Проектирование автомобильных дорог

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Климатологические данные

2. Трассирование по карте

2.1 Способы камерального трассирования

2.2 Требования к камеральному трассированию

3. Грунты

4. Вычисление элементов горизонтальных кривых

4.1 Проектирование переходных кривых в плане

4.2 Проектирование переходных кривых в плане

5. Составление ведомости прямых и кривых

5.1 Построение магистрального хода и горизонтальных кривых

5.2 Вынос пикетов на кривую

6. Проектирование продольного профиля

6.1 Общие положения

6.2 Подготовка исходных данных

6.3 Построение сокращенных профилей

7. Построение полного продольного профиля

7.1 Основные требовании к положению проектной линии

7.2 Проектирование вертикальных кривых

7.2.1 Вычисление элементов вертикальных кривых

7.2.2 Вычисление пикетного положения главных точек вертикальных кривых

7.2.3 Вычисление проектных отметок на вертикальных кривых

7.2.4 Вычисление рабочих отметок точек на вертикальных кривых

7.3 Вычисление рабочих отметок

8. Определение положения точек нулевых работ

9. Проектирование виража

10. Определение объемов земляных работ

Список использованной литературы

Введение

Автомобильные дороги - капиталоемкие сооружения, поэтому проектирование дорог должно быть направлено на достижение их высоких эксплуатационных качеств при минимуме строительных затрат.

При выборе вариантов проектных решений предпочтение необходимо отдавать таким, где обеспечивается безопасность движения автомобилей с расчетными скоростями, с большим сроком службы земляного полотна, дорожной одежды и искусственных сооружений.

Оптимальным сочетанием элементов плана и профиля дорог, выбором типа покрытий и их надлежащим содержанием обеспечиваются благоприятные условия эксплуатации автомобильного транспорта, при этом сводятся к минимуму дорожно-транспортные происшествия, связанные с дорожными условиями.

автомобильный дорога трассирование

1. Климатологические данные

Основным нормативным документом на проектирование автомобильных дорог являются строительные нормы и правила «Автомобильные дороги» (СНиП 2.05.02-85). Указанные нормы и правила распространяются на проектирование вновь строящихся и реконструируемых дорог общего пользования и подъездных дорог к промышленным предприятиям.

Согласно СНиП [4] автомобильные дороги общего пользования на всем протяжении или на отдельных участках подразделяются на пять категорий в зависимости от расчетной интенсивности движения и их народнохозяйственного и административного значения (таб. 1).

Строительными нормами установлены расчетные скорости на дорогах в зависимости от категории. Расчетной считается наибольшая возможная по условиям устойчивости и безопасности движения скорость одиночных автомобилей при нормальных погодных условиях и сцеплении шин автомобилей с поверхностью проезжей части.

Расчетные скорости табл. следует принимать для проектирования элементов плана, продольного и поперечного профилей, а также других элементов, зависящих от скорости движения.

Нормы проектирования автомобильных дорог принимают в соответствии с их категорией по СНиП 2.05.02-85, а те или иные проектные решения - по типовым материалам для проектирования.

Индивидуальные проектные решения разрабатывают только для сложных и особо сложных условий проектирования (наличие просадочных лессовых грунтов, оползневых явлений, карста и т.д.).

Рабочая документация проекта должна соответствовать требованиям ГОСТ 21.101-97 «СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации» [5].

В состав рабочей документации входят следующие основные чертежи:

чертежи, предназначенные для строительно-монтажных работ (план дороги, продольный и поперечные профили земляного полотна, конструкции дорожной одежды, чертежи водоотводных устройств и обстановки дороги, пересечений и примыканий автомобильных дорог, комплексов зданий и сооружений дорожной и автотранспортной служб);

чертежи переустройства пересекаемых трассой инженерных сетей (связь, ЛЭП и пр.);

Таблица 1. Классификация автомобильных дорог по СНиП 2.05.02-85

Категория дороги	Расчетная интенсивность движения, авт./сут.	Народнохозяйственное и административное значение автомобильных дорог
	приведенная к легковому автомобилю	в транспортных единицах
1-а	Св. 14000	Св. 7000	Магистральные автомобильные дороги общегосударственного значения (в т.ч. международного сообщения)
1-6	Св. 14000	Св. 7000	Автомобильные дороги общегосударственного (не отнесенные к 1-а категории), республиканского, областного (краевого) значения
II	Св. 6000 до 14000	Св. 3000 до 7000
III	Св. 2000 до 6000	Св. 1000 до 3000	Автомобильные дороги общегосударственного, республиканского, областного (краевого) значения (не отнесенные к 1-6 и II категориям), дороги местного значения
IV	Св. 200 до 2000	Св. 100 до 1000	Автомобильные дороги республиканского, областного (краевого) и местного значения (не отнесенные к 1-6, II и III категориям)
V	До 200	До 100	Автомобильные дороги местного значения (кроме отнесенных к III и IV категориям)

1. Расчетная интенсивность в транспортных единицах принимается в случаях, когда легковые автомобили составляют менее 30% общего транспортного потока.

2. Категория подъездных дорог к промышленным предприятиям назначается в соответствии с расчетной интенсивностью движения для дорог 1-6 - V категорий

2. Трассирование на карте

Камеральное трассирование линейных сооружений выполняют на двух стадиях проектирования: для разработки предпроектной документации и разработки проекта.

Камеральное проложение вариантов трассы для предпpоектной документации производится по топографическим картам и аэроснимкам в масштабах 25000 или планам в масштабе 10000. На пересеченной местности, в горных и предгорных районах допускается съемка в масштабах 1:2000 и 1: 1000.

На стадии «Проект» для камерального трассирования линейных сооружений следует использовать инженерно-топографические планы в масштабах 1:5000 - 1:500, составленные при разработке обоснований инвестиций в строительство дороги.

На стадии разработки рабочей документации камеральное трассирование не выполняется, доработка материалов, выполненных на предшествующих стадиях проектирования, производится по ранее вычерченным планам. Полевое трассирование (вынос трассы в натуру) ведут с учетом текущих изменений. Если на полосе местности вдоль трассы произошли изменения, тогда производится съемка текущих изменений и составляются планы в масштабах 1: 1000 - 1:500.

2.1 Способы камерального трассирования

До начала трассирования на топографической карте крупного масштаба (1:25000) рекомендуется сначала ее подготовить, т.е. обозначить синим пунктиром тальвеги суходолов, границы разлива ГВВ в речных долинах; перенести с инженерно-геологической карты неблагоприятные для трассирования участки (оползневые, карстовые и др.); обозначить прочие условия, влияющие на положение оси трассы, а также существующие или разведанные месторождения каменных материалов, карьеры песка и другую информацию.

Способ трассирования на карте зависит от рельефа местности и предельного уклона трассирования i_тp, который устанавливается по СНИП [4] в зависимости от категории дороги.

Если уклон местности (в полосе варьирования трассы) меньше, чем предельный уклон трассирования (i < i_тp), трассу прокладывают вольным ходом.

Вольные ходы характерны тем, что, трассируя, не приходится преодолевать высотных препятствий и положение трассы определяется контурными препятствиями, а продольные уклоны всегда меньше предельно допустимых для дороги данной категории.

Там, где приходится преодолевать значительные высотные препятствия, трассирование выполняют напряженными ходами.

Напряженные ходы, возможно прокладывать двумя способами: по прямой и с развитием трассы.

Первый способ - трассирование по прямой с предельно допускаемым уклоном - принципиально возможно применять, когда средний уклон местности равен уклону трассирования (i = i_тp). Но на практике крутые затяжные подъемы трудно преодолимы для большегрузных автомобилей, а слишком крутые спуски опасны для скоростных автомобилей. Поэтому в условиях слабохолмистой и пересеченной местности не рекомендуется прокладывать трассу с предельно допускаемыми уклонами. Смягчение уклонов на таких участках при проектировании продольного профиля дороги приводит к значительному увеличению рабочих отметок.

Второй способ - с развитием трассы - применяют, когда уклон местности больше, чем уклон трассирования (i > i_тp). Применение этого способа приводит к удлинению трассы это вполне приемлемо для дорог низких категорий с переходными покрытиями. Трассирование дороги 1-3 категории предпочтительнее проводить по прямой при условии смягчения уклонов в процессе проектирования.

2.2 Требования к камеральному трассированию

Общее направление трассы устанавливают на основе экономических изысканий и в соответствии со схемой размещения и развития сети автомобильных дорог в данном регионе.

Если в задании на проектирование общее направление трассы уже задано, т.е. обозначены начальная, конечная и промежуточные точки, через которые должна пройти трасса, то трассирование начинают с проложения воздушных линий между обозначенными точками. Эти точки называют опорными пунктами.

После обозначения воздушной линии трассирование на карте выполняют с соблюдением следующих требований и условий:

1) Трасса должна быть максимально приближенной к воздушной линии, т. е. к прямой, соединяющей опорные пункты.

2) Отклонения трассы от воздушной линии - допускаются на участках, где имеются различные препятствия, преодоление которых технически сложно и экономически менее целесообразно, чем удлинение трассы.

Препятствия, требующие отклонения трассы от воздушной линии, могут быть контурными и высотными.

К контурным препятствиям относятся населенные пункты (не являющиеся опорными), заповедники, озера, болота, горные долины (направление которых не совпадает с заданным направлением трассы), участки местности, неблагоприятные по инженерно-геологическим условиям.

Высотными препятствиями являются: главные водораздельные горные хребты, глубокие и широкие котлованы, отдельные возвышенности и холмы.

Степень отклонения трассы от воздушной линии характеризуется коэффициентом удлинения, равным отношению фактической длины трассы L_Ф к длине трассы по воздушной линии L_В:

m = Lф / Lв.

Значение коэффициента удлинения трассы т устанавливают в зависимости от категории сложности рельефа (табл. 2).

3) На местности, где нет значительных высотных препятствий и положение трассы определяется в основном контурными препятствиями и инженерно-геологическими условиями, трассу следует прокладывать от препятствия до препятствия по кратчайшему направлению; всякое отклонение от него должно быть обоснованным.

4) Трасса должна проходить через контрольные точки. К контрольным точкам относятся: согласованные места пересечения с железными и автомобильными дорогами более высоких категорий, чем проектируемая; горные седловины, удобные для пересечения трассы; места пересечения крупных рек. При выборе контрольных точек для пересечения крупных рек необходимо руководствоваться условиями обеспечения удобств для устройства мостового перехода при безпрепятственном пропуске высоких вод, а также экономичностью его устройства и удобством движения автомобилей. Практически всегда перпендикулярное пересечение водотока экономически целесообразней. Но стремление к такому пересечению, как правило, приводит к изменению направления трассы, нарушению ее плавности. Поэтому ради сохранения плавности трассы современные автомагистрали прокладывают с косым пересечением, проектируя большие мосты на кривых в плане и продольном профиле, несмотря на усложнение конструкций и их высокую стоимость.

Дороги низких категорий рекомендуется трассировать с пересечением крупных рек под углом 90⁰.

Ручьи и другие малые водотоки не создают затруднений в выборе места перехода и могут пересекаться: под любым углом, или их русло может быть спрямлено.

5). Трассирование дороги в горной и сильно пересеченной местности с резко расчлененным рельефом необходимо начинать с напряженных ходов, т.е. с участков, где уклоны превышают предельный уклон трассирования, допускаемый для дороги заданной категории. Углы поворота на участках напряженных ходов назначают не для обхода препятствия, а для более мягкого вписывания в. рельеф местности.

6). При проложении трассы следует избегать использования ценных земель и сельскохозяйственных угодий.

7). Требования нормативных документов (СНиП, и др.) к элементам плана, продольного и поперечного профилей должны учитываться уже на стадии камерального трассирования.

Таблица 2. Ориентировочные значения коэффициента удлинения трассы в зависимости от категории сложности рельефа

Категории рельефа	Рельеф	Характеристика рельефа	Коэффициент удлинения
1	Равнинный	Равнины и долины с относительно пологими склонами и широкими и спокойными водоразделами.	1,1
		Наибольшие колебания относительных высот отдельных точек не более 30 м на 1 км Местность с отдельными невысокими холмами, оврагами. Небольшие продольные уклоны местности не превышают 70 %о	1,1-1,15
2	Слабохолмистый
3	Сильнопересеченный	Наличие большого количества холмов, не превышающих 200 м над уровнем их подошвы и плавно переходящих в равнину. Разность отметок на 1 км трассы составляет 30 - 200 м	1,15-1,25
4	Гористый	Склоны гор и предгорий с сильно расчлененным рельефом, узкими ущельями; большая крутизна склонов	1,25-1,40
		Горы обладают резко очерченной подошвой; разность отметок от уровня подошвы более 200 м; разветвление сети глубоких долин, ущелий и горных хребтов
5	Горный		1,5

В моем варианте трассы проходят по слабохолмистому рельефу, пересекают реку Андога и железную дорогу, так же пересекается а/д 3 категории. На обоих вариантах трасс встречаются овраги глубиной 8-1м.

3. Грунты

Явного преобладания того или иного типа грунта не наблюдается. В первой трети участка дороги на поверхность выходят пески пылеватые, во второй трети - суглинки, в третьей - пески мелкие. Каждый из этих грунтов пригоден для возведения земляного полотна.

Собрав все необходимые сведения о местности, о вариантах проложенных трасс, выбирают наилучший, хотя окончательный вывод делают только после построения сокращённых продольных профилей этих трасс.

4. Вычисление элементов горизонтальных кривых

4.1 Проектирование переходных кривых в плане

Круговой кривой

Рис. 1. Элементы и главные точки горизонтальной

На углах поворота трасс автомобильных дорог производят вставки кривых. Точки начала (НК), середины (СК) и конца (КК) кривой называются главными точками круговой кривой. Основными элементами круговых кривых являются: угол поворота; радиус круговой кривой R; отрезок от вершины угла (ВУ) поворота трассы до начала кривой (НК) или конца кривой (КК), называемый дорожным тангенсом Т; длина кривой К; отрезок от вершины угла (ВУ) до середины кривой (СК), называемый биссектрисой Б; домер Д.

Согласно СНиП 2.05.02-85, пункт 4.33, радиусы смежных кривых в плане должны различаться не более, чем в 1,3 раза.

Радиусы кривых в плане должны быть не менее 3000 метров. Для автомобильных дорог третьей технической категории допускается проектировать радиусы от 2000 метров и более.

Элементы кривых вычисляют по указанным в пикетажном журнале аргументам б и R по данным своего варианта по следующим формулам



Пример расчёта:

ВУ ПК11+50;

б = 15°00ґ;

R = 2000 метров;

По формулам (2.1) находим:

К=(2000*3,14*15)/180=523,33м

Т=2000*0,13=260м

Б=2000/0,99=20,20м

Д=260*2-523,33=9,33м

4.2 Проектирование переходных кривых в плане

Рис. 2 Расчетная схема закругления из переходных кривых с круговой вставкой:

а - угол поворота трассы; К - радиус круговой кривой; Т - тангенс закругления; Т - тангенс круговой кривой при радиусе (К+р); (- расстояние от начала переходной кривой до начала круговой кривой; l - длина переходной кривой; К₀ - длина круговой кривой при радиусе К и угле поворота у=а-2/3; р - сдвижка круговой кривой; Р - угол переходной кривой; у- центральный угол круговой кривой; Т₃ - длинный тангенс переходной кривой; Т_к - короткий тангенс переходной кривой

Если в трассу автомобильной дороги не удаётся вписать рекомендуемый радиус, то необходимо проектировать переходные кривые. Для дорог третьей технической категории проектируют переходные кривые в том случае, если радиус горизонтальной круговой кривой меньше 2000 метров.

При сопряжении прямой с кривой малого радиуса центробежное ускорение нарастает мгновенно, что приводит к дополнительным трудностям, как для водителя, так и для пассажиров. При сопряжении прямой и кривой через переходную кривую увеличение центробежного ускорения происходит плавно, что приводит к безопасности и удобству водителя и пассажиров.

Согласно СНиП 2.05.02-85 длина (lп) переходных кривых зависит от выбранных радиусов (R). Зависимость длин переходных кривых от радиусов показана в таблице 3.

Таблица 3 - Зависимость длины переходной кривой от радиуса

R, м	30	50	60	80	100	150	200	250	300	400	500	600-1000	1000-2000
lп, м	30	35	40	45	50	60	70	80	90	100	110	120	100

Обычно в переходных кривых размещают отгоны виражей, в пределах которых происходит изменение поперечного профиля от двухскатного к односкатному, который и называется виражом. Об этом более подробно в четвёртой части курсового проекта.

При проектировании автомобильной дороги используют три вида переходных кривых:

1). Клотоида

2). Лемниската Бернулли

3). Кубическая парабола

Самый распространённым видом переходной кривой является клотоида (рис. 3), благодаря которой в настоящее время проектируют и план трассы, и продольные профиля автомобильной дороги. Когда участок дороги имеет форму клотоиды, руль поворачивается равномерно. Такая форма дороги позволяет преодолевать поворот без существенного снижения скорости.

Рисунок 3 - Клотоида

Уравнение клотоиды показано в формуле

,

где R - радиус кривой, м,

lп - длина переходной кривой, м.

c - const

Прямая вставка между двумя кривыми должна быть более трёхсот метров. Если две кривые в плане направлены в одну сторону, а прямая вставка менее 100 метров, то эти кривые заменяют одной большего радиуса.

Порядок расчета переходных кривых.

1) Определяем величину угла поворота: б_вправо = 26є.

2) Назначаем радиус закругления: R = 1600м.

3) Определяем тангенс и биссектрису угла:

Т = R tg(б/2) = 368 м,

Б = R / (cos(б/2)) - R = 49,48 м.

4) По СНиП 2.05.02 - 85(97) т. 1.1 для R = 1600м длина переходной кривой равна l_п=120 м.

5) Вычерчиваем схему общего закругления.

6) Определяем угол:

в = l_п ·180 / 2 Rр = 179ґ.

7) Определяем добавочный тангенс:

t = (l_п /2)·(1 - l_п² /120·R²) = 49,54 м.

8) Определяем сдвижку круговой кривой:

р = (l_п /24·R)·(1 - l_п² /112·R²) = 0,0033 м.

9) Проверяем возможность разбивки переходной кривой: б > 2 в, 26°>2*1°79 разбивка переходной кривой возможна.

10) Проверяем величину р: р ? 0,01 R, условие выполняется.

11) Определяем длину сокращенной круговой кривой:

К₁ = R(б-2 в) / 57,3 = 626,04 м.

12)

13) Определяем длину всего закругления:

К₂ = К₁ + 2l_п = 826,04 м.

14) Находим домер для всего закругления при Т₁ = Т + t:

Д = 2(Т + t) - К₂ = 8,96 м.

14) после установления величины элементов закругления переходят к определению пикетажного положения:

а) начала закругления (НЗ);

б) начала круговой кривой (НКК);

в) конца круговой кривой (ККК);г) конца закругления (КЗ).

Расчёт проводят по следующей схеме

ВУ ПК - Т-t = НЗ ПК,

НЗ ПК + К₂ = КЗ ПК или ВУ ПК + Т₁ - Д = КЗ ПК, (2.11)

НЗ ПК - L_p = НКК ПК или ВУ ПК - Т = НКК ПК,

КЗ ПК - L_p = ККК ПК,

где ВУ ПК - пикетажное значение вершины угла.

ВУ ПК21+63,33- 368-49,48= НЗ ПК 17+45,79

НЗ НК17+45,79+= КЗ ПК25+70,56

НЗ ПК 17+45,79-120=НКК ПК 17+95,33

КЗ ПК 25+70,56-120=ККК ПК 25+21,02

Результаты расчётов элементов переходных кривых западной трассы автомобильной дороги приведены в таблице 4. Переходные кривые на восточной трассе не разбивают.

Таблица 4 - Результаты расчётов элементов переходных кривых

Номер угла	Пикет	Угол поворота	R	lп	в	t	T1	p	К1	K2	D	НЗ	КЗ
		лево	право
1	21+63,33	-	26є	1600	120	1є79ґ	49,54	368	0,003	626,04	826,04	8,96	17+45,79	25+70,56
2	8+60	-	57є	600	120	5є73ґ	59,98	330	0,008	474,97	714,97	64,99	4+70,02	11+84,99
3	20+15	-	44є	700	120	4є91ґ	59,40	280	0,007	417,56	657,56	21,24	16+75,60	23+33,16
4	32+70	44є	-	700	120	4є91ґ	59,40	280	0,007	417,56	657,56	21,24	29+30,60	35+88,16

5. Составление ведомости прямых и кривых

По азимуту А₁ начального направления трассы и углам поворота вычисляем азимуты последующих направлений

A_i+1 = A_i + б_пр

A_i+1 = A_i - б_лев,

где А_i - азимут предыдущего прямого участка трассы;

А_i+1 - азимут последующего прямого участка трассы;

б_пр - угол поворота трассы вправо;

б_лев - угол поворота трассы вправо.

По формулам 2.12 вычисляют

Для северной трассы

А₁ = 35°

А₂ = 92є;

А₃= 136є

А₄= 92є

Для южной трассы:

A₁ = 95°30ґ

A₂ = 111°

A₃ = 83°30ґ

Азимуты переводят в румбы, используя таблицу 5.

Таблица 5 - Определение румба по азимуту

Азимут	Определение румба по азимутам	№ четверти, название румба
А = 0 - 90	r = A	I СВ
А = 90 - 180	r = 180 - A	II ЮВ
А = 180 - 270	r = A - 180	III ЮЗ
А = 270 - 360	r = 360 - A	IV СЗ

По таблице 2.4 получают:

Северный вариант трассы:

r₁ = 35° - I четверть СВ;

r₂ = 88° - II четверть ЮВ;

r₃ = 44° - II четверть ЮВ;

r₄ = 88° - II четверть ЮВ;

Южный вариант трассы:

r₁ = 84°30ґ - II четверть ЮВ;

r₂ = 69є - II четверть ЮВ;

r₃ = 83°30ґ - II четверть ЮВ.

Длины прямых вставок вычисляют по формуле

Р_i+1 = ПК НК_i+1 - ПК КК_i или Р_i+1 = ПК НЗ_i+1 - ПК КЗ_i

Длина первой прямой вставки равна пикетажному значению начала первой кривой, последней - разности пикетажных значений конца трассы и конца последней кривой.

Северной трасса:

P₁ = 470,02 м;

P₂ = 490,61 м;

P₃ = 597,44 м;

P₄ = 411,84 м;

Южной трасса:

P₁ = 890м;

P₂ = 332,46м;

P₃ = 829,44 м.

Контроль:

1) разность между суммой правых и суммой левых углов поворота должна равняться разности азимутов конечного и начального участка трассы

; (2.15)

2) сумма прямых вставок (P) плюс сумма кривых (К) должна равняться длине трассы по пикетажу

; (2.16)

3) разность между удвоенной суммой тангенсов и суммой кривых должна равняться сумме домеров

.

5.1 Построение магистрального хода и горизонтальных кривых

План трассы строится по румбам и расстояниям между вершинами углов на листе формата А2 в выбранном проектировщиком масштабе. В данном курсовом проекте масштаб плана 1:10000.

Для построения плана располагают лист бумаги длинной стороной горизонтально. Отступив более 5 см от левого края листа, по середине короткой стороны листа намечают точку ПК0 - начало трассы автомобильной дороги.

От этой точки проводят горизонтальную линию. На этой линии в заданном масштабе откладывают расстояние между ПК0 и ВУ1 и получают положение первой вершины угла поворота.

В точке ПК0 по румбу r₁ или азимуту А₁ начального направления трассы проводят направление меридиана, которое затем в виде стрелки переносят в верхний угол листа

В точке ВУ1 откладывают первый угол поворота a₁. Отложив вдоль этого направления расстояние между ВУ1 и ВУ2, находят положение второй вершины угла. Аналогичными построениями определяют положение последующих вершин и конец трассы.

Далее находят на оси трассы положение главных точек переходных кривых НЗ, КЗ, или НКК и ККК для круговых кривых, откладывая для этого в обе стороны от вершины углов поворота соответствующие дорожные тангенсы.

Наносят положение пикетов. До первой вершины угла поворота ВУ1 пикеты откладывают в масштабе плана. От ВУ1 откладывают вперед домер Д и считают, что конец отрезка имеет то же пикетажное обозначение, что и вершина угла. От этой точки откладывают расстояние, равное дополнению до следующего пикета, и получают следующий пикет. Дойдя до ВУ2, все действия повторяют. Данные действия совершают до конца трассы.

5.2 Вынос пикетов на кривую

Если при трассировании на тангенсы попадают некоторые пикеты, то их выносят на кривую способом прямоугольных координат.

Исходными данными для выноса пикетов являются величина радиуса кривой R и расстояние k от начала или конца кривой до пикета. Далее находят абсциссу х, соответствующую положению пикета на кривой, и ординату у по формулам

x = R·sinг

y = 2·R·sinІг ?2,

где R - радиус кривой,

г - центральный угол, соответствующий дуге k от начала или конца кривой до рассматриваемого пикета.

Центральный угол находят по формуле



От оси дорог откладывают по 250 метров в масштабе. В этой полосе отвода показывают рельеф местности, отдельные горизонтали подписывают, показывают ситуацию, отмечают начало и конец закругления каждой переходной кривой.

На этом построение плана трассы можно считать выполненным. Окончательный вид плана показан в приложении, но выбрать трассу для проекта можно только после построения сокращенных продольных профилей.

6. Проектирование продольного профиля участка автомобильной дороги

6.1 Общие положения

Продольный профиль дороги - это проекция оси дороги на вертикальную плоскость, совпадающую с направлением дороги. Согласно ВСН 202-85 АД продольный профиль входит в состав основного комплекта рабочих чертежей для выполнения строительномонтажных работ. На этом чертеже должна быть представлена информация о местности (гидрогеологические данные) и проектные решения, от которых зависят как объемы предстоящих строительных работ, так и транспортно-эксплуатационное качество дороги. Поэтому проектирование продольного профиля - наиболее ответственный и сложный этап работы над проектом.

Каждое проектное решение на продольном профиле принимается на основе комплексной оценки всех факторов и условий, влияющих на параметры дороги, в том числе: ситyационные особенности местности, топографические, климатические, почвенногрунтовые, гидрогеологические и другие условия. Инженер-проектировщик обязан строго соблюдать требования строительных норм, учитывать безопасность движения, эстетику автомобильной магистрали и требования экологии окружающей среды.

Проектирование продольного профиля включает следующие этапы.

Подготовка исходных данных.

Проектирование вариантов положения проектной линии.

Оценка вариантов проектных решений.

Проектирование водоотвода в продольном профиле.

5. Оформление продольного профиля по ГОСТ Р 21.1701-97. Информация для проектирования продольного профиля принимается по материалам полевых изысканий, выполненных изыскательской организацией в соответствии с заданием заказчика на проектирование дороги. Для учебного проектирования основная исходная информация задается руководителем. Сведения о районе проектируемой дороги устанавливаются самим студентом по энциклопедической, нормативной и справочной литературе.

Вычерчивание продольного профиля по ГОСТ Р 21.1701-97 [12]. Для изображения продольного профиля дороги на чертеже принимают основные масштабы: по горизонтали - 1:5000; по вертикали 1:500; допускаемые - по горизонтали 1:2000, по вертикали 1:200. Масштабы изображения указывают над боковиком таблицы.

6.2 Подготовка исходных данных

До начала проектирования продольного профиля: необходимо подготовить следующие исходные данные:

1) вычерченный по отметкам поверхности земли продольный профиль дороги, где нанесены разведочные геологические выработки с обозначением влажности и консистенции грунтов по ГОСТ 21.302; отметки уровня грунтовых вод с датой их замера; наименование грунтов; группы грунтов по трудности их разработки; границы слоев грунтов и прочие данные, установленные в процессе инженерно-геологических изысканий;

2) руководящие отметки, вычисленные для: каждого характерного участка дороги;

3) технические нормы проектирования дороги данной категории, установленные по СНИП 2.05.02-85 [4].

Отметки поверхности земли снимают с топографической карты по оси проложенной трассы, вычисляя их на каждом пикете и плюсовых точках. Плюсовыми точками на карте являются крайние точки на возвышениях и понижениях рельефа местности, где изменяется продольный уклон; переломные точки на обрывах и оврагах; точки изменения крутизны склонов (резкое изменение густоты горизонталей).

Отметки земли вычисляют двумя способами: интерполяцией и экстраполяцией. Если пикет или плюсовая точка расположены между соседними горизонталями, отметки вычисляют методом интерполяции. Отметки точек, расположенных внутри замкнутой горизонтали или за пределами горизонталей, определяют экстраполяцией.

6.3 Построение сокращённых профилей

Перед проектированием полного продольного профиля сначала строят сокращённые продольные профиля. После их построения можно увидеть, какой из вариантов трасс наиболее сложный в плане проектирования на нём автомобильной дороги, и, совместив эти данные с результатами трассирования и камеральных работ, выбирают окончательный вариант трассы, полный продольный профиль которого будут проектировать в дальнейшем.

В сокращённом профиле строят только линию земли. Отметки земли находят на каждом пятом пикете способом интерполяции или экстраполяции. Полученная линия наглядно показывает, на каком варианте трассы объёмы земляных работ будут больше, т.е. строительство менее выгодно.

1) Н_{ПК 0} = 161,20 м;

2) Н_{ПК 1} = 158,25 м;

3) Н_{ПК 1+50} = 156,50 м;

4) Н_{ПК 2} = 155,20м;

5) Н_{ПК 3}= 150,10 м;

6) Н_{ПК 4} = 146,30 м;

7) Н_{ПК 5} = 142,50 м;

8) Н_{ПК 6}= 138,70м;

9) Н_{ПК 7} = 135,20 м;

10) Н_{ПК 8} = 132,50 м;

11) Н_{ПК 9} = 128,60 м;

12) Н_{ПК 10} = 126,30 м;

13) Н_{ПК 11} = 125,40 м;

14) Н_ПК12 = 125,00 м;

15) Н_{ПК 13} = 124,10 м;

16) Н_ПК14 = 123,70 м;

17) Н_{ПК 15} = 122,30 м;

18) Н_{ПК 15+60} = 118,00м;

19) Н_{ПК 16} = 109,00 м;

20) Н_{ПК 17} = 117,10 м;

21) Н_{ПК 18} = 117,29 м;

22) Н_{ПК 19} = 117,54 м;

23) Н_{ПК 20} = 117,69 м;

24) Н_{ПК 21} = 117,80 м;

25) Н_{ПК 22} = 117,90 м;

26) Н_{ПК 23} =118,10 м;

27) Н_{ПК 23+30} = 118,70 м;

28) Н_{ПК 24} = 121,70 м;

29) Н_{ПК 25}= 124,90 м;

30) Н_{ПК 26} = 129,70 м;

31) Н_{ПК 28} = 141,20 м;

32) Н_{ПК 29} = 147,40 м;

33) Н_{ПК 30} = 152,10 м;

34) Н_{ПК 31} = 155,00м;

35) Н_{ПК 32} = 160,00 м;

36) Н_{ПК 33} = 162,30 м;

37) Н_{ПК 34} = 163,00 м;

38) Н_{ПК 35} = 167,00 м;

39) Н_{ПК 36} = 168,10 м;

40) Н_{ПК 37} = 168,30 м;

41) Н_{ПК 38} = 168,10 м;

42) Н_{ПК 39}= 167,10 м;

43) Н_{ПК 40}= 167,00 м;

Сокращённые продольные профиля показаны в приложении

По сокращенным профилям выбираем Северный вариант трассы. Так как на Южном варианте продольные уклоны не позволяют спроектировать трассу в соответствии с нормами ГОСТа и СНиПа

7. Построение полного продольного профиля

7.1 Основные требовании к положению проектной линии

Современная автомобильная магистраль должна обладать высокими транспортно-эксплуатационными качествами и по возможности удовлетворять требованиям эстетики сооружения. Поэтому задача нанесения проектной линии должна решаться с учетом всех влияющих факторов: рельефа местности, гидрогеологических, гидрологических и прочих условий, а также с учетом требований и ограничений, установленных строительными нормами.

Влияние природно-климатических условий на положение проектной линии.

Влияние рельефа местности.

В равнинной местности с плавными формами рельефа проектную линию наносят по принципу обертывающей, т.е. в насыпях с руководящей рабочей отметкой.

В пересеченной местности проектная линия в ряде мест может проходить в виде секущей. Проектируя такие участки, необходимо стремиться к обеспечению баланса объемов земляных работ на смежных участках насыпей и выемок.

В горной местности и особенно, если трасса проложена на крутых косогорах, положение проектной линии рекомендуется устанавливать так, чтобы земляное полотно располагалось в полунасыпи - полувыемке, с обеспечением баланса объемов земляных работ в поперечном направлении.

Влияние гидрогеологuческux условий.

Гидрогеологические условия больше всего влияют на глубину выемок: при высоком уровне грунтовых вод глубина выемки должна ограничиваться, чтобы избежать пересечения выемкой грунтовых вод. В противном случае для обеспечения устойчивости откосов и сохранения Постоянного водно-теплового режима приходится устраивать дорогостоящие подкюветные либо подоткосные дренажи.

Не допускается в выемках устройство вогнутых кривых и горизонтальных участков.

При неблагоприятных грунтово-геологuческих условиях (пучинистые пылеватыe грунты) глубину выемки по возможности следует уменьшать, поскольку качество грунтов не позволяет использовать их для отсыпки насыпи на смежных участках дороги.

На открытых участках, где в зимних условиях преобладают направления ветра под углом, близким к 90, а следовательно, большая вероятность снежных заносов, выемок рекомендуется избегать, особенно мелких. На участках, запроектированных в насыпях, руководящую отметку, как правило, назначают из условия незаносимости дороги снегом.

Требования СНиП 2.05.02-85 к положению проектной линии по условиям эксплуатации.

Удобство и безопасность движения, себестоимость грузопассажирских перевозок и другие транспортно-эксплуатационные показатели дороги существенно зависят от проектных решений, принятыx в продольном профиле. Требования и ограничения, предусмотренные строительными нормами, продиктованы необходимостью обеспечить нормальные условия эксплуатации дороги при наименьших затратах на строительство и содержание дороги. Поэтому соблюдение технических норм проектирования является обязательным. Кроме того, следует стремиться назначить параметры дороги по рекомендуемым нормативным величинам, а не допускаемым.

Необходимость соблюдения требований строительных норм нередко вынуждает проектировщика назначать рабочие отметки с отклонениями от руководящих, вычисленных по условиям увлажнения и снегозаносимости. При этом, чем выше категория дороги, тем большими могут быть эти отклонения (но только в сторону увеличения).

Основные требования и рекомендации СНиП 2.05.02-85 Продольные уклоны необходимо стремиться принимать не более 30‰. На участках, где по условиям местности не представляется возможным выполнить это условие, допускается принимать предельные уклоны, нормируемые в зависимости от рельефа местности и категории дороги.

Затяжные уклоны (более 60‰) допускаются в горной местности на трудных участках с обязательным включением участков с уменьшенными продольными уклонами (20‰ и менее) или площадок для остановки автомобилей. Расстояния между площадками должны приниматься не более указанных в П. 4.26 СНиП.

Для обеспечения зрительной ясности и плавности движения положение проектной линии необходимо увязывать с планом трассы. Кривые в плане и продольном профиле, как правило, следует совмещать. При этом кривые в плане должны быть на 100-150 м длиннее кривых в продольном профиле, а смещение вершин кривых должно быть не более 1/4 длины меньшей из них. Следует избегать сопряжений концов кривых в плане с началом кривых в продольном профиле. Расстояние между ними должно быть не менее 150 м. Переломы проектной линии в продольном профиле следует сопрягать кривыми (выпуклыми и вогнутыми) при алгебраической разности уклонов 5‰ и более - на дорогах 1 и 11 категорий, 10‰ и более - на дорогах 111 категории и 20 ‰ и более на дорогах IV и V категорий.

Проектную линию автомобильной дороги третьей технической категории следует наносить, руководствуясь следующими требованиями:

§ необходимо назначать рабочие отметки не ниже руководящей рабочей отметки, которая зависит от условий снегозаносимости, от дорожно-климатической зоны, от типа грунтов и от уровня грунтовых вод;

§ запрещается проектировать продольный профиль по нулевым отметкам;

§ рекомендуется проектировать продольный профиль с хорошим шагом проектирования. Минимальным является шаг, равный ста метрам;

§ рекомендуется назначать продольные уклоны i_р не более 30‰. Если объёмы земляных работ в этом случае очень большие, то для автомобильной дороги третьей технической категории при расчётной скорости 100 км/ч допускается принимать продольный уклон до 50‰ включительно;

§ проектные уклоны должны быть округлены до целых тысячных;

§ высота насыпи и глубина выемки (рабочая отметка) не должна превышать 12 метров;

§ если алгебраическая разность уклонов смежных участков по абсолютной величине превышает 10‰, необходимо проектировать вертикальную кривую;

§ разрешается назначать радиусы вертикальных кривых не менее 10000 метров для выпуклых и не менее 3000 для вогнутых кривых. При расчётной скорости 100 км/ч допускается назначать радиусы для выпуклых кривых свыше 10000 метров и для вогнутых - не менее 3000 метров (в горных районах свыше 1500 метров);

§ горизонтальные кривые в плане и вертикальные кривые в продольном профиле, как правило, следует совмещать, при этом они не должны отличатся более, чем на 100-150 метров. Смещение вершин кривых должно быть не больше одной четвёртой длины меньшей из них. Также следует избегать сопряжений концов кривых в плане с началом кривых в продольном профиле;

§ наибольшее расстояние видимости для встречного автомобиля должно быть 350 метров, а для остановки - 200 метров;

§ на продольном профиле следует разместить грунтовый профиль.

Проектирование выполняют последовательно, переходя от участка к участку. Первоначально на профиле в вертикальном масштабе отмечают проектную отметку ПК0. Затем в соответствии с характером рельефа местности выбирают первую точку перегиба трассы. Отметив ее на профиле и соединив с отметкой ПКО, получают первый участок трассы.

Далее вычисляют уклон i первого участка трассы по формуле

,

где н_нач - проектная отметка начальной точки участка, м;

h_kqh - проектная отметка конечной точки участка, м;

d - горизонтальное расстояние между начальной и конечной точками участка, м.

Для первого участка Н_НАЧ равна проектной отметке на ПК0, для всех остальных участков - проектной отметке конечной точки предыдущего участка.

Проектную отметку Нкон предварительно определяют на профиле с точностью до 0,5 мм в заданном масштабе. Если точка перегиба проектной линии выбрана так, что она графически совпадает с точкой поверхности земли, то для вычисления уклона в качестве Нкон берут отметку земли.

Все величины должны быть выражены в одних и тех же единицах, поскольку уклон - величина безразмерная. Значение уклона может быть как положительным, так и отрицательным.

Если уклон участка превышает руководящий, необходимо изменить положение точки перегиба трассы, сделав проектную линию более пологой

Определение рабочих отметок контрольных точек

Контрольными называют точки, где высотное расположение проектной линии строго фиксируется вследствие ситуационных особенностей и требований строительных норм. Установление местоположения контрольных точек относится к подготовке исходных данных для проектирования продольного профиля.

Контрольными точками являются: начальная и конечная точки трассы; пересечения трассы с реками и периодически действующими водотоками; пересечения с автомобильными и железными дорогами; границы различных контурных зон и ограничивающие точки, ниже которых не допускается прохождение проектной линии. Высотное положение контрольных точек позволяет ориентировочно наметить проектную линию и установить ориентировочную рабочую отметку в данном сечении.

Наиболее сложно назначать рабочие отметки на участках у искусственных сооружений. Положение проектной линии на таких участках должно обеспечивать незатопляемость подходов и возвышение низа пролетного строения над поверхностью воды, достаточное для нормальной работы сооружения в период пропуска высоких вод.

В местах пересечений периодически действующих водотоков, где для пропуска воды укладываются трубы, рабочая отметка должна обеспечить нормальное их размещение. На подходах к трубам (и малым мостам) бровка земляного полотна должна возвышаться над расчетным горизонтом с учетом подпора воды перед сооружением не менее чем на 0,3 м при безнапорном режиме работы и не менее 1 м при напорном и полунапорном.

На пересечении с железной дорогой фиксированные рабочие отметки назначают в зависимости от типа пересечения. Если пересечение в одном уровне, тогда отметка фиксируется на уровне головки рельса. При этом следует помнить, что в продольном профиле необходимо запроектировать горизонтальный участок длиной не менее 10 м от крайнего рельса, если проектная линия проходит в насыпи, и не менее 20 м, если в выемке

Расчёт уклонов.

163,20-156,50

i1 = ------------- = | 0,045 | = 45 ‰ (ПК0 - ПК1+50)

150

156,50-143,90

i2 = ------------- = |0,036 | = 36 ‰ (ПК1+50- ПК5)

350

 143,90-118,70

i3 = ------------- = | 0,027| = 27‰ (ПК5- ПК14+33)

933

118,7-118,70

i4 = ------------- = | 0,000| = 0‰ (ПК14+33- ПК23+30)

897

118,70-120,65

i5 = ------------- = | 0,009 | = 9 ‰ (ПК23+30 - ПК24+55)

120

120,65-177,58

i6 = ------------- = | 0,046 | = 46 ‰ (ПК24+55- ПК37+30)

1045

177,58-169,75

i7 = ------------- = | 0,029| = 29 ‰ (ПК37+30- ПК40)

270

7.2 Проектирование вертикальных кривых

Если алгебраическая сумма или разность уклонов на переломе составляет 10‰ и более промилей для обеспечения плавности хода и условий видимости поверхности дороги необходимо запроектировать вертикальные кривые (ВК).

Точка перелома продольного профиля является вершиной угла (ВУ) вертикальной кривой. На кривой выделяют главные точки: начало (НВК), вершину (ВВК), середину (СВК) и конец (КВК) вертикальной кривой. Точка СВК находится на одинаковом расстоянии от начала и конца кривой. Точка ВВК имеет наибольшую (при выпуклой кривой) или наименьшую (при вогнутой кривой) проектную отметку на вертикальной кривой.

7.2.1 Вычисление элементов вертикальных кривых

Элементы вертикальных кривых: длину кривой К_в, тангенс T в, биссектрису Б_в, ординаты промежуточных точек Y находят по формулам

K_B = R_B(Ii₁-i₂I),

Т_B = K_B/2 = R_B(Ii₁-i₂I)/2,

Б_B = Т_В²/2R_B = К_B²/8К_B,

Y = X²/2R_B.

Здесь X - расстояние от НКВ или КВК до промежуточной точки, м.

7.2.2 Вычисление пикетажных значений главных точек вертикальных кривых

Пикетажные значения начала вертикальной кривой и конца вертикальной кривой определяют по формулам

ПК НВК = ПК ВУ - Т_В

ПК КВК = ПК НВК + К_B

контроль:

ПК КВК = ПК ВУ + Т_в

Пикетажное значение СВК совпадает с пикетажным значением ВУ, поэтому вычислять его не требуется.

Если уклоны i₁ и i₂ имеют противоположные знаки, то необходимо вычислить пикетажное значение вершины вертикальной кривой

ПК ВВК = ПК ВУ + 0,5(1₁-1₂),

где величины

I₁ = R_BIi₁I,

I₂ = R_BIi₂I

представляют собой отрезки, соответственно от НВК до ВВК и от ВВК до КВК.

При сопряжении уклонов с одинаковыми отметками вершина кривой размещается вне проектируемой кривой. В этом случае вычислять пикетажное обозначение точки ВВК не требуется. Если один из уклонов равен нулю, вершина кривой совпадает с точкой НВК или с КВК.

Пример расчёта вертикальной кривой.

K_B = 30000·(0,044 -0) = 440 м;

Т_B = 960/2 = 480 м;

Б_B = 480²/2·30000 = 3,84 м.

По формулам 3.8, 3.9, 3.11, 3.12 вычисляют пикетажные значения

ПК НВК=ПК14+33- 480 = ПК9+53;

ПК КВК = ПК9+53+ 960 = ПК19+13

Результаты вычислений элементов вертикальных кривых и пикетажные значения главных точек вертикальных кривых заносят в таблицу 6.

В таблице есть косяк 2 графа

Таблица 6 - Элементы вертикальных кривых и пикетажные значения

ПК ВУ	|i1-i2|	rb,м	Тв,м	Кв,м	Бв,м	ПК НВК	ПК ВВК	ПК КВК
14+33	0,027	35556	480	960	3,84	9+53	14+33	19+13
24+33	0,009	20000	90	180	0,20	23+65	24+33	25+45
37+30	0,046	10000	230	460	2,65	35+00	37+30	39+60

В графу профиля «Уклон и вертикальная кривая» вносят изменения и дополнения.

Вертикальными линиями отмечают положения начала и конца вертикальной кривой, числами указывают расстояния от точек до предыдущих пикетов. Между вертикальными линиями, в зависимости от вида кривой, изображают условный знак вертикальной кривой и подписывают значения радиуса и длины кривой. Положение ВВК показывают вертикальной стрелкой с указанием расстояния от предыдущего пикета.

7.2.3 Вычисление проектных отметок точек на вертикальных кривых

Проектные отметки начала и конца кривой вычисляют, используя новые значения длин участков.

Для остальных точек вертикальной кривой (пикетов и плюсовых точек) находят абсциссы X, представляющие собой для точек, лежащих в пределах от НВК до ВУ, разности пикетажных обозначений точки и НВК, а для точек, лежащих в пределах от ВУ до КВК, разности пикетажных обозначений КВК и точки. Затем в соответствии с выражением (3.7) вычисляют ординату Y. Для выпуклой кривой проектные отметки точек уменьшают на соответствующие ординаты Y, для вогнутой кривой увеличивают. Проектную отметку на ВУ уменьшают или увеличивают на величину биссектрисы вертикальной кривой.

Результаты расчетов оформляют в виде таблицы 7. В графу «Отметка бровки земляного полотна» заносят новые данные, исправив ранее полученные значения.

Таблица 7 - Отметки точек на вертикальных кривых

Точка	X	Y	H	Hр
	1 вертикальная кривая
НВК ПК9+53	0	0	131,66	131,66
ПК10+00	46,67	0,04	130,40	130,44
ПК11+00	146,67	0,36	127,70	128,06
ПК12+00	246,67	1,01	125,00	126,01
ПК13+00	346,67	2,00	122,30	124,30
ПК14+00	446,67	3,33	119,60	122,93
ВВК ПК14+33	0	0	118,70	122,54
ПК15+00	413,33	2,85	118,70	121,55
ПК15+85	353,33	0,00	118,70	120,78
ПК16+00	313,33	1,64	118,70	120,33
ПК17+00	213,33	0,76	118,70	119,46
ПК18+00	113,33	0,21	118,70	118,90
ПК19+00	13,33	0,00	118,70	118,70
КВК ПК19+13	0	0	118,70	118,70
2 вертикальная кривая
НВК ПК24+55	0	0,00	119,83	119,83
ПК24+00	35	0,03	120,15	120,18
ВВК ПК24+55	0	0	120,62	120,85
ПК25+00	45	0,05	121,90	121,95
КВК ПК	0	0	123,90	123,90
3 вертикальная кривая
НВК ПК 35+00	0	0	167,00	167,00
ПК36+00	100	0,50	171,60	171,10
ПК37+00	200	2,00	176,20	174,20
ВВК ПК37+30	0	0,00	177,58	174,93
ПК38+00	160	1,28	175,55	174,27
ПК39+00	60	0,18	172,65	172,47
КВК ПК39+60	0	0	170,91	170,91

Вычисленные отметки с учетом вертикального масштаба наносят на профиль и проводят через эти точки кривую. От точек НВК, ВВК и КВК до верхней горизонтальной линии сетки профиля наносят вертикальные линии.

7.2.4 Вычисление рабочих отметок точек на вертикальных кривых

Для определения рабочих отметок в точках начала, вершины и конца вертикальной кривой предварительно вычисляют отметки земли. Для этого необходимо найти уклоны участков фактической поверхности земли, на которые попадают т...