Проектирование автомобильных дорог

2

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

« Государственный технический университет»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению курсового проекта по дисциплине

«Пути сообщения, технологические сооружения»

для студентов специальности

190702 (240200) Организация и безопасность движения

Ставрополь, 2007

Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Пути сообщения, технологические сооружения» предназначены для студентов специальности 190702 (240200) Организация и безопасность движения, содержат методики расчетов основных элементов автомобильных дорог, положения по обустройству, содержанию, эксплуатации автомобильных дорог, требования по обеспечению безопасности движения. Составлены в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и основной образовательной программы подготовки.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Цели и задачи курсового проекта

2. Формулировка задания и его объем

3. Основное содержание курсового проекта по разделам, последовательность и порядок их выполнения

3.1 Характеристика природных условий района расположения дороги

3.2 Назначение категории и расчетное обоснование основных технических нормативов

3.2.1 Установление технической категории дороги и назначение расчетной скорости движения автомобилей

3.2.2 Определение продольных уклонов

3.2.3 Определение нормативных радиусов для проектирования кривых в плане

3.2.4 Определение расстояний видимости

3.2.5 Определение наименьших радиусов вертикальных кривых для сопряжения переломов продольного профиля

3.2.6 Определение пропускной способности и уровня загрузки дороги

3.2.7 Определение ширины проезжей части дороги и земляного полотна

3.2.8 Сравнение расчетных параметров с нормативными

3.3 Проектирование плана трассы автомобильной дороги

3.4 Проектирование дополнительных устройств на кривых малого радиуса

3.4.1 Проектирование переходной кривой

3.4.2 Проектирование виража

3.4.3 Проектирование уширения проезжей части на кривых

3.5 Проектирование дороги в продольном профиле

3.6 Проектирование поперечного профиля дороги

3.7 Проектирование дорожных одежд

3.8 Оценка транспортно-эксплуатационного состояния дороги

3.8.1 Оценка скорости движения транспортного потока

3.8.2 Оценка пропускной способности дороги

3.8.3 Оценка безопасности движения на участке дороги

3.9 Содержание участка автомобильной дороги

3.10 Обустройство участка автомобильной дороги

3.11 Определение экономической эффективности мероприятий по совершенствованию участка автомобильной дороги

4. Общие требования к курсовому проекту

5. Рекомендации по организации работ над проектом, примерный календарный план его выполнения

6 Порядок защиты и ответственность студента за выполнение задания по курсовому проекту

Список рекомендуемой литературы

Развитие дорожно-транспортной сети является приоритетной задачей каждой страны, регионов и отдельных территориальных единиц. Кроме требований осуществления бесперебойной работы автотранспорта и обеспечения безопасности движения к автомобильным дорогам необходимо предъявлять высокие архитектурно-эстетические требования как и к любому инженерному сооружению массового использования.

Проектирование, эксплуатация и содержание автомобильных дорог подразумевает наличие у специалиста по безопасности движения системных знаний, обобщающих как фундаментальные общеобразовательные, так и узкоспециальные дисциплины, входящие в общую программу подготовки. Он должен владеть приёмами выбора трассы дороги на местности; уметь назначать конструктивные элементы дорог, обеспечивающие удобство, безопасность и экономичность грузовых и пассажирских перевозок; обладать знаниями методов технико-экономической оценки и сравнения вариантов. Кроме того, необходимо не только четко ориентироваться в нормативно-правовой базе по проектированию дорог и базовых принципах проектирования, но и стремиться дополнять их собственным опытом и наблюдениями.

Содержание курсового проекта определяет базовый комплекс знаний о путях сообщения и технологических сооружениях, необходимых специалисту по безопасности движения.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовое проектирование ставит своей целью обобщение и закрепление знаний, полученных студентами при изучении дисциплины «Пути сообщения, технологические сооружения».

Курсовое проектирование должно научить студентов грамотно производить технические расчеты, освоить навыки и методы проектирования автомобильных дорог, их эксплуатации и содержанию, а также творчески подходить к решению конкретных инженерных задач и широко использовать в своей работу техническую, нормативную и справочную литературу.

При выполнении проекта студент должен учитывать новейшие достижения в области проектирования дорог, как в нашей стране, так и за рубежом, в частности, по возможности использовать программные продукты автоматизированного проектирования.

К выполнению курсового проекта следует приступить лишь после тщательного изучения разделов дисциплины «Пути сообщения, технологические сооружения».

2. ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАНИЯ И ЕГО ОБЪЕМ

Курсовой проект предусматривает расчет технических показателей и основных элементов плана, продольного и поперечного профилей автомобильных дорог. В задании на выполнение курсового проекта содержаться следующие данные: район расположения участка автомобильной дороги; интенсивность движения на перспективу, состав транспортного потока и расчетные автомобили, схемы плана и продольного профиля с заданными углами поворота и величинами продольных уклонов; категория существующей дороги.

Выполненный курсовой проект должен содержать следующие материалы:

1) пояснительную записку с необходимыми расчетами - объемом 50 - 70 страниц;

2) графический материал на двух листах формата А1:

- план трассы (по заданию);

- один из углов поворота с обозначениями и сводную ведомость углов поворота, прямых и кривых;

- продольный профиль трассы (по заданию);

- поперечные профили земляного полотна дороги;

- схему принятой конструкции дорожной одежды;

- схему отгона виража и уширения на кривых;

- схему обустройства дороги сооружениями обслуживания движения.

3. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО РАЗДЕЛАМ, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ И ПОРЯДОК ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ

3.1 Характеристика природных условий района расположения дороги

При описании природных условий следует указать в какой дорожно-климатической зоне расположена дорога, и дать краткую характеристику района расположения дороги.

Климат. Приводится общая характеристика климата, максимальная и минимальная температуры воздуха, глубина промерзания грунтов, высота снежного покрова, направление и скорость ветра и т. д.

Рельеф. Дается характеристика общих сведений о рельефе местности. Наличие характерных изменений и высотных препятствий (возвышенности, овраги, котлованы и т. д.).

Растительность. Следует указать наличие лесов, парков и земель, занятых ценными угодьями (сады, пашни).

Грунтово-геологические и гидрологические условия. Дается описание грунтово-геологических условий (типы грунтов, наличие оползней, устойчивости склонов), гидрологических условий (заболоченные участки и участки с необеспеченным поверхностным стоком, глубину залегания грунтовых вод).

Дорожно-строительные материалы. Приводятся данные о наличии местных каменных материалов и отходов промышленности, которые можно использовать в различных конструктивных слоях дорожных одежд и других инженерных сооружениях.

Также даются краткие данные об экономике района.

Характеристика природных условий составляется на основе данных [10 - 15].

3.2 Назначение категории и расчетное обоснование основных технических нормативов

Технические нормативы на проектирование элементов плана, продольного и поперечного профилей назначаются по расчетной скорости, принимаемой для дороги данной категории в зависимости от рельефа местности. Следует помнить, что на участках автомобильных дорог на подходах к городам в случаях пересечения дорогами территорий, занятых особо ценными сельскохозяйственными культурами и садами, допускается принимать значения расчетных скоростей, установленные для трудных участков пересеченной местности.

Отдельные величины технических нормативов следует обосновать расчетами. Расчеты технических нормативов следует выполнять для основной расчетной скорости и для трудных участков пересеченной местности и сопоставляться с рекомендуемыми [13] для данной технической категории дороги.

3.2.1 Установление технической категории дороги и назначение расчетной скорости движения автомобилей

Техническая категория дороги устанавливается по [13, табл. 1] на основе данных об интенсивности и составе движения, приведенных в задании на выполнение курсового проекта.

Используя данные о составе потока и коэффициенты приведения различных транспортных средств по [13, табл. 2], рассчитываем приведенную интенсивность движения по формуле:

, (1)

где - интенсивность движения транспортного средства i-ой марки;

- коэффициент приведения транспортного средства i-ой марки.

В соответствии со значением определенной интенсивности движения транспортных единиц на перспективный год эксплуатации дороги по [13, табл. 1] определяется техническая категория автомобильной дороги.

Интенсивность движения на автомобильных дорогах неравномерна в течение суток. Для определения пиковых периодов максимальной интенсивности (для использования в последующих расчетах) необходимо рассчитать распределение суточной интенсивности движения по часам, используя формулу 2 и таблицу 1.

Интенсивность движения за искомый час:

, (2)

гдеN_i - интенсивность движения за искомый час суток, пр. авт./ч;

K_i - коэффициент, соответствующий искомому часу суток;

N - замеренная интенсивность движения, пр. авт. /ч;

К - коэффициент, соответствующий часу суток, когда был произведен замер интенсивности движения.

Таблица 1 - Коэффициенты распределения интенсивности движения по часам суток

Часы	0 - 1	1 - 2	2 - 3	3 - 4	4 - 5	5 - 6	6 - 7	7 - 8
Коэффициент	0,083	0,025	0,009	0,023	0,059	0,144	0,270	0,32
Часы	8 - 9	9 - 10	10 - 11	11 - 12	12 - 13	13 - 14	14 - 15	15 - 16
Коэффициент	0,52	0,68	1,0	0,84	0,74	0,75	0,83	0,97
Часы	16 - 17	17 - 18	18 - 19	19 - 20	20 - 21	21 - 22	22 - 23	23 - 0
Коэффициент	1,05	0,95	0,9	0,47	0,26	0,24	0,19	0,12

По полученным расчетам строиться график распределения интенсивности по часам суток (рисунок 1).

Рисунок 1 - График распределения интенсивности движения по часам суток

Расчетная скорость движения автомобилей принимается в зависимости от установленной технической категории дороги и рельефа местности (таблица 2).

Таблица 2 - Расчетные скорости движения автомобилей

Автомобили	Расчетная скорость для данной категория дороги, км/ч
	I	II	III	IV	V
легковые	150	120	100	80	60
грузовые	75	60	50	40	30
автобусы	75	60	50	40	30

Для определения остальных технических нормативов автомобильной дороги необходимо для указанных в задании расчетных автомобилей составить таблицу технических характеристик [4, 6, 7, 17] по форме таблицы 3.

Таблица 3 - Основные технические характеристики расчетных автомобилей

Параметры	Ед. изм	Обозначения	Автомобиль
			грузовой	легковой
1. Число осей	шт
2. Число ведущих осей	шт
3. Полный вес автомобиля с нагрузкой	кН	G
4. Полный вес автомобиля	кН	Gсц
5, Грузоподъемность	кН	Г
6. Ширина колеи задних колес	м	К
7. Ширина автомобиля	м	а
8. Длина автомобиля	м	L
9. Высота автомобиля	м	h
10. Максимальная мощность автомобиля	кВт	N
11. Число оборотов коленчатого вала	об./мин	n
12. Передаточное число в коробке передач	-
I передача	-	ik1
И передача	-	ik2
Ш передача	-	ik3
IV передача	-	ik4
V передача	-	ik5
13. Передаточное число главной передачи	-	io
14. Максимальная скорость	км/ч	V
15. Механический КПД	-	h
16. Радиус качения колес	м	rк

3.2.2 Определение продольных уклонов

Наибольший продольный уклон, преодолеваемый автомобилем, определяется из условия его движения на подъем на III передаче. При этом принимается допущение, что движение автомобиля происходит с равномерной (расчетной) скоростью. Наибольший продольный уклон при этих условиях:

, (3)

гдеД_max - динамический фактор;

f - коэффициент сопротивления качению;

i_max - продольный уклон дороги, ‰.

Динамический фактор:

, (4)

гдеG - вес автомобиля, Н.

Р_а - сила тяги, кН;

Р_W - сила сопротивления воздуха, Н.

Сила тяги при скорости автомобиля на III передаче:

, (5)

К_р - коэффициент размерности (К_р=9,55);

з - механический коэффициент полезного действия трансмиссии автомобиля (для грузовых двухосных автомобилей принимается равным 0,9, для трехосных - 0,80, для легковых автомобилей - 0,92);

n_v - частота вращения коленчатого вала, об./мин.

Расчет наибольшего продольного уклона для расчетного грузового автомобиля выполняется с использованием математической зависимости эффективной мощности двигателя от частоты вращения коленчатого вала, предложенной С. Д. Лейдерманом:

, (6)

гдеN_{e mах} - максимальная мощность двигателя, кВт;

л - отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при движении автомобиля со скоростью V к частоте вращения при максимальной скорости;

a, b, c - эмпирические коэффициенты уравнения, значения которых для грузовых автомобилей:

- с карбюраторными двигателями - а=b=c=1;

- с дизельными двигателями - а=0,87; b=1,13; с=1.

Наибольший продольный уклон при движении грузового автомобиля на III передаче определяется в следующей последовательности:

По графикам динамических характеристик автомобилей [4, 6, 7] находится скорость автомобиля на III передаче V_III.

Далее определяется частота вращения коленчатого вала двигателя при скорости автомобиля V_III по формуле:

, (7)

гдеn_v - частота вращения коленчатого вала, об./мин;

V_III - скорость движения автомобиля, км/ч;

i₀ и i_k3 - передаточные числа главной передачи и коробки передач;

r_k - радиус качения колес автомобиля, м.

Определяется максимальная частота вращения коленчатого вала при движении автомобиля на прямой передаче по формуле:

, (8)

гдеn_max - максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя при движении автомобиля на прямой передаче, об./мин;

V_max - максимальная скорость движения автомобиля на прямой передаче, км/ч;

i₀ и i_k4(5) - передаточные числа главной передачи и прямой передачи;

r_k - радиус качения колес автомобиля, м.

Находится отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при скоростях V_III и V_max:

, (9)

Определяется частота вращения коленчатого вала двигателя N_V по формуле (6).

Определяется необходимая для вычисления динамического фактора сила тяги при скорости автомобиля на III передаче по формуле (5).

Сила сопротивления воздуха:

, (10)

гдеF - лобовая площадь автомобиля, F=0,77•В•Н;

В - ширина автомобиля, м;

Н - высота автомобиля, м;

К - коэффициент обтекаемости автомобиля, кг/м² (для легковых автомобилей K=0,05 - 0,30, для грузовых - K=0,5 - 0,7).

Далее определяется наибольший продольный уклон, который обеспечит движение автомобиля с постоянной скоростью на III передаче:

, (11)

, (12)

гдеf₀ - коэффициент сопротивления качению, принимается для дорог I и II категории 0,01 - 0,02, III и IV категории - 0,015 - 0,025;

f_V - то же, при скорости движения автомобиля от 50 до 150 км/ч.

Полученное значение уклона проверяется по условию сцепления. Динамический фактор при мокром и грязном покрытии определяется по формуле:

, (13)

гдец - коэффициент сцепления колеса с покрытием (ц =0,2);

G_сц - давление на заднюю ось (тележку), Н.

. (14)

Для движения автомобиля без пробуксовки необходимо, чтобы выполнялось условие:

. (15)

Для расчета максимальных продольных уклонов, преодолеваемых легковым автомобилем, используются графики динамических характеристик легковых автомобилей [4, 6, 7]. Находится максимальное значение динамического фактора и скорости движения легкового автомобиля на каждой передаче.

По формуле (3) вычисляются максимальные значения продольных уклонов. Результаты расчетов записываются в таблицу 4.

Таблица 4 - Результаты расчетов максимальных продольных уклонов, преодолеваемых легковым автомобилем

Передачи	Значение Дmax	Величина fV	Скорость км/ч
I	0,042	0,02	25	0,042-0,02=0,022=22 ‰
II
III
IV

Полученные расчетом величины i_max для грузового и легкового автомобилей сравниваются с i_max для данной технической категории дороги, приведенными в СНиП 2.05.02-85 (табл. 10).

3.2.3 Определение нормативных радиусов для проектирования кривых в плане

Радиус кривой в плане, при котором возможно движение автомобиля с расчетной скоростью при условии устройства виража, переходных кривых и уширения проезжей части, определяется по формуле:

, (16)

гдеV - расчетная скорость движения для данной категории дороги, км/ч;

i_в - поперечный уклон проезжей части на вираже (принимается в соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85, табл. 8);

м - коэффициент поперечной силы, принимаемый по графику (рисунок 2).



Рисунок 2 - График зависимости коэффициента поперечной силы от скорости движения автомобиля [1]

Значение коэффициента поперечной силы µ должно удовлетворять одновременно условиям устойчивости автомобиля против опрокидывания, устойчивости против заноса, удобства пассажиров при проезде по кривой и экономичности работы автомобиля.

Рекомендуется для определения радиуса, не требующего переходных кривых и виража, принимать для дорог I и II категорий µ=0,05 и для дорог III категории (и ниже) - µ=0,1.

При определении наименьшего радиуса, применяемого на трудных участках, в зависимости от сложности вписывания кривой может быть допущена величина м=0,15 - 0,20. При сравнительно простых условиях проектирования следует принимать м=0,10, особенно для дорог высокой категории.

По условию видимости в ночное время минимальный радиус кривой вычисляется по формуле:

, (17)

гдеS₁ - расстояние видимости поверхности дороги, определенное по СНиП 2.05.02-85 (табл. 10) для заданной расчетной скорости движения, м;

б - угол расхождения пучка света фар (б ? 2°).

Наименьшие радиусы кривых в плане без устройства виража рассчитываются по формуле:

, (18)

гдеi₁ - поперечный уклон проезжей части, ‰ (определяется по СНиП 2.05.02-85, табл. 7).

Вычисленные радиусы кривых в плане сравниваются с приведенными в СНиП 2.05.02-85.

3.2.4 Определение расстояний видимости

В теории проектирования дорог предложено несколько схем видимости по условиям движения автомобилей и расположению автомобилей и препятствий на дороге. Принципиально различают следующие группы:

1. Схемы, предусматривающие остановку автомобиля перед препятствием или встречным автомобилем.

Расчетное расстояние видимости поверхности дороги находится из выражения:

. (19)

гдеV - расчетная скорость движения по проектируемой автомобильной дороги;

К_э - коэффициент, учитывающий эффективность тормозов (для легкового автомобиля принимается К=1,3; для грузовых и автобусов - К=1,85);

ц₁ - коэффициент продольного сцепления, принимается равным 0,50;

l₀ - зазор безопасности, принимаемый равным 5 - 10 м.

Расчетное расстояние видимости встречного автомобиля находится по формуле:

. (20)

2. Схемы, исходящие из объезда автомобилем препятствия или обгона попутного автомобиля с заездом на смежную полосу движения.

Расстояние видимости из условия обгона:

. (21)

гдеV₁ и V₂ - соответственного скорости обгоняющего и обгоняемого автомобиля. Для расчетов принимаются расчетные скорости для легкового и грузового автомобилей при принятой технической категории;

l_а - средняя длина автомобиля, м, принимается 5 - 7 м.

На пересечениях дорог в городских условиях необходимо обеспечение достаточной боковой видимости придорожной полосы.

Минимальное необходимое расстояние боковой видимости:

, (22)

гдеV_п - скорость движения пешехода или транспортного средства по пересекающей дороги, км/ч, для пешехода - 7 - 10 км/ч, для транспортного средства - 20 - 30 км/ч.

Расстояния боковой видимости на пересечении дорог сравнивают с расчетными, которые определяют с учетом скоростей движения на пересекающихся дорогах, продолжительности ориентирования водителя и времени его реакции:

, (23)

гдеV - скорость движения;

t_ор - продолжительность ориентирования водителя, с;

t_р - время реакции водителя, равное 1,5 с;

К_э - характеристика эксплуатационного состояния тормозной системы автомобиля (принимается не менее 1,4);

- коэффициент продольного сцепления;

i - продольный уклон (при спуске - с минусом);

- расстояние от остановившегося автомобиля до кромки проезжей части пересекаемой дороги: = 5 м.

Продолжительность ориентирования рассчитывают с учетом местных условий движения:

, (24)

гдеt_o - наименьшая продолжительность ориентирования в оптимальных условиях (для автомобильных дорог t_o = 1,4 с, для населенных пунктов 1,8 с);

К₁ - коэффициент, учитывающий наличие стоящих на обочинах пересекаемой дороги автомобилей (если остановка или стоянка автомобилей в пределах пересечений разрешена, то К₁=0,32; при запрещении остановки К₁=0);

К₂ - коэффициент, учитывающий плотность движения на пересекаемой дороге:



Интенсивность движения по пересекаемой дороге, авт./ч	до 50	75	200	500
К2	0,15	0,22	0,35	0,53

К₃ - коэффициент, учитывающий интенсивность движения на дороге, с которой определяется расстояние боковой видимости:

Интенсивность движения, aвт./ч	до 30	50	100	300
К3	0	0,12	0,20	0,22

Вычисленные расстояния видимости сравниваются с приведенными в СНиП 2.05.02-85.

3.2.5 Определение наименьших радиусов вертикальных кривых для сопряжения переломов продольного профиля

Радиусы вертикальных выпуклых кривых определяются из условия обеспечения видимости поверхности дороги:

, (25)

гдеh - возвышение глаза водителя легкового автомобиля над поверхностью дороги, в расчетах принимается равным 1,2 м.

Обеспечение видимости встречного автомобиля:

. (26)

Радиусы вертикальных вогнутых кривых определяются из условия обеспечения видимости проезжей части в ночное время при свете фар. Расчет ведется по формуле:

, (27)

гдеh_ф - высота фар легкового автомобиля над поверхностью проезжей части, (h_ф =0,75 м);

а - угол рассеивания пучка света фар (а=2°).

Величина радиуса вертикальной кривой с учетом самочувствия пассажиров и перегрузки рессор определяется из выражения:

, (28)

гдеа₀ - центробежное ускорение, принимаемое равным: 0,3 - 0,4 м/с² для дорог I - III технических категорий, 0,5 - 0,7 м/с² для дорог IV - V технических категорий.

При обосновании радиусов вертикальных кривых следует учитывать рекомендации СНиП 2.05.02-85. Если имеется возможность по местным условиям и не ведет к удорожанию строительства, применять радиусы вертикальных выпуклых кривых не менее 70000 м (длина кривой более 300 м) и вогнутых кривых - 8000 м (длина кривой не менее 100 м).

В зависимости от сложности условий рельефа в пределах одной категории дороги допускается изменение радиусов в весьма широких пределах. Так, например, для дорог II категории радиусы выпуклых кривых принимают от 15000 до 2500 м.

3.2.6 Определение пропускной способности и уровня загрузки дороги

Пропускная способность одной полосы движения при условии отсутствия обгонов определяется по формуле:

, (29)

гдеP - пропускная способность одной полосы движения, авт./ч;

L - динамический габарит автомобиля (наименьшее расстояние между движущимися автомобилями), м:

, (30)

гдеl_а - средняя длина автомобиля, м;

К - коэффициент снижения скорости движения автомобиля в потоке, принимаемый равным 0,3 - 0,5.

Величина продольного уклона i принимается на спуске со знаком «-» на подъеме со знаком «+». На ровном участке i = 0.

Пропускная способность одной полосы движения вычисляется отдельно для грузового и легкового расчетного автомобиля.

Количество полос движения (n) определяется по формуле:

, (31)

гдеN - суточная интенсивность движения, авт./сут.;

t - коэффициент для приведения суточной интенсивности движения к часовой (принимается по таблице 5).

Таблица 5 - Значение коэффициента перехода от суточной интенсивности движения к часовой

Категория дорог	I	II	III	IV	V
Значение коэффициента	0,09 - 0,12	0,12 - 0,15	0,15 - 0,18	0,28 - 0,2	0,2

Обычно по расчету число полос движения оказывается меньше, чем требуется по нормам. Для дорог II, III и IV категорий следует принимать две полосы движения.

Полная пропускная способность дороги определяется по формуле:

. (32)

Практическая пропускная способность дороги из-за неравномерности движения автомобилей составляет 0,3 - 0,5 от ее теоретического значения.

Для оценки состояния потока автомобилей, эмоционального напряжения водителей, удобства работы и экономической эффективности работы дороги используют коэффициент загрузки дороги движением, вычисляемый по формуле:

. (33)

Определение уровня загрузки дороги движением характеризует ряд показателей включающих уровень удобства, состояние потока, коэффициент обеспеченности скоростью. Данные характеристики представлены в [1, 3]. Определенные оценочные параметры уровня загрузки дороги движения необходимо указать в расчетно-пояснительной записке к курсовому проекту.

3.2.7 Определение ширины проезжей части дороги и земляного полотна

Необходимая ширина полосы движения складывается из ширины кузова автомобиля, расстояний от кузова до края смежной полосы движения и от колеса до кромки проезжей части. Эти расстояния зависят также от индивидуальных особенностей водителей и их значения могут быть установлены только на основе большого числа наблюдений.

В данном курсовом проекте ширина полосы движения определяется по методу С. М. Замахаева.

Для двухполосной дороги с двухсторонним движением ширина одной полосы определяется по формуле:

, (34)

гдеа - ширина кузова автомобиля, м;

К - ширина колеи автомобиля, м;

х - расстояние от кузова автомобиля до оси проезжей части, м;

у - ширина предохранительной полосы - расстояние до кромки покрытия, м.

Для двухполосной дороги величина:

. (35)

Окончательно формула для расчета имеет вид:

. (36)

Для четырехполосной проезжей части расчет производится для одного направления при попутном движении с обгоном. Ширина одной полосы движения в этом случае определяется по формуле:

. (37)

Вычисления производятся отдельно для грузовых и легковых автомобилей. Общая ширина проезжей части одного направления:

. (38)

Вычисления производятся согласно рисунку 3.

Рисунок 3 - Схема к определению ширины полосы движения

Ширина земляного полотна для двухполосной проезжей части ширина земляного полотна вычисляется по формуле:

, (39)

гдеd - ширина обочины, м (принимается по СНиП 2.05.02-85).

Для четырехполосной проезжей части:

, (40)

гдес - ширина разделительной полосы.

3.2.8 Сравнение расчетных параметров с нормативными

В заключении этого раздела курсового проекта составляется сравнительная таблица технических нормативов проектируемой дороги по форме, приведенной в таблице 6.

Таблица 6 - Сравнительная таблица основных технических нормативов проектируемой дороги

Наименование показателей	Ед. изм.	Показатель	Примечания
		по расчету	по СНиП 2.05.02-85	принят для дальнейших расчетов
1. Расчетная скорость	км/ч
2. Ширина полосы движения	м
3. Число полос движения	шт.
4. Ширина проезжей части	м
5. Ширина земляного полотна	м
6. Минимальный радиус кривой в плане	м
7. Максимальный продольный уклон	‰
8. Минимальный радиус кривой в плане	м
9. Минимальные радиусы вертикальных кривых: выпуклых вогнутых	м м

При сравнении в качестве расчетного принимается лучший параметр, то есть больший минимальный радиус, меньший продольный уклон и т. д.

Расхождение с нормами объясняются тем, что последние приняты для средних условий. В эти нормы можно вводить поправки, если они обоснованы технико-экономическими расчетами.

3.3 Проектирование плана трассы автомобильной дорог

В проектах новых автомобильных дорог одним из основных документов является план трассы (вид сверху) или горизонтальная проекция дороги. Для лучшей ориентировки трассу делят на километры и на стометровые отрезки, называемые пикетами. Пикеты и километры последовательно нумеруют.

При проложении трассы дороги по карте в горизонталях необходимо учесть, что нормируемыми элементами трассы в плане являются наименьшие радиусы кривых, наименьшие параметры переходных кривых и длина прямолинейных участков.

Длину прямолинейных участков трассы назначают исходя из условия недопущения притупления внимания водителей и прогрессирующей их усталости при движении по длинным прямым, особенно в условиях монотонного ландшафта. Поэтому прямые участки трассы рекомендуется ограничивать длиной 4 - 6 км.

Следует избегать и очень коротких прямых вставок между кривыми. Водитель должен иметь возможность оценить закругление, принять решение о необходимости изменения режима движения и осуществить это изменение.

Во всех случаях, когда по условиям местности представляется возможность, следует принимать [13]:

- радиусы кривых в плане не менее 3000 м;

- радиусы вогнутых кривых не менее 70000 м;

- радиусы вогнутых кривых не менее 8000 м.

Между односторонними (направленными в одну сторону) кривыми прямые вставки короче 300 - 450 м допускать не следует, так как короткие вставки в подобных случаях водитель воспринимает как неприятный для взгляда излом, нарушающий плавность дороги, и старается резко снизить скорость движения, хотя этого не требуется по условиям безопасности движения.

В настоящих методических указаниях применяется так называемый традиционный метод трассирования автомобильных дорог (полигонное трассирование), а по сути последний его этап - вписывание кривых расчетного радиуса в переломы магистрального хода. Начальные и конечные точки участка автомобильной дороги, расположение магистрального хода, величины углов поворота, начальный румб - указаны в задании к курсовому проекту. Студенту требуется только определить основные параметры кривых и выполнить разбивку пикетажа.

Проектирование плана трассы выполняется в следующей последовательности:

1. По ходу трассы последовательно нумеруются углы поворота - угол между продолжением направления трассы и новым ее направлением (ВУП-1, ВУП-2 и т. д.).

2.

Рисунок 4 - Схема разбивки закругления

2. Ориентируют трассу относительно сторон света. Для этого вычисляют румб начала трассы (например, означает, что участок длиной 260,3 м, расположен под углом 87 градусов 30 минут к меридиану). Румбы последующих прямых участков трассы определяются расчетом.

3. Далее по углу поворота и расчетному значению радиуса определяют основные элементы кривой и в точки перелома магистрального хода вписываются кривые. Различают следующие геометрические элементы закруглений (рисунок 4): угол б, радиус R, кривая К, тангенс Т, биссектриса Б, а также домер Д - разность между тангенсами кривой и длиной кривой. Данные параметры рассчитывают по формулам:

(41)

гдеR - принятый радиус вписываемой круговой кривой, м;

б - величина угла поворота, град.

Рисунок 5 - Схема угла поворота трассы

4. Разбивку пикетажа ведут от начала трассы до вершины первого угла поворота, и устанавливают его пикетажное значение. Например, вершина угла поворота, (ВУП 1) имеет пикетажное значение ПК 9+50 (рисунок 4). Для того чтобы продолжить разбивку пикетажа, необходимо определить значения начала (НК) и конца (КК) закругления, вынести пикеты на кривую и продолжить разбивку пикетажа до вершины следующего угла поворота.

Пикетажное значение начала закругления (НК) и конца закругления (КК) определяются по схемам:

Геометрическое положение точки начала кривой (НК) на трассе легко определить, если отложить от вершины угла поворота величину тангенса назад по ходу пикетажа, а положение точки конца кривой (КК) - вперед по ходу трассы (рисунок 4). Пропущенные пикеты в пределах закругления расставляются по кривой с учетом масштаба карты.

5. При заполнении ведомости углов поворота, прямых и кривых (таблица 7) величины Р - длина прямой вставки и S - расстояние между вершинами углов определяют по схемам:

Р₁ = ПК НК - ПК НТ,

Р₂ = ПК НК2 - ПК КК1, (42)

Р₃ = ПК КТ - ПК КК,

Где ПК НТ, ПК КТ - пикетажные положения начала и конца трассы;

ПК НК, ПК КК, ПК НК2, ПК НК1 - пикетажные положения начала и конца закруглений.

S₁ =ПК ВУП 1 - ПК НТ,

S₂ = (ПК ВУП2 - ПК ВУП 1) + Д1, (43)

S₃ = (ПК КТ - ПК ВУП 1) + Д1,

гдеПК ВУ1, ПК ВУ2 - пикетажные положения вершин углов, полученные при разбивке пикетажа по трассе;

Д1 - величина домера для соответствующего угла поворота, м.

Пример разбивки пикетажа

Исходные данные:

Начало трассы(НТ) - ПК 250;

S₁ = 718,0 м

Тангенс кривойТ₁ = 328,46 м

Длина кривойК₁=634,72 м

Пикетаж начала (НК):

.

Пикетаж конца кривой (КК):

.

Правильность заполнения ведомости углов поворота, прямых и кривых, а также разбивки пикетажа по трассе проверяется путем выполнения проверок:

Разность между удвоенной суммой тангенсов и суммой кривых должна равняться сумме домеров:

. (44)

Разность между суммой правых и суммой левых углов поворота должна равняться разности дирекционных углов конечной и начальной сторон трассы:

. (45)

Сумма длин прямых и кривых должна равняться пикетажной длине трассы. Этой же длине должна равняться разность между суммой расстояний между вершинами углов поворота и суммой домеров:

. (46)

К проекту прилагаются ведомости углов поворота, длин прямых и кривых с контрольными проверками по форме, приведенной в таблице 7.

Таблица 7 - Сводная ведомость углов поворота, прямых и кривых

№ угла пово-рота

Поло-жение ВУП ПК+

Углы поворота

R, м

L, м

T0, м

Б0, м

К0, м

Д0, м

в

г

t

с

Tп, м

Бп, м

Кп, м

НК ПК +

СК ПК +

КК ПК +

Длина прямой вставки

Румбы линий

лево

право

измерен-ный

вычислен-ный

НТ

1

2

…

КТ

3.4 Проектирование дополнительных устройств на кривых малого радиуса

3.4.1 Проектирование переходной кривой

Переходные кривые на автомобильных дорогах проектируют при радиусах менее 2000 м независимо от категории дороги. Рекомендуется следующая последовательность проектирования переходных кривых:

1. По заданной величине угла поворота (б) и радиуса кривой (R) определяются элементы круговой кривой (Т, К, Б, Д).

2. Определяется длина переходной кривой по формуле:

, (47)

гдеV - расчетная скорость движения для данной технической категории, км/ч;

J - нарастание центробежного ускорения, принимается J=0,5 м/с³;

3. Вычисляется угол ц, образованный касательной в конце переходной кривой и осью абсцисс (рисунок 6), по формуле:

. (48)



Рисунок 6 - Схема закругления с переходными кривыми

4. Определяется возможность разбивки переходных кривых, т. е. соблюдение условия б ? 2ц, если б < 2ц, то увеличивается радиус кривой R или уменьшается длина переходных кривых L_ПК.

5. Вычисляются величины основных элементов закругления с переходными кривыми (рисунок 6):

- параметр переходной кривой С определяется по формуле:

;(49)

- координаты конца переходной кривой Х_к, У_к:

(50)

- величина сдвижки:

; (51)

- расстояние от начала переходной кривой до середины круговой кривой:

; (52)

- тангенс переходной кривой:

; (53)

- составная длина круговой кривой:

; (54)

- полная длина закругления:

; (55)

- домер переходной кривой:

; (56)

- биссектриса переходной кривой:

; (57)

- сокращение трассы за счет вписывания переходных кривых:

. (58)

6. Устанавливается пикетажное положение характерных точек составной кривой:

Разбивка переходных кривых производится способом абсцисс и ординат. Для этого всю длину переходной кривой разделяют на участки и определяют необходимые для разбивки координаты X и У. Координаты кривой записываются в таблицу 8.

Таблица 8 - Координаты для разбивки переходных кривых

Номер точек	Пикет, +	Расстояние от начала переходной кривой	Координаты для разбивки, м
			Х	У

3.4.2 Проектирование виража

Для повышения устойчивости автомобиля на кривых устраивают односкатный поперечный профиль - вираж - с уклоном проезжей части и обочин к центру кривой. Виражи устраивают на всех кривых с радиусами, меньшими 3000 м на дорогах I категории и 2000 м - на остальных.

Вираж устраивают в пределах основной круговой кривой.

Постепенный переход от двухскатного к односкатному поперечному профилю дороги осуществляется в пределах переходных кривых. Этот участок называется отгоном виража.

Проектирование виража производится в следующей последовательности:

- определяется поперечный уклон виража согласно СНиП 2.05.02-85 или по формуле:

; (59)

- длина отгона виража вычисляется по формуле:

, (60)

гдеL_отг - длина отгона виража, м;

b - ширина проезжей части, м;

i_в - поперечный уклон виража, ‰;

i_доп - дополнительный поперечный уклон наружной кромки проезжей части на участке отгона виража (принимается для дорог I - III технических категорий не более 5 ‰, для дорог Ш - IV технических категорий не более 10 ‰, а в горной местности - не более 20 ‰).

Как правило, отгон виража устраивают на всей длине переходной кривой, тогда:

, (61)

гдеi_отг - продольный уклон наружной кромки проезжей части в пределах отгона виража; L_ПК - длина переходной кривой;

- вычисляется высота кромок и оси проезжей части относительно бровок земляного полотна (рисунок 7):

, (62)

гдеа - проектируемая ширина обочин, м;

i₂ - поперечный уклон обочины, ‰;

i₁ - поперечный уклон проезжей части, ‰;

b - ширина проезжей части, м.

Рисунок 7 - Схема изменения поперечного профиля на вираже

Проектирование отгона виража ведется в следующей последовательности:

1. За 10 м до начала отгона виража внешняя обочина разворачивается вокруг кромки проезжей части до тех пор, пока уклон не будет равен уклону проезжей части (рисунок 7). При этом бровка внешней обочины поднимается на высоту:

. (63)

2. Внешняя полоса проезжей части и обочина вращением вокруг оси дороги поднимаются до тех пор, пока будет достигнут уклон внутренней полосы проезжей части. Внешняя кромка проезжей части поднимается на высоту:

. (64)

Расстояние, на котором внешняя полоса проезжей части принимает уклон внутренней полосы, равно:

, (65)

внешняя бровка земляного полотна поднимается на высоту:

. (66)

3. Увеличивается уклон односкатного поперечного профиля дороги за счет вращения вокруг внутренней кромки проезжей части до тех пор, пока не будет достигнут требуемый уклон виража. При этом внешняя кромка проезжей части поднимается на высоту:

, (67)

внешняя бровка () и ось проезжей части (h₀) - на высоту:

. (68)

В том случае, если уклон виража больше, чем уклон обочин (i_в > i₂ ), внутренняя бровка опустится на:

, (69)

расстояние, на котором может опускаться внутренняя бровка земляного полотна:

. (70)

Полные превышения характерных точек поперечного профиля в конце отгона виража вычисляются:

- для оси: Н₀ = h₀;

- для внешней кромки: ;

- для внешней бровки земляного полотна: .

Продольные уклоны, с которыми поднимается в пределах отгона вираж:

- внешняя кромка проезжей части:

; (71)

- внешняя бровка земляного полотна:

; (72)

- ось проезжей части:

. (73)

4. Вся длина отгона виража L_отг делится на несколько равных участков по 10 - 20 м, для каждого сечения определяются превышения характерных точек поперечного профиля (бровок земляного полотна, кромок проезжей части и оси дороги) относительно нулевого сечения.

5. Расчеты оформляются в табличном виде. Результаты подсчета превышений над уровнем бровок заносятся в таблицу 9, а результаты подсчета абсолютных характерных точек отгона виража - в таблицу 10.

Таблица 9 - Расчет превышений над уровнем бровки

Номера сечений	Пикет, +	Расстояние от начала отгона виража, м	Превышение над уровнем бровки, м
			внешняя	ось	внутренняя
			бровка	кромка		кромка	бровка

Таблица 10 - Расчет абсолютных отметок отгона виража

Номера сечений	Пикет, +	Отметка бровки без учета виража (абсолютная), м	Абсолютные отметки точек, м	Величина уширения проезжей части
			внешняя	ось	внутренняя
			бровка	кромка		кромка	бровка

Примечание: при устройстве отгона виража на дорогах I технической категории вращение следует вести не вокруг внутренней кромки проезжей части, а вокруг оси дороги.

Рисунок 8 - Схема отгона виража

План отгона виража вычерчивается на листе ватмана. Вначале строится переходная кривая на оси дороги, равная длине отгона виража, она делится на n равных участков. На каждом сечении в соответствии с расчетами строятся поперечные профили. Для наглядности масштаб поперечных измерений принимают произвольно. Рядом с планом отгона виража располагается продольный профиль характерных точек отгона виража.

3.4.3 Проектирование уширения проезжей части на кривых

При движении по кривой автомобилю требуется большая ширина проезжей части, чем при движении на прямолинейном участке дороги. Величину необходимого уширения проезжей части на кривых рассчитывают по формуле:

, (74)

гдеl₁ - длина автомобиля, м;

R - радиус кривой в плане, м;

V - расчетная скорость движения автомобиля для данной категории дороги, км/ч.

При повороте автомобиля каждое колесо его движется по самостоятельной траектории, в результате чего ширина занимаемой автомобилем: полосы проезжей части увеличивается. Чтобы условия движения по кривой были аналогичны условиям движения на прямом участке, проезжую часть на кривых малых радиусов необходимо уширять.

СНиП 2.05.02-85 предусматривает при радиусах кривых в плане менее 1000 м, уширение проезжей части с внутренней стороны за счет обочин, с тем чтобы ширина обочин была не менее 1,5 м для дорог I и II категорий и не менее 1 м для дорог остальных категорий [13, табл. 9].

Отгон уширения устраивают в пределах переходных кривых.

3.5 Проектирование дороги в продольном профиле

Продольный профиль представляет собой изображение в уменьшенном масштабе проекции дороги на вертикальную поверхность, проходящую через её ось [1, 3, 4].

Места, где поверхность дороги в результате срезки грунта расположена ниже поверхности земли, называют выемками, а участки, где дорога проходит выше поверхности земли, по искусственно насыпанному грунту, насыпями. Разница между отметкой поверхности земли и отметкой бровки дороги, определяющая высоту насыпи или глубину выемки, называется рабочей отметкой.

На продольном профиле отображают:

- линию поверхности земли (или оси дороги) до постройки (черная линия);

- линию отметок земли по оси дороги (проектная или красная линия);

- разрез грунтовой толщи по оси дороги, показывающий чередование и мощность отдельных напластований;

- около проектной линии выписывают рабочие отметки: выше - высоту насыпи; ниже - глубину выемки в метрах;

- уклоны проектной линии (продольный уклон не должен превышать максимально допустимого для дорог данной категории);

- развёрнутый план трассы;

- типы поперечных профилей для участков автомобильной дороги;

- значения и пикетажное положение элементов вертикальных кривых;

- значения элементов и пикетажное положение кривых в плане;

- уклоны, расстояния, высотные отметки и типы укрепления правого и левого кюветов.

Для наглядности продольного профиля вертикальные расстояния (отметки) откладывают в большем масштабе, чем горизонтальные. Для дорог, проходящих в равнинной местности, принят вертикальный масштаб 1:500 (5 м в 1 см) и горизонтальный масштаб 1:5000 (50 м в 1 см). При вычерчивании продольного профиля применяют условные обозначения [1, рисунок II.8].

Тонкую линию на продольном профиле, соединяющую отметки поверхности земли, называют линией поверхности земли или черной линией. Более жирную линию, соответствующую отметкам бровки дороги, называют проектной.

На продольном профиле ниже линии поверхности земли на 2 см и параллельно ей наносят грунтовый профиль, на котором выписывают наименование грунтов, а в шурфах и буровых скважинах при помощи условных обозначений показывают виды грунтов и их консистенцию [1, рисунок II. 9]. При составлении грунтового профиля принимают вертикальный масштаб 1:50 (50 см в 1 см).

Установление положения полотна дороги в продольном профиле по отношению к поверхности земли называется проектированием продольного профиля, или нанесением проектной линии.

При нанесении проектной линии необходимо обеспечить:

- плавность пути и допускаемую величину продольных уклонов, позволяющие автомобилям развивать высокие скорости;

- отвод воды от земляного полотна и осушение полосы отвода;

- прохождение дороги через контрольные точки, имеющие заданные высотные отметки -- примыкания к существующим дорогам в начале и конце трассы, пересечения с дорогами более высоких категорий и с железными дорогами, отметки проезжей части мостов, отметки полотна над уровнем высоких вод в затопляемых местностях и др.;

- удобство механизированного выполнения земляных работ.

Проектирование дороги в продольном профиле осуществляется в следующей последовательности:

- вычерчивается продольный профиль поверхности земли по оси дороги. Высота каждого пикета определяется по условному продольному профилю земли, заданному в задании к курсовому проекту методом интерполяции;

- на «черном» профиле наносятся также: грунтовый профиль, положение уровня грунтовых вод в шурфах и скважинах, расчетные горизонты воды у проектируемых мостов и труб (величину отверстий труб и мостов студенты в данном проекте принимают ориентировочно, без расчета), отметка головки рельсов пересекаемых железных дорог и отметки оси дорожной одежды пересекаемых автомобильных дорог;

- для данных грунтовых условий и с учетом снегозаносимости дороги устанавливается величина руководящей рабочей отметки насыпи;

- определяются наименьшие допустимые отметки проектной линии у каждого отдельного моста, путепровода, водопропускной трубы и т. д. (контрольные точки);

- наносится проектная линия, отнесенная к оси проезжей части, с учетом максимального и минимального уклона, в точках ее перелома вписываются вертикальные кривые;

- вычисляются и записываются на продольном профиле: проектные отметки (красные отметки), рабочие отметки, пикетажное положение точек перехода насыпи в выемку (нулевых точек);

- проектируется водоотвод из кюветов, резервов и нагорных канав.

Проектная линия может наноситься по обертывающей, что обусловливает расположение дороги в насыпи, либо по секущей, когда имеет место чередование насыпей и выемок. Выбор того или иного метода нанесения проектной линии определяется технической категорией дороги и совокупностью местных природных условий.

При проектировании продольного профиля дороги следует придерживаться рекомендуемой рабочей отметки насыпи, которая устанавливает возвышение поверхности покрытия дорожной одежды над поверхностью земли или расчетным горизонтом воды. Этот горизонт зависит, прежде всего, от климатической зоны, которая определяется по карте дорожно-климатического районирования, [12] и грунтовых условий (СНиП 2.05.02-85 таблица 21) [13].

Уровень грунтовых вод и другие гидрологические данные в курсовом проекте можно принимать по указанию руководителя. Толщину дорожной одежды можно принять ориентировочно 0,4 - 0,6 м.

При значительной глубине залегания грунтовых вод величина руководящей рабочей отметки назначается из условий снегонезаносимости дороги. Следует принимать возвышение бровки земляного полотна насыпи над расчетным уровнем снежного покрова не менее:

- 1,2 м для дорог I технической категории,

- 0,7 - для дорог II технической категории,

- 0,6 - для дорог III технической категории,

- 0,5 - для дорог IV технической категории,

- 0,4 - для дорог V технической категории.

В зависимости от типа местности по характеру увлажнения определяют величину рекомендуемой рабочей отметки:

- по наименьшему возвышению поверхности покрытия над поверхностью земли (для первого типа местности по характеру увлажнения):

, (75)

гдеh_{покр. над пов.} - наименьшее возвышение поверхности покрытия над поверхностью земли для данного грунта и дорожно-климатической зоны, м;

- по наименьшему возвышению поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод или длительно стоящих вод (для второго типа местности по характеру увлажнения):

, (76)

гдеh_{покр. над угв} - наименьшее возвышение покрытия над уровнем грунтовых вод или длительно стоящих вод (определяется по СНиП 2.05.02-85), м;

- по наименьшему возвышению бровки насыпи над расчётным уровнем снегового покрова (для третьего типа местности по характеру увлажнения):

, (77)

гдеh_{бр. над ур. снега} - наименьшее возвышение бровки насыпи над расчётным уровнем снегового покрова, м;

b - ширина обочины, м;

i_об - уклон обочины, ‰.

Рисунок 9 - Расчет рекомендуемой рабочей отметки

Наносить проектную линию следует, не превышая наибольшие продольные уклоны и руководствуясь значением рекомендуемой рабочей отметки.

При технической возможности и экономической целесообразности рекомендуется принимать: продольные уклоны < 30 ‰; расстояние видимости > 450 м; R _{вып. кривых} > 70 000 м; R_{вогн. кривых} > 8000 м; L _{вып. кривых} > 300 м; L _{вогн. кривых} > 100 м.

В места переломов проектной линии вписываются вертикальные кривые методом тангенсов (рисунок 10).

Рисунок 10 - Расчет элементов вертикальных кривых

Рассчитываются высотные отметки пикетов и плюсовых точек для прямых участков проектной линии автомобильной дороги:

1. Определяются высотные значения точек перелома красной линии:

, (78)

гдеH_i - высотная отметка расчётной точки, м;

H_i-1 - высотная отметка предыдущей точки с известной высотной отметкой, м;

i_i - уклон проектной линии (с учётом знака), ‰;

l_i - расстояние между расчётной точкой и предыдущей точкой с известной высотной отметкой, м.

Разбивка вертикальных кривых производится по таблицам или упрощенным формулам.

Длина вертикальных кривых:

, (79)

где(i₁-i₂) - алгебраическая разность уклонов. Уклоны выражаются дробью.

Тангенс кривой:

. (80)

Биссектриса:

. (81)

Ордината любой точки, откладываемая от касательной (тангенса), или продолжения уклона для выпуклой кривой - вниз, для вогнутой - вверх: