Проектирование автомобильных дорог

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

автомобильный дорога проектирование сдвигоустойчивость

Современные автомобильные дороги представляют собой сложные инженерные сооружения. Они должны обеспечивать возможность движения автомобилей с высокими скоростями. Их проектируют и строят таким образом, чтобы автомобили могли полностью реализовать свои динамические качества при нормальном режиме работы двигателя, чтобы на поворотах, подъемах и спусках автомобилю не грозили занос или опрокидывание. В течение всего года дорожная одежда должна быть прочной, противостоять динамическим нагрузкам, передающимся на нее при движении автомобилей, а так же ровной и нескользкой. Дороги подвержены активному воздействию многочисленных природных факторов (нагревание солнечными лучами, промерзание и оттаивание, увлажнение) эти особенности должны быть учтены при проектировании автомобильной дороги.

Дорожные работы принадлежат к числу трудоемких процессов, связанных с выполнением значительных транспортных работ и с затратами большого количества строительных материалов. Выполнение дорожно-строительных работ осложняется также растянутостью фронта строительства на десятки и сотни километров, что требует применения специфических форм и методов организации работ.

При проектировании дорог следует устранять избыточные запасы прочности, рационально расходовать фондируемые и привозные материалы. Нужно широко использовать местные малопрочные материалы, в том числе грунты, располагая их в сооружениях в соответствии с действующими напряжениями от транспортных нагрузок и интенсивностью воздействия природных факторов. Для повышения прочности и устойчивости грунтов, слабых каменных материалов и побочных продуктов промышленности необходимо шире использовать возможности их укрепления.

Современные дороги должны обеспечивать безопасность автомобильного движения. Они должны учитывать психофизиологические особенности восприятия водителями дорожных условий и, предоставляя водителям всю необходимую информацию, как бы управлять их движением, обеспечивая высокую пропускную способность и исключая возможность серьезных аварий. При тщательном трассировании дорожное строительство может способствовать раскрытию перед проезжающими красивых видов, украшению местности и даже повышению плодородия. Реализация этих требований вызывает появление новых, интенсивно развивающихся во всех странах, методов проектирования дорог.



1. Краткая характеристика района приложения трассы

Пензенская область в современных границах образована 4 февраля 1939 года. Она расположена на широтах 52?-54? северной широты и на средних меридианах Восточно-Европейской (Русской) равнине и занимает среднюю и западную часть Приволжской возвышенности. Территория области с запада на восток - 330 км, с севера на юг - 204 км; площадь - 43,3 тысяч кв. км.

Граничит на севере с Мордовией, на востоке - с Ульяновской областью, на юге - с Саратовской областью, на западе - с Тамбовской областью. На северо-западе - с Рязанской областью.

Административный центр - город Пенза (519,3 тысяч жителей). Население области 1489,7 тысяч человек; в его составе - представители почти 80 народов и народностей. Сельское население составляет 35,7%. В области 11 городов и 16 посёлков городского типа. Среди наиболее крупных городов: Кузнецк - 96,3, Каменка - 43,5, Сердобск - 39,3.

1.1 Рельеф местности

Природные условия области довольно разнообразны. Равнинный, слегка всхолмленный рельеф создает благоприятные условия для хозяйственной деятельности человека. Обширную часть территории занимают западные склоны Приволжской возвышенности (высота до 331 м), и только крайний запад является восточной окраиной Окско-Донской равнины.

В области насчитывается свыше 200 рек. Наиболее крупные из них - Сура, Мокша, Хопер, Ворона.



1.2 Климат

Его общие закономерности: повышение температуры в теплый период года с Севера на Юг, усиление морозности с Запада на Восток, уменьшение количества осадков и повышение засушливости с ceверо-запада на юго-восток. В связи с небольшими размерами территории области климатические различия несущественны (Таблица 1.1)

Таблица 1.1 - Средняя месячная и годовая температура воздуха, ?С [2]

Пункт	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	Год
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Земетчино	-11,6	-11,1	-5,6	4,8	13,4	17,5	19,4	17,7	11,7	4,4	-2,4	-8,2	4,2
Пенза	-12,2	-11,3	-5,6	4,9	13,5	17,6	19,6	18,0	11,9	4,4	-2,9	-9,1	4,2

Выписываем все параметры, согласно

а) максимальная температура воздуха +38, а минимальная -39⁰С.

б) дата образования устойчивого снежного покрова 27-30 ноября.

в) дата разрушения устойчивого снежного покрова 7-10 апреля.

г) число дней с устойчивым снежным покровом 132-135.

д) продолжительность теплого периода 158-162 дней.

е) глубина промерзания грунтов 76 см.

ж) дата перехода температуры через 10⁰С, 23 апреля, и 2 октября.

Таблица 3.2 - Зимнее направление ветра (январь)

С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ

Таблица 3.3 - Летнее направление ветра (июль)

С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ



Таблица 3.4 - Распределение осадков по месяцам

Месяц	Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Осадки, мм	36	30	30	31	47	53	79	46	51	43	55	50

Таблица 3.5 - Высота снежного покрова

Месяц	Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Высота снежного покрова, см	37	42	27	-	-	-	-	-	-	-	4	14

Таблица 3.6 - Влажность воздуха по месяцам

Месяц	Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Упругость водяного пара, гПа.	2.7	2.9	3.8	8.7	9.3	12.7	15.1	14.3	10.3	7	4.8	3.6

На основании вышеуказанных таблиц строим розу ветров и дорожно-климатический график (Приложение А).

В холодное время года на формирование теплового режима территории большое влияние оказывает перенос тепла с Запада, в связи с чем изотермы имеют направление с Севера на Юг и суровость зимы усиливается с Запада на Восток. Самые низкие температуры наблюдаются в долинах и замкнутых пониженных местах, в которые стекается холодный воздух. Абсолютныеминимумы температуры на территории области достигают -42?С, -45?С. При поступлении циклонов со Средиземноморья и Южной Атлантики возникают оттепели. В январе и феврале бывают дни с оттепелью, когда температура может достигать 2 - 4 ?С выше нуля.

Все климатические параметры холодного и теплого периодов года показаны в таблицах 1.2 и 1.3.



1.3 Почвы

Пензенская область расположена на территории лесостепи. Площади, занимаемые основными группами почв, неравновелики. Главное место принадлежит черноземам (67,5%). На долю серых лесных почв приходится 14,5%, лугово-черноземные, черноземно-луговые и луговые, близки по своему природному плодородию к черноземным, занимают 3,1%. На потенциально богатые поймы почвы приходится 4,3%. Смытые (эродированные) вместе с почвами овражно-балочной сети составляют более 20%. Прочие 3,7%.

Черноземы Пензенской области характеризуются различной степенью выщелоченности, а в северных районах имеют признаки оподзоленности. В выщелочнных черноземах содержание гумуса в пахотном слое (0-20 см) колеблется от 6,5 до 9,5%.

Серые лесные почвы в основном находятся под лесами государственного фонда. По степени проявления дернового процесса выделяются подтипы: светло-серые, серые и темно-серые. Серые лесные характеризуются низким природным плодородием, поэтому они требуют основательной заправки навозом и другими органическими удобрениями. Для создания оптимальной реакции среды при возделывании различных с/х. культур нуждаются в известковании.

Почвы речных долин разнообразны по генезису, составу, свойствам и строению. В долинах Суры, Мокши, Хопра и др. под покровом сосновых и смешанных лесов развиваются главным образом скрыто и слабоподзолистые и черноземно-луговые почвы.

В северных районах области они сильно выщелочены, а в южных встречаются даже солончаковые разновидности; в средней же части области они близко стоят к черноземным. По гранулометрическому составу почвы прирусловой поймы преимущественно супесчаных и песчаных разновидностей, центральной и притеррасной поймы - суглинистые и глинистые.

1.4 Растительность

Естественная растительность сохранилась примерно на 1/3 площади. Лугово-лесные ландшафты севера и северо-востока сменяются на юге лугово-степными и степными. Смешанные и широколиственные леса занимают 20 % территории. Значение лесов не столько промышленное, сколько водоохранное, почвозащитное и рекреационное. Степи в основном распаханы. Сохранились лишь небольшие участки целинных степей (Попереченская, Кунчеровская, Островцовская заповедные степи).

1.5 Животный мир

Животный мир весьма разнообразен. В пределах области насчитывается около 60 видов млекопитающих, 30 видов рыб, более 200 видов птиц. В области много заказников и охотничьих хозяйств.

На территории Пензенской области находится заповедник Приволжская лесостепь. Курорт Ахуны.



2. Расчет плана трассы

Согласно СНИП 2.05.02.85 проектируемая дорога заданной интенсивностью движения N₂₀= 3022авт/сут относится к II категории [3]. Все технические нормативы занесены в таблицу (2.1)

Таблица 2.1 - Технические нормативы дороги

Показатели	Значения
Перспективная интенсивность движения, авт/сут Расчетная скорость движения, км/ч Число полос движения Ширина полосы движения, м Ширина проезжей части, м Ширина обочины, м Наименьшая ширина укрепленной полосы обочины, м Ширина земляного полотна, м Наибольший продольный уклон, ‰ Наименьшее расстояние видимости: для остановки, м встречного автомобиля, м Наименьшие радиусы кривых: в плане, м в продольном профиле: выпуклых, м вогнутых, м	3022 200 2 3,75 7,5 3,0 0,5 13,5 40 250 450 800 15000 5000

2.1 Разбивка пикетажа и расчет закруглений

Соединяем точки А и Б по воздушной линии. Так как воздушная линия пересекает населенные пункты, болото и лесные массивы, то появляется необходимость отклонения от воздушной линии для преодоления препятствий.

Первый вариант трассы

Первый вариант проектируемой дороги состоит из четырех прямых участков и имеет три угла поворота. Определяем пикетажное положение вершины первого угла. Для этого производим разбивку пикетажа от начального пункта до вершины первого угла в масштабе карты.

ПК ВУ₁ 26 + 90

Величина угла поворота = 78°, вправо.

Для плавного перехода с одного участка на другой необходимо вписать кривую. Для расчета принимаем R = 1000 м.

По таблицам [4] выписываем значения элементов кривой для R = 1 и умножаем их на величину принимаемого радиуса, тогда:

= 0,40403-1000 = 404,03 м;

= 0,76794-1000 = 767,94 м;

= 0,04012-1000 = 40,12 м;

= 0,07853-1000 = 78,53 м

На кривых имеющих радиус 1000 м должны быть предусмотрены переходные кривые, из таблицы [5] выписываем их основные элементы:

- длина переходной кривой L = 100 м;

- добавочный тангенс t = 59,99 м;

- угол 2ц = 6°52'

Устанавливаем возможность разбивки переходных кривых из условия:

2ц?a₁

6^o52'?78^o

то есть разбивка переходных кривых возможна. Определяем длину круговой кривой К₀, которая остается после устройства переходных кривых с двух сторон закругления:

(2.1)

Полная длина закругления К_рЗ₁, определяется по формуле (2.2):



При устройстве закругления с переходными кривыми величина домера Д₁, определяется по формуле (2.3):

, (2.3)

Определяем пикетажное положение начала закругления кривой, по формуле (2.4):

, (2.4)

где ПК H3₁ - пикетажное положение начала закругления кривой;

ПК ВУ₁ - пикетажное положение вершины угла.

Таблица

_ПК ВУ1	26+90,00
Т1	4+04,03
+t	0+59,09
ПК НЗ1	22+25,98

Определяем пикетажное положение конца закругления кривой, согласно формуле (2.5):

(2.5)

где ПК КЗ₁- пикетажное положение конца закругления кривой.



Таблица

ПК НЗ1	22+25,98
+КрЗ1	8+47,80
ПК КЗ1	30+73,78

Делаем проверку вычислений по формуле (2.6):

(2.6)

Таблица

ПК ВУ1	26+90,00
+Т1	4+04,03
+t	0+59,09
-Д1	0+80,84
ПК КЗ1	30+73,78

Зная контрольные точки начала и конца закругления, вписываем первую кривую, откладывая от вершины угла вправо и влево величины тангенсов и во внутрь величину биссектрисы.

Далее необходимо определить расстояние между вершинами углов , которое равно пикетажному положению данного угла минус пикетажное положение предыдущего плюс домер предыдущего угла. Так как в нашем случае рассматривается первый угол поворота, то вместо пикетажного положения предыдущего угла принимаем начало трассы.

= ПК , следовательно, =2690 м

Определяем длину прямой между двумя закруглениями , которая равна значению пикетажного положения начала закругления данной кривой минус значение пикетажного положения конца предыдущей кривой (формула 2.7):

= ПК -ПК (2.7)



_ПК 22+25,98

ПК 0+00.00

22+25,98

=2225,98 м

От конца первой кривой производим разбивку пикетажа до вершины второго угла ПК 40+00. Вершина угла поворота =64?, влево. Для расчета принимаем R=1000 м.

Выписываем элементы кривой и делаем перерасчет для радиуса 1000 метров, тогда:

= 0,62487•1000 = 624,8 м

= 1,11701•1000 = 111,7 м

= 0,13273•1000 = 132,73 м

= 0,17918•1000 = 179,18 м

На кривых, имеющих радиус 1000 м должны быть предусмотрены переходные кривые.

Устанавливаем возможность разбивки переходных кривых из условия:

2ц ?

9?52?,

то есть разбивка переходных кривых возможна.

Определяем длину круговой кривой , согласно формуле (2.1):

996,66 м



Определяем длину закругления по формуле (2.2):

=2?100+996,66=1196,66 м

Рассчитываем величину домера для второй кривой, согласно формуле (2.3):

2(624,8+59,99)-1196,66=172,92 м

Определяем пикетажное положение начала закругления кривой по формуле (2.4):

ПК = ПК - (Т+t);

_ПК 40+00.00

+ t) 6+84,79

ПК 33+15,21

Определяем пикетажное положение конца закругления кривой, согласно формуле (2.5):

ПК = ПК +,

ПК 33+15,21

11+96,66

ПК 45+11,87

Делаем проверку вычислений по формуле (2.6):

ПК= ПК (Т+t) - ,



ПК 40+00.00

⁺ (+ t) 6+84.79

- 1+72.92

ПК 45+11,87

Зная контрольные точки начала и конца закругления, вписываем вторую кривую, откладывая от вершины угла вправо и влево величины таненсов и вовнутрь величину биссектрисы.

Определяем расстояние между вершинами первого и второго угла поворота , согласно формуле (2.8):

= ПК - ПК + (2.8)

_ПК 40+00.00

ПК 26+90.00

+ 0+80.24

13+98.24

=1398,24 м.

Вычисляем длину прямой Р₂ между первым и вторым закруглением в соответствии с формулой (2.7):

= ПК -ПК

_ПК 33+15,21

ПК 30+73.78

2+41,43

=241,43 м

От конца второй кривой производим разбивку пикетажа до вершины третьего угла ПК 66+20.00. Вершина угла поворота =81?, вправо. Для расчета принимаем R=1500м.

Выписываем элементы кривой и делаем перерасчет для радиуса 1500 метров, тогда:

= 0,854081500 = 1281,12 м

= 1,413721500 = 2120,58 м

= 0,294441500 = 441,66 м

= 0,315091500 = 472,63 м

На кривых, имеющих радиус 1500 м должны быть предусмотрены переходные кривые, выписываем их основные элементы:

L = 100 м;

t = 59,99 м;

2ц = 3?49?10??

Устанавливаем возможность разбивки переходных кривых из условия:

2ц ?

3?49?10??,

то есть разбивка переходных кривых возможна.

Определяем длину круговой кривой , согласно формуле (2.1):

2019,63 м

Определяем длину закругления по формуле (2.2):

=2?100+2019,63=2219,63 м



Рассчитываем величину домера для второй кривой, в соответствии с формулой (2.3):

2(1281,12+59,99)-2219,63=462,59 м

Определяем пикетажное положение начала закругления кривой по формуле (2.4):

ПК = ПК - (Т+t);

_ПК 66+20.00

12+81,12

+ t 0+59.99

ПК 52+78,89

Определяем пикетажное положение конца закругления кривой, согласно формуле (2.5):

ПК = ПК +,

ПК 52+78,89

22+19,63

ПК 74+98,52

Делаем проверку вычислений по формуле (2.6):

ПК= ПК (Т+t) - ,

ПК 66+20,00

+ 12+81,12

+ t 0+59.99

- 4+62,59



ПК 74+98,52

Зная контрольные точки начала и конца закругления, вписываем третью кривую, откладывая от вершины угла вправо и влево величины тангенсов и вовнутрь величину биссектрисы.

Определяем расстояние между вершинами первого и второго угла поворота согласно формуле (2.8):

= ПК - ПК + ,

_ПК 66+20,00

ПК 40+00,00

+ 0+50,81

26+70,81

=2670,81 м.

Вычисляем длину прямой между вторым и третьим закруглениями в соответствии с формулой (2.7):

= ПК -ПК ,

_ПК 52+78,89

ПК 45+11,87

7+67,02

=767,02 м.

Далее продолжаем разбивку пикетажа трассы от конца третьего закругления до конца трассы. Конец трассы соответствует пикету 86+40. Таким образом, общая длина трассы равна 8640 м.

Определяем расстояние между концом трассы и четвертого угла по формуле (2.9):



= ПК - ПК + , (2.9)

ПК 86+40,00

ПК 66+20,00

+Д₃ 4+62,59

24+82,59

=2482,59 м.

Длина прямой от конца четвертого закругления до конца трассы определяется по формуле (2.10):

= ПК - ПК , (2.10)

_ ПК 86+40,00

ПК 74+98,52

11+41,48

=1141,48 м.

Вычисляем величины румбов:

- румб первой прямой r₁ = СВ 89?;

- румб второй прямой r₂ = СВ 81?;

- румб третьей прямой r₃ = СВ 17?;

- румб четвертой прямой r₄ = СЗ 64?.

Делаем четырех кратную проверку правильности расчетов:

1) сумма прямых вставок, а также круговых и переходных кривых равна длине трассы:

=L (2.11)

где - сумма прямых вставок;

- сумма круговых и переходных кривых;

L - длина трассы. (2225,98м+241,43м+767,02м+1141,48) + (847,8м+1196,66м+2219,63м) = 8640м 8640м = 8640м

2) разность между суммой расстояний между вершинами углов и суммой домеров равна длине трассы:

= L (2.12)

где - сумма расстояний между вершинами углов;

- сумма домеров.

(2690м+1398,24м+2670,81м+2482,59м) - (80,24м+172,92м+462,59м) = 8640м 8640м=8640м

3) разность между удвоенной суммой тангенсов и суммой длин закруглений равна сумме домеров:

(2.13)

где - удвоенная сумма тангенсов.

2(464,03м+59,99м+624,8м+59,99м+1281,12м+59,99) - (847,8м+1196,66м+2219,77м) = (80,24м+172,92м+462,59м)

715,75м = 715,75м

4) разность между суммой углов право и суммой углов лево равно разности начального и конечного румбов:

= r_H - r_K (2.14)

где сумма углов право;

сумма углов лево;

r_H - румб начальный;

r_K - румб конечный.

81+17-73=89-64

Второй вариант трассы

Первый поворот.

ПК = 9+50, для расчетов принимаем радиус 1500 м.

Величина угла поворота = 56?, влево.

= 0,531711500 = 797,565 м;

= 0,977381500 = 1466,07 м;

= 0,086041500 = 129,06 м;

= 0,132571500 = 198,855 м ;

Основные элементы для кривой радиусом 1500 м:

L = 100 м;

t = 59,98 м;

p = 1,00 м;

2ц = 3?49?10??

Определяем длину круговой кривой , согласно формуле (2.1):

1365,46 м

Определяем длину закругления по формуле (2.2):

=2?100+1365,46 =1656.46 м

Рассчитываем величину домера по формуле (2.3):

2(797,565+59,98)-1565,46=149,63 м

Определяем положение начала закругления кривой по формуле (2.4):

ПК = ПК - (Т+t);



_ПК 9+50,00

7+97,56

+ t 0+59.98

ПК 0+92,46

Определяем пикетажное положение конца закругления кривой, согласно формуле (2.5):

ПК = ПК +,

ПК 0+92,46

15+65,46

ПК 16+57,92

Делаем проверку вычислений по формуле (2.6):

ПК= ПК (Т+t) - ,

ПК 9+50,00

+ 7+97,56

+ t 0+59.98

- 1+49,63

ПК 16+57,92

Определяем расстояние между вершинами первого угла поворота и началом трассы. = ПК , следовательно = 950м

Вычисляем длину прямой между первым углом поворота и началом трасы в соответствии с формулой (2.7):

= ПК -ПК (2.7)



ПК 00+00.00

0+92,46

=92,46 м

Второй поворот

ПК = 45+00, для расчетов принимаем радиус 2300 м.

Величина угла поворота = 52?, вправо.

= 0,48773 1121,779 м

= 0,90757 2087,411 м

= 0,06789 156,147 м

= 0,11260 258,98 м

При радиусе кривой R = 2300м переходные кривые не предусмотрены, поэтому длина закругления равна круговой кривой (Крз₂ = К₂)

Определяем положение начала закругления кривой по формуле (2.4):

ПК = ПК - Т,

_ПК 45+00,00

11+21,78

ПК 33+78,22

Определяем пикетажное положение конца закругления кривой, согласно формуле (2.5):

ПК = ПК +,

ПК 33+78,22

20+87,41



Делаем проверку вычислений по формуле (2.6):

ПК= ПК Т - ,

ПК 45+00,00

+ 11+21,78

- 1+56,15

ПК 54+65,63

Определяем расстояние между вершинами первого и второго угла поворота , согласно формуле (2.8):

= ПК - ПК + ,

_ПК 45+00,00

ПК 9+50,00

+ 1+29,67

36+79,67

=3679,67 м.

Вычисляем длину прямой между первым и вторым закруглениями в соответствии с формулой (2.7):

= ПК -ПК ,

_ПК 33+78,22

ПК 16+67,90

17+10,32

=1710,32 м

Третий поворот

ПК ВУ₃= 68+90, для расчетов принимаем радиус 1000 м.



Величина угла поворота = 88°, влево

= 0,965691000 = 965,69 м;

= 1,535891000 = 1535,89 м;

= 0,395491000 = 395,49 м;

= 0,390161000 = 390,16 м

Основные элементы для кривой радиусом 1000 м:

L = 100 м;

t = 59,98 м;

p = 0,89 м;

2ц = 6?52?

Определяем длину круговой кривой , согласно формуле (2.1):

1415,32 м

Определяем длину закругления по формуле (2.2):

=2?100+1415,32 =1615,32 м

Рассчитываем величину домера по формуле (2.3):

2(965,69+59,98)-1615,32 = 436,02 м

Определяем положение начала закругления кривой по формуле (2.4):



ПК = ПК - (Т+t),

_ПК 68+90,00

9+65,69

+ t 0+59.98

ПК 58+64,33

Определяем пикетажное положение конца закругления кривой, согласно формуле (2.5):

ПК = ПК +,

ПК 58+64,33

16+15,32

ПК 74+79,65

Делаем проверку вычислений по формуле (2.6):

ПК= ПК (Т+t) - ,

ПК 68+90,00

+ 9+65,69

+ t 0+59.98

- 4+36,02

ПК 74+79,65

Определяем расстояние между вершинами первого и второго угла поворота , согласно формуле (2.8):

= ПК - ПК + ,

_ПК 68+90,00

ПК 45+00,00



+ 1+56,15

25+46,15

=2546,15 м.

Вычисляем длину прямой между вторым и третьим закруглениями в соответствии с формулой (2.7):

= ПК -ПК ,

_ПК 58+64,32

ПК 54+65,63

3+98,69

=398,69 м

Определяем расстояние S₄ между концом трассы и третьим углом по формуле (2.9):

= ПК - ПК + ,

ПК 74+79,65

ПК 68+90,00

+Д₃ 4+36,02

10+25,68

=1025,68 м.

Длина прямо от конца четвертого закругления до конца трассы совпадают, поэтому P₅ равна 0.

Вычисляем величины румбов:

- румб первой прямой r₁ = СВ 89?;

- румб второй прямой r₂ = СВ 55?;

- румб третьей прямой r₃ = СВ 83?;

- румб четвертой прямой r₄ = СЗ 1?.

Делаем четырех кратную проверку правильности расчетов:

1) сумма прямых вставок, а также круговых и переходных кривых равна длине трассы:

= L

(92,46м+1710,32м+398,69м) +

(1565,46м+2087,41м+1615,32м) = 7469,66м

7469,66м = 7469,66м

2) разность между суммой расстояний между вершинами углов и суммой домеров равна длине трассы:

= L

(950м+3679,67м+2546,15м+1025,68м) -

(149,63м+156,147м+436,02м) = 7469,66м

7469,66м=7469,66м

3) разность между удвоенной суммой тангенсов и суммой длин закруглений равна сумме домеров:

2(797,56м+59,98м+1121,78м+965,69м+59,98) -

(1565,46м+2087,41м+1615,32м) = (149,63м+156,15м+436,02м)

741,79м = 741,79м

4) разность между суммой углов право и суммой углов лево равно разности начального и конечного румбов:



= r_H - r_K

55+87-54 = 89-1

88 = 88

Все полученные данные внесены в приложение Б.

2.2 Описание вариантов трассы

Проектируемая автомобильная дорога состоит из ряда прямых участков которые должны сопрягаться кривыми обеспечивающими плавные переходы с одного кривого участка на другой. Степень удлинения трассы по отношению к воздушной линии определяется по коэффициенту развития трассы:

(2.15)

где L - фактическая длина трассы, м;

L₀ - длина воздушной линии, м

;

Вариант 1

Проектируемая автомобильная дорога имеет три угла поворота: первый угол расположен на ПК 26+90 поворачивает вправо на 78⁰, второй угол расположен на ПК 40+00 поворот налево на 64⁰, третий угол расположен на ПК 66+20 поворот налево на 81⁰ для прохождения точке трассы. Величины прямых вставок: 2225,98 м, 241,43м , 767,02 м и 2482,59 м. Направление трассы северо-восточное. Трасса проходит по пахотным землям, не пересекая лесные массивы. Длина трассы составляет 8640 м. На трассе запроектированы четыре железобетонные трубы на ПК 7+60, на ПК 36+00 и на ПК 51+00 и на ПК 71+00 которые имеют диаметр 1 м. Автомобильная дорога не имеет пересечений с реками.

Вариант 2

Проектируемая автомобильная дорога имеет три угла поворота: первый угол расположен на ПК 9+50 поворачивает вправо на 56⁰, второй угол расположен на ПК 45+00 поворот вправо на 52⁰, третий угол расположен на ПК 68+90 поворот налево на 88⁰ для прохождения точке трассы. Величины прямых вставок: 92,46 м, 1710,32 м , 398,69 м. Направление трассы северо-восточное. Трасса проходит по пахотным землям, не пересекая лесные массивы. Длина трассы составляет 7469,66 м. На трассе запроектированы четыре железобетонные трубы на ПК 9+00, ПК 17+50, ПК 34+50 и на ПК 46+50 которые имеют диаметр 1 м , 1,5м и 2м. Автомобильная дорога не имеет пересечений с реками.



3. Расчет дорожной одежды

Конструкции дорожной одежды назначается согласно СНиП 2.05.02-85* с учетом средних сроков службы дорожной одежды до капитального ремонта.

Согласно СНиП 2.05.02-85*, срок службы до капитального ремонта:

- усовершенствованных покрытий - 15 лет;

- усовершенствованных облегченных покрытий - 10 лет;

- переходных и низших покрытий - 8 лет.

Тип покрытий определяется категорией дороги. Прежде чем назначать варианты конструкции дорожной одежды, необходимо дать характеристику и сделать выводы о дорожно-строительных материалах заданного района.

Проектирование дорожной одежды представляет собой единый процесс конструирования и расчета дорожной конструкции на прочность, морозоустойчивость и осушение с технико-экономическим обоснованием вариантов с целью выбора наиболее экономичного в данных условиях.

Дорожная конструкция - система дорожная одежда плюс рабочий слой земляного полотна.

Процедура проектирования дорожной одежды включает:

- выбор вида покрытия;

- назначение числа конструктивных слоев с выбором материалов для устройства слоев, размещение слоев в конструкции и назначение их ориентировочной толщины;

- предварительная оценка необходимости назначения дополнительных морозозащитных мер с учетом ДКЗ, типа грунта рабочего слоя земляного полотна, и схема увлажнения рабочего слоя на различных участках;

- оценка целесообразности укрепления или улучшения верхней части рабочего слоя земляного полотна;

- предварительный отбор конкурентоспособных вариантов с учетом местных природных и проектных условий работы.

3.1 Расчет нежестких дорожных одежд

Расчет конструкции нежестких дорожных одежд производится согласно отраслевым дорожным нормам - ОДН 218.046-01.

Дорожная одежда с усовершенствованным капитальным типом покрытия и с усовершенствованным облегченным типом покрытия рассчитывается по трем критериям: по величине упругого прогиба, на растяжение при изгибе, по сдвигу подстилающего слоя.

1. Определяем интенсивность движения на расчетный срок эксплуатации.

Согласно СНиП 2.05.02-85* для одежд с совершенствованным капитальным типом покрытия срок эксплуатации 15 лет.

Считаем расчетную приведенную интенсивность движения (формула 3.1):

(3.1)

где и - коэффициенты характеризующие отношение интенсивности движения данного года к интенсивности первого года эксплуатации. Определяется по таблице в зависимости от годового прироста интенсивности Р =7%.

2055 авт/сут



Таблица 3.1 - Расчетная приведенная интенсивность движения (Np)

Марка автомобиля	Процентный состав	Кол-во авт/сут	Нагрузка на ось, т	Коэффициент приведения	Приведенная интен. движения, Np
МАЗ 500	15	323	10	1,25	404
ЗИЛ 130	31	668	6,9	0,7	468
ГАЗ-53	16	345	5,6	0,7	242
ГАЗ-24	19	409	5,6	0,7	286
Автобусы	19	409	7	0,7	286
Итого					1686

2. Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы [7]:

Для расчета по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости по формуле (3.2):

(3.2)

где К_с - коэффициент суммирования (Приложение 6, табл. П.6.5) [7];

Т_рдг - расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции (Приложение 6, табл. П.6.1) [7];

К_n - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (таблица 3.3) [7]

2947594,35 авт/сут

3.2 Расчет по допускаемому упругому прогибу

1. Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:

- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2 табл. П.2.5, Приложение 3 табл. П.3.2. и Приложение 3 табл. П.3.8) [7];

- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2 табл.П.2.4, приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.8) [7];

- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3 табл. П.3.1 и Приложение 3 табл. П.3.8) [7]

Вариант 1

Таблица 3.2 - 1 вариант дорожной одежды

№	Материал слоя	H слоя, см	Расчет по допустимому упруг, прогибу, [7] Е, МПа	Расчет по усл. сдвигоустойчивости [7], Е, Па	Расчет на растяжение при изгибе [7]
					Е, МПа	Ro, МПа		m
1	Асфальтобетон мелкозернистый, плотный на БНД марки 60/90	5	3200	1800	4500	9,8	5,2	5,5
2	Асфальтобетон крупнозернистый пористый на БНД марки 60/90	8	2000	1200	2800	8,0	5,9	4,3
3	Щебень фракц. легкоуплотняемый	22	290	290	290	-	-	-
4	Сортированный щебень 1-2 класса	32	290	290	290	-	-	-
5	Суглинок	-	49	49	49	-	-	-

2. Расчет по допускаемому упругому ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме (рис. 3.1):

1) ;

По Приложения 1 табл. П. 1.1 р=0,6МПа, D = 37 см

;

= 0,41?290 = 118,9 МПа

2) = 0,41; ;

= 0,61?290 = 176,93 МПа

3) = 0,088; ;

= 0,14?2000 = 280 МПа

4) = 0,087; ;

5) Требуемый модуль упругости определяем по формуле (3.3):

Е_тр = 98,65[lg(N_p) - 3,55] (3.3)

Е_тр = 98,65[lg 2947594,35 - 3,55] = 247,06 МПа

6) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

= 1,29



Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу 1,20 (табл. 3.1) [7].

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

Таблица 3.4 - 2 вариант дорожной одежды

№	Материал слоя	h слоя, см	Расчет по допустимому упруг. прогибу [7], Е, МПа	Расчет по усл. сдвигоуст. [7], Е, MПа	Расчет на растяжение при изгибе [7]
					Е, МПа	Ro, МПа		m
1	Асфальтобетон мелкозернистый, плотный на БНД марки 60/90	5	3200	1800	4500	9,8	5,2	5,5
2	Асфальтобетон крупнозернистый пористый на БНД марки 60/90	8	2000	1200	2800	8,0	5,9	4,3
3	Черный щебень уложенный по способу заклики	25	500	500	500	-	-	-
4	Песчано-гравийная смесь	25	300	300	300	-	-	-
6	Суглинок	-	49	49	49	-	-	-

1) ; ;

= 0,35?300 = 105МПа

2) = 0,21; ;

= 0,41?500 = 205 МПа

3) = 0,10; ;

= 0,14?2000 = 280 МПа

4) = 0,09; ;

= 0,11?3200 = 352 МПа

5) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

= 1,28

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу 1,20 (табл. 3.1) [7].

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

Таблица 3.3 - 3 вариант дорожной одежды

№	Материал слоя	h слоя, см	Расчет по допустимому упруг, прогибу [7], Е, МПа	Расчет по усл. Сдвигоуст. [7], Е, Па	Расчет на растяжение при изгибе [7]
					Е, МПа	Ro, МПа		m
1	Асфальтобетон мелкозернистый, плотный на БНД марки 60/90	5	3200	1800	4500	9,8	5,2	5,5
2	Асфальтобетон крупнозернистый пористый на БНД марки 60/90	8	2000	1200	2800	8,0	5,9	4,3
3	Гравий укрепленный битумом	16	700	700	700	-	-	-
4	Гравийная смесь неп. грануметрией	18	280	280	280	-	-	-
5	Песчано-гравийная смесь	24	250	250	250	-	-	-
6	Суглинок	-	49	49	49	-	-	-

Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис. 3.1 [7]:

1) ; р=0,6 МПа, D = 37 см

;

= 0,39?250 = 97,5 МПа

2) = 0,34; ;

= 0,51?280 = 142,8 МПа

3) = 0,2; ;

= 0,33?700 = 231 МПа

4) = 0,11; ;

= 0,15?2000 = 300 МПа

5) = 0,09; ;

= 0,11?3200 = 352 МПа

6) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

= 1,28

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу 1,20 (табл. 3.1) [7].

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

Таблица 3.5 - 4 вариант дорожной одежды

№	Материал слоя	h слоя, см	Расчет по допустимому упруг, прогибу [7], Е, МПа	Расчет по усл. сдвигоуст. [7], Е, MПа	Расчет на растяжение при изгибе [7]
					Е, МПа	Ro, МПа		m
1	Асфальтобетон мелкозернистый, плотный на БНД марки 60/90	5	3200	1800	4500	9,8	5,2	5,5
2	Асфальтобетон крупнозернистый пористый на БНД марки 60/90	8	2000	1200	2800	8,0	5,9	4,3
3	Гравий мелкозернистый укрепленный органическим вяжущим	22	500	500	500	-	-	-
4	Грунтощебень	18	250	250	250	-	-	-
5	Цементогрунт	20	250	250	250	-	-	-
6	Суглинок	-	46	46	46	-	-	-

1) ; ;

= 0,31?250 = 77,5 МПа

2) = 0,26; ;

= 0,29?500 = 145 МПа

3) = 0,29; ;

= 0,5?500 = 250 МПа

4) = 0,125; ;

= 0,16?2000 = 320 МПа

5) = 0,1; ;

6) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

= 1,28

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу 1,20 (табл. 3.1). Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

3.3 Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости в грунте

Действующие в грунте или в песчаном слое активные напряжения сдвига вычисляют по формуле (3.4):



Т = р,

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм; р - расчетное давление от колеса на покрытие. Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

Вариант 1

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт со следующими характеристиками: (при W_p = 0,7W_т и N_p = 2947594.35 авт/cут) Е_н = 46 МПа (табл. П.2.5.) [7]; = 12° и с = 0,004 МПа (табл. П.2.4) [7]. Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле (3.5), где значение модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по таблице П.3.2 [7] при расчетной температуре +20 ^оС (табл 3.5) [7]:

: ,

где п - число слоев дорожной одежды;

E_i - модуль упругости i-го слоя;

h_i - толщина i-го слоя

= 511,34 МПа

По отношениям 11,12 и и при = 12° с помощью номограммы (рис 3.3) [находим удельное активное напряжение сдвига: = 0,017 МПа.



Т = 0,015750,6 = 0,00945 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.6):

T_np = с_Nk_д + 0,1_срz_опtg_СТ,

где с_N - сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки (Приложение 2, табл П.2.6 или табл П.2.8) [7];

k_д - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания. При устройстве нижнего слоя из укрепленных материалов, а также при укладке на границе «основание - песчаный слой» разделяющей геотекстильной прослойки, следует принимать значения k_д равным:

- 4,5 - при использовании в песчаном слое крупного песка;

- 4,0 - при использовании в песчаном слое песка средней крупности;

- 3,0 - при использовании в песчаном слое мелкого песка;

- 1,0 - во всех остальных случаях [7].

z_оп - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, [7] см;

_ср - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, [7] кг/см³;

_СТ - расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки [7]

Для расчетов принимаем:

С_N = 0,004 МПа;

К_д = 1,0;



Z_оп = 5+8+22+32 = 67 см;

Т_пр = 0,004 + 0,10,00367tg 35° = 0,01204 МПа,

где 0,1 - коэффициент для перевода в МПа

что больше

Вариант 2

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт со следующими характеристиками: (при W_p = 0,7W_т и N_p = 2947594.35 авт.) Е_н = 46 МПа; = 12° и с = 0,004 МПа [7].

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле (3.5):

= 612,7 МПа

По отношениям 13,3 и и при = 12° с помощью номограммы (рис. 3.3) [7] находим удельное активное напряжение сдвига: = 0,018 МПа.

Т = 0,0180,6 = 0,0108 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.6):

Z_оп =5+8+25+25= 63 см;

Т_пр = 0,004 + 0,10,00363tg 35° = 0,0139МПа,

что больше



Вариант 3

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт со следующими характеристиками: (при W_p = 0,7W_т и N_p = 2947594.35 авт/сут) Е_н = 46 МПа; = 12° и с = 0,004 МПа [7].

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле (3.5):

= 575,21 МПа

По отношениям 12,5 и и при = 12° с помощью номограммы (рис. 3.3) [7] находим удельное активное напряжение сдвига: = 0,017 МПа.

Т = 0,0130,6 = 0,0078 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.6):

Z_оп = 5+8+16+18+24 = 71 см

Т_пр = 0,004 + 0,10,00371tg 35° = 0,0125 МПа,

что больше

Вариант 4

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт со следующими характеристиками: (при W_p = 0,7W_т и N_p = 2898844 авт.) Е_н = 46 МПа; = 12° и с = 0,004 МПа [7].



Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле (3.5):

= 597.26 МПа

По отношениям 12,98 и и при = 12° с помощью номограммы (рис.3.3) [7], находим удельное активное напряжение сдвига: = 0,016 МПа.

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.6):

Z_оп = 5+8+22+18+20 = 73 см;

0,1 - коэффициент для перевода в МПа

Т_пр = 0,004 + 0,10,00373tg 35° = 0,0128 МПа,

что больше

3.4 Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе

Вариант 1

Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме (рис 3.1) [7].

Е_н = 118,9 МПа

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (3.5):



= 3453,8 МПа

Модули упругости асфальтобетонных слов назначаем по табл. П.3.1. [7].

По отношениям и по номограмме (рис. 3.4) [7] определяем = 2,8 МПа.

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.7):

_r =

где _r - растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку, определяемое по номограмме (рис. 3.4) [7];

к_в - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном. Принимают равным 0,85 (при расчете на однобаллонное колесо к_в = 1,00) [7];

р - расчетное давление [7]

= 2,8· 0,6· 0,85 = 1,4 МПа

Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.8):

R_N = R_ok₁k₂(1 - v_Rt),

где R_o - нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки, принимаемое по табличным данным (Приложение 3, табл. П.3.1) [7];

k₁ - коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки (формула 3.9);

k₂ - коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (табл. 3.6) [7];

v_R - коэффициент вариации прочности на растяжение (Приложение 4) [7];

t - коэффициент нормативного отклонения (Приложение 4) [7]

при R_o = 5,65 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. П.3.1) [7] v_R = 0,10 (табл. П.4.1) [7]; t = 1,71 (табл. П.4.2) [7].

(3.9)

где m - показатель степени, зависящий от свойств материала, рассчитываемого монолитного слоя (приложение 3, табл. П.3.1) [7]; б - коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя влажности (табл. П.3.1) [7].

k₂ = 0,85

R_N = 9,80,210,80(1 - 0,11,71) = 1,46

= 1,48, что больше, чем = 1,0 .

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.



Вариант 2

Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме (рис 3.1) [7]:

Е_н = 105 МПа

Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (3.5):

= 3453,8 МПа

По отношениям и по номограмме (рис. 3.4) [7] определяем = 2,8 МПа

= 2,80,850,6=1,53 МПа

Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.8):

R_N = 8,00,370,85(1 - 0,11,71) = 2,08

= 1,45, что больше, чем = 1,0 .

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

Вариант 3

Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме (рис. 3.1) [7]:

Е_н = 97.5 МПа

Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (3.5):

= 3453,8 МПа



По отношениям и по номограмме (рис. 3.4) [7], определяем = 3,2 МПа.

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.7):

= 3,2· 0,6· 0,85 = 1,6 МПа

Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.8):

R_N = 8,00,370,85(1 - 0,11,71) = 2,08

= 1,3, что больше, чем = 1,0 .

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

Вариант 4

Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме (рис. 3.1):

Е_н = 77,5 МПа

Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (5.8):

= 3453,8 МПа

По отношениям и по номограмме (рис 3.4) [7], определяем = 3,30,850,6=1,6 МПа.

Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.8):

R_N = 8,00,370,85(1 - 0,11,71) = 2,08

= 1,3, что больше, чем = 1,0

Следовательно, выбранн...