Пикетажные значения главных точек кривых находят по формулам

ПК НК = ПК ВУ - Т, ПК К = ПК НК + К, ПК СК = ПК НК + К/2.

Контроль ПК КК = ПК ВУ + Т - Д, ПК СК = ПК КК - К/2 .

1.8 Составление ведомости прямых и кривых

По заданному азимуту начального направления трассы и углам поворота вычисляют азимуты последующих направлений

.

Вычисленные азимуты переводят в румбы.

Таблица 1.8 Перевод азимутов в румбы.

Расстояние между вершинами углов:

.

Длина отрезка от ПК0 до первой вершины угла поворота ВУ1 равна пикетажному значению первой вершины угла.

Вычисляют длины прямых вставок

: .

Длина первой прямой вставки равна ПК НК первой кривой, последней разности ПК конца трассы и ПК КК последней кривой.

1.9 Переходные кривые

План трассы следует проектировать из условия наименьшего ограничения и изменения скорости движения автомобилей, обеспечения безопасности и удобства движения, а также возможной реконструкции дороги за пределами перспективного периода. При проектировании элементов плана, равно как и продольного и поперечного профилей, перспективный период следует принимать 20 лет. Начальным годом расчетного перспективного периода является год завершения разработки проекта дороги (или самостоятельного участка дороги).

Для обеспечения плавного въезда в круговую кривую малого радиуса и выезда из кривой последние сопрягают с прямыми участками трассы посредством переходных кривых.

В практике проектирования автомобильных дорог наибольшее распространение получили переходные кривые типа клотоиды, которые характеризуются линейным законом нарастания кривизны по длине и более, чем другие математические кривые, соответствуют фактической траектории движения автомобиля.

Клотоида (или радиоидальная спираль) как математическая кривая представляет собой спираль, радиус кривизны которой непрерывно изменяется от р = ? в начальной точке до р = 0 в бесконечном удалении от начала кривой (рис 1.9)

В качестве переходной кривой, как самостоятельного элемента трассы, применяется только начальный участок клотоиды от точки отхода от прямого участка, где р = ?, до точки на кривой, где р = R.

Уравнение клотоиды имеет вид:

,

где - радиус кривизны,

- расстояние от начала клотоиды до точки М на ней.

Параметр клотоиды - величина постоянная и выражается как произведение:

,

где R - радиус кривизны в конце клотоиды в конце отрезка клотоиды длиной L,

L - длина отрезка клотоиды от ее начала до точки на кривой, где радиус кривизны .

Рис. 1.9.1 Клотоида (переходная кривая)

Параметр А характеризует степень изменения кривизны клотоиды.

Наименьшая длина переходной кривой определяется по условию равномерного нарастания центробежной силы в пределах переходной кривой:

,

где V_p - расчетная скорость движения, принимаемая по СНиП- 2.05.02-85 для дороги соответствующей категории, км/ч;

I - допускаемая скорость нарастания центробежного ускорения, м/с³.

Для дорог 1- V категорий предельное значение 1= 0,3-0,1 м/с³. Чем выше расчетная скорость, тем меньшее значение I следует принимать.

Согласно СНиП [4] сопряжение прямых участков с круговыми кривыми посредством переходной кривой обязательно, если радиус круговой кривой R<3000 м - на дорогах / категории и R<2000 м - на дорогах прочих категорий. Наименьшая длина переходной кривой нормируется в зависимости от радиуса круговой кривой. Нормативную длину переходной кривой рекомендуется увеличить в 1,5 - 2 раза, если это позволяет расстояние между углами поворота трассы. Чем больше длина клотоиды, тем более плавно изменяется ее кривизна, а следовательно, условия движения для пассажиров и водителя более комфортны.

1.10 Расчёт переходной кривой

,

где L_p -длина переходной кривой,

R - радиус круговой кривой.

Добавочный тангенс:

Во многих случаях местные условия - рельеф или наличие ценных застроек -- не дают возможности разместить кривую расчётного радиуса. Особенно неблагоприятные условия движения создаются для автомобилей, следующих по внешней стороне движения, поскольку составляющая веса, параллельная уклону проезжей части, складывается с соответствующей проекцией центробежной силы. Кроме того, осложняется управление автомобилем в связи с большим, чем для полосы встречного движения, боковым уводом шин. В таких случаях для повышения устойчивости автомобиля и большей уверенности управления на кривых устраиваем односкатный поперечный профиль - вираж - с уклоном проезжей части и обочин к центру кривой.

Виражи оказывают положительное психологическое воздействие на водителей, способствуя уверенному проезду кривых без неоправданного снижения скорости. При отсутствии виражей скорость на кривых снижается.

Расчётные значения поперечного уклона на вираже для высоких скоростей движения при малых радиусах кривых могут получаться значительными. Такие виражи устраивают, например, на автодромах, предназначенных для автомобильных гонок.

При проектировании виражей на автомобильных магистралях, рассчитанных на высокие скорости движения, исходим из различных допущений о пропорциональном распределении поперечной силы между сопротивлением шины сдвигу вбок по покрытию и сопротивлением поднятию автомобиля вверх по виражу.

Элементы виража рассчитываем по следующим формулам:

Для нашего случая:

где Н_о - превышение наружной бровки в начале отгона виража над наружной бровкой на дороге;

Н₁ - это превышение кромки проезжей части над бровкой земляного полотна;

Н₃ - превышение оси дороги на вираже;

Н₄ - превышение кромки проезжей части;

Н₅ - превышение наружной бровки на вираже над наружной бровкой на обочине в начале виража;

с - ширина внутренней обочины на кривой при устройстве уширения на вираже;

с₁ - величина равная 1 м;

В_о - ширина проезжей части;

h₁ - превышение наружной кромки;

h₂ - превышение внутренней кромки проезжей части на вираже над внутренней бровкой дорожного полотна;

h₃ - превышение наружной бровки дорожного полотна на вираже над наружной кромкой проезжей части;

h₄ - превышение оси дороги на вираже над внутренней кромкой проезжей части;

h₅ - превышение оси дороги на вираже над внутренней бровкой проезжей части.

Действующие строительные нормы и правила предусматривают на кривых больших радиусов (2000м и более) уклон виража, равный поперечному уклону проезжей части на кривых 600 м и менее -- 60 ^о/_оо. В районах с частыми туманами и длительными периодами гололеда уклоны виражей не должны превышать 40%. Лишь в районах с незначительной продолжительностью снегового покрова и редкими случаями гололеда допускается увеличивать поперечный уклон проезжей части на вираже до 100%. Однако такие крутые виражи неудобны для грузовых автомобилей, движущихся со скоростью, меньшей расчетной.

При поперечном уклоне виража, равном уклону проезжей части на прямом участке, для перехода к односкатному профилю постепенно поворачиваем внешнюю половину проезжей части вокруг оси дороги.

При более сложном и в то же время частом случае разбивки виража с уклоном, превышающим уклон проезжей части дороги, для перехода к односкатному профилю производим одновременный поворот внутренней половины поперечного профиля около внутренней кромки покрытия, а внешней - около оси проезжей части. При этом одновременно ось проезжей части смещается внутрь на половину уширения покрытия.

Поперечный уклон обочин на виражах принимаем равным уклону проезжей части дороги, предусматривая их укрепление. Уклон обочин изменяем на протяжении 10 м перед началом виража. Для безопасности движения необходимо, чтобы внешняя обочина имела уклон в ту же сторону, что и проезжая часть. В этом случае при случайном заезде колеса на обочину действующая на автомобиль поперечная сила не меняется. Однако при неукрепленных обочинах на проезжую часть во время дождей стекает грязь, уменьшающая коэффициент поперечного сцепления. Поэтому неукрепленным обочинам часто вынужденно придают обратный уклон от центра кривой.

Переход от двухскатного поперечного профиля проезжей части на прямом участке к односкатному профилю на вираже осуществляем плавно в пределах участка, называемого отгоном виража. Длина его не должна быть слишком короткой, так как в этом случае при движении автомобиля с большей скоростью по дороге с меняющимся поперечным профилем возникает неприятное для пассажира боковое раскачивание автомобиля. Необходимую минимальную длину отгона виража, которая не должна быть меньше длины переходной кривой, определяем исходя из дополнительного уклона, возникающего у внешней кромки проезжей части в результате ее поднятия при устройстве виражей.

Общий уклон по кромке проезжей части на участках отгона виража не должен превышать допускаемый для данной дороги в исключительных случаях.

2. Продольный профиль

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

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

Проектирование продольного профиля включает следующие этапы.

1 Подготовка исходных данных.

2 Проектирование вариантов положения проектной линии.

3 Оценка вариантов проектных решений.

4 Проектирование водоотвода в продольном профиле.

5 Оформление продольного профиля по ГОСТ Р21.1701-97. Информация для проектирования продольного профиля

принимается по материалам полевых изысканий, выполненных изыскательской организацией в соответствии с заданием заказчика на проектирование дороги.

Вычерчивание продольного профиля по ГОСТР 21.1701-97 [12].

Для изображения продольного профиля дороги на чертеже принимают основные масштабы: по горизонтали - 1:5000; по вертикали 1:500; допускаемые - по горизонтали 1:2000, по вертикали1:200. Масштабы изображения указывают над боковиком таблицы.

Сетку продольного профиля рекомендуется вычерчивать так, чтобы вертикальная линия штампа сетки справа и верхняя горизонтальная линия совпали с жирными линиями сетки миллиметровки. После вычерчивания сетки вписывают фактические данные в соответствующие графы, а затем вычерчивают линию поверхности земли (черный профиль).

Топографические условия проложения трассы в сильной степени определяют положение проектной линии продольного профиля. На участках с плавными формами рельефа проектную линию проектируем по огибающей, следующей очертанию земли, и, наоборот, на участках с резко пересеченным рельефом положение проектной линии устанавливаем с устройством чередующихся выемок и насыпей. При проектировании по огибающей руководящая отметка назначается из условия незаносимости насыпи снегом либо из условия минимального возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых или поверхностных вод в соответствии со СНиП 2.05.02-85.

Почвенно-грунтовые и геологические условия во многом влияют не только на положение проектной линии продольного профиля, но и на конструкцию земляного полотна: ограничивают высоту насыпей на слабых основаниях и вынуждают по возможности уменьшать глубину выемок в грунтах, непригодных для отсыпки насыпей на прилегающих участках дороги, а в местах, где качество грунтов позволяет возводить насыпи из притрассовых резервов, дают возможность проектировать профиль по огибающей с минимальной руководящей отметкой и т. д.

Климатические факторы оказывают ощутимое влияние на положение проектной линии продольного профиля, особенно в отношении предотвращения снегозаносов на будущей дороге. На снегозаносимых участках всегда стремятся избегать выемок (особенно мелких), а при проектировании по огибающей руководящую отметку назначаем из условия снегонезаносимости.

Гидрологические условия определяют минимальное возвышение бровки земляного полотна над трубами, во многом определяют отметки бровок земляного полотна на подходах к мостам, а также отметки проезда на самих мостах.

Ситуационные особенности района проложения трассы диктуют прохождение линии продольного профиля через определенные фиксированные точки (пересечения и примыкания автомобильных дорог, пересечение железных дорог, входы в города, условия прохождения через населенные пункты и т.д.).

Общими требованиями по установлению положения проектной линии продольного профиля независимо от метода проектирования являются:

- соблюдение технических норм проектирования (допустимые продольные уклоны, минимальные радиусы выпуклых и вогнутых вертикальных кривых и т. д.);

- обеспечение минимальных объемов земляных работ и рационального распределения земляных масс;

- прохождение проектной линии через контрольные точки;

- ограничение длин участков с предельными уклонами;

- ограничение минимальных длин вертикальных кривых одного знака (шаг проектирования) во избежание получения «неспокойной» проектной линии;

- обеспечение зрительной плавности и ясности трассы и связанных с ней уровней удобства и безопасности движения. Эта задача, как правило, решается совместно с проектированием плана автомобильных дорог.

На переломах продольного профиля дороги для обеспечения плавности хода и условий видимости поверхности дороги нам нужно запроектировать вертикальные кривые (ВК).

Рисунок 2.2.1 - Элементы и главные точки вертикальной круговой кривой

Точка перелома продольного профиля - вершина угла (ВУ) ВК. Главные точки ВК: начало (НВК), середина (СВК), вершина (ВВК) и конец (КВК) вертикальной кривой.

2.2.1 Вычисление элементов вертикальных кривых

Элементы ВК: длина кривой К, тангенс Т, биссектриса Б, ординаты смежных точек Y.

, ,, .

Здесь Х - расстояние от НВК или КВК до промежуточной точки, м.

Земляное полотно следует проектировать с учетом категории дороги, типа дорожной одежды, высоты насыпи и глубины выемки, свойств грунтов, используемых в земляном полотне, условий производства работ по возведению полотна. Также с учетом природных условий района строительства и особенностей инженерно-геологических условий участка строительства, опыта эксплуатации дорог в данном районе, исходя из обеспечения требуемых прочности, устойчивости и стабильности, как самого земляного полотна, так и дорожной одежды при наименьших затратах на стадиях строительства и эксплуатации. А также при максимальном сохранении ценных земель и наименьшем ущербе окружающей природной среде.

Земляное полотно включает следующие элементы:

· верхнюю часть земляного полотна (рабочий слой - часть полотна, располагающаяся в пределах земляного полотна от низа дорожной одежды на 2/3 глубины промерзания, но не менее 1,5 м от поверхности покрытия проезжей части);

· тело насыпи (с откосными частями);

· основание насыпи (массив грунта в условиях естественного залегания, располагающийся ниже насыпного слоя, а при низких насыпях - и ниже границы рабочего слоя);

· основание выемки массив грунта ниже границы рабочего слоя;

· откосные части выемки;

· устройство для поверхностного водоотвода;

· устройства для понижения или отвода грунтовых вод (дренаж);

· поддерживающие и защитные геотехнические устройства и конструкции, предназначенные для защиты земляного полотна от опасных геологических процессов (эрозии, абразии, селей, лавин, оползней и т.п.).

Особенности инженерно-геологических условий участка следует определять типом местности по условиям увлажнения верхней толщи грунтов и характеру поверхностного стока, свойствами и условиями залегания грунтов в пределах толщи, принимаемой во внимание при проектировании, геологическими. Также гидрологическими и мерзлотными условиями и процессами, включая воздействие техногенных факторов (с учетом освоенности территории), геоморфологическими особенностями (рельефом) и др.

По условиям увлажнения верхней толщи грунтов различают три типа местности:

* 1-й - сухие участки;

* 2-й - сырые участки избыточным увлажнением в отдельные периоды года;

* 3-й - мокрые участки с постоянным избыточным увлажнением.

При проектировании земного полотна следует применять типовые или индивидуальные решения, в том числе типовые решения с индивидуальной привязкой. Индивидуальные решения, а также индивидуальную привязку типовых решений следует применять при соответствующих обоснованиях:

· для насыпей с высотой откоса более 12 м;

· для насыпей на участках временного подтопления, а также при пересечении постоянных водоемов и водотоков;

· для насыпей, сооружаемых на болотах глубиной более 4 м с выторфовыванием или при наличии поперечных уклонов дна болота более 1:10;

· для насыпей, сооружаемых на слабых основаниях

· при использовании в насыпях грунтов повышенной влажности;

· при применении прослоек из геотекстильных материалов;

· при применении специальных прослоек (теплоизолирующих, гидроизолирующих, дренирующих, капилляропрерывающих, армирующих и т.п.) для регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна, а также специальных поперечных профилей;

· при сооружении насыпей на просадочных грунтах;

· для выемок с высотой откоса более 12 м в нескальных грунтах и более 16 м в скальных при благоприятных инженерно-геологических условиях;

· для выемок в слоистых толщах, имеющих наклон пластов в сторону проезжей части;

· для выемок, вскрывающих водоносные горизонты или имеющих в основании водоносный горизонт, а также в глинистых грунтах с коэффициентом консистенции более 0,5;

· для выемок с высотой откоса более 6 м в пылеватых грунтах в районах избыточного увлажнения, а также в глинистых грунтах и скальных размягчаемых грунтах, теряющих прочность и устойчивость в откосах под воздействием погодно-климатических факторов;

· для выемок в набухающих грунтах при неблагоприятных условиях увлажнения;

· для насыпей и выемок, сооружаемых в сложных инженерно-геологических условиях: на косогорах круче 1:3, на участках с наличием или возможностью развития оползневых явлений, оврагов, карста, обвалов, осыпей, селей, снежных лавин, наледи, вечной мерзлоты и т.п.;

· при воздействии земляного полотна с применением взрывов или гидромеханизации.

Индивидуально необходимо также проектировать водоотводные, дренажные, поддерживающие, защитные и другие сооружения, обеспечивающие устойчивость земляного полотна в сложных условиях, а также участки сопряжения земляного полотна с мостами и путепроводами.

Для нормальной эксплуатации дороги необходимо, чтобы ровность покрытий оставалась неизменной в течение всего периода эксплуатации. Это достигается только при прочном и устойчивом земляном полотне, не дающем просадок и не подверженном процессам пучинообразования.

Под прочностью земляного полотна понимается его способность сохранять, не деформируясь при действии внешних сил и природных факторов, приданные ему размеры и форму. Под устойчивостью - сохранение предусмотренного проектом положения в пространстве без смещений и просадок.

4.2 Расчет объема земляных работ