КРИТЕРИИ ЗРИТЕЛЬНОЙ ПЛАВНОСТИ ДОРОГИ
3.1. Общие понятия 3.1.1. Критерии плавности дороги определяются прежде всего зрительным восприятием человеком пространственных соотношений и характеристик объектов. В качестве основной характеристики зрительной плавности рассматривают изменение кривизны линий, образующих изображение дороги, и скорость изменения этой кривизны. 3.1.2. Зрительная плавность оценивается математическими характеристиками линий, образующих изображение дороги в картинной плоскости. В качестве ведущей линии принимается внутренняя кромка проезжей части. 3.1.3. Математической характеристикой ведущей линии является радиус кривизны Rα в экстремальной точке (точке с наибольшей кривизной). Этот показатель выражается в угловых минутах (видимый угловой размер элементов изображения дороги) Rα; = R к.пл/ S к.пл. 104/2,91, (1) где R к.пл - радиус кривизны ведущей линии в картинной плоскости, м; S к.пл - расстояние от наблюдателя до картинной плоскости, м; 104/2,91 - переходный коэффициент от радиан к угловым минутам. 3.1.4. Субъективная оценка плавности одной и той же линии в зависимости от того, предъявляется она одна или в составе изображения дороги и фона, которым служит ландшафт окружающей местности, не одинакова: ведущая линия, воспринимаемая как плавная в составе изображения дороги, при одиночном предъявлении может вызвать ощущение резкой кривой. Зрительная плавность зависит не только от геометрических характеристик ведущей линии, но и дополнительных признаков. В этой связи следует оценивать плавность не одной какой-либо линии (например, трассы), а всей поверхности проезжей части дорогим говорить о плавности не трассы (одной линии), а всей дороги. 3.1.5. Критерий зрительной плавности связан с математическими характеристиками видимого изображения дороги. Поэтому при проектировании оценить зрительную плавность дороги можно только расчетом. По перспективным изображениям надежно выполнить эту оценку нельзя, поэтому для оценки зрительной плавности нет необходимости вычерчивать перспективные изображения дороги. Перспективные, изображения необходимы при оценке зрительной ясности дороги, ее внешней гармоничности и при решении вопросов оформления дороги, размещения средств зрительного ориентирования водителя. 3.2. Оценка зрительной плавности закругления дороги в плане 3.2.1. При оценке зрительной плавности закругления в плане используют критерий плавности дороги, который определяют как соотношение кривизны ведущей линии перспективы и видимой ширины проезжей части в экстремальной точке (рис. 1). Это соотношение оценивают по графику (см. рис. 2). Кривая в плане считается плавной, если в экстремальной точке ведущей линии соотношение Rα; и В α находятся в зоне 1 (рис. 2). Чем ниже по вертикали от границы зоны 1 находится точка, соответствующая Rα; и В α, тем более плавной будет восприниматься кривая в плане. Условие плавности: В α <
Рис. 1. Количественные характеристики зрительной плавности дороги: а - формирование изображения в картинной плоскости; б - видимое изображение дороги
Рис. 2. Соотношение видимой ширины проезжей части В α и радиуса кривизны ведущей линии Rα; в экстремальной точке, определяющее зрительную плавность дороги Все изображения дороги делятся на два класса -плавные и неплавные. Зрительная плавность дороги тем выше, чем ниже на рис. 2 лежит точка, соответствующая В α и Rα для оцениваемого закругления. 3.2.2. Зрительную плавность дороги следует оценивать расчетами на ЭВМ; используя специальные программы. При их отсутствии такие расчеты могут быть выполнены и вручную. Для этого последовательно определяют расстояние до экстремальной точки на кривой, высоту глаз водителя над поверхностью кривой, видимый радиус, кривизны ведущей линии R α, видимую ширину проезжей части В α. 3.2.3. Расстояние от наблюдателя до экстремальной точки зависит от радиуса кривой в плане (или параметра переходной кривой) и положения наблюдателя на проезжей части и не зависит от продольного профиля. Это расстояние можно рассчитать по формулам 2 и 3 или определить по графику (рис. 3). Для закруглений без переходных кривых
Для закруглений с переходными кривыми и для клотоидной трассы S э = 0,12 А + 75 при С = 1,5; S э = 0,19 А + 90при С = 5,0 ÷ 6,0. где S 0 - расстояние от наблюдателя до начала закругления, м (для оценки кривой в планепринимается равным 50 м); R пл - радиус кривой в плане, м; С - расстояние от наблюдателя до ведущей линий. Для двухполосных дорог и поворота направо С =1,5 м, для поворота налево С =5,0 м (при ширине проезжей части 7,5 м С равно соответственно 1,5 и 6 м); А - параметр клотоиды, м. 3.2.4. Высота глаз наблюдателя над поверхностью кривой (Н) зависит от расчетной высоты глаз водителя над проезжей частью (h) ипродольного профиля на участке, где расположена кривая в плане. На выпуклом продольном профиле высота глаз над поверхностью закругления уменьшается и за счет этого увеличивается видимая кривизна ведущей линии, при вогнутом продольном профиле высота глаз над поверхностью закругления увеличивается, а видимая кривизна ведущей линии уменьшается. Величину Н определяют расчетом. Расчетную формулу выбирают в соответствии со схемой сочетания кривой в плане и кривой в продольном профиле на рис. 5 или 6. Величина Н не зависит от формы кривой в плане.
Рис. 3. Зависимость расстояния до экстремальной точки на кривой в плане от радиуса круговой кривой (при отсутствии переходной кривой)
Рис. 4. Зависимость расстояния до экстремальной точки на закруглении в плане с переходными кривыми от параметра клотоиды
Рис. 5. Расчетные схемы для определения Н при расположении экстремальной точки в пределах вогнутой вертикальной кривой: a - взаимное расположение кривой в плане и вертикальной кривой; б - расчетная схема в продольном профиле и расчетная формула; h - расчетная высота глаз водителя над проезжен частью, м; S э - расстояние от наблюдателя до экстремальной точки, м (см. п. 3.2.3); S 8 - расстояние от начала вертикальной кривой до экстремальной точки (для случая, когда начало вертикальной кривой лежит между наблюдателем и экстремальной точкой); S к - длина части вертикальной кривой на участке S э, R вып - радиус вертикальной выпуклой кривой, м; R вогн - радиус вертикальной вогнутой кривой, м
Рис. 6. Расчетные схемы для определения Н при расположении экстремальной точки в пределах выпуклой вертикальной кривой: а - взаимное расположение кривой в плане и вертикальной кривой; б - расчетная схема впродольном профиле и расчетная формула
Рис. 7. Видимая ширина проезжей части В α в зависимости от радиуса круговой кривой (закругление без переходных кривых)
Рис. 8. Видимая ширина проезжей масти В αв зависимости от параметра клотоиды (закругление с переходными кривыми) Если кривая в плане расположена на прямой в продольном профиле, независимо от уклона этом прямой Н=h. 3.2.5. Видимую ширину проезжен части в экстремальной точке определяют расчетом по формуле (4) или графиком (рис. 7 и 8). Вα = В п.ч/ S э. 0,017453, (4) где Вα; - видимая ширина проезжей части, град; В п.ч - ширина проезжен части дороги в экстремальной точке, м; Sэ- расстояние от наблюдателя до экстремальной точки, м. 3.2.6. Радиус кривизны ведущей линии перспективы (Rα;) определяют расчетом на ЭВМ или по графикам (рис. 9 и 10). Для закруглений только с круговой кривой без переходных кривых Rα; = Н 3 R пл. 101/ S э3. 2,91, (5) где Н - высота глаз наблюдателя над поверхностью кривой в плане, м (определяют по п. 3.2.4); Rпл - радиус кривой в плане, м. Для закругления с переходной кривой Rα; = Н 2 А2. 101/ S э3(S э - 50). 2,91. (6)
Рис. 9. Видимая кривизна ведущей линии в экстремальной точке Rα на закруглении без переходной кривой: Н - высота глаз водителя над поверхностью кривой в экстремальной точке
Рис. 10. Видимая кривизна ведущей линии в экстремальной точке Rα; на закруглении с переходной кривой и на клотоидной трассе: Н - высота глаз водителя над поверхностью кривой в экстремальной точке 3.2.7. Если закругление дороги не удовлетворяет критерию плавности, рекомендуется увеличить радиус кривой в плане, ввести переходную кривую на закруглении без переходной кривой, или увеличить параметр переходной кривой. Нельзя уменьшить радиусы вогнутых вертикальных кривых (для увеличения высоты глаз наблюдателя (Н) над поверхностью кривой), так кик это приводит к снижению безопасности движения. На вогнутых участках продольного профиля зрительную плавность следует обеспечивать только за счет изменения параметров плана трассы, на выпуклых участках рекомендуется улучшать ее одновременным увеличением параметров кривых в плане и радиусов вертикальных кривых. 3.3. Волнистость продольного профиля 3.3.1. Волнистость продольного профиля, возникающая при неблагоприятных сочетаниях вогнутых и выпуклых вертикальных кривых, характеризуется отношением видимых размеров стрелки прогиба ведущей линии к расстоянию между вершинами прогиба. Математической характеристикой зрительной плавности прогиба является угол при вершине прогиба ψ, образованный касательными в точках перегиба линии (рис. 11, 12, 13) ψ = 4 f / l, (7) где f - видимая стрелка прогиба; l - видимая длина прогиба. 3.3.2. Видимые размеры f и l и, следовательно, зрительная плавность волнистого продольного профиля зависит от высоты глаз водителя Н над участком прогиба, расстояния от наблюдателя до стрелки прогиба и кривизны трассы в плане. Для участка дороги прямого в плане или на кривой в плане с углом поворота до 8º ψ = где f - стрелка прогиба в продольном профиле, м (см. рис. 12); L - расстояние от водителя до начала прогиба, м (для дорог I категории 1500 м, для других категорий 1000 м); l - длина прогиба, м (см. рис. 13); Н - высота глаз водителя над хордой прогиба, м. Для трассы, прямолинейной в плане, H =
Рис. 11. Определение стрелки прогиба в продольном профиле на прямой в плане или при угле поворота трассы не более 8°: а, б - сочетания одной вогнутой и двух выпуклых вертикальных кривых; в - сочетание вогнутой вертикальной кривой с выпуклой кривой и прямой
Рис. 12. Расчетная схема к определению ψ по формуле (10) при угле поворота трассы более 8°: ω - угол поворота трассы
Рис. 13. Схема к расчету величины видимого угла при вершине прогиба в продольном профиле: Н - высота глаз водителя над стрелкой прогиба: f - стрелка прогиба, t1 - расстояние до вершины прогиба где h - высота глаз водителя над проезжен частью дороги, м (h = 1,2 м), t1 - расстояние от водителя до вершины перелома в продольном профиле, м; i1 и i2 - продольные уклоны, в долях единицы; Ссм - смещение водителя относительно ведущей линии, м (Ссм = 1,5 м). Если между водителем и прогибом переломов в продольном профиле нет, H = 3.3.3. Если в плане трассы имеется поворот на угол более 8° или трасса является клотоидной, видимую длину прогиба определяют согласно рис. 13, a ψ по формуле ψ = где f - стрелка прогиба, определяемая по продольному профилю, м; t - длина прогиба, м, определяемая по продольному профилю как расстояние между точками касания прямых к верхним точкам прогиба (по рис. 12). 3.3.4. Для криволинейной трассы величину угла рекомендуется находить в такой последовательности: определить хорду ЕG по рис. 12, соединяющую в плане крайние точки прогиба E и G; найти угол γ между хордой и лучом, направленным из точки G в начало прогиба Е; если этот угол меньше 3, считают, что прогиб лежит на прямой в плане ψ рассчитывают по формуле (8), если угол γбольше 3°, находят OA =tgγL; найти стрелку прогиба fсогласно рис. 12 и угол ψ по формуле (10). Если окажется, что ψ > 0,045, рекомендуется увеличивать длину ЕС за счет увеличения радиуса вертикальных кривых и уменьшения f. Ориентировочно можно принять, что для обеспечения зрительной плавности дороги длину прогиба следует увеличить или стрелку прогиба уменьшить в К раз, где К = ψ /0,015. 3.3.5. Условие зрительной плавности дороги на участке с прогибом в продольном профиле: ψ < 0,015. Если это условие не выполняется, рекомендуется увеличить радиусы вертикальных кривых, образующих прогиб, или угол поворота трассы в плане. 3.4. Длина прямой вставки в продольном профиле 3.4.1. Прямая вставка в продольном профиле между двумя вертикальными кривыми нарушает зрительную плавность, если эта прямая воспринимается как самостоятельный элемент трассы. Это происходит, если видимая длина примой составляет более 0,1 от видимого наименьшего радиуса кривизны ведущей линии. В качестве ведущей линии принимают правую кромку проезжей части. 3.4.2. Если прямая вставка расположена между двумя вогнутыми или выпуклыми вертикальными кривыми разного радиуса допустимая длина прямой определяется кривой меньшего радиуса. Если с прямой сопрягаются кривые вогнутая и выпуклая, то определяющей является вогнутая кривая. 3.4.3. Если условие плавности l вα: R вα < 0,1 не выполняются, рекомендуется уменьшить длину прямой вставки за счет увеличения радиуса вогнутой вертикальной кривой. 3.4.4. Для трассы прямолинейной в плане и углов поворота менее 8° видимый радиус кривизны ведущей линии в вертикальной плоскости Rвα = где R в - радиус вертикальной кривой, м; С - расстояние от водителя до плоскости вертикальной кривой или ее хорды в плане, м (для трассы прямой в плане С = 1,5 м); S 0 - расстояние от водителя до начала вертикальной кривой, м; S э - расстояние от водителя до экстремальной точки на кривой, м (рис. 14); для вогнутой вертикальной кривой: Sэ = дли выпуклой вертикальной кривой: Sэ = h в - высота глаз водителя над касательной (в продольном профиле) к началу вертикальной кривой, м. 3.4.5. Допустимая длина прямой вставки в продольном профиле, не нарушающая зрительную плавность дороги l в = где l в - допустимая длина прямой вставки в продольном профиле, м; R вα - видимый радиус кривизны вогнутой вертикальной кривой, определенный по формуле (11); S 0 - расстояние от водителя до начала вертикальной кривой, м; К - высота глаз водителя относительно вставки согласно рис. 14,б. Рис. 14. Схема к расчету расстояния от наблюдателя до экстремальной точки на вертикальной кривой: Н - высота глаз водителя над касательной к началу вертикальной кривой; S 0 - расстояние до начала вертикальной кривой
3.4.6. Прямая вставка в продольном профиле не ограничивается, если вогнутая вертикальная кривая совмещена с горизонтальной кривой и угол поворота трассы в плане более 8º. РАЦИОНАЛЬНЫЕ СОЧЕТАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАНА И ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ДОРОГИ 4.1. Выбор параметров трассы дороги 4.1.1. Для обеспечения зрительной ясности и плавности дороги параметры элементов плана и продольного профиля дороги требуются большие, чем минимальные по СНиП 2.05.02, обеспечивающие безопасность движения при напряженной работе водителя. Дорога, запроектированная с соблюдением всех требовании СНиП 2.05.02, но с трассой, составленной из минимальных элементов, будет жесткой, не отвечающей требованиям зрительной плавности. В каждом конкретном случае основанием для отказа от минимальных норм должны являться технико-экономические расчеты и требования обеспечения безопасности, зрительной ясности и плавности дороги. 4.1.2. Безопасность движения, зрительная ясность и плавность дороги во многом зависит от расстояния видимости, минимальное значение которого для каждой категории дороги нормируется СНиП 2.05.02. Оно рассчитано из условия ψ =0,4 и времени реакции водителя 1,0 с. Минимальное расстояние видимости можно использовать везде, где его увеличение может привести к резкому возрастанию объемов земляных работ. Однако повсеместное применение этого норматива приводит к образованию сложных дорожных условий: затрудняется или становится невозможным обгон, в перспективе дороги появляются зрительные провалы, дорога становится зрительно жесткой. Рекомендуется везде, где это возможно, не нарушая требований СНиП 2.05.02, обеспечивать расстояние видимости из условия выполнения обгона или, как минимум, времени реакции водителя для дорог I категории 2,5 с, 2 и III категорий 2,0 с, IV категории 1,5 с. Рекомендуемые расстояния видимости при расчете вертикальных кривых и срезок видимости на кривых в плане приведены в табл. 1. 4.1.3. Увеличение расстояний видимости снижает количество и особенно тяжесть дорожно-транспортных происшествий и повышает транспортно-экслуатационные качества дороги. Этим компенсируется увеличение стоимости строительства, связанного с дополнительным объемом земляных работ на выпуклых кривых. Расстояние видимости в продольном профиле обеспечивается за счет вертикальных выпуклых кривых. Минимальные радиусы их, если это не приводит к значительному увеличению объема земляных работ, рекомендуется выбирать такими (табл. 2), чтобы они обеспечивали видимость поверхности дороги с ориентацией на время реакции водителя, рекомендуемые п. 4.1.2. Таблица 1
Таблица 2
4.1.4. Длинную прямую в плане, вызывающую снижение надежности работы водителя, монотонность движения, повышенную аварийность и нарушающую зрительную плавность в продольном профиле, рекомендуется ограничивать. Ее предельная длина зависит от плотности и скорости транспортного потока. Продолжительность движения в потоке малой интенсивности не должна превышать 3,0 мин (табл. 3). 4.1.5. Следует ограничивать не только длины прямых, но и их количество. Две прямые, разделенные одной кривой в плане, воспринимаются как единый монотонный участок дороги. Исключить ощущение монотонности можно лишь разделением длинных прямых участком с криволинейной трассой. Длина такого участка должна быть достаточной для отвыкания водителя (в течение 2,5-3 мин) от предыдущего монотонного участка. Этот участок не должен иметь прямые вставки между кривыми в плане длиннее 700 м для дорог I категории и 350 м II-IV категории. Для дорог I категории длина криволинейного в плане участка должна быть в равнинной местности более 5 км, в пересеченной - более 8км. Для дорог II-IV категорий длина такого участка в равнинной местности должна быть более 5,0 км, в пересеченной - более 3 км, а углы поворота трассы на этих участках более 8°. 4.1.6. Ограничение длин прямых и увеличение извилистости трассы не должны выполняться формально. Причина появления угла поворота трассы должна быть не только оправдана с инженерных позиций, но и быть попятной и логичной для водителей и пассажиров. Такими причинами являются грунтово-геологические условия, к которым откосятся участки поверхностного заболачивания, места с необеспеченным стоком, участки с засоленными грунтами. Существенными являются требования к охране окружающей среды - сохранение ценных земель, лесов, отдельных рощ и малых лесных массивов в малолесных степных районах, а также форм рельефа, определяющих поверхностный сток. Обходить следует участки с частым образованием тумана, гололеда. Таблица 3
*Большую длину прямых следует принимать при преимущественно легковом движении, меньшую - при грузовом. Таблица 4
4.1.7. Для едущих по дороге изменения направления трассы выглядят убедительно только в том случае, если причины, их вызвавшие, могут быть связаны с окружающим ландшафтом. К числу таких причин относятся резко выявляющиеся формы рельефа (холмы, низины, овраги), растительность, водоемы и водотоки, населенные пункты, в том числе хутора, а также сооружения, имеющие культурную или историческую ценность. Если причину искривления трассы зрительно определить сложно, необходимо за счет озеленения дороги сделать эту причину подчеркнуто заметной и убедительной. 4.1.8. На кривых в плане следует избегать минимальных радиусов. При этом необходимо учитывать, что водители и пассажиры воспринимают улучшение дорожных условий, в том числе и улучшение зрительной плавности дороги, дискретно. Два закругления, радиусы которых отличаются на величину, меньшую критической, воспринимаются как однозначные. Все радиусы кривых по условиям их восприятия разделены на классы. При выборе радиусов кривых следует стремиться, чтобы их величины находились как можно ближе к правой границе класса. Улучшение зрительной ясности и плавности дороги возможно лишь при переходе в следующий класс (табл. 4). В сложных условиях, когда необходимо использовать кривые в плане минимальных радиусов, для обеспечения зрительной ясности и плавности дороги с учетом 3.2.6 рекомендуются следующие минимальные радиусы кривых в плане (табл. 5). При выборе радиуса кривой в плане следует учитывать ее расположение относительно ближайшей вертикальной кривой, которая определяет высоту глаз водителя над; поверхностью горизонтальной кривом. Эту высоту Н рассчитывают согласно рис. 4 и 5 и п. 3.2.4. Минимальный радиус кривой в плане, обеспечивающий зрительную плавность дороги, можно определить по рис. 15. Выбранный радиус кривой должен удовлетворять требованиям пп. 5.11, 5.17, 5.18. Таблица 5
Рис 15. Соотношения радиусов кривых в плане и высот глаз наблюдателей над поверхностью кривой, обеспечивающие зрительную плавность дороги
Зрительную плавность закругления в плане без переходной кривой необходимо проверять согласно п. 3.2.6, выбирая наиболее неблагоприятные направления движения: движение на подъем, движение со стороны, где выпуклая вертикальная кривая длиннее, равна горизонтальной кривой или короче ее менее, чем на 200 м.
|
. (2)
(8)
(9)
= 1,92 м.
(10)
(11)
(12)
