МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ РСФСР

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И ОБОРУДОВАНИЮ
АВТОМАГИСТРАЛЕЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ

МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1983

Методические рекомендации по проектированию и оборудованию автомагистралей для обеспечения безопасности движения /Минавтодор РСФСР - М.: Транспорт, 1983.

Разработаны в развитие СНиП II-Д.5-72 и основаны на результатах научных исследований, выполненных в Гипродорнии, МАДИ и других организациях, а также на анализе отечественного и зарубежного опытов проектирования автомагистралей. Учтены положения проекта стандарта СЭВ «Автомагистрали международные. Основные технические требования».

При составлении рекомендаций учтены замечания и предложения рецензента проф. д-ра техн. наук В.Ф. Бабкова, а также замечания Союздорпроекта, Союздорнии, ВНИИ БД МВД СССР и Росавтомагистрали.

Предназначены для инженерно-технических работников.

Ил. 64, табл. 34, библиогр. 12 назв.

Рекомендации разработаны под руководством д-ра техн. наук А.П. Васильева. Отдельные главы и разделы написали: д-р техн. наук А.П. Васильев, кандидаты техн. наук В.Д. Белов, Н.П. Минин, Е.М. Окороков, М.И. Фримштейн, А.П. Шевяков, инженеры Б.Б. Анохин, А.А. Кукушкин, Л.Г. Марьяхин, В.О. Машкин (Гипродорнии); доктора техн. наук Е.М. Лобанов, В.В. Сильянов, кандидаты техн. наук М.В. Немчинов, В.С. Порожняков, Н.П. Орнатский, П.И. Поспелов, Б.А. Щит, инженеры П.С. Садиков, А.Я. Хомяк (МАДИ); инж. С.Г. Бородина (ВНИИБД МВД СССР).

Выпущено по заказу Министерства автомобильных дорог РСФСР

Ответственный за выпуск Л.Г. Марьяхин

Зав. редакцией В.Г. Чванов

Редактор Е.С. Голубкова

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Автомобильные магистрали (автомагистрали) предназначены для безопасного и удобного движения автомобилей с высокими скоростями, для обеспечения общегосударственных, административных, культурных и социально-экономических связей в стране.

1.2. К автомагистралям относятся дороги, имеющие проезжую часть не менее чем из двух полос движения в каждом направлении, остановочные полосы, разделительную полосу (полосы), инженерное обустройство и специальные дорожные знаки, пересечения в разных уровнях с автомобильными и железными дорогами. В исключительных случаях допускается устройство канализированных пересечений и примыканий в одном уровне.

К автомагистралям относятся дороги I категории.

1.3. На автомагистралях разрешается движение мотоциклов, не разрешается движение велосипедов, гужевых повозок и других транспортных средств, имеющих скорость менее 40 км/ч или габариты, превышающие габариты автомобилей, на движение которых запроектирована дорога.

1.4. По условиям трассирования и техническому уровню автомагистрали разделяются на скоростные, предназначенные преимущественно для дальних пассажирских и грузовых перевозок, и частично скоростные, по которым осуществляются, как правило, грузовые перевозки высокой интенсивности на сравнительно короткие расстояния.

1.5. Конструкция и оборудование скоростных автомагистралей исключает возможность въезда на них автомобилей, кроме мест пересечений и примыканий дорог I - III категорий.

На частично скоростных магистралях допускаются более частые примыкания, в том числе дорог IV категории и подъездов к расположенным поблизости населенным пунктам, с устройством в отдельных случаях канализированных пересечений в одном уровне.

1.6. По назначению и условиям работы автомагистрали разделяют на следующие группы:

соединяющие крупные административные и индустриальные центры;

обходы и кольцевые магистрали вокруг больших городов;

головные участки дорог (вводы в большие города);

подъезды к аэропортам, морским или речным причалам, к местам массового отдыха, исторических событий.

Для автомагистрали каждой группы характерен свой состав транспортного потока и закономерности роста интенсивности движения (см. приложение 1). Автомагистраль большой протяженности может состоять из участков, относящихся к различным группам.

1.7. Оценивая эффективность строительства автомагистралей, следует учитывать, что относительное число дорожно-транспортных происшествий на них в среднем в 2 - 3 раза ниже, чем на других дорогах, а относительное число смертельных исходов в происшествиях ниже в 3 - 4 раза (см. приложение 1).

При одинаковых уровнях загрузки скорости движения на автомагистралях на 10 - 30 км/ч выше, чем на двухполосных дорогах (см. приложение 1).

1.8. Автомагистрали рекомендуется трассировать по новому направлению, поскольку это способствует развитию промышленности и сельского хозяйства в зоне тяготения и позволяет получить трассу, полностью удовлетворяющую современным требованиям удобства и безопасности движения.

1.9. Если получаемые по рекомендациям решения будут выше максимальных или ниже минимальных значений, регламентируемых СНиП II.Д-5.72, их целесообразность должна быть обоснована технико-экономическими расчетами.

2. ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ

2.1. Загрузка автомобильных магистралей движением

2.1.1. Загрузка автомагистрали движением характеризуется степенью загрузки Z_p, которую определяют как отношение интенсивности движения N к пропускной способности Р

Z_р = N : Р.                                                                   (2.1)

2.1.2. Под расчетной загрузкой автомагистрали движением понимают загрузку, при которой обеспечиваются наиболее высокая экономичность, удобство и безопасность движения. Для участков автомагистралей на подъездах к аэропортам, морским и речным причалам расчетный уровень загрузки¹ может быть принят из условия минимизации времени сообщения.

¹ В «Руководстве по оценке пропускной способности автомобильных дорог» (М., Транспорт, 1982, с. 10, п. 1.28) термин «уровень загрузки» заменен на «коэффициент загрузки».

Уровень загрузки движением определяется для каждого периода года - летнего, осенне-весеннего и зимнего (порядок определения расчетного периода года см. в п. 6.2).

2.1.3. Рекомендуемая степень загрузки Z_p для условий движения в сухое летнее время года на автомагистралях различных групп приведена в табл. 2.1. При неблагоприятных погодно-климатических условиях в расчетные периоды года эти уровни загрузки могут быть повышены на 10 - 15 %.

Таблица 2.1

2.1.4. При разработке проектов новых или реконструируемых автомагистралей следует предусматривать в первую очередь увеличение числа полос движения на тех участках, где Z_p выше приведенных в табл. 2.1.

2.2. Пропускная способность и ее оценка

2.2.1. Пропускная способность - одна из важнейших характеристик транспортной работы автомагистрали, используемая для определения числа полос движения, выявления участков возможного образования заторов или ухудшения транспортно-эксплуатационных качеств. Пропускная способность автомагистрали определяется для каждого периода года.

2.2.2. Суммарная пропускная способность автомобильной магистрали

,                                                (2.2)

где Р_Σ - суммарная пропускная способность автомагистрали, авт./ч;

P₁, Р₂ ..... Р_n - пропускная способность отдельных полос движения, соответственно, первой, второй и т.д. полос, определяемая по формуле (2.3), авт./ч.

2.2.3. Пропускная способность отдельной полосы движения

,                    (2.3)

где P_n - пропускная способность n-ной полосы движения, авт./ч;

К - коэффициент приведения потока легковых автомобилей к физическому;

β₁ - коэффициент, учитывающий влияние вида подъезда к сооружению обслуживания на пропускную способность и принимаемый при определении пропускной способности только правой полосы;

β₂ - коэффициент, учитывающий радиус кривой в плане и принимаемый при определении пропускной способности только левой полосы (при радиусах кривых менее 1000 м β₂ = 0,85, а более 1000 м β₂ = 1);

β₃ - коэффициент, учитывающий влияние пересечений в разных уровнях (табл. 2.2);

b - ширина полосы движения (b = 3,0 ÷ 3,75 м), м;

Р - число тяжелых автомобилей и автобусов (Р = 0 ÷ 30), %;

i - продольный уклон, ‰;

ψ_cj - коэффициент приведения к легковому автомобилю отдельных типов транспортных средств;

η_i - число (в долях единицы) транспортных средств различных типов.

Таблица 2.2

Коэффициент β₁ имеет следующие значения:

Полное отделение от основной проезжей части и наличие

переходно-скоростных полос                                                                                  1,0

Наличие только переходно-скоростных полос                                                     0,98

Только отделение от основной проезжей части                                                   0,80

Без переходно-скоростных полос и без отделения                                               0,64

Коэффициент ψ_cj имеет следующие значения:

Легковые автомобили                                                                                              1,0

Грузовые автомобили грузоподъемностью:

до 2 т                                                                                                                          1,5

5 т                                                                                                                           2,0

8 т                                                                                                                           2,5

14 т                                                                                                                         3,5

Автопоезда грузоподъемностью:

до 6 т                                                                                                                          3,0

12 т                                                                                                                         3,5

20 т                                                                                                                         4,0

30 т                                                                                                                         5,0

Автобусы                                                                                                                   3,0

Примечание. При промежуточных значениях грузоподъемности транспортных средств коэффициенты приведения определяют по интерполяции.

2.2.4. Значения величин Р, ψ_cj и η_i в формуле (2.3) принимаются с учетом распределения автомобилей различного типа по полосам при интенсивности движения, близкой к размеру пропускной способности. Данные о распределении автомобилей на четырехполосных магистралях, полученные из наблюдений, приведены в табл. 2.3. При ином, чем в таблице, составе движения допускается интерполяция значений. Необходимо также учитывать, что тяжелые автомобили и автопоезда движутся, как правило, по правой полосе.

Таблица 2.3.

Примечание. В скобках дан состав движения на левой стороне проезжей части, без скобок - на правой.

2.2.5. Порядок определения пропускной способности автомагистрали в расчетные периоды года приведен в п. 6.7.

2.2.6. Каждый участок автомагистрали, где происходит снижение пропускной способности, имеет зону влияния.

При построении линейного графика изменения пропускной способности необходимо исходить из следующей протяженности зон влияния от рассматриваемого элемента в каждую сторону (в метрах):

Участки подъемов с 20 ‰ и более протяженностью до 200 м                            300

Пересечение в разных уровнях                                                                                600

Кривые в плане R < 1000                                                                                         200

2.2.7. При построении линейного графика изменения пропускной способности дороги для каждого периода года необходимо:

выделить однородные элементы и зоны их влияния, руководствуясь планом и профилем дороги;

вычислить пропускную способность отдельных полос движения для каждого периода года;

вычислить суммарную пропускную способность в каждом направлении;

график изменения пропускной способности дороги нужно строить для каждого направления движения.

2.2.8. Над графиком пропускной способности строят график изменения степени загрузки движением для каждого направления по всем периодам года. На этом графике показывают расчетную величину Z_p. Участки, где Z > Z_p, следует перепроектировать, добиваясь снижения Z, т.е. Z < Z_p.

2.3. Прогнозирование интенсивности и скорости движения

2.3.1. При проектировании автомагистрали возникает необходимость прогноза интенсивности и скоростей движения в различные сроки работы магистрали. Различают прогнозирование: краткосрочное (5 - 7 лет), среднесрочное (10 - 15 лет), долгосрочное (более 20 лет).

2.3.2. Для автомагистрали, прокладываемой по новому направлению, прогноз интенсивности движения на все сроки выполняется на основе экономических изысканий с учетом перспектив увеличения грузовых и пассажирских перевозок в зависимости от планируемого развития всех отраслей народного хозяйства и населения в районе тяготения к дороге, а также перспектив развития дорожной сети.

На участках автомагистрали, проектируемой по направлению существующей дороги, а также при прогнозе интенсивности движения на существующей автомагистрали динамика роста интенсивности может быть установлена на основе анализа данных учета движения и закономерностей его изменения за последние 10 - 15 лет.

2.3.3. Краткосрочное прогнозирование интенсивности N_t на существующей автомагистрали используется при разработке проектов организации движения (на период до 2 - 3 лет) и при среднем или капитальном ремонте (на период до 7 - 10 лет).

При краткосрочном прогнозировании используют три закона.

А. Закон прямой с постоянным коэффициентом прироста (применяется при прогнозировании до 5 лет)

,                                                         (2.4)

где N₀ - годовая среднесуточная интенсивность движения в исходный год, определенная по данным учета движения, авт./сут;

Р - средние темпы роста интенсивности движения за последние 10 - 15 лет;

t - порядковый номер расчетного года.

Б. Уравнение сложных процентов при n > 3

,                                              (2.5)

где n - число лет, на которые прогнозируется интенсивность.

В. Закон геометрической прогрессии (если известна величина q)

,                                                               (2.6)

где q - коэффициент ежегодного роста интенсивности движения, определяемый по данным учета ее за последние 10 - 15 лет.

2.3.4. Среднесрочное прогнозирование N_t используют в проектах реконструкции автомагистралей и при периоде прогнозирования до 15 лет.

При среднесрочном прогнозировании используют:

уравнение (2.5) сложных процентов;

уравнение

,                                                       (2.7)

где а, b - коэффициенты, устанавливаемые по данным учета интенсивности за последние 10 - 15 лет;

t - порядковый номер года, на который прогнозируют N_t.

2.3.5. Долгосрочное прогнозирование N_t применяют при проектировании новых автомобильных магистралей с учетом:

методов, основанных на анализе грузовых и пассажирских перевозок в районе проложения проектируемой автомагистрали;

метода экспертных оценок;

уравнения сложных процентов с проверкой по уравнению (2.5).

2.3.6. На основе прогнозов интенсивности движения могут быть определены прогнозируемые скорости движения транспортных потоков на автомагистрали во все периоды года и в среднем за год с учетом погодно-климатических условий района проложения магистрали. Методика этих расчетов приведена в гл. 6.

2.4. Оценка безопасности движения методом коэффициентов аварийности

2.4.1. Высокий технический уровень современных автомагистралей исключает многие причины дорожно-транспортных происшествий (ДТП), в результате чего аварийность на автомагистралях значительно ниже, чем на других дорогах. Однако вероятность возникновения ДТП на автомагистралях остается. Это объясняется во многом случайным характером изменения параметров и характеристик системы «водитель - автомобиль - дорога - среда», неполной изученностью и невозможностью учесть при проектировании дороги все изменения в их взаимодействии. Поэтому оценка обеспечения безопасности движения в летний и расчетные периоды года обязательна при проектировании автомагистрали.

2.4.2. Порядок и методы оценки безопасности движения приведены в ВСН 25-76 Минавтодора РСФСР [12]. В настоящих рекомендациях приведены только дополнительные частные коэффициенты аварийности, позволяющие более полно учесть особенности трассирования и оборудования автомагистралей.

2.4.3. Дополнительные частные коэффициенты К_1Д - К_6Д относительной аварийности учитывают влияние различных факторов.

Коэффициент К_1Д учитывает ширину разделительной полосы автомагистрали:

Ширина разделительной полосы, м                   ≤ 2       4          6          8          10        12

К_1Д                                                                          10        7          4          2,5       1,2       1,0

Коэффициент К_2Д учитывает способ сопряжения кромки проезжей части с обочинами и разделительной полосой, имеет следующие значения:

Краевая полоса                                                                                                1,0

»            »        отсутствует                                                                        1,2

Бордюр высотой более 6 - 8 см                                                                      1,5

Коэффициент К_3Д учитывает расположение относительно кромки проезжей части до массивных элементов (опор путепроводов, мачт освещения):

Расстояние от кромки проезжей части

до массивных элементов, м                      0,5       1,5       3,0        4,5     6,0     7,5       9,0

К_3Д                                                               15        10        7           4,5     2,5     1,25     1,0

Примечание. При установке ограждений на разделительной полосе коэффициент К_3Д уменьшается в 1,7 раза.

Коэффициент К_4Д учитывает расстояния l_п между пересечениями в разных уровнях:

l_п, км              ≤ 3,0         3 - 4           4 - 5           5 - 6            6 - 7           7 - 8           ≥ 9

К_4Д                  3,0            2,1             1,8             1,6              1,4             1,2             1,0

Коэффициент К_5Д учитывает тип сопряжения съезда с основными полосами движения, имеет следующие значения:

Съезды, примыкающие к автомагистрали посредством самостоятельной полосы движения, дополнительной к основным                                                                    1,0

Съезды, имеющие полосы разгона и торможения, отделенные от автомагистрали разделительной полосой                                                                                              1,3

То же, без отделения от автомагистрали                                                               1,7

Съезды без полос разгона и торможения                                                              2,8

Коэффициент К_6Д учитывает интенсивность движения по автомагистрали с четырьмя полосами проезжей части:

Примечание. Для шестиполосных автомагистралей при интенсивности свыше 17 тыс. авт./с коэффициент К_6Д уменьшается в 1,3 раза.

Зоны влияния различных элементов представлены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Зоны влияния других элементов следует определять в соответствии с ВСН 25-76.

2.4.4. Значения частных коэффициентов аварийности, характеризующих влияние других элементов и условий движения, не представленных в п. 2.4.3, следует определять в соответствии с ВСН 25-76. При этом необходимо учитывать следующие особенности: коэффициент аварийности K₃ принимается для случая двухполосных дорог; K₅ соответствует случаю устройства кривых как с переходными кривыми, так и без них; K₆ характеризует влияние расстояния видимости поверхности покрытий проезжей части; K₉ не принимается в расчет; K₁₇ заменяется коэффициентом K_1Д.

2.4.5. Рекомендуется относить к категориям опасных для вновь проектируемых автомагистралей участки с итоговым коэффициентом аварийности более 10, для эксплуатируемых автомагистралей - 12 и более.

3. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ДОРОЖНЫХ УСЛОВИЙ НА ЭМОЦИОНАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ВОДИТЕЛЕЙ

3.1. Психологическая безопасность дороги

3.1.1. Безопасность дороги для движения складывается из технической и психологической безопасности.

Техническая безопасность - это обеспечение устойчивости автомобиля против заноса и опрокидывания за счет подбора радиусов кривых в плане, высоких сцепных качеств и ровности покрытия, ограждения дорог, рациональных конструкций проезжих частей на кривых в плане и всех мероприятий, влияние которых на движение автомобиля сказывается независимо от восприятия водителем дорожной обстановки.

3.1.2. Психологическая безопасность требует создания условий движения, при которых водитель будет работать в состоянии оптимальной напряженности, изменения дорожных условий для него не будут неожиданными и дорога не будет ставить перед ним неожиданных задач, в решении которых водитель может допустить ошибку.

3.1.3. Для обеспечения психологической безопасности требуются большие параметры геометрических элементов трассы автомагистрали, чем для технической безопасности. Обоснованием выбора параметров этих элементов могут служить закономерности восприятия водителем дорожной обстановки и данные о влиянии дорожных условий на эмоциональное напряжение водителя.

3.2. Возможности водителя в восприятии элементов дорожной обстановки

3.2.1. В процессе движения водителю приходится сосредоточивать свое внимание на объектах, удаленных от него на разные расстояния. Надежность работы водителя при этом в значительной степени зависит от точности зрительной оценки расстояний с учетом скорости движения автомобиля (табл. 3.1).

3.2.2. Наиболее точно водители оценивают расстояния до объектов, перемещающихся в тангенциальном направлении. При оценке расстояний в радиальном направлении точность снижается при увеличении расстояний:

Таблица 3.1

3.2.3. Особенности восприятия водителем глубины пространства, точность оценки им расстояний определяют эффективность мер по обеспечению видимости на автомагистрали. Максимальная удаленность объектов, а следовательно, и оцениваемое до них расстояние находятся в пределах 1,5 - 2,5 км, причем бóльшая часть наиболее важных с позиции обеспечения безопасности движения объектов воспринимается при удалении до 1,5 км. На этом расстоянии устанавливается лишь факт наличия их в поле зрения.

Наибольшее расстояние (в метрах), при котором возможны:

а) оценка расстояний до:

грузового автомобиля                                                                                              2500

легкового          »                                                                                                       1400

человека                                                                                                                     1300

б) различение скорости движения встречного автомобиля:

грузового                                                                                                                   350

легкового                                                                                                                   200

в) оценка изменения скорости попутного автомобиля:

грузового                                                                                                                   85

легкового                                                                                                                   60

3.2.4. Наибольшее расстояние до объектов восприятия, при котором еще возможно получение о них какой-либо информации, составляет 2500 м, а для обеспечения оценки режима движения транспортного потока - не более 1500 м. Увеличение расстояния видимости автомобилей на автомагистралях сверх указанных не дает какого-либо эффекта.

3.3. Восприятие водителем кривых в плане

3.3.1. Крутизна закругления оценивается водителем с различных расстояний в зависимости от скорости движения и радиуса кривой в плане. Чем выше скорость, тем на большем расстоянии до начала кривой водитель пытается оценить закругление, с тем чтобы вовремя скорректировать скорость.

3.3.2. Водитель прогнозирует условия движения на кривых в плане по их внешней характеристике - видимой кривизне линий с использованием сформулированных у него ассоциативных связей внешнего вида кривой и возможной поперечной (центробежной) силы. При этом такие связи формируются для наиболее часто встречаемых сочетаний дорожных условий. Точность прогноза, составляемого водителем, помимо состояния зрительной системы, определяется еще и соответствием конкретных условий восприятия тем, при которых были сформулированы ассоциативные связи. Этим, в частности, можно объяснить повышенную опасность кривых в плане, расположенных в конце спуска, так как такие закругления рассматриваются водителем с необычно высокой точки, вследствие чего уменьшаются перспективные искажения закругления и оно воспринимается более плавным, допускающим большую скорость движения, чем есть на самом деле.

3.3.3. Изменение радиусов кривых в плане воспринимается водителем дискретно. Точность различения закруглений определяется дорожными условиями, в частности, интенсивностью движения (табл. 3.2).

Таблица 3.2

3.3.4. Число классов на шкале восприятия кривых в плане зависит от сложности дорожных условий. Кривые, радиусы которых различаются на значение, меньшее порогового, относятся водителем к одному классу и воспринимаются как однозначные. Исходя из этого может быть сформулировано правило выбора параметров закруглений при проектировании или реконструкции дорог: при необходимости улучшения условий движения на кривых в плане малые изменения радиусов неэффективны. Радиусы должны быть увеличены настолько, чтобы были превышены пороговые значения и закругления могли быть отнесены при их значительном восприятии к другому классу, обеспечивающему более безопасное и комфортабельное движение. В противном случае эффект от увеличения радиуса кривой будет неощутим.

3.4. Влияние дорожных условий на утомление водителей

3.4.1. Субъективное ощущение человеком утомления - усталость зависит от эмоционального состояния. В напряженных условиях работы чувство усталости при одной и той же степени утомления меньше, чем при монотонной работе.

3.4.2. Наибольшая продолжительность работы водителя с оптимальной надежностью наблюдается при уровне загрузки дороги движением в пределах 0,1 - 0,3. Этот уровень обеспечивает и оптимальный уровень эмоционального напряжения водителя, при котором продуктивность работы восстанавливается незначительным волевым усилием.

3.4.3. На автомагистралях в целях снижения утомления водителя при любой работе следует предусматривать:

обеспечение оптимальной загрузки движением;

обеспечение психологической ясности трассы автомагистрали;

площадок для кратковременного отдыха водителей и пассажиров;

создание комплексов обслуживания с пунктами питания и отдыха;

обеспечение своевременной подачи водителю информации о дорожных условиях и рекомендуемых режимах движения.

3.5. Учет влияния дорожных условий на эмоциональное напряжение водителя

3.5.1. Под эмоциональным напряжением водителя понимают нервно-психическую напряженность, вызванную дорожными условиями. Уровень эмоционального напряжения определяет надежность работы водителя и безопасность движения.

3.5.2. Различают три основных состояния эмоционального напряжения: недогрузка, оптимальное напряжение и информационная перегрузка. Первое состояние характерно для монотонных условий движения, третье - для участков автомагистрали со сложными дорожными условиями, вызванными высокой интенсивностью движения или неудачными сочетаниями элементов плана и продольного профиля автомагистрали.

Чем сложнее дорожные условия, тем выше уровень эмоционального напряжения водителя. Переход в менее сложные дорожные условия, как правило, не отражается на надежности работы водителя. Наиболее опасно резкое возрастание сложности дорожных условий, например переход от монотонных условий работы к напряженным.

3.5.3. Для обеспечения наивысшей надежности работы и снижения утомления водителя продолжительность пребывания его в состоянии оптимального эмоционального напряжения должна быть более 80 %, в состоянии перегрузки - менее 5 %, а в состоянии информационной недогрузки - менее 15 %. Продолжительность непрерывного пребывания в состоянии эмоциональной перегрузки или недогрузки не должна превышать 2 - 4 мин в зависимости от интенсивности движения.

3.5.4. Особенности формирования эмоционального напряжения водителя определяют два основных требования к дороге по оптимальному уровню эмоционального напряжения и надежности работы водителя:

должно быть обеспечено прогнозирование изменения трассы дороги и всей дорожной обстановки. Психологически правильной можно считать только трассу, не содержащую неожиданностей для водителя и заблаговременно подсказывающую ему изменение направления движения. Это требование связано с выбором расстояний видимости, рациональных сочетаний элементов трассы в плане и продольном профиле, обеспечивающих зрительную ясность и пространственную плавность дороги;

сама дорога должна исключать возможность появления как монотонных, так и чрезмерно напряженных условий движения. Первое обеспечивается рациональным сочетанием элементов трассы и всей дороги с ландшафтом, а второе - обеспечением высокой пропускной способности, исключающей чрезмерно высокий уровень загрузки и напряженный режим движения.

3.6. Время реакции водителя

3.6.1. Время реакции отражает процесс восприятия водителем дорожной обстановки. Это основной показатель, позволяющий учесть психофизиологические возможности водителя при проектировании дорог.

3.6.2. Время реакции водителя на автомагистралях на ожидаемый сигнал находится и пределах 0,60 - 1,6 с. Время реакции на неожиданный сигнал зависит от возможного ускорения автомобиля-лидера:

Уровень обеспеченности, %                                                  15          50          85          95

Возможное ускорение торможения лидера, м/с²                5,5         3,4         2,4         1,5

Время реакции водителя, с                                                    1,35       1,9         2,6         3,7

3.6.3. Продолжительность движения по автомагистрали оказывает существенное влияние на время реакции водителя:

Продолжительность движения, ч        0,5               1,0             1,5              2,0             2,5

Время реакции, с                             1,6 ± 0,3     2,0 ± 0,3     2,3 ± 0,4     2,4 ± 0,4     2,5 ± 0,5

3.6.4. Расчетное время реакции водителя, принятое в СНиП II-Д.5-72, для всех категорий дорог равно 1,0 с. Для автомагистралей это значение можно применять лишь при условии гарантируемого обеспечения своевременного обнаружения водителем опасности. Мировая практика эксплуатации автомагистралей и отечественные исследования показывают, что для автомагистралей время реакции водителей нужно назначать из условия неожиданного возникновения опасности с ориентацией на ослабленное внимание водителей. Желательно, чтобы расчетное время реакции было не менее 2,5 с.

3.6.5. Возрастание стоимости строительства автомагистралей при увеличении расчетного времени реакции компенсируется главным образом за счет сокращения потерь от дорожно-транспортных происшествий. Экономически оправдано расчетное время реакции водителя на автомагистрали в равнинном рельефе 2,6 с, в пересеченном - 2,4 с. Это значение времени реакции, имеющее обеспеченность 85 %, рекомендуется принимать в качестве расчетного согласно п. 3.21 СНиП II-Д.5-72 при уклонах местности менее 30 ‰, т.е. в тех случаях, когда увеличение расчетного времени реакции и как следствие расстояний видимости радиуса вертикальных кривых не влечет за собой значительного увеличения объема земляных работ.

4. ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕМЕНТАМ ПЛАНА И ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ

4.1. Общие принципы трассирования автомагистралей

4.1.1. Трасса автомобильной магистрали на всем своем протяжении должна обеспечивать безопасность при высоких скоростях движения и пропуск потоков автомобилей без помех от местного и пересекающего движения. В этой связи к автомагистралям предъявляются более высокие требования по выбору и сочетанию элементов трассы, чем к двухполосным дорогам.

4.1.2. Трассу автомагистрали рекомендуется проектировать как плавную линию в пространстве. Элементы плана, продольного и поперечных профилей должны быть связаны между собой и с прилегающей местностью с учетом их влияния на условия движения и зрительное восприятие дороги. При проектировании плана, продольного и поперечных профилей необходимо учитывать удобство и безопасность движения, условия наименьшего ограничения скорости и недопущения ее резких изменений в любое время года, экономичность перевозок, а также удобство водоотвода, защиты дороги от снежных и песчаных заносов, гололеда, влияния порывов ветра, тумана и других неблагоприятных погодно-климатических факторов.

4.1.3. Трасса автомагистрали не должна на большом протяжении содержать элементы, соответствующие минимальным нормам, поскольку при этом не обеспечивается психологическая безопасность дороги. Использовать эти нормативы, согласно СНиП II-Д.5-72, п. 3.21, следует в исключительных случаях. Такие участки автомагистрали должны преодолеваться с расчетной скоростью не более чем за 2 - 3 мин (см. п. 3.5.3). Суммарная длина таких участков не должна превышать 15 % от общей длины автомагистрали.

4.1.4. Автомагистраль должна обеспечивать психологическую безопасность. Это связано с повышенными требованиями к зрительной ясности и плавности дороги. От проектировщика требуется пространственное представление о будущей дороге и о связи ее с окружающим ландшафтом. Недопустимо раздельное проектирование плана и продольного профиля автомагистрали, т.е. трассу сразу нужно проектировать как пространственную кривую. Увязка автомагистрали с ландшафтом окружающей местности и обеспечение зрительной ясности и плавности дороги - неотъемлемая часть обеспечения безопасности движения.

4.1.5. К автомагистрали предъявляются повышенные эстетические требования, которые распространяются не только на земляное полотно и элементы инженерного оборудования, но и на более широкую полосу местности, видимую с дороги. При проектировании необходимо бережно относиться к природе, сохранять природные формы ландшафта, растительность, водоемы. В отдельных случаях следует улучшать ландшафтный коридор за счет дополнительных посадок деревьев или прореживания небольших лесных массивов и открытия видов на озера и реки, красивые рощи и поля, необычные геологические обнажения и выходы скал, исторические и архитектурные памятники. Правильно запроектированная дорога может улучшать и разнообразить ландшафт, внося в него новые элементы. В степных районах дорога оживляет однообразный ландшафт благодаря посадке придорожных насаждений, устройству придорожных водоемов и озеленению берегов рек и озер.

4.1.6. При проектировании автомагистрали необходимо учитывать меры по охране окружающей среды, включающие бережное отношение к сельскохозяйственным, особенно высокопродуктивным, землям, лесным массивам, садам, ценным техническим культурам, к зонам отдыха и местам расположения лечебно-профилактических учреждений и санаториев; не допускается нарушать экологические, геологические, гидрогеологические и другие естественные условия.

Выбирать трассу автомагистрали нужно с учетом технических, экономических, эргономических, эстетических, экологических и других факторов.

Автомагистраль требует комплексного решения технических, экономических, эстетических и экологических вопросов. Она должна быть не только безопасной для движения, но и не причинять вреда землепользованию и окружающей среде. Для этого при проектировании следует соблюдать ряд взаимно связанных принципов:

обеспечение постоянной, оптимальной по значимости, эмоциональной напряженности водителей при движении по дороге;

обеспечение на всем протяжении дороги постоянной расчетной скорости;

проложение трассы дороги как единой плавной пространственной кривой с взаимно увязанными элементами;

увязка дороги и дорожных сооружений с окружающим ландшафтом; сохранение окружающей среды, в том числе склонов холмов, лесных массивов, ценных сельскохозяйственных угодий.

4.2. Расстояние видимости поверхности дороги

4.2.1. Обеспечение расстояний видимости поверхности дороги на автомагистралях проверяется на участках кривых в плане, на вершинах подъемов и в зоне транспортных развязок.

При определении расстояния видимости высота препятствия принимается равной 0,2 м. Расчетные значения коэффициента сцепления принимаются в зависимости от состояния покрытия и возможной скорости движения (см. гл. 9).

4.2.2. Особый случай - требование к расстоянию видимости на кривых в плане. На таких участках из-за опасности бокового заноса интенсивность торможения меньшая, чем на прямой. Кроме этого, необходимо учитывать неравномерность шероховатости покрытия под правым и левыми колесами автомобиля, возможность неожиданного порыва бокового ветра, появления гололеда. Поэтому на кривых в плане расчетное значение коэффициента продольного сцепления следует снижать на 20 %.

4.2.3. Времени, предоставляемого расчетным расстоянием видимости по СНиП II-Д.5-72, достаточно для водителя, предупрежденного об опасности и ожидающего ее, но работа в таком режиме является очень напряженной.

В этой связи расстояния видимости, рассчитанные с ориентацией на напряженную работу водителей и преодолеваемые с расчетной скоростью за 6 с или менее, следует рассматривать как минимально исключительные, т.е. их можно применять не повсеместно, а в исключительных случаях - при ……… обстоятельствах, если это не влечет за собой значительного увеличения объема земляных работ, расстояния видимости должны быть рассчитаны на время реакции водителя не ниже 85 % обеспеченности при неожиданном появлении опасности (см. ч. 3.6).

4.2.4. Расстояния видимости, рассчитанные на предельные возможности водителя и автомобиля, обеспечивают техническую безопасность движения. Психологическая безопасность на автомагистралях зависит от уверенности водителя в течение длительного времени выдерживать высокую скорость движения. Психологическая безопасность может быть обеспечена при расстояниях видимости, значительно превышающих необходимые из условия торможения. Это расстояние должно быть 600 - 700 м, и его следует выдерживать на большей части длины автомагистрали.

Участки с ограниченной видимостью должны преодолеваться с расчетной скоростью движения не менее чем за 10 с. Эти расстояния превышают минимально исключительные. Они обеспечивают расчетное время реакции водителя 2,5 с и могут рассматриваться как допустимые при проектировании автомагистралей.

4.2.5. В зависимости от сложности рельефа расстояние видимости поверхности дороги при проектировании автомагистрали везде, где это не вызывает удорожания, рекомендуется выбирать с учетом скорости движения автомобилей (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Примечание. В связи с отличием от требований СНиПа рекомендации можно применять при технико-экономическом обосновании.

4.3. Ограничение длин прямых

4.3.1. Задачи повышения безопасности движения на автомагистралях связаны с устранением причин, вызывающих монотонность движения. Наибольшую опасность в этом отношении представляют длинные прямые, на которых надежность работы водителей значительно ниже, чем на криволинейных участках.

4.3.2. С точки зрения безопасности движения опасна не только возможность ослепления водителей светом фар встречных автомобилей, но и продолжительность движения по прямой. Транспортный поток имеет скорость значительно меньшую, чем одиночный автомобиль, и преодолевает прямую за более продолжительное время. Предельная продолжительность движения в потоке малой интенсивности по прямой на автомагистрали установлена 1,5 - 3,0 мин в зависимости от плотности транспортного потока. При более трудных условиях движения допускается большая длина прямой:

Бóльшие значения длин прямых рекомендуется использовать при преимущественном легковом движении, меньшие - при грузовом.

4.3.3. При проектировании трассы автомагистрали необходимо ограничивать не только длины прямых участков, но и их число. Две прямые, разделенные одной короткой кривой в плане, воспринимаются как единый монотонный участок дороги. Исключить ощущение монотонности можно лишь разделением длинных прямых участком с криволинейной трассой. Длина такого участка определяется продолжительностью адаптации водителя к новым условиям движения, отвыканием от предыдущего монотонного участка. Продолжительность адаптации должна быть более 2,5 - 3 мин. Из этих условий длину извилистого участка, разделяющего длинные прямые, следует назначать более 6 - 8 км. В целом же общая длина участков не должна превышать 20 % от всей протяженности дороги.

4.3.4. Ограничение длин прямых и увеличение извилистости трассы не должно быть формальным. Причину появления угла поворота следует не только оправдывать с инженерных позиций, но и обеспечивать, чтобы она была понятной и логичной для водителей и пассажиров. Такими причинами служат: сохранение архитектурных и исторических памятников, ценных сельскохозяйственных угодий, грунтово-геологические условия, к которым относятся участки поверхностного заболачивания, места с необеспеченным стоком, участки избыточного засоления. Существенны требования охраны окружающей среды - сохранение ценных земель, лесов и рощ, малых лесных массивов в малолесных степных районах, форм рельефа, определяющих поверхностный сток. Обязательным является обход населенных пунктов. Кроме указанных причин, с точки зрения трассирования автомагистралей важны вопросы обеспечения безопасности движения, связанные с учетом погодно-климатических условий. К ним относится выявление участков местности с частым образованием туманов, гололеда.

4.3.5. 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 выделяющиеся формы рельефа (холмы, низины, овраги), растительность, водоемы и водотоки, населенные пункты, в том числе хутора и сооружения, имеющие культурную или историческую ценность. Если же причину искривления трассы зрительно определить сложно, необходимо за счет посадок растительности сделать эту причину подчеркнуто убедительной. Изменения направления трассы выглядят логичными и будут экономически целесообразными, если дорога протрассирована по границам элементов рельефа с учетом рельефных форм архитектурно-ландшафтного бассейна и требований охраны окружающей среды.

4.4. Радиусы кривых в плане

4.4.1. Для автомагистралей радиусы кривых в плане там, где это возможно, рекомендуется принимать 3000 м и более. Радиус кривой в плане должен обеспечивать зрительную плавность дороги и увязку ее с окружающим ландшафтом (см. гл. 5).

4.4.2. В сложных условиях при необходимости уменьшения радиуса кривой в плане минимальный радиус рассчитывается по уравнению устойчивости автомобиля, движущегося по криволинейной траектории [см. формулу (6.9)].

4.4.3. Коэффициент μ при расчете радиуса кривой в плане можно рассматривать не только как используемую часть коэффициента сцепления, но и как характеристику комфортабельности движения. Установлено, что при μ < 0,1 поперечная (центробежная) сила практически не ощущается пассажирами и водителем.

4.4.4. При выборе поперечного уклона на кривой необходимо учитывать, что трасса автомагистрали на большем протяжении криволинейна, а проезжая часть из условия водоотвода должна иметь поперечный уклон, направленный к бровке земляного полотна. Это означает, что в формулу (6.9) величину i_в нужно вводить с минусом.

4.4.5. В случае если по местным условиям необходимо вписать кривую в плане малого радиуса, размер его можно выбрать с учетом виража. Уклон виража рекомендуется принимать для районов без снежного покрова от 20 до 60 ‰, а в остальных случаях - до 40 ‰. При расположении кривой в плане на участке с продольным уклоном необходимо проверять устойчивость автомобиля по направлению косого уклона, значение которого при скорости движения 120 км/ч не должно превышать 60 ‰. В районах без снежного покрова и при отсутствии опасности гололеда косой уклон может быть увеличен до 100 ‰. Минимальные радиусы кривых в плане с учетом уклона виража приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2

4.4.6. Водители и пассажиры воспринимают изменение дорожных условий не непрерывно, а дискретно. Изменение радиуса кривой в плане ощущается только в том случае, если изменение поперечной (центробежной) силы и видимой кривизны поворота дороги изменяется на значение, большее порогового. В пределах одного класса (см. пп. 3.3, 3.4) кривые воспринимаются как однозначные. Для уровней загрузки движением, характерных для автомагистралей, эти классы имеют следующие границы: до 2000, 2000 - 1200, 1200 - 800, 800 - 600 м.

Водитель не ощутит разницы в условиях движения на закруглениях, радиусы которых находятся в пределах одного класса. Для улучшения условий движения необходимо увеличить радиус кривой так, чтобы он вошел в следующий класс.

4.4.7. Для автомагистралей рекомендуется применять два класса кривых в плане: повсеместно, где это возможно согласно п. 3.21 СНиП II.Д-5.72 с радиусом более 3000 м; в сложных условиях с радиусом 2000 - 1200 м; в исключительных случаях с радиусом 1000 м.

4.5. Требования к параметрам вертикальных кривых

4.5.1. Радиусы вертикальных кривых определяют не только объем земляных работ при строительстве дороги, но безопасность движения по ней и ее зрительную ясность и плавность. Минимальный радиус выпуклой вертикальной кривой рассчитывают исходя из условия обеспечения необходимого расстояния видимости поверхности дороги.

В СНиП II.Д-5.72 даны минимальные расстояния видимости поверхности дороги, обеспечивающие время реакции водителя 1,0 с. Время такой реакции может иметь обеспеченность, близкую к 85 %, лишь при гарантии исключения неожиданного появления сигнала; оно предполагает напряженную работу водителя. Такие условия могут быть допущены на участках дорог, где сама планировка, дорожно-транспортная ситуация требуют от водителя только напряженной работы, например на съездах транспортных развязок. При этом такие условия движения могут распространяться только на съезды, но не на саму автомагистраль.

4.5.2. С учетом требований, предъявляемых к расстояниям видимости, для обеспечения психологической безопасности дороги минимальные радиусы вертикальных кривых рекомендуется выбирать согласно табл. 4.3.

Таблица 4.3

4.5.3. Увеличение радиусов вертикальных кривых улучшает зрительную ясность и плавность дороги. Зрительная плавность дороги, на которой совмещены вертикальные и горизонтальные кривые, обеспечивается при соотношении

R_v : R_p > 8,

где R_v - радиус вертикальной выпуклой кривой;

R_p - радиус кривой в плане.

4.5.4. Выбор радиусов вертикальных вогнутых кривых обычно связывают только с дополнительными перегрузками, возникающими при движении по ним. Но для обеспечения зрительной плавности дороги, особенно на участках совмещения вогнутой вертикальной и горизонтальной кривых, радиус вогнутой кривой должен быть увеличен по сравнению с минимально допустимым из условия ограничения перегрузки. Должно быть выдержано соотношение

R_В : R_p > 5,

где R_B - радиус вогнутой вертикальной кривой.

4.5.5. Учитывая, что радиусы кривых в плане играют очень важную роль в обеспечении технической и психологической безопасности автомагистрали, радиус вогнутой вертикальной кривой следует рассчитывать в увязке с радиусом горизонтальной кривой:

,

где R_p следует выбирать согласно пп. 4.4.6 и 4.4.7.

При этом R_B не должно быть меньше указанного в СНиП II-Д.5-72 для соответствующих скоростей движения.

4.5.6. Принятые радиусы вертикальных кривых должны не только удовлетворять требованиям безопасности движения, но и обеспечивать зрительную ясность и плавность дороги. С этой целью на участках дороги, в продольном профиле которых имеются сопрягающиеся вогнутые и выпуклые кривые, необходимо проверять обеспечение зрительной плавности согласно п. 5.1 и исключать возможность появления непросматриваемых зон в пределах необходимого расстояния видимости направления дороги.

5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗРИТЕЛЬНОЙ ПЛАВНОСТИ АВТОМАГИСТРАЛЕЙ

5.1. Критерии зрительной плавности дороги

5.1.1. Под зрительной плавностью дороги понимают отсутствие в перспективе дороги резких переходов между отдельными элементами трассы и переломов линий, образующих перспективное изображение дороги. Ощущение зрительной плавности дороги достигается только в случае, если соблюдается соотношение видимых поперечных размеров проезжей части и земляного полотна и видимой кривизны ведущей линии изображения.

Под зрительной ясностью дороги понимают отсутствие зрительных искажений отдельных участков в перспективе дороги и ясность в направлении дороги на расстояниях, исключающих неожиданное для водителя изменение дорожных условий. Видимые участки дороги и придорожной полосы должны заблаговременно сигнализировать водителю о последующем изменении направления.

5.1.2. Необходимое условие обеспечения плавности трассы - непрерывное и плавное изменение кривизны трассы, исключающее за счет применения переходных кривых появление скачкообразных изменений кривизны пространственной линии (закон непрерывности). Важная особенность движения автомобиля - нарастание центробежного ускорения при переходе с прямой на кривую в плане.

Для обеспечения зрительной плавности дороги нарастание центробежного ускорения должно быть значительно меньшим, чем допускаемое из условия комфортабельного движения по кривой.

Критерии зрительной плавности связаны с характеристиками зрительного восприятия - угловыми размерами изображения, плотностью объектов и фоном, на котором они воспринимаются. Видимым угловым размером отрезка линии называют угол, образованный линиями, проведенными от глаза к концам этот отрезка. Видимые угловые размеры элементов изображения дороги в картинной плоскости определяются отношением размеров изображения к расстоянию до картинной плоскости от наблюдателя и выражаемым в радианах или угловых минутах, т.е. в угловой мере.

5.1.3. При зрительной оценке плавности дороги ведущей линией, по которой рассчитывают характеристики видимого изображения дороги, служит внутренняя кромка проезжей части, если оценивается поворот дороги в плане, а при оценке участка с переломами в продольном профиле и прямым в плане - ближайшая к наблюдателю линия. Линия, на которой стоит наблюдатель, в расчет не принимается.

5.1.4. Для приближения к реальным условиям восприятия при визуальной оценке зрительной плавности перспективного изображения дороги, необходимо вычерчивать изображения не одной ведущей линии, а всей дороги.

Субъективная плавность одной и той же линии в зависимости от того, предъявляется она одна или в составе изображения дороги, не одинакова: воспринимаемая как плавная в перспективном изображении дороги при одиночном предъявлении линия вызывает ощущение резкой кривой. Вероятность возникновения ощущения плавного поворота дороги зависит не только от видимого радиуса кривизны ведущей линии, но и от дополнительных линий и признаков. Зрительная плавность дороги улучшается при наличии виража, разметки проезжей части, средств зрительного ориентирования, элементов ландшафта и дорожной обстановки, облегчающих восприятие глубины пространства. Видимые угловые размеры радиусов кривизны ведущей линии в плоскости перспективы или на сетчатке глаза, вызывающие различные ощущения плавности, приведены в табл. 5.1. Эти показатели используются при оценке зрительной плавности автомагистралей.

Таблица 5.1

5.1.5. Одной характеристики кривизны для оценки зрительной плавности дороги недостаточно.

Для пространственных кривых одинакового радиуса видимая кривизна линии зависит от расстояния от наблюдателя до начала кривой. В общем случае для пространственных кривых любых радиусов видимая кривизна линий определяется расстоянием от наблюдателя до точки касания луча зрения к кромке кривой. Перспективные изображения разных участков дороги могут иметь одинаковую кривизну ведущей линии, но вызывать разные зрительные ощущения. Объясняется это тем, что при зрительном восприятии изображения дороги ощущение плавности определяется не только кривизной линий, но и соответствием в одном поперечном сечении видимых размеров элементов дороги.

5.1.6. Соотношение между максимальной кривизной ведущей линии перспективы и видимой шириной проезжей части, при которых возникают ощущения плавного поворота Пл, резкого поворота Рп или излома Из, представлены на рис. 5.1. Пороговые значения этих соотношений (все возможные сочетания кривизны линий и видимых размеров проезжей части на закруглениях в плане) делят на три области, вызывающие зрительное ощущение плавного, резкого поворота и излома. Знание этого соотношения для реального дорожного закругления позволяет с надежностью не менее 85 % определить его зрительную плавность. Это соотношение следует рассматривать как качественный критерий плавности.

5.1.7. Более общая характеристика зрительной плавности кривой - связь между длиной дуги и радиусами кривизны в ее концах. Этот показатель, учитывая его однозначную связь со зрительным ощущением плавности кривой, называют параметром видимой кривой и определяют в картинной плоскости как произведение длины L_α кривой от ее начала до экстремальной точки и радиуса R_{α э} кривизны в этой точке, т.е.

,                                                                 (5.1)

где L_α и R_{α э} - длина кривой и радиус кривизны, размеры которых выражены в угловой мере. Имеется связь между зрительным ощущением плавности закругления дороги и параметром ведущей линии в картинной плоскости (рис. 5.2).

Рис. 5.1. Соотношение кривизны R_{α э} ведущей линии с видимой шириной B_{α э} проезжей части в экстремальной точке дороги, обеспечивающих зрительную плавность дороги

Рис. 5.2. Схема расположения на кривой экстремальной точки (еxtr) и начала кривой (а) и пороги восприятия (б):

1 - излома; 2 - плавных линий; S - расстояние от глаза водителя до картинной плоскости; Р_к - параметр видимой кривой; Об - обеспеченность

5.1.8. При расчете параметра Р_к важно правильно определить положение начала и конца кривой L_k. При этом необходимо учитывать особенность зрительного восприятия кривизны линий.

Дуга кривой воспринимается как отрезок прямой линии при условии, что при ее видимом угловом размере в 1° угол между касательными в ее концах составляет в среднем менее 2,5°. Если же дуга сопряжена с прямой, то начало кривой воспринимается в точке, в которой касательная с направлением прямой образует угол, больший 2°. При сопряжении кривых с разной скоростью нарастания кривизны точка их сопряжения зрительно ощущается в том случае, если скорость нарастания кривизны этих кривых различается более чем в 2 раза.

5.1.9. При оценке зрительной плавности дороги за начало кривой в картинной плоскости следует принимать точки: при сопряжении прямой и переходной или круговой кривой на прямолинейном продольном профиле - действительное положительное начало кривой; на криволинейном продольном профиле, исключающем появление в картинной плоскости прямой в ведущей линии - точку, где кривизна линии (при расстоянии от наблюдателя до картинной плоскости, равном 1 м) более 0,8 м^-1. Эти показатели необходимы при выполнении анализа плавности дороги с применением ЭВМ.

5.1.10. Три показателя - радиус кривизны в экстремальной точке, угловые размеры ширины проезжей части в этой точке и параметр видимой кривой - надежные критерии зрительной плавности дорожного закругления. Качественная оценка зрительной плавности дороги требует расчета радиуса кривизны в экстремальной точке и видимых угловых размеров ширины проезжей части в этой же точке, а количественная оценка - расчета параметра видимой кривой в ведущей линии.

5.1.11. Зрительная плавность автомагистралей часто нарушается не только неудачно выбранными параметрами закругления в плане, но и сочетаниями элементов продольного профиля. Наиболее опасны в этом отношении прямые вставки. Чем больше длина прямой вставки между двумя вертикальными кривыми, тем зрительно жестче становится дорога. Это особенно заметно при наличии длинных прямых в плане трассы.

Рис. 5.3. Допустимая длина L прямой вставки между двумя кривыми с радиусом R в продольном профиле.

Цифрами на кривых показан продольный уклон

5.1.12. Ощущение нарушения зрительной плавности, связанное с присутствием прямой линии в перспективном изображении дороги, определяется соотношением видимой кривизны участков вертикальных кривых и видимых размеров прямой. Чем больше радиус вертикальных кривых, тем большей может быть прямая вставка, не нарушающая при этом зрительную плавность дороги.

5.1.13. Ведущий участок при зрительном восприятии прямой в продольном профиле - вогнутая кривая.

5.1.14. Для прямого в плане участка дороги допустимая длина прямой вставки между вертикальными вогнутыми и выпуклыми кривыми, не нарушающая зрительной плавности дороги, может быть определена по графику (рис. 5.3).

5.1.15. Для участка дороги с переломом в продольном профиле, расположенном на кривой в плане, длина прямой вставки может быть увеличена при условии, что она полностью будет совмещена с кривой в плане.

5.1.16. В трассе автомагистрали следует избегать пространственной прямой, которая получается при совмещении прямой в плане и в продольном профиле Нежелательно совмещение даже короткой прямой вставки в продольном профиле с прямой в плане. Наилучшие результаты достигаются при клотоидном трассировании, исключающем появление прямых в плане трассы. В этом случае длину прямой вставки в продольном профиле можно не ограничивать при параметрах клотоид на участке (где эта прямая расположена) меньших максимальных (A_max < 1200 м).

5.2. Определение экстремальных точек в перспективном изображении дороги

5.2.1. При оценке зрительной плавности дороги с использованием критериев плавности, приведенных в п. 5.1, необходимо знать положение точки на перспективном изображении дороги, в которой следует определять радиус кривизны ведущей линии и видимую ширину проезжей части. Эти характеристики изображения определяют зрительную плавность дороги.

На трассе существуют точки, обеспечение зрительной плавности дороги с которых наиболее сложно. Точки, в которых определяются характеристики зрительной плавности, и точки, с которых оценивается зрительная ясность дороги, называются экстремальными.

5.2.2. При восприятии закругления дороги в реальных условиях экстремальную точку можно видеть только на внутренней кромке проезжей части или бровке земляного полотна. Однако в связи с тем, что бровка не всегда различима на фоне откосов насыпи, в поле зрения водителя имеется лишь одна линия с экстремальной точкой - внутренняя кромка проезжей части. Эта линия и является ведущей при оценке плавности перспективного изображения дороги.

5.2.3. В плоскости перспективы дуга окружности выглядит как дуга эллипса, положение точки с максимальной кривизной на которой зависит от взаимного расположения в пространстве реальной кривой и точки, с которой эта кривая рассматривается. Экстремум проявится только в том случае, если наблюдатель окажется с внешней стороны линии. В плоскости перспективы наибольшая кривизна будет в точке кривой, в которой луч зрения касается видимой кривой.

5.2.4. Положение экстремальной точки вычисляют из условия реального восприятия через удаленность наблюдателя от начала закругления, радиус кривой и удаление водителя от внутренней кромки проезжей части:

S_э = S + 2l                                                                    (5.2)

при ,                                (5.3)

где S_э - расстояние от наблюдателя до экстремальной точки при заданном S;

S - расстояние от наблюдателя до начала закругления, а в формуле (5.3) - до начала переходной кривой согласно п. 5.2.6, равное 50 м;

2l - расстояние от начала кривой до экстремальной точки;

b - удаление водителя от внутренней кромки проезжей части;

R - радиус кривой.

Формула (5.2) пригодна и для оценки зрительной плавности участка дороги, не имеющего в закруглении переходной кривой.

Для клотоидной трассы и закругления с переходной кривой:

Р = -0,75S²;                                                                 (5.4)

q = 0,25S² - 3b_ЛA²;                                                      (5.5)

Q = (P : 3)³ + (0,5q)²;                                                  (5.6)

;                              (5.7)

2l = у - 0,5S; S_э = S + 2l_к,                                            (5.8)

где S - расстояние от наблюдателя до начала закругления;

b_Л - удаление наблюдателя от ведущей линии;

А - параметр клотоиды;

l_k - длина клотоиды от начала кривой до экстремальной точки.

5.2.5. Участок автомагистрали с правильно выбранными сочетаниями элементов плана и продольного профиля воспринимается как зрительно плавный с любого расстояния, если высота глаз водителя над поверхностью рассматриваемой кривой не уменьшается. В связи с этим расстояние, с которого следует оценивать зрительную плавность дороги, особого значения не имеет. В данном случае целесообразно ориентироваться на традиции, сложившиеся в ландшафтном проектировании.

Большая часть рекомендаций по выбору рациональных сочетаний элементов автомагистрали установлена при анализе перспективного изображения дороги с удалением наблюдателя от начала закругления на 50 м. Для такого же удаления рассчитан и график (см. рис. 5.2). Исходя из этого для вычислений по формулам (5.2) - (5.8) рекомендуется S = 50 м.

Радиусы вертикальных вогнутых и выпуклых кривых на автомагистралях имеют большие значения, поэтому на длине 50 м изменение высоты глаз водителя над поверхностью дороги при наличии вертикальных кривых незначительно (менее 0,1 м), что дает возможность во всех случаях использовать критерии зрительной плавности автомагистрали, приведенные в пп. 5.1.8, 5.1.9, 5.2.4.

5.2.6. Зрительная ясность автомагистрали должна быть обеспечена на возможно большем расстоянии. Это в первую очередь относится к участкам с выпуклыми вертикальными кривыми. Согласно требованиям к расстояниям видимости с позиции обеспечения психологической безопасности дороги и оптимального эмоционального напряжения водителя (п. 4.2.7) наименьшее расстояние, с которого должна быть обеспечена зрительная ясность дороги, должно преодолеваться с расчетной скоростью движения не менее чем за 10 с. С этих же позиций видимость направления автомагистрали должна быть обеспечена на расстоянии более 1500 м. При этом следует стремиться, чтобы ограничение видимости направления дороги менее 1500 м в равнинной и слабопересеченной местности по продолжительности не превышало 10 - 15 с при расчетной скорости движения.

5.2.7. Правила выбора параметров геологических элементов дороги и их сочетаний, обеспечивающих зрительную плавность, изложены в книге В.Ф. Бабкова «Ландшафтное проектирование автомобильных дорог» [1] и в ВСН 18-74 Минавтодор РСФСР [11].

5.3. Клотоидное трассирование

5.3.1. На двухполосных автомобильных дорогах переходные кривые выполняют вспомогательную роль - с их помощью сопрягаются прямые и круговые кривые. Длина таких переходных кривых рассчитывается из условия плавного нарастания центробежного ускорения и для кривых радиусом 1000 м не превышает 50 м.

На автомагистралях переходные кривые служат основными элементами трассы, часто заменяя не только прямые, но и круговые кривые. Параметры переходных кривых не рассчитываются, а выбираются с ориентацией на возможности и особенности восприятия водителем и пассажирами перспективного изображения дороги. Эти кривые называют эстетическими и основное условие их выбора - обеспечение зрительной плавности дороги и устранение монотонности движения. Длины переходных кривых на автомагистралях должны превышать длины кривых, рассчитанных только с ориентацией на допустимую скорость нарастания центробежного ускорения.

5.3.2. Для закруглений с радиусами кривизны более 1000 м различия в очертаниях переходных кривых, имеющих уравнение клотоиды, параболы или составленных из дуг окружности, несущественны. Поэтому при трассировании автомагистрали можно использовать любую из переходных кривых, отвечающую условию плавного изменения кривизны линии по всей ее длине. Это обстоятельство позволило развить существующие методы проектирования трассы дороги и применить так называемые сплайн-линии - плавные линии свободных очертаний, укладываемые на плане местности в пределах ширины полосы варьирования с учетом рельефа и охраны среды. Координаты этой линии рассчитывают на ЭВМ, опираясь на заданные характеристики по максимальной кривизне линии и скорости ее нарастания, с использованием цифровой модели местности. Параметры клотоид () выбирают из условия обеспечения безопасности движения, психологической уверенности водителя и обеспечения зрительной плавности дороги.

5.3.3. С точки зрения безопасности движения криволинейная трасса, частным случаем которой является клотоидная трасса, помимо исключения опасности ослепления водителя светом фар встречного автомобиля, имеет еще одно преимущество перед прямолинейной - обеспечение возможности оценки водителем расстояний до встречных и попутных автомобилей и их скоростей движения. Это преимущество обеспечивается наличием в относительном перемещении автомобилей тангенциальной составляющей. Размер этой составляющей определяется кривизной трассы - чем ближе трасса к прямолинейной, тем эта составляющая меньше.

5.3.4. Предельное значение тангенциальной составляющей, обеспечивающее восприятие скорости автомобилей и расстояний на автомагистралях, определяет требования к минимальной кривизне трассы и к максимальным параметрам A клотоид (в метрах):

При различении движения автомобиля                                               A_max ≤ 1200

Для оценки скорости движения попутных автомобилей                  A_реком = 100 ÷ 1100

Условия восприятия движения автомобилей и расстояний до них при А > 1200 м не отличается от условий на прямолинейной трассе.

5.3.5. Минимальный параметр клотоиды выбирается из условия обеспечения зрительной плавности дороги. Установлено, что зрительная плавность поворота дороги может быть улучшена введением переходной кривой только в случае, если угол между осью абсцисс и касательной к точке сопряжения переходной к круговой кривой превышает 3°. Кроме этого, длина большого тангенса переходной кривой из условия обеспечения зрительной плавности дороги должна быть не менее 100 м. С учетом этих требований минимальные параметры клотоид для разных скоростей движения имеют следующие значения:

Расчетная скорость, км/ч                                                        100            120           140

Минимальный параметр А, м                                                 260            390           517

Для проектирования клотоидной трассы при расчетной скорости движения 120 км/ч рекомендуется A = 390 ÷ 1200 м, а при 140 км/ч - A = 517 ÷ 1200 м.

5.3.6. Клотоидное трассирование предполагает использование не только переходных кривых, но прямых и круговых кривых. При этом необходимо соблюдать следующие условия:

протяженность участков, протрассированных прямыми, не должна превышать 20 % от общей длины дороги, включая и квазипрямые - начальные участки переходных кривых с отклонениями от тангенса менее чем на 0,25 м;

длины прямых и разделяющих их криволинейных участков должны исключать опасность появления монотонных условий движения и должны назначаться: а) для прямых из условия их преодоления со скоростью, соответствующей интенсивности движения 5 %-ной обеспеченности не более чем за 1,5 - 3,5 мин в зависимости от состава транспортного потока, согласно п. 4.2.4; б) для криволинейных участков - преодоление не менее чем за 3 мин с расчетной скоростью движения согласно п. 4.2.6;

общая длина криволинейных участков должна быть не менее 80 % от всей длины дороги, а на долю переходных кривых должно приходиться более 30 % от всей длины дороги;

применение прямых в равнинной степной местности со слабовыраженными формами рельефа логически оправдано, но при этом необходимо ограничивать их длину. В таком рельефе общая протяженность прямых может достигать 50 %. В пересеченном рельефе или при долинном ходе прямые могут быть вообще устранены и заменены переходными или круговыми кривыми радиусом более 4000 м;

при прокладке трассы автомагистрали целесообразно пользоваться гибкими упругими линейками, позволяющими на заданной полосе варьирования получить плавную линию. Эта линия затем должна быть апроксимирована с помощью шаблонов переходными и круговыми кривыми.

5.3.7. При клотоидном трассировании из-за того, что трасса автомагистрали на большем своем протяжении криволинейна, усложняется устройство виража и водоотвода.

С точки зрения технической безопасности движения виражи необходимы на кривых радиусом до 1500 м при скорости 120 км/ч, а при 140 км/ч - до 2000 м. Однако для обеспечения психологической безопасности и зрительной плавности виражи необходимы и при больших радиусах. Практика эксплуатации автомагистралей показывает целесообразность виражей на кривых радиусами до 3000 м. Уклон виража в таких случаях выбирается лишь из условия обеспечения водоотвода.

5.3.8. При клотоидном трассировании вираж следует проектировать лишь на участках с радиусом кривизны менее 3000 м. На остальной части клотоиды применяется двускатный поперечный профиль, поскольку при радиусе кривизны более 3000 м устойчивость автомобиля обеспечивается на обеих сторонах двускатного профиля.

5.3.9. В зависимости от местных условий проложения трассы автомагистрали возможны различные способы устройства виража (см. п. 6.1). Основным остается способ, сохраняющий неизменным положение осей проезжих частей и вращения вокруг них проезжих частей вместе с обочинами. Здесь меняется поперечный профиль разделительной полосы, но с этим приходится мириться, поскольку данный способ позволяет решить водоотвод с внешней проезжей части (лоток устраивается на разделительной полосе), а дополнительные уклоны, вызванные отгоном виража, меньше, чем при других способах.

5.3.10. По соображениям безопасности движения обочинам придается тот же уклон, что и проезжим частям. Грунтовая часть внешней обочины должна иметь круглые очертания с переходом в ее середине к обратному (по сравнению с виражами) уклону. Это необходимо для предотвращения попадания на проезжую часть грязи во время дождя. Данное требование выполняется автоматически при округлении бровки земляного полотна автомагистрали.

5.3.11. Длину отгона виража на автомагистралях выбирают из условия, чтобы дополнительный продольный уклон был не более 3 - 5 ‰. Это обеспечивается на длине отгона 80 - 440 м, а сам участок отгона виража располагается между точкой с радиусом кривизны 4000 - 6000 м и основной кривой.

5.4. Рациональные сочетания элементов плана трассы

5.4.1. Для автомагистралей выбор параметров трассы с ориентацией только на обеспечение технической безопасности движения не гарантирует зрительную ясность и плавность дороги, удобство и безопасность движения. Объяснение этому следует искать не в недостатках действующих норм, а в неудачном выборе и сочетании элементов трассы.

Опытом установлены рациональные сочетания элементов трассы, облегчающие решение задачи обеспечения зрительной ясности и психологической безопасности автомагистрали.

5.4.2. Одно из основных требований, которому должна удовлетворять трасса автомагистрали - обеспечение постоянного скоростного режима транспортного потока. Коэффициент безопасности на автомагистрали должен быть более 0,8. Это требование может удовлетворяться, если радиусы сопрягающихся круговых кривых в плане или параметры сопрягающихся клотоид различаются не более чем в 1,5 раза, т.е. если R₁ : R₂ ≤ 1 : 1,5 и A₁ : A₂ ≤ 1 : 1,5.

5.4.3. Опасность для движения по кривым в плане, расположенных после длинных прямых, резко увеличивается, если продолжительность движения по прямой более 1,5 - 3,5 мин (см. п. 4.3). В таких случаях кривая в плане должна быть рассчитана на скорость движения как минимум на 20 км/ч большую, чем расчетная скорость для предшествующего участка:

Расчетная скорость движения, км/ч                                                       100    120       140

Минимальный радиус кривой после прямой длиной более 2 км, м   1500  2000     2500

5.4.4. Между сопрягающимися круговыми кривыми необходимо иметь прямую вставку, достаточную для размещения на ней двух переходных кривых. При этом следует учитывать, что параметры этих переходных кривых значительно превышают минимальные, рассчитанные из условия ограничения нарастания поперечного ускорения, и выбираются с ориентацией на обеспечение зрительной плавности дороги. Рекомендуется выбирать параметр клотоид из условия R : 3 < А < R. Кроме этого, параметр клотоиды должен находиться согласно п. 4.4 в пределах A_min < A < A_max. Если R : 3 < A_min, то принимается A > A_min.

…для размещения двух переходных кривых потребуется прямая вставка, длина которой (в метрах) удовлетворяет условию

2v ≤ L_вст < 10v,

где v - расчетная скорость движения, км/ч.

5.4.5. При использовании переходной кривой в качестве вспомогательного элемента длина должна быть более 1/2 - 2/3 от длины основной круговой кривой, а угол, образованный осью абсцисс к касательной в конце переходной кривой, должен быть более 3°.

5.4.6. При клотоидном трассировании параметры смежных клотоид не должны сильно различаться. Следует стремиться, чтобы сопрягаемые клотоиды имели одинаковые параметры. Если обеспечить это не удается, параметры смежных клотоид выбираются из условия А₁ : A₂ ≤ 1,5.

5.4.7. Обеспечить зрительную плавность дороги при углах поворота менее 5° очень трудно, поэтому следует избегать поворотов трассы с такими углами. При невозможности устранения такого угла закругление следует проектировать с использованием круговых кривых большого радиуса или двух симметричных переходных кривых:

Малый угол поворота                                      1°         2°       3°       4°       5°        6°       7°

Минимальный радиус круговой кривой, м   13000   8500  6000  3500   2500   2200                                                                           2000

Минимальный параметр клотоиды A_min, м   1200     1200  1200  1000   800     700    600

6. УЧЕТ ПОГОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРИ НАЗНАЧЕНИИ ПАРАМЕТРОВ И ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМАГИСТРАЛЕЙ

6.1. Общие положения

6.1.1. Погодно-климатические условия включают в себя метеорологические явления и факторы, которые оказывают существенное влияние на: состояние дороги, автомобиля и водителя; взаимодействие автомобиля с дорогой; восприятие водителем дороги и окружающей обстановки; режим и безопасность движения транспортных потоков. К метеорологическим явлениям, создающим неблагоприятные условия движения, относятся высокая и низкая температуры воздуха, твердые, жидкие и смешанные осадки, метель, гололед, туман и ветер. Каждое метеорологическое явление характеризуется частотой или вероятностью появления, интенсивностью и продолжительностью. С увеличением интенсивности явления условия движения на дороге ухудшаются, снижается скорость движения, возникают заторы, растет число дорожно-транспортных происшествий.

6.1.2. Наиболее неблагоприятен для движения зимний период, когда трудные или очень трудные условия могут сложиться под влиянием семи метеорологических элементов - метели, гололеда, снегопада, тумана, ветра, низкой температуры и высокой относительной влажности воздуха - и их сочетаний. Весной и осенью такие условия могут быть под влиянием шести метеорологических элементов - гололеда, дождя, тумана, ветра, отрицательной температуры и высокой влажности воздуха. Летом лишь четыре метеоэлемента могут создать трудные и очень трудные условия движения - дождь, туман, ветер, высокая температура воздуха.

Число дней в году с неблагоприятными для движения метеорологическими условиями колеблется по территории страны от 170 до 260.

6.1.3. Автомагистрали предназначены для непрерывного пропуска интенсивных транспортных потоков с высокими скоростями и безопасностью движения в любое время года. Поэтому их параметры и характеристики должны быть назначены и обоснованы исходя из условий обеспечения удобных и безопасных условий движения прежде всего в зимний и осенне-весенние периоды с учетом вероятности появления, длительности и интенсивности метеорологических явлений, характеризующих климат района проложения дороги.

6.1.4. При проектировании дорог для предотвращения или ослабления влияния погодно-климатических факторов на условия движения имеются два принципиальных подхода. Первый заключается в выборе таких геометрических параметров плана, продольного и поперечного профилей, транспортно-эксплуатационных характеристик, конструктивных и организационных решений по защите поверхности дороги и транспортного потока от воздействия погодно-климатических факторов, которые обеспечивают требуемый уровень удобства и безопасности движения в любое время года и в любых условиях погоды и снижают затраты на содержание дороги. Этот подход - основной, наиболее эффективный. Второй подход заключается в значительном увеличении мощности службы содержания дороги до уровня, обеспечивающего условия движения, идентичные условиям движения при отсутствии неблагоприятных метеорологических факторов. В большинстве случаев этот путь оказывается экономически нецелесообразным.

6.1.5. Проект автомобильной магистрали должен включать в себя комплекс проектных решений и мероприятий, позволяющих сохранить принятый уровень обеспеченности расчетной скорости в неблагоприятных метеорологических условиях. В состав этих решений и мероприятий входят:

проложение трассы на каждом участке местности с учетом возможного неблагоприятного воздействия метеорологических факторов;

выбор и назначение параметров продольного и поперечного профилей, краевых полос, укрепленных обочин, а также размеров и форм разделительной полосы;

выбор руководящих рабочих отметок и очертаний земляного полотна;

выбор конструкции дорожной одежды и назначение параметров шероховатости и сцепных качеств покрытия проезжей части, краевых полос и обочин;

проектирование снегозащитных и ветрозащитных насаждений и сооружений, мест размещения баз по хранению противогололедных материалов;

расчет и обоснование структуры и мощности службы содержания дороги и оснащения ее дорожной техникой исходя из годовых и сезонных объемов работ по содержанию дороги в данных климатических условиях;

выбор и обоснование схем организации и режимов движения в различные периоды года, схем разметки и расстановки знаков по сезонам года, мест установки знаков со сменной информацией.

Выбор и обоснование проектных решений и мероприятий, обеспечивающих удобство и безопасность движения в течение всего срока эксплуатации дороги, и в том числе при неблагоприятных погодно-климатических условиях, рекомендуется выполнять на основе принципиально нового показателя - уровня обеспеченности расчетной скорости движения.

6.1.6. Чтобы запроектировать автомагистраль, гарантирующую принятый уровень обеспеченности расчетной скорости в любое время года, необходимо на стадии проектирования оценить влияние каждого элемента и параметра дороги и каждого метеорологического явления, а также их совместное влияние на скорость движения и выбрать такие параметры дороги, такие технические решения и мероприятия, которые обеспечивают заданную скорость и безопасность движения в процессе эксплуатации дороги в реальных погодно-климатических условиях.

Наиболее удобное и безопасное движение наблюдается в эталонных условиях. Любое ухудшение условий движения по сравнению с эталонными ведет к снижению скорости движения, которая может быть ограничена динамическими возможностями автомобиля или требованиями безопасности движения.

Характеристика эталонных условий движения:

Дорожные условия

Параметры дороги:

прямой горизонтальный участок дороги,

продольный уклон, ‰                                                               0

Ширина полосы движения, м                                                        3,75

»       обочины, м                                                                       3,75

в том числе укрепленной, м                                                           2,50

видимость поверхности дороги, м                                                2,50

Состояние дороги:

покрытие шероховатое, коэффициент сцепления

в сухом состоянии                                                                      0,8

то же, в мокром состоянии                                                       0,6

ровность покрытия (просвет под трехметровой рейкой

или сумма неровностей по ПКРС-2у), мм/(см/км)                5/(300)

сопротивление качению                                                            0,010

Условия погоды

Сезон года                                                                                        лето

Температура воздуха, °С                                                                 20

Интенсивность осадков, мм/с                                                        0

Скорость ветра, м/с                                                                         0

Метеорологическая видимость, м                                                 > 300

Расчетный автомобиль

Марка                                                                                       ВАЗ-2103        ГАЗ-24

Максимальная скорость, км/ч                                                    140                150

Ширина колеи, мм                                                                      1345              1470

»      кузова (габарит), мм                                                     1611              1800

Длина       »      , мм                                                                      4073              4735

Максимальная мощность двигателя, кВт (л. с.)                     55 (75)          72(98)

6.1.7. Для оценки влияния параметров и состояния дорог, а также метеорологических условий на режим движения автомобилей необходимо сравнивать максимальную скорость v_фmax расчетного автомобиля в реальных условиях движения с максимальной скоростью v_эmax движения в эталонных условиях, которая принимается за расчетную (v_эmax = v_р). Отношение этих скоростей называется коэффициентом К_рс обеспеченности расчетной скорости или коэффициентом снижения расчетной скорости:

К_рс = v_фmax : v_эmax или К_рс = v_фmax : v_p.                                (6.1)

Расчетная скорость движения в эталонных условиях для дорог I категории принимается по СНиП II-Д.5-72 равной 80 - 150 км/ч в зависимости от рельефа местности. В целях упрощения расчетов для оценки влияния погодно-климатических условий на режим движения в неблагоприятные периоды года за расчетную принята скорость 120 км/ч.

6.1.8. Максимально возможные или допустимые скорости при проектировании определяются расчетно-аналитическим методом исходя из схем движения автомобиля при состоянии поверхности дороги и условиях погоды, характерных для расчетных периодов года (см. п. 6.2).

Все параметры и транспортно-эксплуатационные характеристики дороги при проектировании рекомендуется выбирать так, чтобы на любом участке дороги в эталонных метеорологических условиях была обеспечена скорость не ниже расчетной. Допускается, что неблагоприятное воздействие метеорологических факторов может привести к снижению максимальной скорости на…

Для дорог I категории рекомендуются следующие допустимые пределы коэффициентов обеспеченности расчетной скорости в период действия метеорологических явлений: опасных К_рс = 0,75, очень опасных К_рс = 0,5. По этим значениям К_рс определяются требования к параметрам и транспортно-эксплуатационным характеристикам в расчете на движение одиночных автомобилей.

6.1.9. Оценка условий движения по коэффициентам обеспеченности расчетной скорости позволяет определить ожидаемые условия движения на проектируемой дороге и оценить качество проектных решений:

6.2. Определение расчетного периода года по условиям движения автомобилей и расчетных состояний поверхности дороги

6.2.1. Критерий выделения расчетного периода года для данного района - среднесезонный коэффициент обеспеченности расчетной скорости, вычисляемый для эталонного участка дороги по методике, приведенной в п. 6.6. Период года, для которого этот коэффициент имеет меньшее значение, наиболее труден для движения, и его нужно принимать в качестве основного расчетного при назначении параметров и транспортно-эксплуатационных характеристик дорог, при проектировании мощности дорожно-эксплуатационной службы и организации движения на дороге. В большинстве районов трудные условия движения наблюдаются в зимний и осенне-весенние переходные периоды. Наиболее трудный из них принимается за расчетный, а второй по трудности - за поверочный.

6.2.2. Каждому периоду года соответствует характерное состояние поверхности дорог, которое формируется под влиянием метеорологических условий, уровня содержания дороги и характера движения. При проектировании автомобильных магистралей за расчетные могут быть приняты следующие состояния поверхности.

I. В зимний период: а) слой рыхлого снега на поверхности покрытия и обочин имеется только во время снегопада и метелей в перерывах между проходами снегоочистительных машин; б) проезжая часть чистая от снега, уплотненный снег и лед имеются на прикромочных полосах, а рыхлый снег - на обочинах; в) поверхность дороги покрыта гололедом; г) поверхность влажная, имеется рыхлый слой снега и льда, растворенного хлоридами.

Как исключительный может быть рассмотрен случай, когда проезжая часть покрыта слоем плотного укатанного снега, а на обочинах имеется слой рыхлого снега.

II. В осенне-весенние переходные периоды: а) вся поверхность дороги мокрая, чистая; б) проезжая часть мокрая, чистая, а прикромочные полосы загрязнены. Состояние «а» является расчетным для дорог с применением минеральных или органических вяжущих; состояние «б» относится к участкам дорог с укрепленными краевыми полосами и неукрепленными обочинами или с обочинами, укрепленными щебеночными и гравийными материалами без вяжущих.

III. В летний период: сухие, чистые покрытия и обочины.

6.2.3. За расчетные метеорологические условия могут быть приняты: в зимний период - снегопад без ветра или с ветром со скоростью до 3 м/с, метель (низовая, верховая, общая), сильный ветер; в переходные осенне-весенние периоды - дождь, дождь с ветром, туман, ветер; в летний период - дневная температура воздуха 30 °С и выше, ветер.

6.2.4. Расчетный период года рекомендуется определять для каждой проектируемой дороги по данным многолетних наблюдений ближайшей метеостанции. При этом к зимнему относится период с устойчивой средней суточной температурой воздуха ниже 0 °С. Допускается определять длительность зимнего периода по числу дней с устойчивым снежным покровом.

Переходные периоды - это весенний и осенний периоды с неустойчивой погодой. Весенним считается период со средней суточной температурой воздуха от 0 до 15 °С, а осенним - период понижения температуры воздуха от 15 °С до 0. Летний период ограничивается датами перехода средней суточной температуры воздуха через 15 °С в период повышения весной и понижения осенью.

Для предварительной оценки на рис. 6.1 приведена схема районирования территории страны на три основные зоны, характерные по условиям движения на дорогах.

6.2.5. К зоне I относится территория с зимним расчетным периодом. Южная граница этой зоны проходит по линии, соединяющей точки, в которых , т.е. среднесезонные коэффициенты обеспеченности расчетной скорости для зимнего и переходных периодов равны между собой. К этой зоне отнесены районы, в которых длительность периода со среднесуточными температурами ниже 0 °С составляет в году 125 сут и более.

Рис. 6.1. Районирование территории СССР на зоны по условиям движения автомобилей

……ных периодов. Подзона IА характеризуется тем, что здесь зимний расчетный период единственный, поскольку переходные периоды очень короткие (20 - 60 сут в году) и ими можно пренебречь. Скользкость покрытия наблюдается в период гололеда, снежного наката или рыхлого слоя снега на покрытии. В подзоне IБ зимний период дополняется значительным по длительности (60 - 100 сут) переходным периодом. Поэтому в подзоне IБ необходимо конструктивные и организационные мероприятия дополнять мероприятиями, рассчитанными на обеспечение удобства и безопасности в переходные периоды года. Подзона IБ близка по характерным особенностям к зоне II. Расчетными условиями здесь служат скользкость и сужение проезжей части из-за наличия гололеда, снежных заносов, выпадения осадков, т.е. в этой подзоне необходимы мероприятия, характерные для зимнего и переходных периодов.

6.2.6. Зона II характерна тем, что расчетными служат переходные периоды. Южная граница этой зоны проходит по линии, где . Зона II включает районы, где переходные периоды длятся от 40 до 110 сут, а зимний - от 40 до 125 сут. Зимы в этих районах малоснежные с частыми оттепелями, поэтому расчетным состоянием дорог можно считать повышенную скользкость покрытия из-за увлажнения и загрязнения покрытия на обочинах и переходных полосах.

6.2.7. Зона III характеризуется летним расчетным периодом, так как зимний и осенне-весенний периоды весьма короткие и вместе составляют 80 - 110 сут. Основными расчетными условиями служат движение в период высокой температуры воздуха, а поверочными - условия движения в период выпадения дождей. К зоне III могут быть отнесены южные районы Крыма, Кавказа и районы Средней Азии.

6.2.8. Для горных районов (зона Г на рис. 6.1) расчетный период рекомендуется определять для каждого характерного участка дороги по высоте, так как в зависимости от высоты местности над уровнем моря погодно-климатические условия значительно изменяются.

6.2.9. Районирование по условиям движения коррелируется с дорожно-климатическим районированием. Однако границы зон отличаются друг от друга: зона I по условиям движения включает в себя дорожно-климатические зоны I, II и III; зона II по условиям движения примерно соответствует дорожно-климатической зоне IV; аналогично зона III соответствует V дорожно-климатической зоне.

6.3. Последовательность проектирования дорог с учетом влияния климата на состояние поверхности дорог и условия движения

6.3.1. Дорогу вместе со всем комплексом инженерных сооружений по обеспечению удобства и безопасности движения в сложных метеорологических условиях можно проектировать двумя методами.

По первому из них вначале все параметры и характеристики дороги назначаются из условий обеспечения расчетной скорости одиночного автомобиля в эталонных метеорологических условиях, а затем проверяется обеспеченность расчетных скоростей в наиболее неблагоприятные для движения периоды года, вносятся коррективы и разрабатываются дополнительные мероприятия на участках дороги, где коэффициент обеспеченности ниже допустимого. По второму методу за расчетную принимается схема движения одиночного легкового автомобиля при состоянии поверхности дороги и метеорологических условий, соответствующих наиболее трудному расчетному периоду года. При этом параметры и транспортно-эксплуатационные характеристики назначаются в расчете на допустимый коэффициент обеспеченности расчетной скорости (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Примечание. При определении полной ширины укрепленной поверхности необходимо к ширине чистой укрепленной поверхности добавить ширину полосы загрязнения в зависимости от укрепления обочины (см. ниже табл. 6.7).

6.3.2. Проектировать дороги с учетом влияния климата и погоды на условия движения рекомендуется по первому методу в такой последовательности:

определить погодно-климатические характеристики района проложения дороги и расчетные периоды года;

назначить все параметры и характеристики дороги в расчете на эталонные условия в соответствии с нормами и правилами, а также рекомендациями, изложенными в гл. 1 - 5 и 7;

вычислить коэффициенты обеспеченности расчетной скорости на всех характерных участках дороги (на прямых горизонтальных участках, подъемах и спусках, кривых в плане, а также на насыпях и в выемках) для состояния дорог и метеорологических условий, соответствующих расчетным периодам года;

построить эпюру коэффициента обеспеченности расчетной скорости для каждого направления движения и выявить участки, где значения коэффициентов ниже допустимых;

проверить обеспеченность расчетной скорости на участках дорог, где может наблюдаться повышенная опасность воздействия отдельных метеорологических явлений - тумана, ветра, песчаных заносов, пыльных бурь, снега и др.;

назначить варианты геометрических параметров, транспортно-эксплуатационных характеристик и других инженерных решений (см. п. 6.4), гарантирующих требуемый уровень обеспеченности расчетной скорости в неблагоприятные периоды года;

повторно проверить обеспеченность расчетной скорости в неблагоприятные периоды года;

исходя из максимально возможных и максимально допустимых скоростей движения одиночного автомобиля на запроектированных участках дорог, прогнозируемой интенсивности и состава движения вычислить средние скорости транспортного потока по сезонам года и среднегодовую скорость (см. п. 6.8);

оценить обеспеченность безопасности движения в различные периоды года по сезонным графикам коэффициентов аварийности по каждому варианту;

определить технико-экономические показатели намеченных решений с учетом их фактической эффективности по периодам года (п. 6.8) и принять окончательное решение.

6.4. Назначение параметров и характеристик автомагистралей и оценка их влияния на обеспеченность расчетной скорости в неблагоприятные периоды года

6.4.1. Продольные и поперечные уклоны проезжей части автомагистралей, радиусы кривых в плане, ширину краевых полос и укрепленных обочин, инженерное оборудование дорог, шероховатость покрытия и его сцепные качества, а также снегозащитные и ветрозащитные сооружения необходимо назначать с учетом вероятности появления и интенсивности основных метеорологических явлений, характеризующих климат данного района.

6.4.2. Наличие снежных отложений на поверхности дорожного покрытия в периоды снегопадов и метелей приводит к изменению взаимодействия в зоне контакта колеса автомобиля с дорогой - одновременно снижается сцепление с покрытием и повышается сопротивление качению (рис. 6.2). Следовательно, максимально возможная скорость и коэффициент обеспеченности расчетной скорости зависят от толщины слоя снега на покрытии, его плотности и влажности.

6.4.3. В общем случае максимальный продольный уклон…..

Рис. 6.2. Зависимость коэффициента сцепления φ и коэффициента сопротивления f качению от толщины d слоя неуплотненного снега на покрытии

Исходя из динамической характеристики и с учетом состояния покрытия в расчетный период максимальный продольный уклон при движении на подъем (в тысячных)

i_{сц max} = D_сц - f,                                                             (6.2)

где D_сц - динамическая характеристика по сцеплению;

f - коэффициент сопротивления качению.

Коэффициент сопротивления качению для легкового автомобиля

f_л = f₂₀ + 0,00025 (v - 20),                                           (6.3)

для грузового

f_г = f₂₀ + 0,0002 (v - 20),                                             (6.4)

где f₂₀ - коэффициент сопротивления качению при скорости v движения автомобиля до 20 км/ч.

Для .сухого и влажного чистого покрытия из асфальтобетона и цементобетона f₂₀ = 0,01 ÷ 0,02, а для заснеженного покрытия - по рис. 6.2.

6.4.4. Максимальный продольный уклон необходимо проверять возможностью его преодоления при скользком покрытии в период гололеда и снежных осадков, когда автомобиль преодолевает косой уклон. Максимальный продольный уклон (в тысячных), преодолеваемый автомобилем при гололеде,

,                                          (6.5)

где т - коэффициент сцепного веса, равный 0,5 - 0,55 для легковых автомобилей и 0,65 - 0,75 для грузовых;

φ - коэффициент продольного сцепления колеса автомобиля с покрытием;

i_поп - поперечный уклон наружной полосы движения.

6.4.5. Максимально возможная скорость движения на подъем с принятым в проекте уклоном определяется по графику динамической характеристики по сцеплению для фактического состояния поверхности дороги и проверяется для расчетного состояния.

Максимально возможная скорость на подъеме по условиям сцепления колеса автомобиля с дорогой может быть также определена по формулам:

при снежном покрове v = 120 - 667 (f + i),                      (6.6)

при гололеде v = 120 - 874 (f + i).                                     (6.7)

6.4.6. Частный коэффициент обеспеченности расчетной скорости при движении на подъем определяется как отношение

К_рсi = v_фi : v_р,                                                               (6.8)

где v_фi - максимально возможная скорость автомобиля на подъеме;

v_р - расчетная скорость автомобиля (принята 120 км/ч).

Для упрощенных расчетов v_ф и К_рс могут быть получены по графикам (рис. 6.3, а).

Рис. 6.3. Влияние продольного уклона i_прод и состояния покрытия на скорость v и коэффициент К_рс обеспеченности расчетной скорости:

а - на подъеме; б - на спуске; 1 - сухое чистое покрытие, f = 0,015; 2 - рыхлый снег толщиной h = 2 ÷ 5 мм, f = 0,02; 3 - уплотненный снег, f = 0,04; 4 - рыхлый снег, h = 20 мм, f = 0,09; 5 - то же, h = 40 мм, f = 0,10; 6 - то же, h = 80 мм, f = 0,15; 7 - то же, h = 10 мм, f = 0,17; 8 - гололед, f = 0,09; 9 - сухое чистое покрытие, φ = 0,5 ÷ 0,6; 10 - мокрое, φ = 0,4; 11 - то же, φ = 0,3; 12 - снежный накат, φ = 0,2; 13 - гололед, φ = 0,1.

6.4.7. Максимальная допустимая скорость на спуске определяется из условия торможения перед внезапно возникшим препятствием на дороге, а коэффициент обеспеченности расчетной скорости определяется исходя из равенства остановочных путей при сухом, чистом и шероховатом покрытии, принятом за эталонное, и при состоянии покрытия, характерном для расчетного периода года (рис. 6.3,б).

6.4.8. По изложенной методике определяется максимально возможная скорость во время снегопада, метели при наличии на проезжей части рыхлого снега, снежного наката и гололеда. Анализом этих расчетов могут быть установлены требования к допустимой толщине слоя снега на покрытии исходя из принятого уровня обеспеченности расчетной скорости (рис. 6.4).

Для дорог I категории рекомендуется принимать в расчетах допустимую толщину слоя рыхлого снега на покрытии в период снегопадов и метелей на горизонтальных участках не более 30 мм, на подъемах не более 15 мм.

6.4.9. Минимальные радиусы кривых в плане рекомендуется назначать из условия устойчивости автомобиля против заноса при движении по покрытию, находящемуся в состоянии, характерном для расчетного периода года, с учетом бокового воздействия ветра, которое рекомендуется учитывать при расчетной скорости ветра 20 м/с и более. Радиус (в метрах)

;                                              (6.9)

,                                                  (6.10)

где φ₂ = (0,6 ¸ 0,7)φ - используемое поперечное сцепление;

i_в - поперечный уклон виража;

q_в - коэффициент учета бокового воздействия ветра;

ρ - аэродинамический коэффициент, принимаемый равным 1,1 - 1,2;

F - площадь боковой проекции автомобиля, м²;

v_в - скорость ветра на уровне центра боковой поверхности автомобиля, м/с;

m_a - масса незагруженного автомобиля с водителем, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с².

6.4.10. Боковое давление ветра учитывается на участках дорог, не защищенных лесом, в насыпях, в нулевых отметках, полунасыпях-полувыемках и в выемках глубиной до 1,5 м. Не учитывается воздействие ветра на участках, расположенных в лесу и в выемках глубиной более 1,5 м.

Рис. 6.4. Зависимость скорости v легкового автомобиля и коэффициента К_рс расчетной обеспеченности от толщины h слоя рыхлого снега на покрытии:

1 - скорость, возможная по динамическим качествам автомобиля ВАЗ-2103 при f_min; 2 - то же, при f_ср; 3 - то же, при f_max; 4 - скорость, возможная по соотношению φ_max и f_min; 5 - то же, φ_ср и f_ср; 6 - то же, φ_min и f_max

6.4.11. Значения коэффициента бокового воздействия ветра зависят от скорости ветра и типа автомобиля:

6.4.12. При определении расчетной скорости ветра учитываются положение дороги на местности и ее защищенность, а также порывистость ветра:

v_в = K₁ × K₂ × K₃ × v_фл,                                                (6.11)