Проектирование трассы начинается с наложения ее на крупномасштабную топографическую карту, которая благодаря особым условным обозначениям, а также с помощью горизонталей детально характеризует рельеф и другие особенности местности, нанесенной на карту.

 

В идеальном случае трасса может совпасть с воздушной линией, но обычно трассу приходится развивать, т. е: несколько удлинять, отступая от воздушной линии.

 

К развитию трассы прибегают, в частности, в следующих случаях:

 

а)  когда по ходу трассы встречаются населенные пункты (жилые кварталы, фруктовые сады, виноградники, огороды и другие ценные земли);

 

б)  когда на пути трассы встречаются заболоченные места;

 

в)  при пересечении трассой крупных рек (в этом случае развивают трассу с расчетом сделать пересечение в наиболее узком месте реки и перпендикулярно к ее течению);

 

г)  при пересечении трассой скопления часто расположенных горизонталей (что говорит о наличии здесь крутой возвышенности или оврага).

 

Дорожная развязка  на автомагистрали

 

«Лобовое пересечение» трассой крутой возвышенности (т. е. проведение ее перпендикулярно к скоплению горизонталей) ведет к большому объему земляных работ.

 

В этих случаях необходимо приспосабливать трассу к рельефу местности, проводя трассу не под прямым, а под каким-то другим углом к горизонталям, добиваясь увеличения длины отрезков трассы, помещающихся между соседними горизонталями (рис. 19).

 

В конечном счете при увеличении длины отрезков может быть достигнуто следующее соотношение:

 

 

где а - длина отрезка трассы между соседними  горизонталями  с учетом масштаба карты, м;

 

- разность между отметками этих же горизонталей, м;

 

і_max   наибольший допустимый продольный уклон  (для заданной категории дороги ), %.

 

 

Выдерживая при развитии трассы величину а в размерах, указанных в табл. 4, можно полностью избавиться от крупных земляных работ, т. е. запроектировать дорогу в нулевых условиях. Но при пересеченном рельефе местности стремление вести трассу обязательно по «обертывающей» может вызвать большое увеличение коэффициента развития трассы (т. е. большое удлинение дороги).

 

Приводимый пример иллюстрирует трассирование дороги в двух вариантах (рис. 20):

 

I  вариант. Трасса запроектирована по воздушной линии. Длина трассы -500 м.

 

На рис 21,а построена черная линия так, как она выглядела бы на продольном профиле для I варианта. Уклоны отдельных элементов трассы составляют здесь от 0,09 до 0,34.

 

II  вариант. Трасса запроектирована с развитием; в основу взят максимальный уклон 0,05. На рис. 21,6 построена красная линия; для этого варианта, совпадающая с черной. Общая длина трассы составила в данном случае 670 м; появившийся посередине так называемый «рубленый» пикет (неравный 100 м) является следствием проведения трассы с двух концов, навстречу друг другу.

 

Таким образом, при проектировании дороги, допустим, II категории трасса, проведенная по II варианту, обеспечивает постройку дороги в нулевых условиях. Если же провести красную линию с максимальным 5%-ным уклоном на продольном профиле I варианта, то появятся крупные рабочие отметки, вплоть до наибольшей - 35 м. Именно такой глубины выемку пришлось бы устраивать, если запроектировать   трассу   с   «лобовым   пересечением»   горизонталей.

 

Однако рельеф и ситуация местности часто ограничивают произвольное развитие линии. Если на проектируемой дороге в перспективе ожидается большая интенсивность движения, то трасса прокладывается без большого отклонения от воздушной линии. В связи с тем необходимо считаться с возможностью появления трассы, имеющей так называемый пилообразный продольный профиль. При наличии пилообразного продольного профиля трудно пользоваться методом «обертывающей» для проведения красной линии в особенности когда проектируются дороги высоких технических категорий. В этих случаях наличие пилообразного продольного профиля заставляет пользоваться методом «секущей».
На рис. 22 приведен пример, показывающий, что если на данном участке пилообразного продольного профиля длиной 1 км провести красную линию «по обертывающей», обеспечив постройку до­роги на всем протяжении в нулевых условиях, то на трассе будут преобладать элементы с 7-8%-ным уклоном (характерный признак дороги V категории). Если необходимо запроектировать красную линию, не превышая 5%-ного продольного уклона (дорога II категории), то приходится обращаться к методу «секущей», допуская появление рабочих отметок, а следовательно, и земляных работ.

 

Рассматривая вариант, в котором красная линия проведена «по секущей», можно обратить внимание на то, что все рабочие отметки получились одинаковыми

 

 

 

 

Рис. 20. Пример развития трассы   дороги   с отклонением   ее от воздушной линии в обход   концентрического   скопления горизонталей

 

 

(кроме одной, которая расходится на 0,5 м). Такое совпадение рабочих отметок не обязательно. Но если красную линию проводят с многократным пересечением черной линии, то рабочие отметки точек, лежащих на равном расстоянии от места пересечения, должны быть примерно одинаковыми, что обеспечит равенство объемов близлежащих насыпей и выемок.

 

 

 

Рис. 22. Варианты проведения красной линии на «пилообразном» продольном профиле: а) вариант   проектирования   «по   обертывающей»   (дорога  V категории); б) вариант проектирования «по секущей» (дорога II категории)

 

Сопрягая элементы красной линии с разноименными уклонами (+, -), следует иметь в виду, что по техническим условиям длина каждого из сопрягаемых элементов не должна быть меньше следующей величины: 250 м(II), 200 м(III), 150 м(IV), 100 м(V) - в скобках указана категория дороги. Кроме того, техническими условиями предусмотрено,  чтобы в определенных случаях переломы красной линии на продольном профиле проектировались в виде вертикальных кривых, которые способствуют либо смягчению толчков (при вогнутых переломах продольного профиля), либо увеличению видимости и смягчению толчков (при выпуклых переломах продольного профиля). И в том и другом случаях вертикальная кривая представляет собой часть окружности, вписываемой в угол, образуемый двумя примыкающими друг к другу и имеющими различные уклоны элементами красной линии (рис. 23). Таким образом, аналогично разбивке горизонтальных кривых, вертикальная кривая вводится вместо двух

 

 

 

Рис.  23.   Вертикальные кривые,    предусматриваемые    при    переломах
красной  линии: а) выпуклая кривая;   б) вогнутая кривая
тангенсов, причем радиусы, соединяющие центр кривой с точками касания, перпендикулярны   к   касательным.

Если сопряжение элементов кривой осуществлено не по тангенсам, а по дуге вертикальной кривой, то красные и рабочие отметки нуждаются в корректировке. Для корректировки пользуются специальными формулами или таблицами.

 

В ходе проектирования трассы автомобильной дороги обычно не удовлетворяются одним вариантом трассы, а подготавливают два или несколько вариантов.

 

Если один из вариантов окажется наиболее дешевым по стоимости сооружения и в то же время будет наиболее выгодным, обеспечивая наименьшую величину расходов по эксплуатации автотранспорта при пользовании построенной дорогой, то он принимается в качестве оптимального.

 

Но иногда более короткий и поэтому более дешевый в эксплуатации вариант требует при сооружении производства большого количества земляных работ и поэтому оказывается более дорогостоящим. И наоборот, вариант, выполненный с большим коэффициентом развития, следовательно, без сосредоточенных земляных работ и соответственно требующий меньших капиталовложений при строительстве, будет менее выгоден в эксплуатации. В подобных случаях находят оптимальный вариант, определяя сроки окупаемости капиталовложений для обоих сравниваемых вариантов.

 

При определении срока окупаемости подсчитывается размер ежегодной экономии на транспортных расходах и ремонтных расходах связанных с содержанием дороги, которую получит народное хозяйство, если в основу строительства дороги будет положен проект, выполненный применительно к данному варианту.

 

Делением суммы капиталовложений, затраченных на строительство дороги, на величину ежегодной экономии на транспортных расходах определяют, в течение какого времени народному хозяйству будут возвращены средства, израсходованные на сооружение дороги (т. е. полученное отношение - искомый срок окупаемости).

 

Оптимальный вариант трассы тот, который обеспечит наименьший срок окупаемости, потому что постройке дороги именно по этому варианту будет соответствовать наиболее рациональное использование народнохозяйственных средств.

 

На рис. 24 показана зависимость характера развития трассы при проектировании автомобильных дорог от их категории. Два пункта соединены воздушной (штрих-пунктирной) линией. Цифрами 1-2-3-4-5-6-7 отмечены вершины вероятных углов поворота. Пово­рот 1 делается с целью избежать пересечения жилых кварталов и ценных земель. Поворот 3 - для пропуска трассы в обход болота. Поворот 4 имеет целью направить трассу перпендикулярно к руслу большой реки и обеспечить пересечение ее в наиболее узком месте. Поворот 6 предпринимается с целью предотвратить лобовое пересе­чение скопления горизонталей. Остальные повороты (2, 5 и 7) корректируют направление трассы, нацеливая дальнейший ее ход на конечную точку.

 

Можно высказать предположение, что при проектировании дороги IV-V категории изыскатели действительно проведут трассу со всеми перечисленными углами поворота. Если же отклонить трассу от воздушной линии всего два раза - в точках  7 и 2, то придется  пересечь заболоченное место, пересечь реку в ее более широком