Проектирование автомобильной дороги

Введение

Автомобильная дорога - комплекс инженерных сооружений, предназначенный для обеспечения круглогодичного, круглосуточного, непрерывного, безопасного и удобного движения легковых автомобилей и грузовых автомобилей с расчетными скоростями и интенсивностью, а также с заданными нагрузками и габаритами.

При проектировании автомобильных дорог необходимо учитывать факторы, влияющие на непрерывность, безопасность и удобство движения. К таким факторам в первую очередь относятся природные условия (климат, рельеф, растительность, геология, гидрография).

1. Общая часть

1.1 Характеристика района изысканий

Природные условия

Рельеф района дороги, судя по топографической карте, может быть отнесен к пересеченному. Этот район представляет собой возвышенное плато с уклонами на восток. Наибольшая отметка в данном районе 155,ОСЫ; наименьшая-- 127,50 м. Трудные участки возникают при пересечении проектируемой дороги с рекой, где глубина оврагов достигает 5м. В целом рельеф местности позволяет проектировать земляное полотно с невысокими насыпями.

Таблица 1 Среднемесячная и годовая температура воздуха

Средняя температура воздуха по месяцам °С
I	I I	I I I	IV	V	VI	VII	VIII	IX	ХI	XI	ХII
-14,4	-10,9	-3,6	4,1	9,0	13,0	17,5	20,0	15,9	8,8	-1,3	-10,3

Климат умеренно муссонный. Средняя температура января -12°С на побережье, до -27°С в материковых районах. Лето теплое, дождливое. Средняя температура июля +14°С до +21°С. Осадков 600-900мм в год (в летний период выпадает 65-75%). В конце лета и осенью нередки тайфуны. Вегетационный период 120-200 дней. Средняя высота снежного покрова за зиму составляет 14см. Приморский край относится ко II дорожно-климатической зоне.

Ветер

Наглядным и часто используемым способом представления ветрового режима района строительства является, так называемая, роза ветров.

Роза ветров - диаграмма, показывающая повторяемость ветров различных направлений в данной местности, обычно по многолетним средним данным для месяца, сезона или года.

Направление и скорость ветра следует учитывать при следующих обстоятельствах:

1)Определение местоположения производственных предприятий вблизи населенных пунктов.

2)Проектирование снегозадержания в местах грунтовых карьеров, предназначенных для разработки в зимнее время.

3) Проектирование карьеров дорожно-строительных материалов.

4)В расчетах охлаждения дорожно-строительных материалов при их перевозке, укладке, твердения.

Построение январской розы ветров необходимо для того, чтобы узнать, откуда идут снежные заносы, а июльской - для строительства предприятий.

Таблица 2. Скорость и направление ветра

Январь
С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	3	СЗ	Штиль
74	3	1	9	1	2	2	8	7
9	4,5	2	4,1	1,9	3	2,6	6,1
Июль
С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	3	СЗ	Штиль
8	1	3	63	15	5	2	3	4
4,6	3	4,1	5,9	4,7	2,9	2,2	3

Числитель - повторяемость направлений ветра,%; знаменатель - скорость ветра, м

Преобладающее направление ветра в теплый период - юго-восточное (ЮВ); в холодный период - северное (С).

Геолого-почвенные и гидрологические условия. Почвы преимущественно бурые лесные, на равнинах часто оподзоленные. Леса занимают 90% территории края. На севере - пихтово-еловые и лиственные леса. На юге - маньчжурские леса. Главная река Уссури, приток Амура. Длина 897 км, площадь бассейна 193 тыс. кмІ. Берет начало в горах Сихотэ-Алиня. На большей части равнинная река (только в среднем течении к долине подходят отроги гор, образующие скалистые и отрывистые берега). На территории края множество небольших, преимущественно горных рек бассейна Японского моря. На юго-западе - крупное озеро - Ханка.

Экономическая характеристика района проложения трассы

Участок дороги Пункт (А) - Пункт (Б) является подъездным путем к стратегическому объекту по добыче газа, нефти.

Конечный пункт (Б) является крупным промышленным пунктом по добыче нефти, которое имеет большое народнохозяйственное значение.

1.2 Расчет перспективной интенсивности движения и обоснование технической категории

Согласно СНиП 2.05.02-85* среднесуточную интенсивность движения принимают при проектировании элементов плана, продольного и поперечного профилей с учетом перспективы развития на 20 лет. Расчет перспективной интенсивности движения производится на основе исходных данных полученных при экономических изысканиях. Исходные данные включают значения грузонапряженности перегона млн.т/км*год и пассажиронапряженности перегона млн.пасс./км*год на год начала эксплуатации. Расчет выполняется по следующим формулам

Nп = No*(l+q)²⁰(1)

No = ?Ni = Nг + Nл +Na(2)

где No - перспективная, среднегодовая, суточная интенсивность движения, авт/сут.; i - тип автомобилей, i = г - грузовые, i = л - легковые, i = а - автобусы.

Ni = Qi-Кi-К₂/(Д*Пi)*Кпi(3)

Где Qi - перспективные грузонапряженность перегона, млн.т/кмтод (для грузовых автомобилей) или пассажиронапряженность перегона млн.пасс./км*год (для легковых автомобилей и автобусов);

Пi - перспективная производительность автомобилей на 1км пробега (Пг=3,7 т/км*авт, Пл=2,1 пасс/ км*авт, Па=22 пасс/км*авт);

Д - количество суток в году (Д = 365 сут);

Kni - коэффициент приведения 1-го вида автомобилей к легковым автомобилям;

К₁ - коэффициент учитывающий количество специальных автомобилей не перевозящих грузы и пассажиров (ремонтные, медицинские и др.) (К1=1,15...1,25);

К₂ - коэффициент учитывающий неравномерность характеристик транспортного потока (К₂ = 1,5...1,6).

Nг=l*1,20*1,5/(365*3,7)*2,5 = 3332,099 (прив.ед./сут.)

Nл=2*1,16*1,55/(365*2,1)*1 = 4691,454 (прив.ед./сут.)

Na=3*1,15*1,58/(365*22)*1,5 = 1018,244 (прив.ед./сут.)

No =3332,099+4691,454+1018,244 = 9041,797 (прив.ед./сут.)

Nn =9041,797*(1+0,01)^2О=11032,72 (прив.ед./сут.)

Вывод: Исходя из перспективной интенсивности движения (Nn =11032,72 прив. ед./сут.), назначаем категорию дороги - II. Расчетная скорость для автомобильной дороги И технической категории - 120 км/час.

1.3 Таблица норм на проектирование участка дороги

Согласно установленной категории дороги по СНиП 2.05.02-85* определяются рекомендуемые и предельно- допустимые значения технические показателей проектируемой дороги. Проектирование плана и продольного профиля дорог надлежит производить из условия наименьшего ограничения и изменения скорости, обеспечения безопасности и удобства движения, возможной реконструкции дороги за пределами перспективного периода согласно.

При назначении элементов плана и продольного профиля в качестве основных параметров следует принимать: продольные уклоны - не более 30%о; расстояние видимости для остановки автомобиля - не менее 450 м; радиусы кривых в плане - не менее 3000 м; радиусы кривых в продольном профиле: выпуклых - не менее 70000 м; вогнутых - не менее 8000 м; длины кривых в продольном профиле: выпуклых - не менее 300 м; вогнутых - не менее 100 м.

Если по условиям местности не представляется возможным выполнить указанные рекомендации или их выполнение связано со значительными объемами работ и стоимостью строительства дороги, при проектировании допускается снижать нормы на основе технико-экономического сопоставления. При этом предельно допустимые нормы надлежит принимать по СНиП 2.05.02-85* (табл.10) исходя из расчетных скоростей движения по категориям дорог, приведенных в СНиП 2.05.02-85.

2. План, продольный и поперечные профили дороги

2.1 План трассы

Назначение вариантов трассы на карте (описание воздушной линии, I и I I вариантов трассы)

Выбираются направления трассы между населенными пунктами «А» и «Б»(прил. 1) по карте в масштабе 1:10 000 с сечением рельефа горизонталями через 2,5 м.

Воздушная линия между заданными пунктами пересекает р. Соть, свх. Беличи, оз. Черное, березовый лес, однопутную железную дорогу, автомобильную дорогу.

Рассмотрим варианты проложения трассы.

Вариант 1. Беря свое начало у пункта «А» трасса проложена в юго-западном направлении, с целью обхода оз. Черное с южной стороны, а также обхода свх. Беличи. Трасса пересекает притоки оз. Черное на ПК5+80 и на ПК19+40, а также р. Соть на ПК32+30. Вершина угла поворота назначена на ПК 10+50, где трасса поворачивает вправо, на угол 24°. Радиус кривой 2100м. На ПК 2+60, ПК11+00, ПК29+40 трасса пересекает шоссе; на ПК4+80 трасса пересекает однопутную железную дорогу.

Общая длина трассы- 3960м. Коэффициент удлинения, равный отношению фактической длины трассы между заданными пунктами к длине по воздушной линии

К₁=L₁/L_возд = 3960/3800 - 1,04

Вариант 2. Беря свое начало у пункта «А» трасса проложена в юго- западном направлении, с целью обхода оз. Черное с южной стороны. Трасса пересекает существующее шоссе на ПК2+60; однопутную железную дорогу на ПК 4+80; на ПК5+85 приток оз. Черное. Вершина угла назначена на ПК5+60, где трасса поворачивает вправо, на угол 34°. Радиус кривой 1000м. Увеличение радиуса привело бы к выходу трассы на заболоченный участок оз. Черное. На ПК14+00 трасса пересекает приток оз. Черное. С ПК 19+20 до ПК24+70 трасса проходит по просеке в лесном массиве. Вершина угла поворота 2 назначена на ПК 26+30, где трасса поворачивает влево, на угол 26°.Угол поворота назначен с целью пересечения р. Соть под углом близким к 90°. Радиус кривой 2300м. На ПК 31+80 трасса пересекает р. Соть.

Для обеспечения плавности и безопасности движения на кривой, радиусом 1000м., предусмотрены: устройство виража с поперечным уклоном 40%о; переходная кривая длиной 120м, уширение проезжей части на кривой на 0,4м за счет внутренней обочины. Отгон виража и отвод уширения предусмотрены в пределах участков переходной кривой.

Общая длина трассы- 3890м. Коэффициент удлинения, равный отношению фактической длины трассы между заданными пунктами к длине по воздушной линии

К1⁼ L1/Lвозд = 3890/3800 = 1,02

Ведомость углов поворота, прямых и кривых

Рис. 1 Закругление с круговой кривом

Используя принятые радиусы, вычисляются элементы каждого закругления с круговыми кривыми (рис.1):

Т- тангенс - расстояние от вершины угла до начала кривой

(4)

Вариант 1

ВУ1; Т=2100 * tg35°/2 = 661,77м

Вариант 2

ВУ1; Т=1000 * tg34°/2 =305,57м

ВУ2; Т=2300 * tg26°/2 = 530,72м

К - кривую - длину круговой кривой (расстояние от начала кривой до ее конца).

(5)

Вариант 1

ВУ1; К=3,14*2100*35°/180°=1282,17м

Вариант 2

ВУ1; К=3,14*1000*34°/180° =593,41м

ВУ2; К=3,14*2300*26°/180° =1043,18м

Б - биссектрису - расстояние от вершины угла поворота до середины кривой

 (6)

Вариант 1

ВУ1; Б=2100-(sec35°/2-1)=101,80м

Вариант 2

ВУ1; Б=1000-(sec34°/2-1)=45,64м

ВУ2; Б=2300-(sec26°/2-1)=60,44м

Д - домер - величина, на которую сократиться расстояние измеренное по круговой кривой и прямыми от вершины угла до точек касания кривой с этими прямыми

Д - 2Т- К (7)

Вариант 1

ВУ1; Д = 2*661,77-1282,17 =41,37м

Вариант 2

ВУ1; Д = 2*305,57-593,41=17,73м

ВУ2; Д = 2*530,72-1043,18=18,26м

Таблица 5 Эксплуатационно-технические показатели вариантов проектируемой дороги

Наименование показателя	1-й вариант	2-й вариант	Преимущества вариантов (+,-)
			1-й вар	2-й вар
1. Длина трассы, км	3,96	3,89	-	+
2. Коэффициент удлинения	1,04	1,02	-	+
3. Количество углов поворота	1	2	+	-
4. Средняя величина угла поворота, град	35°	30°	-	+
5. Средний радиус поворота, м	2100	1650	+	-
6. Минимальный радиус поворота, м	2100	1000	+	-
7. Обеспеченность видимости в плане	350	350	=	=
8. Количество пересечений в одном уровне	-	-	=	=
9. Количество пересечений в разных уровнях	4	2	-	+
10. Максимальный уклон, примененный при проектировании, %о	107	120	+	-
11. Общая длина участков, на которых применен максимальный уклон к общей протяженности трассы,%	7,1	7,3	+	-
12. Обеспеченность видимости в профиле			=	=
13. Количество пересекаемых водотоков	3	3	=	=
14. Протяжение участков, проходящих в пределах населенных пунктов, км	-	-	=	=
15. Протяжение участков неблагоприятных для устойчивости земляного полотна, км	0,15	0,47	+	-
16. Протяжение участков, проходящих по лесу, км	-	0,55	+	-

Вывод: Больше преимуществ по эксплуатационно-техническим показателям имеет 1 вариант трассы, он и принят для дальнейшей разработки.

2.2 Продольный профиль

Определение величины рекомендуемой рабочей отметки

При проектировании продольного профиля на спокойных участках рельефа по огибающей необходимое возвышение бровки земляного полотна определяется из двух условий. Первое условие - минимальное возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых и поверхностных вод. Второе условие возвышению бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова.

Исходя из указанных требований величина рекомендуемой рабочей отметки зависит от типа местности по характеру увлажнения, дорожно- климатической зоны, вида грунта земляного полотна.

Возвышение поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно (более 30 суток) стоящих поверхностных вод (3-й тип местности) (h₁=2,2м) определяют по формуле:

hрек = h₁- h_гв + в/2 * i (8)

h_peк = 2,2 - 1,5 + 7,5/2 * 0,02 = 0,78м

Возвышение поверхности покрытия над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком или над уровнем кратковременно (менее 30 суток) стоящих поверхностных вод (2-й тип местности) (h₂=1,6м) определяют по формуле:

h_peк = h₁ + в/2 - i₁,(9)

h_peк = 1,6 + 7,5/2 * 0,02 = 1,68м

Высоту насыпи на участках дорог, проходящих по открытой местности, по условию снегонезаносимости во время метелей определяется расчетом по формуле

h_c = h_s + Дh₁+ Дh₂, (10)

где:

h - высота незаносимой насыпи, м;

h_s - расчетная высота снегового покрова в месте, где возводится насыпь, с вероятностью превышения 5%, м. При отсутствии указанных данных допускается упрощенное определение h_s с использованием метеорологических справочников;

h_s = 0,14м;

Дh₁ - возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова, необходимое для ее независимости, м;

Дh1=0,70м

Дh₂ - превышение оси проезжей части над бровкой земляного полотна.

Дh₂=b_ПЧ * i_ПЧ +b_об * i_об (11)

где b_ПЧ - ширина полосы движения;

b_об - ширина обочины;

i_ПЧ -поперечный уклон проезжей части;

i_об - поперечный уклон обочины.

Дh₂ = 3, 75* 0,02 + 3,75 * 0,04 = 0,225м

h_c = 0,14 + 0,7 + 0,225 = 1,07м

Вывод: за рекомендуемую рабочую отметку принята наибольшая из двух условий, h_peк =1,68м

Расчет прямых участков проектной линии

При последовательном проектировании проектной линии отметка точки начала прямой известна из расчета предыдущего элемента проектной линии, например начало трассы. Уклон линии установлен при ее нанесении.

От точки начала прямой определяют превышения между соседними пикетными и плюсовыми точками на прямой по формуле:

h = il

где i-уклон прямой, дол.ед.,

Проектные отметки точек на прямой определяют по формуле

H_n= H_n-1 + h_n - H_n-1 + il (13)

Знак «+» при подъеме, относительно предшествующей точки, знак « - » при спуске.

Определить проектные отметки на прямом участке подъема с ПК 0+00 до ПК 7+00 проектной линии, имеющей уклон i = -5%о и отметку в начальной точке Нпк0 = 149,99 м (см. продольный профиль).

Проектная отметка ПК0+00 была вычислена:

Нпко пр. = Нпко з. + hpeк

Нпко пр. = 148,31 + 1,68= 149,99 м Последовательность расчета:

1. устанавливают расстояния между точками на прямой:

L_ПК1 = 100 м;

2. определяют превышения между точками:

Н_ПК1 = il _ПК1 = 0,005*100 = 0,5 м;

3. определяют проектные отметки точек; так как прямая находится на подъеме проектной линии, превышения между точками имеют знак минус:

Н_ПК1 = Н_ПК0 + h_ПК0 = 149,99 - 0,5 = 149,49 м;

Н_ПК2+00 = Н_ПК1 + h₁ = 149,49 - 0,5 = 148,99 м;

Н_ПК2+55 = Н_ПК2 + h₁ = 148,99 - 0,005 * 55 = 148,72 м, и т.д.

Полученные проектные отметки записывают в графу «Отметки оси дороги, м» сетки профиля и определяют расчетное значение рабочих отметок, которые сравнивают с графическим значением рабочих отметок (расстояние между проектной линией и линией земли с учетом вертикального масштаба).

Нанесения проектной линии с вписыванием вертикальной кривой

Для вычисления элементов вертикальной кривой по касательным принимаем в начальном участке трассы уклон -5%о и с ПК 7+00 продольный уклон 18%о. Заведомо большие рабочие отметки проектируем с учетом последующего их уменьшения при вписывании вертикальной кривой и вследствие того, что на ПК 2+55 и на ПК 3+70 трасса пересекает существующие автомобильную и железные дороги, пересечение с которыми запроектировано в разных уровнях.

Задача решается в два приема.

Вначале определяют точку пересечения прямолинейных отрезков, а затем -- положение вершины вертикальной кривой (последнее необходимо при разбивке вертикальной кривой по таблицам [2]).

Для определения точки пересечения прямолинейных отрезков (уклонов) вычисляем отметку продолжения прямолинейного отрезка с уклоном - 5%о над ПК 7 Н^*_ПК7. Искомая отметка будет равна отметке на ПК 0, а именно 149,99 м минус превышение 0,005*700=3,50 м, т. е.

Н^*_ПК7 = Н_ПК0+ i₁ * l_1-6 = 149,99-0,005*700= 146,49 м

Расчет вертикальной кривой № 1. ВУ1 ПК 7+00

Приступаем к проектированию вертикальной вогнутой кривой на переломной точке «М» ПК 7+00 (см. продольный профиль). Радиус кривой R = 6000м (для IV технической категории R_min = 5000м). Алгебраическая разность уклонов

i₁- i₂ = - 0,005 - (+0,018) = 0,023.

При данном радиусе и алгебраической разности уклонов

К = 6000 * 0,023 = 138м;

T = 0,5R(i₁- i₂) = 0,5*6000*0,023 = 69 м,

Б = 0,5T²/R = 0,5 * 69²/ 6000 = 0,40 м.

Отметки изменятся на пикетных и плюсовых точках, расположенных в пределах проектируемой вертикальной кривой. Такими точками являются ПК7, ПК 7+69. Для определения измененных отметок установим месторасположение начала кривой (НК) и конца кривой (КК)

НК = ВУ_М -Т = 700 - 69 = 631 м = ПК6 + 31.

КК = НК+К = 631 + 138 = 769 м = ПК7 + 69.

Определение пикетажного положения «0» - вершины кривой:

ПК_«0» = Ннк+l₁

l₁= i * R= 0,005 * 6000 = 30м

ПК_«0» = 631 + 30 = 661 м = ПК6+61

Определение превышений и исправленных рабочих отметок выполнить по формуле:

Дh = l²/(2R); (14)

hi =30²/12000 = 0,08м

Определение отметки вершины кривой Н_«0»

Н_«0»= Н_НК + h₁ = 146,84 - 0,08 = 146,76м.

где Дh - превышение над НК точки находящейся на произвольном расстоянии l от НК.

Вычисление отметки ПК7

ПК 7 удален от ВК на расстояние

1_ПК7 = ПК7 - ПКВК = 700 - 661 = 39 м.

Определяем для ПК 7 величину Дh _ПК7

Дh _ПК7 = 39² / (2* 6000) = 0,13 м

Н_ПК7 = 146,76 - 0,13 = 146,89м

Вычисление отметки конца кривой ПК7 + 69

ПК 7 + 69 удален от ВК на расстояние:

1_ПК7+69 = ПК7 + 69 - ПКВК = 769 - 661 -108 м.

Определяем для ПК 7 + 80 величину Дh _ПК7+80

Дh _ПК7+80 = 108²/(2-6000) = 0,97м.

Н_ПК7+69 = 146,76 - 0,97 = 147,73м

Все расчеты сведены в таблицу 6

Краткое описание проектной линии

Запроектированный вариант трассы характеризуется слабо холмистым рельефом, но при подходе к реке Соть перепад высот на расстоянии 270м составляет 22м. Поэтому на участке с ПК31+00 до ПК34+00 запроектированы высокие насыпи. Выемки запроектированы на участке с ПК36+78 до ПК38+57, глубина выемок составляет от 0,16м до 0,17м. Проектная линия запроектирована с отклонением от рекомендуемой рабочей отметки, в связи с тем, что на ПК2+55, ПК11+00, ПК29+35 трасса пересекает существующие автомобильные дороги, где согласно СНиП 2.05.02-85* пересечение выполнено в разных уровнях. Также в разных уровнях запроектировано пересечение с железной дорогой на ПКЗ+70. Отклонение от рекомендуемой рабочей отметки также имеет место в понижениях местности, где запроектированы искусственные сооружения. Заданные контрольные точки начала и конца трассы выдержаны. Контрольные точки у труб и мостов выдержаны с запасом, что вызвано стремлением обеспечить плавность проектной линии. Радиусы выпуклых кривых 15000м, вогнутых от 5000м до 6000м, что удовлетворяет требованиям СНиП 2.05.02-85*. Максимальный продольный уклон - 40%о, запроектирован на крутом участке склона при пересечении р.Соть.

Водоотвод в продольном профиле полностью обеспечен и осуществляется боковыми кюветами. Во все переломы проектной линии, согласно СНиП 2.05.02-85*, вписаны вертикальные кривые.

2.3 Проектирование поперечного профиля земляного полотна

Выполнив проектирование продольного профиля, по рабочим отметкам земляного полотна проектируют поперечные профили. При этом используют типовые поперечным профилям земляного полотна автомобильных дорог общего пользования с учетом рельефа местности, почвенно-грунтовых, геологических, гидрологических и климатических условий.

Поперечные профили конструкции земляного полотна выполняются без боковика.

На поперечном профиле конструкции земляного полотна показывают (согласно ГОСТ Р.21-1701-97)

-ось проектируемой автомобильной дороги;

-линию фактической поверхности земли (условно);

-контур проектируемого земляного полотна с указанием крутизны откосов, а при реконструкции, кроме того, контур существующего земляного полотна;

-ширину земляного полотна и его элементов;

-ширину проезжей части, разделительной полосы, обочин и укрепленных полос;

-направление и величину уклонов верха земляного полотна и поверхности дорожной одежды;

-конструкцию дорожной одежды (схематично);

-элементы укрепления обочин, откосов и водоотводных сооружений (схематично указанием обозначения документации, необходимой для его выполнения;

-контур и величину срезки плодородного слоя, удаления торфа или замены непригодного грунта;

-границу полосы отвода земель.

Количество поперечных профилей земляного полотна должно полностью характеризовать его по всему запроектированному продольному профилю. Характерными поперечными профилями земляного полотна являются:

2) Тип 1 (насыпи с высотой до 1,2 м); ПК 18+00

ПК36+00 - ПК36+78 ПК38+57 - ПК39+60

3) Тип 2 (насыпи высотой до 3 м); ПК0+00 - ПК1+00

ПК 17+00

4) Тип 3 (насыпи высотой от 3 до 6 м); ПК2+00 - ПКЗ+00

ПК7+00

ПК9+00-ПК 16+00 ПК 19+00 - ПК29+00 ПК35+00

5) Тип 4 (насыпи высотой от 6 до 12 м); ПКЗ+70 - ПК6+00

ПК7+00 ПК30+00

6) Тип 5 (насыпи высотой более 12 м); ПК31+00-ПК34+00

7) Тип 6 (выемки глубиной до 1 м); ПК36+78 - ПК38+57

2.4 Расчет объемов земляных работ

После нанесения на продольный профиль проектной линии, проектирования поперечных профилей необходимо подсчитать объемы земляных работ. Объемы насыпей или выемок могут быть определены по формулам, специальным таблицам, номограммам и графикам. Объем земляного полотна подсчитывают на всем протяжении проектируемого участка, исключая отверстия мостов, превышающих 4 м.

Объемы насыпей или выемок по формулам могут быть определены по полусумме площадей поперечного сечения полотна или по средней площади сечения полотна, соответствующей величине средней рабочей отметки

V=0.5(Fi+F₂)L - m(H,-H₂)²L/6

где H_} и H₂ -- смежные рабочие отметки на пикетах или на промежуточных (плюсовых) точках, взятые из продольного профиля, м; т -- коэффициент крутизны откоса;

L -- длина участка между рассматриваемыми сечениями земляного полотна, м.

Поправка на устройство дорожной одежды:

AV= (a²i₀+ ai_c + B²i_np/4 - вЬ) L

где: а- ширина обочины, а = 3,75м;

i₀-- поперечные уклоны обочины, i₀ = 0,04;

в - ширина проезжей части, в = 7,50м;

i_np - поперечный уклон проезжей части, inp = 0,02;

h - толщина дорожной одежды, для II категории h = 0,7м (принято предварительно).

AV= (3,75² ¦ 0,04 + 3,75 ¦ 0,04 + 7,50² ¦ 0,02/4 ~ 7,50 ¦ 0,7) ¦ 1 = -4,26м

Расчеты представлены в табличной форме.

2.5 Проектирование малых водопропускных сооружений 2.5.1 Подготовка исходных данных

дорога движение профиль водопропускной

При пересечении автомобильными и железными дорогами речных долин, больших и малых водотоков, сухих балок, суходолов с периодически действующими водотоками проектируются и строятся водопропускные сооружения, которые должны обеспечить пропуск водного потока и непрерывность движения по дороге. К основным видам водопропускных сооружений относят мосты и трубы. Мосты длиной до 25 м и трубы относятся к МВС.

Характеристики рассматриваемого участка местности определяются по фрагменту карты.

Расчет трубы на ПК 8+00 Общие данные

К общим исходным данным относятся сведения о категории дороги (КД), название области в которой расположен рассматриваемый участок дороги, номер ливневого района, а также значение вероятности превышения (ВП) расчетных па- водков[1].

Таблица 8 Общие данные

№ п/п	Обозначен,	Ед. изм.	Значение	Наименование величи
				ны
1	КД		2	категория дороги
2	ВП	%	1	заданная ВП

Исходные данные, определяемые по карте

По карте, определяются исходные данные. Площадь водосборного бассейна (F) определяется после выделения (очерчивания) на карте соответствующего участка местности. Водосборный бассейн выделяется на карте по линиям водоразделов. Для удобства определения ряда характеристик на карте следует пунктиром наметить тальвег. Длина лога {L_n) - расстояние по тальвегу лога от верхней части водораздела до пересечения с дорогой (место расположения МВС, точка 4). Максимальная отметка лога части водораздела в точке предполагаемого его пересечения с тальвегом. Минимальная отметка лога(Н_лтШ), отметка в точке пересечения тальвега с трассой, через эту точку проходит ось МВС.

Таблица 9. Исходные данные

№ п/п	Наименование величины	Обознач.	Ед. изм.	Значения
1	Площадь водосборного бассейна	F	км	0,26
2	Длина лога	Ьл	м	760
3	Максимальная отметка лога	НЛтах	м	147,50
4	Минимальная отметка лога	Илтт	м	140,59
5	Отметка лога на 200м выше расположения МВС	Нл+200	м	143,62
6	Отметка лога на 100м ниже расположения МВС	Пл.loo	м	138,75
7	Заложение поперечника по логу	Ui	м	300
8	Отметка земли по трассе на 50м до МВС	Нл^5о	м	141,60
9	Отметка земли по трассе в точке расположения МВС	Ито	м	140,59
10	Отметка земли по трассе на 50м после МВС	Ил,so	м	140,00
И	Площадь лесов на участке водосбора		км	-
12	Площадь болот на участке водосбора	F6	кмІ	-

Характеристики лога

Определение среднего уклона лога /_л (уклона бассейна) производится по формуле

i.i ~ (Г1_Л шах"Н_л ттУ ^л >(17)

Таблица 10. Расчет

Нлтах?м	Нлгтп->м	Ц,м	1л
147,50	140,59	760	0,01

Определение уклона лога в месте расположения МВС i₀ по формуле:

io ^ (Н_л+20о-Н_л.₁₀о)/100,(18)

Таблица 11. Расчет i_a

Нл+200-.М	Нл-юо,м	io
I 143,62	138,75	0,02

Определение коэффициентов крутизны склонов лога m выполняется по поперечному сечению лога в месте расположения МВС (рис.1.3) по следующей формуле

m_u - 50/(Н_т±5о-нто)

Общая характеристика лога а определяется по формуле

a = (mi+mІ)/6i

Значения площадей занятых, в границах водосбора, лесами F_n и болотами F₆ определяется на основе измерений по карте. Fji = 1 и F₆ -- 1.

Характеристики ливней и стока ливневых вод Характеристики ливней и стока ливневых вод необходимы для вычисления максимального расхода стока ливневых вод Qjj и объема стока ливневых вод Wи.

К характеристике ливня относится интенсивность ливня часовой продолжительности - а_час. К характеристикам стока ливневых вод относятся коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к расчетной интенсивности - К₍и коэффициент редукции р, учитывающий неполноту стока.

При безнапорном режиме протекания водного потока в трубе, подпор Н меньше внутреннего размера трубы d на входе или превышает ее не более чем на 20%. На всем протяжении трубы поток имеет свободную поверхность (т.е. h_c < d. С учетом указанных ограничений, рекомендаций и зависимостей производится расчет и определение режима протекания водного потока в трубе при ее типовых размерах (d= 1; 1,5; 2м).

Вывод: за расчетный расход принят максимальный расход Орасч =14,08мі/сек. Такой расход может пропустить двухочковая железобетонная труба, диаметром d = 1,5м; с глубиной воды перед трубой, Н = 2,08м; скорость на выходе из трубы, V= 4,10м/с.

Аккумуляция не рассчитывается, так как площадь водосборного бассейна мала.

Расчет укрепления за тубами

Водный поток вытекает из трубы или малого моста с высокой скоростью, которая в нижнем бьефе в зоне растекания потока Vp=l,5V, где V-скорость воды в трубе.

Длина плоского укрепления:

Ккр = 3d(27)

1ук_Р =3,0-1,5=4,5м Ширина плоского укрепления в_у = 7,5м Скорость воды в зоне растекания потока составит Vp=l,5V; Vp= 1,5-4,10=6,15м/с. При такой скорости в зоне растекания проектируем укрепление отводящего русла из бетонных плит.

Толщина укрепления у выходного оголовка

S - 0,35Н(28)

S = 0,35- 2,08 = 0,73м Площадь плоского укрепления составит

F = Ккр ву(29)

F - 4,5 - 7,5 =33,75 мІ Относительная длина укрепления при B=d=l,5м и 1у_кр =4,5м 1укр* tga/в = 4,5 tg40°/l,5=2,52. Этому значению соответствует Ahp/H=0,72, откуда глубина размыва за укреплением:

Ah_p=0,72H(30)

Ah_p = 0,72-2,08=1,50м Глубина заложения предохранительного откоса

h₃= Ahp+0,5(31)

h,=l,50+0,5=2,0M Длина предохранительного откоса при его заложении 1:1 составит

1п =V2,0²+2,0²-2,83M Площадь при ширине 7,5м; F=7,5*2,83=21,23мІ Общая площадь укрепления нижнего бьефа

F_VK=33,75+21,23 =54,98мІ

При безнапорном режиме протекания водного потока в трубе, подпор Н меньше внутреннего размера трубы d на входе или превышает ее не более чем на 20%. На всем протяжении трубы поток имеет свободную поверхность (т.е. h_c < d. С учетом указанных ограничений, рекомендаций и зависимостей производится расчет и определение режима протекания водного потока в трубе при ее типовых размерах (d= 1; 1,5; 2м).

Вывод: за расчетный расход принят максимальный расход Орасч =14,08мі/сек. Такой расход может пропустить двухочковая железобетонная труба, диаметром d = 1,5м; с глубиной воды перед трубой, Н = 2,08м; скорость на выходе из трубы, V= 4,10м/с.

Аккумуляция не рассчитывается, так как площадь водосборного бассейна мала.

Расчет укрепления за тубами

Водный поток вытекает из трубы или малого моста с высокой скоростью, которая в нижнем бьефе в зоне растекания потока Vp=l,5V, где V-скорость воды в трубе.

Длина плоского укрепления:

Ккр = 3d(27)

1ук_Р =3,0-1,5=4,5м Ширина плоского укрепления в_у = 7,5м Скорость воды в зоне растекания потока составит Vp=l,5V; Vp= 1,5-4,10=6,15м/с. При такой скорости в зоне растекания проектируем укрепление отводящего русла из бетонных плит.

Толщина укрепления у выходного оголовка

S - 0,35Н(28)

S = 0,35- 2,08 = 0,73м Площадь плоского укрепления составит

F = Ккр ву(29)

F - 4,5 - 7,5 =33,75 мІ Относительная длина укрепления при B=d=l,5м и 1у_кр =4,5м 1укр* tga/в = 4,5 tg40°/l,5=2,52. Этому значению соответствует Ahp/H=0,72, откуда глубина размыва за укреплением:

Ah_p=0,72H(30)

Ah_p = 0,72-2,08=1,50м Глубина заложения предохранительного откоса

h₃= Ahp+0,5(31)

h,=l,50+0,5=2,0M Длина предохранительного откоса при его заложении 1:1 составит

1п =V2,0²+2,0²-2,83M Площадь при ширине 7,5м; F=7,5*2,83=21,23мІ Общая площадь укрепления нижнего бьефа

F_VK=33,75+21,23 =54,98мІ

Двойное мощение из рваного камня	15-20	3,5	4,5	5	5,5
Бут. кладка из известняка	--	3	3,5	4	4,5
Одиночное мощение с подбором	20	3,5	4,5	5	5,5
То же	25	4	4,5	5,5	5,5

При этом следует учитывать требования [6] о том, что расчетные пролеты или полную длину пролетных строений автодорожных и городских мостов на прямых участках дорог следует назначать равными 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 33 и 42 м, а при больших размерах пролетов кратными 21 м. Эти требования применяются при вертикальных и перпендикулярных оси моста опорах.

Следует также учитывать, чтобы средняя бытовая глубина для выбранной скорости была не больше указанной в табл.24

Для условий рассматриваемого примера получены следующие значения указанных величин: выбрано значение 1,5 м/с, одерновка плашмя; Я = 0,33м; W_np/ Wл = -0,31; X = 0,32; Q_c ⁼ 21,06 мі/с; двухпролетный мост с Ъ ~ 14,40м. Результаты расчета представляются в табл.25...26.

Таблица 26. Значение коэффициента

аккумуляции >
ГГ 2 Г, КМ	WnrlWx	X
0,46	-0,31	0,32

Таблица 25 Характеристики глубины потока

F, м/с	Я, м	h6u
1,50	0,33	0,2

В соответствии с полученным значением b =26,22м выбирается двухпро- летный мост с расчетной длиной пролета L_p = 14,40м и соответственно L = 15*2=30 м. Выбор осуществлялся по табл.27. Выбрано ближайшее значение больше Ъ.

По принятому типовому отверстию 6_тип=2/ф=28,80м пересчитан напор Нц = 0,5 м. Проектирование основных параметров МВС завершено.

Технико-экономическое сравнение вариантов водопропускных сооружений

При сравнении вариантов производится по объемам и стоимости работ по устройству труб, оголовков, пролетных строений и фундаментов, а также укрепительных работ. Сравнение вариантов отверстий выполнено по укрупненным показателям в ценах 1990 г.

Показатель	Варианты МВС
	Одноочковая труба d = 1,0м	Двухочковая труба d = 1,5м	Однонролетный мост
Длина трубы без оголовков или моста, м	-	2x33,47	30,0
Расход железобетона на 1 пог.м тела и фундамента трубы,мі	-	1,41	-
Расход железобетона на два оголовка (.входной и выходной), мі	-	12,58+3,94=16,52	-
Общий расход железобетона на устройство труб,уз	-	110,91	-
Расход железобетона на двухпролетный мост (Г-11,5) высотой > 4 м на свайных 3 опорах, м	-	-	(67,5х2)+(23х2)= 181
Удельная стоимость железобетона, руб./ мі	-	160	190
Полная стоимость трубы или моста,руб	-	17746	34390
Устройство перильного ограждения моста (30 пог.м по 120 руб.за пог.м),руб	-	-	3600
Устройство асфальтобетонного покрытия с гидроизоляцией, мІ	-	-	138
Стоимость работ по устройству покрытия, руб.		-	138x15=2070
Площадь укрепительных работ, м	-	88,73	500
Стоимость укрепительных работ (по цене 5 руб./мІ), руб.	-	443,65	2500
Общая стоимость варианта МВС	-	18189,65	42560

Используемая литература

1. Большая советская энциклопедия - 3-е издание - М.: Советская Энциклопедия, 1970-1978.

2. СНиП 23.01-99 Строительная климатология. Госстрой. - М., 2000. - 58 с.

3. СНиП 3.01.03-84. Геодезические работы в строительстве. -М. Госкомитет по делам строительства. ЦИТП. 1985. - 26 с.

4. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги. Госстрой СССР. -М. ЦИТП Госстрой СССР, 1986. - 56 с.

5. ГОСТ 21.101-93. Система проектной документации для строительства. Основные надписи. -М. издательство стандартов. 1993. - 23 с.

6. ГОСТ 21.1701-97. Система проектной документации для строительства. Правила выполнения рабочей документации автомобильных дорог. -М. Госстрой России. 1997.

7. ГОСТ 21.1701-97. Система проектной документации для строительства. Условные графические обозначения на чертежах автомобильных дорог. М. Госстрой России. 1997.

8. ГОСТ 20522-96. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. --М. Издательство стандартов. 1996. -13 с.

9. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. -М. Издательство стандартов. 1996. -31 с.

10. Проектирование автомобильных дорог. Справочник инженера-дорожника. Под ред. Г.А. Федотова. - Транспорт. 1989. -437 с.

11. Автомобильные дороги. Примеры проектирования. Под ред. B.C. Порожнякова. - М. Транспорт.. 1983. - 303 с.

12. Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. 4.1. М. Транспорт. 1983. -368 с.

Размещено на Allbest.ru