На перетині магістралей в різних рівнях

Важливою особливістю вертикального планування міських магістралей, що перетинаються в різних рівнях є планово-висотна прив’язка з’їздів для організації руху транспорту з одного рівня на інший з врахуванням доцільної їх довжини за дорожніми та транспортно-експлуатаційними показниками (фактично за оцінкою пробігів транспорту та обсягів будівельних робіт) з врахуванням обмежених умов міської території.

Враховуючи, що нормативні документи допускають найменші величини радіусів заокруглень з’їздів, які набагато менші ніж для магістралей (наприклад для лівоповоротних з’їздів 30 м), то і до прийняття величин найбільших поздовжніх уклонів для цих ділянок є відповідні рекомендації. Так найбільша величина повздовжнього уклону на заїздах повинна бути не більшою ніж допускається для даних магістралей, а на криволінійних ділянках при радіусі 50 м ця величина повинна бути зменшена на 10 ‰. При менших величинах цих радіусів на кожні 5 м зменшення їх величини повинно бути додатково зменшено величину найбільшого можливого повздовжнього уклону на 5 ‰ цієї ділянки.

Крім того, нормативними документами заборонено попадання вертикальних випуклих кривих на ділянки горизонтальних кривих при проектуванні поздовжніх профілів вулиць, доріг та їх окремих елементів.

Проблема вертикального планування з’їздів вирішується після того, як уже виконано проектування вертикального планування проїжджої частини магістралей перетину, що проектується, проектними горизонталями.

Висотне вирішення з’їзду, залежно від його планового положення, доцільно вирішувати методом повздовжніх профілів, а прийнятий варіант з’їзду слід показати на плані вертикального планування проектними горизонталями.

На рис. 7.1 показано варіант планового положення лівоповоротного з’їзду для магістралей, що перетинаються подібно “листу конюшини”, як найбільш складного для проектування в обмежених умовах його влаштування. За довільних умов доцільніше проектувати з’їзд однієї кривини.

Для проектування вертикального планування з’їзду попередньо намічають його планове положення так, щоб задовольнити як ці, так і інші вимоги нормативних документів.

Потім розглядають місця доцільного примикання з’їздів і проектують поверхню їх проїжджої частини в межах трикутників Δ АВС та Δ А ₁ В ₁ С ₁ (див.
рис. 7.1, 7.2) залежно від поверхні проїжджої частини магістралі до якої вони приєднуються, як її логічне продовження.

Рис. 7.1

Ця поверхня повинна забезпечити ефективне стікання води до лотків, щоб в холодний період не утворювалась льодяна поверхня за рахунок повільного стікання води, що значно погіршує умови руху транспорту і пішоходів (саме в цих місцях передбачають переходи через проїжджу частину з’їздів для пішоходів) і призводить до виникнення дорожньо-транспортних пригод.

Принцип можливого примикання з’їздів на прикладі примикань лівоповоротних з’їздів на перетині типу “лист конюшини”, як найбільш складних при проектуванні, показаний на рис. 7.2.

а б

Рис. 7.2

На рис. 7.2, а показано примикання заокруглення з’їзду безпосередньо до основної проїжджої частини магістралі, а на рис. 7.2, б до додаткової смуги для лівоповоротних потоків на перетинах типу “лист конюшини”, яка влаштовується у випадку, коли інтенсивність цих потоків перевищує 500 одиниць на годину.

Останній випадок вирішення примикань з’їздів більш доцільний, так як дозволяє в межах трикутника Δ АВС забезпечити більший поперечний уклон, ніж у першому випадку, за можливості влаштування більшого поперечного уклону на цій смузі ніж на основній проїжджій частині.

Розглянувши вказані трикутники, знаходять координати точок С і С ₁ в декартовій системі координат, їх відмітки і кути та ₁ (див. рис. 7.1; 7.2) за формулою для випадку показаному на рис. 7.2,а

= arccos [ R / (R + b)], (7.1)

де R – радіус заокруглення з’їзду, м;

b – ширина проїжджої частини з’їзду, м,

та за формулою (7.2) для випадку, показаному на рис. 7.2, б

= arccos [(R + d) / (R + b)], (7.2)

де d – ширина додаткової смуги для лівоповоротних потоків, м.

Коли ж поздовжній уклон лотка проїжджої частини верхньої магістралі більший ніж допустимий поздовжній уклон лотка з’їзду на заокругленні, слід примкнути з’їзд до магістралі горизонтальною кривою, радіус якої повинен бути більшим 50 м (або підібрати його необхідну величину залежно від поздовжнього уклону магістралі в точці А), довжиною, яка б дозволила вписати вертикальну увігнуту криву, починаючи з точки С, для переходу від поздовжнього уклону магістралі до необхідного поздовжнього уклону заокруглення з’їзду, а вже далі починаючи з точки С^' заокруглення запроектувати з необхідним поздовжнім уклоном (рис. 7.3) відповідно до прийнятої величини його радіуса.

Рис. 7. 3

На цій розрахунковій схемі (див. рис. 7.3) показано початок заокруглення з’їзду, яке в межах дуги АС^' запроектоване радіусом R _о більшим 50 м, що дозволяє проектувати цю ділянку заокруглення з найбільшими поздовжніми уклонами для прямолінійних ділянок, а починаючи з точки С^' – з радіусом R меншим 50 м, який відповідає необхідній величині поздовжнього уклону наступної ділянки заокруглення. Дуга СС^' відповідає довжині вертикальної увігнутої кривої, яка сполучає поздовжній уклон в точці С з поздовжнім уклоном заокруглення з’їзду в точці С^'.

Для даного випадку кут знаходиться за формулою (7.1).

Величини відміток точок А, В, С, окремих точок дуги АС і Δ АВС знаходимо з рівнянь ліній поздовжнього профілю і відповідних ліній поперечного окреслення проїжджої частини магістралей, задаючись величинами абсцис в локальній системі координат поздовжніх профілів осі магістралей, до яких приєднується з’їзд [19].

Координати окремих точок дуги ас, для визначення їх відміток, знаходимо з параметричних рівнянь кола в системі координат показаній на рис. 7.2, які мають такий вигляд

Х = Х _о + R Сos t; (7.3)

Y = Y _о + R Sin t, (7.4)

де Х _ота Y _о – координати центра кривої в указаній на рис. 7.2 локальній системі координат, м;

t – кутовий параметр, величину якого слід змінювати від 180^о – до 180^о, з кроком 2-3^о (початок відліку цього параметра співпадає з позитивним напрямком осі абсцис), в градусах.

Для підрахунків відміток цих точок слід зробити перехід від цієї локальної системи координат до локальної системи координат поздовжнього профілю магістралі, до якої приєднується з’їзд (фактично знайти відстані Z від осі проїжджої частини магістралі до знайдених точок). Підрахунок величини відміток цих точок розглянуто в [2; 19].

Продовжуючи проектування поздовжніх профілів з’їздів (доцільно це роботи по лінії їх лотків), знаходять величину поздовжнього уклону в точці С, щоб виконати плавне сполучення суміжних ділянок. Його величину знаходимо за формулою

і_с = (H_n – H_с)/S, (7.5)

де H_n і H_с – відмітки точок N і С (для більшої точності визначення величини цього уклону точку N слід брати найближчу до точки С), м;

S – довжина дуги nc, м.

Порівнюючи величину цього уклону з величиною уклону, який передбачається на заокругленні з’їзду, вибирають схему його приєднання до проїжджої частини магістралі.

Розв’язавши зазначені задачі приєднання з’їздів до магістралей, у всіх наведених випадках (рис. 7.2, 7.3), на кінцях заокруглень з’їзду в точках М і М ₁ (див. рис. 7. 1) визначають відмітки та уточнюють уклони.

У всіх випадках, при проектуванні повздовжнього профілю з’їздів, потрібно буде вписувати вертикальні криві. Тому необхідно визначити їх характеристики: тангенс Т, довжину кривої К і бісектрису Б залежно від величини їх радіуса R та уклонів, що сполучаються, скласти її рівняння для визначення відміток окремих точок, в тому числі і їх кінців (див. [2;19]).

Координати кінця вертикальної кривої можна знаходити з відповідних рівнянь, підставивши замість виразу (Х – X _{2 n- 1}) довжину кривої К.

Розрахунок окремих ділянок планового положення наведеного варіанта з’їзду можна виконати так.

Для визначення координат точок М і М ₁, як і їх відміток, знаходимо рішення можливого сполучення ділянок цих двох кіл прямим дотичним відрізком ММ ₁(див. рис. 7.1).

Задачу можна вважати розв’язаною, якщо будуть знайдені координати точок дотику цього відрізка М і М ₁, а у вертикальному положенні з’їзду знайдено доцільне сполучення цих точок відповідними лініями його поздовжнього профілю.

Розглянемо планове положення з’їзду (див. рис. 7.1) і прямокутну трапецію ОММ ₁ О ₁, яку створено центрами колових кривих і точками дотику їх спільного відрізка ММ ₁. В цій трапеції паралельні сторони ОМ і О ₁ М ₁ мають довжину, рівну величинам відповідних радіусів цих колових кривих. Довжину бічної сторони ОО ₁знаходимо через координати їх центрів

ОО ₁ = [(X _o – X _o1)² – (Y _o – Y _o1)²]^½,(7.6)

де X _o, Y _oта X _o1, Y _o1 – відповідно координати центрів заокруглень з’їзду (див.
рис. 7.1), м.

Відстань між точками М і М ₁ за формулою

ММ ₁ = ОК = [ ОО ₁² – (R – R ₁)²]^½, (7.7)

де R і R ₁ – радіуси заокруглень з’їздів, м.

Формула визначення кута нахилу бічної ОО ₁ до відрізка ММ ₁ має вигляд

γ = arccos (ММ ₁ / ОО ₁).(7.8)

Склавши рівняння лінії відрізка ОО ₁, як такого, що проходить через точки з заданими координатами, можемо через кутовий коефіцієнт знайти її кут нахилу до осі абсцис, а з врахуванням величини кута γ можемо визначити величину кута нахилу лінії відрізка ОК до осі абсцис α, який паралельний відрізку ММ ₁.

Оскільки відрізки ОМ і О ₁ М ₁ перпендикулярні до ММ ₁, то можемо знайти кут їх нахилу до осі абсцис і відповідний кутовий коефіцієнт їх ліній.

Потім визначимо величину кутів ∟ СОМ і ∟ С ₁ О ₁ М ₁ для наступного визначення довжини відповідних дуг СМ і С ₁ М ₁ (див. рис. 7.1).

∟ СОМ = 270° –α–φ; (7.9)

∟ С ₁ О ₁ М ₁ = α – θ – φ₁. (7.10)

На рис. 7.1. показано, що кут θвідповідає величині кута нахилу другої магістралі до осі абсцис (передбачається, що вісь першої магістралі, яка проходить вище цієї магістралі, співпадає з напрямком осі ординат).

Після цього маємо можливість в межах лінії СС ₁ (див. рис. 7.1) отримати величини окремих ділянок СМ, ММ ₁ і М ₁ С ₁, і маючи відмітки точок С і С ₁, розробити модель поздовжнього профілю з’їзду по його лотку та виконати його вертикальне планування проектними горизонталями.

Положення лівоповоротних з’їздів на перетинах типу “лист конюшини” суттєво вплине на підхід до проектування планового положення їх правоповоротних з’їздів. Але підхід до проектування поздовжніх профілів правоповоротних з’їздів на перетині типу “лист конюшини” та з’їздів на решті типів перетинів магістралей в різних рівнях та на ділянці ММ ₁наведеного виду з’їзду може бути загальним.

На рис. 7.4 показано випадок, коли рельєф території перетину підказує рішення проектування на ділянці ММ ₁(з’їзд знаходиться на схилі) вертикальної увігнутої кривої, яка б сполучила прямі лінії з уклонами і ₁ та і ₂, що продовжують поздовжній профіль ділянок заокруглень.

У даному випадку уклони в місцях примикання з’їзду до магістралей та на заокругленнях не перевищують допустимі. Тому для вписування цієї вертикальної кривої необхідно, щоб її кінці не виходили за межі відрізка ММ ₁, або в дуже скрутних умовах не накладались на сусідні вертикальні криві. Розв’язання такої задачі розглянуто в розділі 1.1 (рис. 1.8).

Рис. 7.4

Коли ж при проектуванні поздовжнього профілю з’їзду умови рельєфу території магістралей, що перетинаються в різних рівнях (перетин знаходиться на рівнинній території) змушують знайти рішення з мінімізацією земляних робіт при його влаштуванні (рис. 7.5), знаходять величину прямої вставки між вертикальними кривими L залежно від її поздовжнього уклону і_х.

Рис. 7.5

У даному випадку, заокруглення запроектовані з найбільшими допустимими повздовжніми уклонами і ₁та і ₂. Для розв’язання цієї задачі слід добитись, щоб сума довжин вертикальних кривих і отриманої величини прямої вставки не перевищувала довжину відрізка ММ ₁. Ця умова може бути записана так

R ₁ (i_x – i ₁ ) + L + R ₂ (i ₂ – і_x) ≤ X_{M 1} – X_M. (7.11)

Всі умовні позначки у формулі (7.11) відповідають позначкам на рис 7.5.

Для розв’язання цієї задачі може бути такий підхід.

Спочатку задаємо початкову величину поздовжнього уклону і_х, який можемо встановити графічно, зафіксувавши положення верхньої вертикальної опуклої кривої, помітивши положення нижньої вертикальної кривої, кінець якої співпадає з точкою М ₁, та положення прямої, що повинна їх сполучити.

Потім, з умови (7.12) знаходимо величину прямої вставки L (бажано, щоб вона була в межах 10-20 м), а уклон і_х не перевищував допустимий або винятковий для обмежених умов. Якщо пряма вставка більша бажаних меж, то величину поздовжнього уклону прямої вставки слід поступово збільшувати, поки він не прийме граничних меж або не буде отримана бажана величина прямої вставки.

Якщо умова (7.11) не виконується вже на початковому етапі, то слід планове положення з’їзду змінити.

Може трапитись випадок, коли вертикальні криві, що проходять через точки М і М ₁зафіксованого положення (тобто їх положення зафіксоване: відомі координати цих точок, радіуси цих кривих та величини поздовжніх уклонів в цих точках) і їх слід сполучити прямою лінією (див. рис. 7.5). Тоді необхідно знайти величину поздовжнього уклону цієї лінії.

Підхід до розв’язання даної задачі розглянуто в [2] (див. рис. 1.10 розділу 1.1).

Основна умова – щоб отримана величина повздовжнього уклону не перевищувала нормативні або винятково допустимі величини для проектування з’їздів на перетинах магістралей різних рівнів.

В усіх наведених випадках проектування поздовжніх профілів з’їздів, коли не виконуються нормативні та наведені умови, необхідно змінити планове положення з’їзду так, щоб зменшилась різниця відміток в точках примикань до магістралей, або збільшити радіуси заокруглень, що дасть можливість запроектувати їх з більшими поздовжніми уклонами.

Якщо при значній довжині з’їзду виникне необхідність розглянути іншу розрахункову схему його поздовжнього профілю, ніж розглянуті в даному розділі, то слід підібрати відповідний аналог цієї задачі в [2; 19].

Принцип виконання вертикального планування з’їзду проектними горизонталями аналогічний підходам розглянутим в [2] (див. розділ 2 для проїжджих частин магістралей та в розділ 3 для тротуарів) або в [19].

Слід звернути увагу, що при проектуванні вертикального планування тротуарів з’їздів їх поверхневий стік слід направляти у бік ліній лотків з’їздів.

8. ПРОЕКТУВАННЯ ПОВЕРХНЕВОГО СТОКУ
В МЕЖАХ ПЕРЕТИНУ МАГІСТРАЛЕЙ

Дотримання вимог до найменших величин поздовжніх уклонів магістралей (для асфальтобетонних покриттів 5 ‰), рекомендованих поперечних уклонів для проїжджої частини (20 ‰) та тротуарної частини (15 ‰) забезпечить необхідний водостік вздовж лотків магістралей та з’їздів.

Басейни збору поверхневого стоку в межах перетину магістралей визначати не доцільно (на примагістральній території можливе незалежне вирішення організації поверхневого стоку), тому гідрологічні та гідравлічні розрахунки гілок і колекторів (діаметри труб гілок і колекторів приймають як правило мінімальні) в межах перетину не проводять як недоцільні, а для вирішення проблеми водовідведення з поверхні території магістралі передбачають конструктивне розміщення зливоприймальних споруд, які розміщують в лотках проїжджої частини, за такими принципами:

● необхідно забезпечити перехват поверхневого стоку, який буде надходити з проїжджої частини та тротуарів перетинаючої магістралі на з'їзди даного перетину та в’їзди (виїзди) на примагістральну територію;

● поверхневий стік, який буде надходити з проїжджої частини та тротуарів з’їздів не повинен потрапляти на проїжджу частину магістралі, що перетинається (бажано в місцях перед наземними пішохідними переходами);

● необхідно забезпечити відведення стоку з локальних понижених точок (в цьому випадку колодязь в пониженій точці магістралі, що перетинається з’єднується спеціальним відвод-колектором з найближчим магістральним зливоприймальними колектором).

Решту зливоприймальних споруд при ширині проїжджої частини магістралей до 30 м і відсутності притоку дощової води з примагістральної території розміщують конструктивно на відстанях, залежно від поздовжнього уклону ділянки магістралі (слід виключити з цього ряду ділянки локальних найвищих точок) за такими даними:

● при уклоні ділянки магістралі до 4 ‰ прийняти відстань 50 м;

● при уклоні в межах 4-6 ‰ – 60 м;

● при 6-10 ‰ – 70 м;

● при 10-30 ‰ – 80 м.

При ширині магістралей понад 30 м чи при поздовжньому уклоні більше 30 ‰ відстань між зливоприймальними колодязями повинна бути не більше 60.0 м.

Як правило, в практиці проектування перетинів міських магістралей в різних рівнях після розміщення обов’язкових зливоприймальних колодязів, якщо між ними на магістралях понад 50 - 70 м, а на з’їздах понад 100 м – проектують проміжні колодязі.

Якщо за умовами рельєфу неможливо здійснити самостічне відведення поверхневого стоку з пониженої точки тунелю, то передбачається автоматична насосна станція перекачування поверхневого стоку до найближчих приймальних споруд.

Відведення поверхневого стоку з проїжджої частини шляхопроводів і естакад здійснюється з допомогою металевих трубок вмонтованих в прогонні конструкції споруди, які повинні бути закриті решітками в рівні проїжджої частини.