Влияние косогорности местности на объемы дорожных земляных работ
Получение аналитических зависимостей для расчета поправки на косогорность местности. Введение поправки в формулу для расчета площади поперечного сечения земляного полотна дороги. Уточнение объемов дорожных земляных работ на стадии проектирования.
Рубрика | Строительство и архитектура |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 28.04.2017 |
Размер файла | 101,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
влияние косогорности местности на объемы дорожных земляных работ
Морковин Владимир Александрович
к.т.н., доцент
Кириллов Федор Александрович
к.т.н., ассистент
Получены аналитические зависимости для расчета поправки на косогорность местности. Данная поправка вводится в формулу для расчета площади поперечного сечения земляного полотна дороги, что позволяет на стадии проектирования уточнить объемы дорожных земляных работ. Величина поправки на косогорность зависит не только от крутизны косогора, но и от параметров земляного полотна дороги. Как показывают расчеты при коэффициенте заложения косогора 25 и менее величина поправки существенна
Ключевые слова: ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО, ОБЪЕМ ДОРОЖНЫХ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ, ПЛОЩАДЬ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ, ПОПЕРЕЧНЫЙ УКЛОН МЕСТНОСТИ, КОЭФФИЦИЕНТ ЗАЛОЖЕНИЯ КОСОГОРА, ПОПРАВКА НА КОСОГОРНОСТЬ МЕСТНОСТИ
Земляные работы при строительстве лесных дорог являются наиболее значимой статьей затрат, так как в условиях леса характерны неблагоприятные гидрологические условия и широко распространены глинистые грунты, что требует устройства высоких насыпей [1, 2, 3]. На участках косогорной местности, которые широко распространены на горных лесных дорогах [4] и встречаются на равнинных лесных дорогах [5] сток воды обеспечен, но параметры земляного полотна установлены на основе требований норм проектирования по обеспечению допустимых продольных уклонов дороги и снижения затрат на строительство и эксплуатацию дороги, а поэтому возможны различные значения рабочих отметок насыпей и выемок, характеризующиеся широким диапазоном изменения значений.
Влияние косогорности на объем дорожных земляных работ рекомендуется учитывать при коэффициенте заложения косогора 1:10 и круче [2]. В работах [6, 7] показано, что влияние косогорности местности на объемы дорожных земляных работ зависит от величины рабочей отметки и ширины земляного полотна и его следует учитывать при сравнительно небольших косогорах в случаях, когда рабочие отметки имеют малое значение. Это особенно актуально для участков малых насыпей и не глубоких выемок.
Косогорность местности определяется величиной поперечного уклона - уклона, который направлен перпендикулярно направлению трассы [6]. Также используется другой показатель, количественно характеризующий косогор - коэффициент заложения косогора - отношение заложения косогора к превышению, соответствующему данному заложению [2, 6], который представляет собой величину противоположную поперечному уклону [5, 6].
На рис. 1 и 2 представлены поперечные профили соответственно насыпи и выемки на косогоре. Параметры, определяющие величину объема земляных работ, показаны на данных рисунках (в метрах): ширина земляного полотна B, рабочая отметка H, коэффициент заложения откоса m. Для выемки к указанным параметрам добавляются параметры кювета: глубина hK, ширина по дну bK, коэффициент заложения откоса кювета mK . В данной работе не учитывается влияние параметров дорожной одежды и сливной призмы.
Известно [6], что объем земляных работ V (в кубических метрах) на некотором участке длиной L с однотипной конструкцией земляного полотна определяется по формуле
, (1)
где F(x) - площадь поперечного сечения земляного полотна, характеризующегося удалением от начала рассматриваемого участка на расстояние x, изменяющееся в интервале [0; L], м2.
Интегрирование зависимости (1) позволяет получить формулу [8]
, (2)
где F(L), F(0) - площади поперечных сечений земляного полотна в крайних сечениях рассматриваемого участка (в конце и в начале), м2;
B(L), B(0) - ширина земляного полотна в крайних сечениях рассматриваемого участка, м;
H(L), H(0) - рабочие отметки земляного полотна в крайних сечениях рассматриваемого участка, м.
Выражение, заключенное в квадратные скобки в правой части формулы (2), называют призматоидальной поправкой [2], величина которой зависит от разности параметров земляного полотна. В отдельных случаях призматоидальной поправкой пренебрегают и формула (2) существенно упрощается.
Формулы (1) и (2) показывают, что величина объема земляных работ определяется площадью поперечного сечения земляного полотна, а точнее геометрического тела, называемого - призматоид [2, 6, 7].
Для учета влияния поперечного уклона местности iПМ (рис. 1 и 2) на величину объема земляных работ необходимо установить формулы, определяющие значение площади поперечного сечения земляного полотна в зависимости от указанного поперечного уклона.
Сразу следует сказать, что поперечный уклон iПМ можно установить по карте [6] или измерением на местности, например геометрическим или тригонометрическим нивелированием. Коэффициент заложения косогора m0 является величиной обратной поперечному уклону iПМ , выраженному в долях единицы [2, 6].
Для получения формул используем схемы, показанные на рис. 1 и 2, на которых пунктиром достроены элементы, соответствующие участкам земляного полотна без поперечного уклона.
Из рис. 1 видно, что поперечное сечение насыпи состоит из двух частей: верховой с подошвой ТБВ и низовой с подошвой ТБН (в дальнейшем индексы «В» и «Н» обозначают отношение к верховой или низовой стороне земляного полотна).
Рис. 1. Поперечный профиль насыпи на косогоре
Рис. 2. Поперечный профиль выемки на косогоре
косогорность дорога земляной полотно
Верховая часть имеет меньшую площадь, чем низовая, причем разница этих площадей равна площади треугольника АНБНВН, который образован на схеме в результате геометрических построений.
Если не учитывать параметры дорожной одежды и сливной призмы, что было оговорено ранее, то поперечное сечение насыпи состоит из трех фигур: трапеции ЕНМНЕВМВ, треугольника БВЕВМВ (верховой откос) и треугольника БНЕНМН (низовой откос).
Площадь поперечного сечения насыпи FH представляет собой сумму площадей указанных фигур. Площадь трапеции ЕНМНЕВМВ не зависит от поперечного уклона подошвы насыпи и составляет BH (B - высота трапеции, H - средняя линия).
Для нахождения площадей треугольников БВЕВМВ и БНЕНМН введем систему координат (рис. 1) с началом в точке Т, ось ординат X направим от точки Т к точке АВ, а ось абсцисс Y - перпендикулярно оси X (вверх), используя которую установим координаты точек МВ и БВ, МН и БН. Надо отметить очень важную деталь: точки МВ и БВ, МН и БН принадлежат одной прямой БНБВ, уравнение которой в принятой системе координат имеет вид
. (3)
Из схемы рис. 1 видно, что абсцисса точки МВ равна x = 0,5B, тогда из формулы (3) ее ордината составит y = 0,5BiПМ. Основание ЕВМВ треугольника равно разности ординат точек ЕВ и МВ, то есть H - 0,5BiПМ.
Верховой откос насыпи является частью прямой, проходящей через точки ЕВ, БВ и АВ, уравнение которой в общем виде выглядит y = q + kx. Угловой коэффициент этой прямой на основе определения коэффициента заложения m, и с учетом направления линии БВАВ будет равен k = -1/m. Свободный член легко можно найти, зная координаты хотя бы одной точки, принадлежащей данной прямой. Бровка откоса (точка ЕВ) принадлежит рассматриваемой прямой и в принятой системе координат имеет координаты x = 0,5B, y = H, а следовательно
. (4)
Уравнение прямой, проходящей через точки ЕВ, БВ и АВ, имеет вид
. (5)
Так как прямые ЕВАВ и БНБВ пересекаются, то абсциссу точки БВ найдем, приравняв уравнения (3) и (5)
. (6)
Высота h треугольника БВЕВМВ равна разности абсцисс точек БВ и МВ, то есть
. (7)
Площадь поперечного сечения верхового откоса (площадь треугольника БВЕВМВ) FBO на основе полученных выражений для его основания и высоты после их преобразования составит
. (8)
Отсутствие косогора характеризуется условием iПМ = 0 и формула (8) для случая, когда косогорность местности не учитывается примет вид
. (9)
Поперечное сечение низового откоса насыпи - треугольник БНЕНМН имеет основание ЕНМН, равное разности ординат точек ЕН и МН, причем ордината точки МН определяется по формуле (3) при x = - 0,5B, то есть y = - 0,5BiПМ. На основе сказанного основание ЕНМН составляет H + 0,5BiПМ. Высота треугольника БНЕНМН равна разности абсцисс точек МН и БН, причем абсцисса точки МН равна x= - 0,5B, а абсциссу точки БН определим совместным решением уравнений прямых БНБВ (3) и ЕНБН.
По аналогии с прямой ЕВАВ угловой коэффициент прямой ЕНБН равен k = 1/m, а свободный член q можно найти по координатам точки ЕН: x = -0,5B, y = H. Решение уравнения относительно q позволяет получить выражение (4), то есть свободный член q одинаково определяется для уравнений прямых ЕНБН и ЕВАВ. Уравнение прямой ЕНБН имеет вид
. (10)
Приравняв уравнения (3) и (10) и выполнив преобразования, найдем абсциссу точки БН
. (11)
Высота треугольника БНЕНМН равна
. (12)
Площадь поперечного сечения низового откоса (площадь треугольника БНЕНМН) FHO на основе полученных выражений для его основания и высоты после их преобразования составит
. (13)
При iПМ = 0 формула (13) преобразуется в выражение (9).
Дополнительная площадь поперечного сечения насыпи fД, обусловленная поперечным уклоном ее подошвы iПМ равна разности суммы площадей поперечных сечений откосов, определяемых по формулам (8) и (13), и суммы площадей поперечных сечений откосов, определяемых по формуле (9), то есть
. (14)
Для поперечного сечения выемки (рис. 2) точно таким же образом, как и для поперечного сечения насыпи, определяются площади поперечных сечений верхового и низового откосов. В результате аналитических преобразований получаются зависимости (8), (13) и (14), но в случае выемки параметр B необходимо заменить на B1, который больше ширины земляного полотна на две ширины кювета поверху, то есть
, (15)
где bЗП - ширина закюветной полки, м.
Формулу (14) можно упростить, при этом введем замену iПМ = 1/m0 и получим
. (16)
По полученной формуле (16) можно рассчитать дополнительную площадь поперечного сечения земляного полотна в условиях косогора или поправку на косогорность местности fД в зависимости от параметров земляного полотна m, B, рабочей отметки H и крутизны косогора m0. В формуле (16) выражение, стоящее в скобках (0,5B + mH) - полуширина подошвы земляного полотна при iПМ = 0, то есть при его горизонтальном расположении. Если обозначить ширину горизонтальной подошвы земляного полотна BП, то формула (16) примет вид
. (17)
В таблице 1 представлены значения поправки на косогорность fД, определенные в зависимости от ширины горизонтальной подошвы земляного полотна BП, крутизны откоса земляного полотна m и крутизны косогора m0.
Из таблицы 1 видно, что поправка на косогорность местности изменяется в широком интервале: от 0,14 до 42,19 м2 и существенно влияет на величину объема земляных работ. Если fД = 0.14 м2, то дополнительный объем земляных работ на пикет, обусловленный крутизной косогора составит 14 м3, что существенно.
Площадь поперечного сечения земляного полотна F на косогоре следует определять по формуле
, (18)
где - площадь поперечного сечения сливной призмы, м2;
- поправка на устройство дорожной одежды, м2.
В формуле (18) верхний знак используется для насыпей, а нижний - для выемок.
Таблица 1 -Значения поправки на косогорность местности
Коэффициент заложения косогора |
Поправка на косогорность местности fД, м2, при ширине горизонтальной подошвы земляного полотна |
||||
15 м |
20 м |
25 м |
30 м |
||
Коэффициент заложения откоса насыпи 1,5 |
|||||
5 |
3,71 |
6,59 |
10,302 |
14,84 |
|
10 |
0,86 |
1,53 |
2,40 |
3,45 |
|
15 |
0,38 |
0,67 |
1,05 |
1,52 |
|
20 |
0,21 |
0,38 |
0,59 |
0,85 |
|
25 |
0,14 |
0,24 |
0,38 |
0,54 |
|
Коэффициент заложения откоса насыпи 3 |
|||||
5 |
10,55 |
18,75 |
29,30 |
42,19 |
|
10 |
1,85 |
3,30 |
5,15 |
7,42 |
|
15 |
0,78 |
1,39 |
2,17 |
3,12 |
|
20 |
0,43 |
0,77 |
1,20 |
1,73 |
|
25 |
0,27 |
0,49 |
0,76 |
1,10 |
Можно утверждать, что крутизна косогора существенно влияет на объем дорожных земляных работ. Учитывать влияние косогорности местности на объем земляных работ следует, используя поправку, которая рассчитывается в зависимости от параметров земляного полотна, при одинаковых откосах земляного полотна по формулам (16) или (17), а при разных откосах земляного полотна - по формуле (14). Метод расчета, основанный на использовании указанной поправки, реализуется ЭВМ-программой [9].
Библиографический список
1. СНиП 2.05.02-85*. Автомобильные дороги / Госстрой России. М.: ФГУП ЦПП, 2004. 54 с.
2. Леонович И.И., Вырко Н.П., Лыщик П.А. Формулы и зависимости для решения дорожных и транспортных задач. Минск: Высш. шк., 1974. 480 с.
3. Экологические проблемы строительства и эксплуатации автомобильных дорог в условиях леса / В.К. Курьянов, Н.И. Чубов, Д.Н. Афоничев, В.А. Морковин // Экология и безопасность жизнедеятельности: Сб. научн. тр. / ВГТА. Воронеж, 1997. С. 29-33.
4. Курьянов В.К. Транспортные качества лесовозных дорог. Воронеж: ВЛТИ, 1988. 124 с. Деп. в ВИНИТИ 26.05.88 № 9-В88.
5. Афоничев Д.Н. Дифференциальная оценка распределения грунтовых масс по длине строящейся дороги // Изв. ВУЗов «Северо-Кавказский регион. Технические науки», 2005. Приложение № 1. С. 100-104.
6. Афоничев Д.Н. Совершенствование расчета объемов земляных работ в системе автоматизированного проектирования автомобильных дорог. Воронеж: ВГЛТА, 2008. 117 с. Деп. в ВИНИТИ 26.02.2008, № 164-В2008.
7. Афоничев Д.Н. Совершенствование расчета объемов дорожных земляных работ // Научный вестник Воронежской государственной лесотехнической академии. Воронеж, 2009. Вып. 1(6). С. 56-65.
8. Морковин В.А. Особенности расчета объема земляных работ на участках кривых малого радиуса лесных автомобильных дорог // Лесо-технический журнал / ВГЛТА. 2011. № 2. С. 22-24.
9. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011611330. Программа дифференцированного расчета профильного объема земляных работ с учетом крутизны косогора, толщины дорожной одежды и укрепления обочин / Д.Н. Афоничев, С.Ю. Кузнецов, В.А. Морковин, А.А. Занин. Заявл. 23.12.2010, зарегистрировано 10.02.2011.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Физико-географическое описание Сузунского района Новосибирской области. Определение положения характерных точек. Расчет объемов работ аналитическим методом. Поправки на сверку растительного слоя и на уширение земляного полотна в кривых участка пути.
курсовая работа [963,7 K], добавлен 18.05.2015Определение объемов земляных работ. Линейное распределение земляных масс. Определение основных параметров полосы отвода. Технология и механизация производства работ. Отделочные и укрепительные работы. Разработка календарного графика производства работ.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.12.2014Технические условия и правила сооружения земляного полотна железных дорог. Определение объемов земляных работ. Распределение земляных масс. Выбор землеройных машин. Определение времени работы ведущих машин. Определение размеров резервов и кавальеров.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 11.01.2013Технические параметры земляного полотна, расчет его объемов. Распределение земляных масс. Выбор способов производства земляных и буровзрывных работ, составление технологических схем и календарного графика. Организация и технология строительного процесса.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.04.2013Основные технические условия и правила сооружения земляного полотна. Определение попикетных объемов земляных масс. Расчет координат графика суммарных объемов. Построение календарного графика производства работ. Технические схемы работы ведущих машин.
курсовая работа [622,8 K], добавлен 04.12.2013Составление проекта работ по строительству земляного полотна железной дороги. Определение положения характерных точек. Расчёт объёмов земляных работ, выбор наиболее эффективных вариантов механизации. Формирование производственных участков с выбором машин.
курсовая работа [157,1 K], добавлен 13.09.2012Расчет рабочих отметок, контура и объемов земляных работ. Средства механизации производства земляных работ. Разработка технологической карты и графика ведения бульдозерных, скреперных, экскаваторных работ. Ведение земляных работ в особых условиях.
курсовая работа [408,4 K], добавлен 17.02.2011Составления проекта производства работ по сооружению земляного полотна железной дороги. Определение положения характерных точек. Расчёт объёмов земляных работ и составление попикетной ведомости. Формирование производственных участков с выбором машин.
курсовая работа [156,8 K], добавлен 21.08.2012Изучение теоретических аспектов организации и технологии строительства железных дорог. Распределение земляных масс по графику суммарных объемов. Обоснование способа механизации работ и площади укрепления откосов. Постройка новых и соединительных путей.
курсовая работа [484,0 K], добавлен 22.06.2015Анализ продольного профиля участка железной дороги. Определение объемов выемок и насыпей на участке и распределение земляных масс. Разработка проекта производства работ и выбор наиболее эффективных вариантов механизации на рабочих участках дороги.
дипломная работа [153,9 K], добавлен 28.12.2011Составление проекта на капитальный ремонт при изменении плана и продольного профиля дороги и при выполнении работ по устройству земляного полотна. Ремонт асфальтобетонных покрытий, дорожных одежд, водоотводных и искусственных сооружений на автотрассе.
контрольная работа [24,0 K], добавлен 17.01.2012Подготовка данных для разбивки контура котлована. Объемы земляных работ при выемке грунта из котлована. Электронные средства теоретического расчета данных для разбивки контура котлована и расчета объемов земляных работ простого и сложного котлованов.
курсовая работа [543,6 K], добавлен 03.12.2011Общая характеристика Омской области, выбор принципиальных решений по строительству земляного полотна. Технология производства линейных и сосредоточенных земляных работ. Расчет сроков и составление линейного календарного графика строительства дороги.
курсовая работа [221,4 K], добавлен 24.09.2013Определение черных и красных рабочих отметок и контура земляных работ. Подсчет объемов земляных работ при планировке площадки. Составление баланса земляных масс и картограммы. Выбор средств механизации производства. Правила по технике безопасности.
курсовая работа [165,9 K], добавлен 17.02.2016Административное и хозяйственное значение Орловской области. Расчет перспективной интенсивности движения. Проектирование поперечного профиля земляного полотна. Определение объемов земляных работ и проектирование малых водопропускных сооружений.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 13.04.2012Определение объемов земляных работ при устройстве земляного сооружения. Подбор машин и оборудования. Калькуляция трудовых затрат. Контроль качества работ и основы техники безопасности. Рассмотрение технико-экономических показателей данного проекта.
курсовая работа [44,2 K], добавлен 22.10.2014Определение типа и параметров земляного сооружения. Подбор комплекта машин и механизмов для ведения комплексно-механизированного производства земляных работ. Геологический разрез строительной площадки. Подсчет объемов работ по срезке растительного слоя.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 02.12.2015Состав процессов и работ при устройстве котлована и траншеи. Расчет площади срезки растительного слоя, объемов работ по зачистке дна строительного котлована. Подбор оборудования для производства земляных работ, их технология. Калькуляция затрат труда.
контрольная работа [528,7 K], добавлен 07.04.2015Основные виды земляных сооружений и машины для земляных работ. Технико-экономические показатели производства земляных работ. Определение объемов работ. Определение монтажных характеристик и выбор монтажного крана. Выбор грузозахватного приспособления.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 15.12.2011Расчет состава механизированных дорожных отрядов на производство подготовительных работ, строительство искусственных сооружений, возведение земляного полотна, строительство дорожных одежд. Определение потребности в рабочих и дорожно-строительной технике.
курсовая работа [467,6 K], добавлен 18.05.2014