Проектирование дороги в продольном профиле

В данной контрольной работе 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.

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 контрольной работе 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 контрольной работе 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):

, (2.47)

где h_{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):

, (2.48)

где h_{покр. над угв} – наименьшее возвышение покрытия над уровнем грунто-вых 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):

, (2.49)

где h_{бр. над ур. снега} – наименьшее возвышение бровки насыпи над расчёт-ным уровнем снегового покрова, м;

b – ширина обочины, м;

i_об – уклон обочины, ‰.

Рисунок 2.9 – 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 2.10).

Рисунок 2.10 – 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:

, (2.50)

где H_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:

, (2.51)

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

Тангенс кривой:

. (2.52)

Биссектриса:

. (2.53)

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

, (2.54)

где X – расстояние от начала кривой, м.

Для облегчения проектирования вертикальных кривых созданы специальные шаблоны (пользование ими значительно ускоряет работу).

2. Определяется пикетажное положение точек начала и конца вертикальной кривой.

3. Определяются высотные значения точек начала и конца вертикальной кривой (по значениям уклонов и расстояниям ломанной проектной линии).

4. Рассчитываются высотные отметки вершины кривой, пикетажное положение вершины кривой, высотные отметки вертикальной кривой на каждом пикете и высотные отметки плюсовых точек (начал, середин и концов круговых кривых, начал и концов переходных кривых);

5. Определяются чёрные отметки точек начал, вершин и концов вертикальных кривых.

6. Определяются рабочие отметки:

. (2.55)

Положительные рабочие отметки записываются над проектной линией, отрицательные – под проектной линией.

На продольный профиль наносятся точки перехода из выемки в насыпь (нулевые точки).

Расчёт пикетажного положения нулевых точек производится по формуле:

, (2.56)

где x_лев – расстояние от ближайшей точки, лежащей на прямом участке красной линии слева от точки пересечения красной и чёрной линий продольного профиля, м;

h_лев – рабочая отметка точки, лежащей на прямом участке красной линии слева от точки пересечения красной и чёрной линий продольного профиля, м;

h_пр – рабочая отметка точки, лежащей на прямом участке красной линии справа от точки пересечения красной и чёрной линий продольного профиля, м;

l – расстояние между точками с известными рабочими отметками, лежащими на прямом участке красной линии справа и слева от точки пересечения красной и чёрной линий продольного профиля, м.

В случае, если точка пересечения проектной линии с чёрной линией продольного профиля лежит на вертикальной кривой, её пикетажное положение определяется путём совместного решения системы уравнений вертикальной кривой и прямого участка чёрной линии с известными высотными отметками и продольным уклоном.

Графическое изображение продольного профиля является одним из основных проектных документов, на основе которых строится дорога. Чертеж продольного профиля оформляют в строгом соответствии с установленными правилами. Продольный профиль вычерчивается в соответствии с требованиями ГОСТ Р 21.1701-97 [18].

Рисунок 2.11 – Продольный профиль трассы автодороги