42°30/=317°30/; Ап - А1=332°50/ 317°30/ = 15°20/
2. Линейный контроль: а) протяжение участка между вершинами углов за вычетом суммы диаметров равно сумме длин прямых и кривых (с учетом рубленных пикетов); ПК33+09,84 – ПК0=3309,84м; ΣР+ΣК=2910,69+399,15=3309,84
б) сумма расстояний между вершинами углов за вычетом суммы диаметров равна длине участка трассы: ΣР-ΣД=3330,02-20,18=3309,84м;
в) разность между удвоенной суммой тангенсов за вычетом суммы кривых равна сумме домеров: Σ(2Т-К)=ΣΔ; 2·209,67-339,15=419,34-399,15=20,18м.