В ФРГ принята расчетная скорость 160 км/ч, в СССР, Бельгии, Дании и Югославии - 150 км/ч, в большинстве других стран - 120 км/ч. Последняя величина рекомендована и Экономической комиссией ООН по Европе для разработанной ею системы трансъевропейских магистралей.
Расчет элементов автомагистралей в плане и продольном профиле, основываясь на известных из общего курса «Проектирования дорог» закономерностях, учитывает следующие особенности движения с высокими скоростями:
1. Снижение величины коэффициента сцепления с возрастанием скорости. По опытным данным для влажного бетонного покрытия коэффициент сцепления шины с покрытием при скорости 180 км/ч более чем в 2 раза ниже, чем при скорости 30 км/ч. В первом приближении уменьшение коэффициента сцепления со скоростью может быть выражено зависимостью
2. Необходимость в связи с высокими значениями центробежной силы на кривых в плане определять величину радиусов кривых из условия удобства проезда для пассажиров исходя из малых значений коэффициентов поперечной силы μ = 0,1 и менее.
3. Необходимость обязательного введения переходных кривых для обеспечения плавности въезда автомобилей с прямых участков дороги на кривую.
4. Увеличение длины тормозного пути, отражающееся на необходимом расстоянии видимости в плане и профиле. Это увеличение связано не только с большой скоростью и со снижением коэффициента сцепления, но и с рядом дополнительных обстоятельств, не учитываемых расчетными формулами тормозного пути: во-первых, при торможении с полностью заблокированными колесами при высокой начальной скорости шина нагревается в такой степени, что резина начинает плавиться и коэффициент сцепления уменьшается еще больше; во-вторых, при резком торможении при высокой скорости самое незначительное нарушение регулировки тормозов может вызвать занос автомобиля даже при сухом покрытии. Поэтому водители тормозят с неполным использованием возможностей тормозных систем или путем ряда последовательных притормаживаний.
5. При движении с высокими скоростями боковые отклонения автомобиля от линии, по которой его мысленно направляет водитель, увеличивается. Его «динамический» габарит как бы возрастает.
Кроме того, зазор между встречными или обгоняющими автомобилями, психологически необходимый для уверенного управления автомобилями, возрастает. Поэтому обычная геометрическая схема размещения автомобилей по ширине продольного профиля требует для надежности расчетов экспериментально-обоснованных параметров.
При учете всех указанных обстоятельств для современных автомагистралей типичны следующие требования к элементам плана и профиля:
Ширина полосы движения, м.............................................................................. 3,6 - 3,75
Краевые укрепленные полосы, не входящие в ширину проезжей части, м.... 0,5 - 0,75
Радиус кривых в плане, м................................................................................. 3000 - 5000
Расстояние видимости, м..................................................................................... 250 - 350
Радиус выпуклых вертикальных кривых, тыс. м.................................................... 20 - 50
Радиус вогнутых вертикальных кривых, тыс. м......................................................... 5 - 8
Продольные уклоны, ‰........................................................................................ менее 30
Проектируя автомагистрали, нельзя рассматривать элементы дороги в плане и профиле изолированно друг от друга, без учета их взаимного сочетания.
При проектировании дорог низших категорий на малые расчетные скорости, примерно до 60 - 80 км/ч, изменение скорости движения на какую-либо величину может быть осуществлено на сравнительно коротком отрезке пути даже без интенсивного притормаживания. При снижении на столько же километров в час величины высокой скорости движения путь торможения значительно возрастает.
Путем весьма элементарного расчета можно убедиться, что для снижения скорости на 30 км/ч от 120 до 90 км/ч требуется почти в 25 раз большее расстояние, чем для снижения ее с 60 до 30 км/ч.
Поэтому анализ качества трассы в плане и профиле по соответствию ее отдельных элементов требованиям технических условий, допустимый для дорог низших технических категорий, недостаточен для автомагистралей.
Необходимо тщательно анализировать взаимное сочетание смежных элементов трассы автомагистралей с двух точек зрения:
1. Скорость, обеспечиваемая тем или иным элементом трассы, не должна отличаться более чем на 15 % от максимальной скорости, которую может развить автомобиль в конце предшествующего участка дороги. Соблюдение этого требования необходимо для обеспечения безопасности движения, поскольку, как показывает опыт, именно в местах резкого изменения скоростей движения, сосредоточиваются дорожно-транспортные происшествия.
2. Сопряжения между собой элементов плана и профиля дороги при взгляде на них издалека едущими по дороге не должны создавать впечатления резких изломов или крутых поворотов. Водителя и пассажиры автомобилей видят перед собой дорогу в несколько искаженном виде. Поворот дороги на небольшой угол при кривой малого радиуса кажется резким изломом. Кривая, сопрягающаяся с прямым участком без переходной кривой, воспринимается как поворот по кривой весьма малого радиуса. Водители реагируют на эти кажущиеся ухудшения дорожных условий непроизвольным снижением скорости, приводящим к уменьшению пропускной способности дороги.
Поэтому при трассировании дорог для движения с большими скоростями должны соблюдаться определенные пропорции между длинами смежных прямых и кривых, между величиной углов поворота и длиной вписанной в них кривых, а также между длинами основных круговых и переходных кривых. Последние при трассировании автомагистралей превращаются из вспомогательных деталей кривых малых радиусов в самостоятельный элемент трассирования, равноправный с прямыми и кривыми. В некоторых случаях переходные кривые большой длины («эстетические переходные кривые») вводятся специально для придания дороге зрительной плавности.
Вопрос о пространственной плавности трассы и о гармоническом сочетании ее с элементами ландшафта освещен в специальном учебном пособии*.
* В.Ф. Бабков. Увязка автомобильных дорог с ландшафтом. Росвузиздат, 1964.
3. На автомагистрали должна быть обеспечена видимость на расстояния, существенно превышающие рассчитанную из условия торможения.
Движение с высокими скоростями возможно лишь при видимостях, больших рассчитанных из условия обгона, т.е. порядка 700 - 800 м. Совершенно недопустимы короткие пониженные участки дороги, на которых водитель не видит поверхности проезжей части.
Поперечный профиль автомагистралей имеет существенные отличия от поперечных профилей дорог более низших категорий (рис. 2), а именно:
а) встречные потоки движения делятся непересекаемой автомобилями полосой («разделительная полоса»);
б) поток автомобилей, движущийся в одном направлении, делится по скоростям путем выделения на каждой проезжей части нескольких полос движения.
Рис. 2. Основные элементы поперечного профиля автомагистрали:
1 - проезжая часть; 2 - разделительная полоса; 3 - внешняя краевая полоса; 4 - внутренняя краевая полоса; 5 - обочина; 6 - укрепленная часть обочины (стояночная полоса или дополнительная полоса для движения на подъем); 7 - грунтовая обочина.
Ширина каждой проезжей части, предназначенной для движения в одном направлении, должна быть рассчитана не менее чем на две полосы движения, одна из которых предназначена для обгона, а при высокой интенсивности движения - для легковых автомобилей, едущих с высокими скоростями.
На подъемах крутизной более 3 - 4 %, когда грузовые автомобили и автопоезда значительно снижают скорость и переходят на пониженные передачи, возникает необходимость выделения дополнительной полосы для тихоходных автомобилей, т.е. разделения потока автомобилей на три категории.
Для правильного использования ширины проезжей части автомагистралей ее покрытие не должно граничить непосредственно с обочиной. В условиях движения с высокой скоростью съезд колеса автомобиля с основного покрытия на обочину из-за разности коэффициентов сопротивления качению угрожает опасностью заноса. Как показывают наблюдения за распределением проездов автомобилей по ширине проезжей части, чем резче различие в прочности и шероховатости покрытия проезжей части и укрепленной обочины, тем дальше стараются водители вести автомобили от обочины. Поэтому между краем покрытия и обочиной при автомагистралях устраивают так называемые «краевые полосы» шириной 0,5 - 0,75 м. Иногда их делают из белого бетона, создавая таким образом хорошо видимую в любое время суток ленту, окаймляющую дорогу и облегчающую вождение автомобиля. Гораздо чаще, однако, краевую полосу создают, уширяя покрытие проезжей части и отделяя используемую ее часть «разграничительной линией», нанесенной краской.
Краевые полосы, использование которых для движения запрещается, являются дополнительным резервом ширины проезжей части, позволяя водителям уверенно вести автомобили у края проезжей части, зная, что случайный переезд колесом границы покрытия не угрожает заносом.
В некоторых случаях краевые полосы делают ребристыми, чтобы тряска при непроизвольном съезде колеса с проезжей части привлекала внимание водителя, ослабившего контроль за управлением автомобилем. Такая конструкция краевых полос, примененная, например, на Московской кольцевой дороге, приводит к ухудшению использования ширины проезжей части, так как водители держатся при движении ближе к середине проезжей части.
Обочины на автомагистралях обязательно укрепляют. Покрытие на них должно быть беспыльным и неразмокающим в дождливые периоды года, чтобы съезжающие на них автомобили, возвращаясь на дорогу, не натаскивали на покрытие грязи, делающей его скользким. Следует отметить, что съезд автомобилей на обочины автомагистралей разрешается только в случае неисправности. Обочине придается ширина не менее трех метров, чтобы съехавший на нее автомобиль не влиял на условия движения по дороге. Остановки для отдыха, осмотра окружающего ландшафта разрешаются только на специально оборудованных площадках в стороне от дороги. На автомагистралях с весьма большой интенсивностью движения на обочинах оборудуются специальные «стояночные полосы».
Разделительная полоса, как и следует из ее названия, должна обеспечивать движение встречных потоков автомобилей без взаимных помех, а также устранять психологическое воздействие на водителей проезжающих с большой скоростью встречных автомобилей. Поэтому ширина разделительной полосы должна быть не меньше зазора безопасности, принимаемого при теоретических расчетах ширины проезжей части по формулам М.С. Замахаева, Д.П. Великанова или Н.Ф. Хорошилова. Практически ей придают ширину от 3 до 12 м.
Чтобы разделительная полоса, обычно имеющая дерновый покров, не отражалась на условиях движения, как и обочина, между ней и покрытием также располагают краевую полосу.
На пригородных участках дорог, где опасность неорганизованных разворотов с переездом через разделительную полосу выше, чем на загородных участках, разделительные полосы устраивают в возвышающихся бордюрах городского типа, что несколько лучше организует движение. Однако возвышающийся бордюр во всех случаях должен сочетаться с краевой полосой, так как иначе примыкающая к бордюру полоса покрытия примерно на ширину 2 - 2,5 высоты бордюра практически не используется автомобилями.
Чтобы устранить ослепление фарами встречных автомобилей на разделительной полосе обычно сажают кустарник.
Несколько сложнее, чем на обычных дорогах, решается на автомагистралях устройство виражей. Наличие на них двух проезжих частей и разделительной полосы дает возможность применять отличающиеся друг от друга решения (рис. 3, а).
1. Поворот поперечного профиля вокруг внутренней кромки внутреннего покрытия (рис. 3, а).
Рис. 3. Конструкция поперечного профиля автомагистрали при устройстве виража:
1 - поперечный профиль на прямом участке; 2 - горизонтальное положение; 3 - поперечины на вираже; 4 - точки поворота частей поперечного профиля; 5 - водосток
Недостаток этого способа заключается в увеличении объемов земляных работ, необходимых для поднятия внешней проезжей части. Кроме того, при взгляде на кривую издалека возвышающийся вираж выглядит как некрасивый бугор.
Рациональная область применения виражей данного типа - дороги, проходящие по косогору, когда устройства насыпной части можно избежать путем небольшой раздвижки проезжих частей и расположением их в разных уровнях (ступенчатое расположение проезжих частей).
2. Поворот обеих проезжих частей около внешней кромки внутренней проезжей части (рис. 3, б). В этом случае объем земляных работ много меньше, чем в предыдущем, но бровка внутренней проезжей части понижается.
При приложении дороги в неблагоприятных дорожных условиях, например по заболоченной местности, возвышение бровки может оказаться недостаточным. Поэтому рациональной сферой применения виражей второго типа также являются косогорные участки.
3. Повороты обеих проезжих частей около внутренних кромок покрытия (рис. 3, в). Внешняя бровка земляного полотна при этом возвышается на небольшую величину. Однако разделительная полоса приобретает обратный поперечный уклон, что создает большие затруднения с организацией отвода воды. Приходится устраивать под разделительной полосой коллектор, в который отводится вода, поступающая через водоприемные решетки. Не говоря об усложнении конструкции земляного полотна, работа водоотвода в местностях с частыми зимними оттепелями недостаточно надежна в связи с возможностью образования наледей в коллекторе и выводных трубах.
Желание упростить строительство и избавиться от необходимости устройства водоотводных сооружений является основной причиной отказа от виражей на кривых больших радиусов.
С точки зрения удобства и безопасности движения вираж с уклоном, не превышающим нормального поперечного уклона проезжей части, всегда является целесообразным.
