Проектирование линии нулевых работ

Необходимо провести трассу, предельный продольный уклон, которой не превышает i=60‰. Используя масштаб карты (1: 10000) и высоту сечения рельефа (h=2, 5 м), определим величину заложения для предельного уклона:

мм (4)

Соединяем последовательно начало трассы (НТ), (ПП), конец трассы (КТ) прямыми. Это будет кратчайшее расстояние между ними по воздушной линии, которой необходимо придерживаться.

По найденному значению заложения d на трассе можно выделить на карте участки, отличающиеся по характеру трассирования - это участки вольного и напряженного ходов. Напряженным ходом называют участки местности длиной не менее 3-5 км, для которых осредненный уклон i_мест будет больше заданного уклона i_тр трассирования. При i_мест< i_тр будет участок вольного хода.

На участках вольного хода трассу намечаем по кратчайшему направлению, обходя лишь сооружения и участки с неблагоприятными условиями, стараясь при этом оставить их внутри угла поворота.

На участках напряженного хода, чтобы выдержать заданный уклон трассирования, линию трассы намечаем при помощи циркуля. Раствор циркуля устанавливаем равным заложению и последовательно засекаем соседние горизонтали, стараясь не отходить от воздушной линии трассы. При пересечении с реками нужно стремиться, чтобы трасса была примерно перпендикулярна к направлению течения. Полученные точки по ходу трассы соединяем, получая линию нулевых работ (прил.1).

Так как эта линия обычно представляет собой извилистую кривую, то для размещения основных элементов плана трассы сглаживаем ее.

Спрямление трассы. Выбор варианта трассы

Так как получившаяся линия нулевых работ получилась ломаной и состоит из большого числа коротких отрезков, сопряжение которых кривыми невозможно из-за ограничения минимальных значений радиусов, приходится заменять ее участками более длинных прямых, т.е. спрямлять. При этом углы поворота не должны превышать 30º, чтобы трасса значительно не удлинялась.

В зависимости от величины угла поворота Q относительное удлинение λ в процентах будет не одинаково (табл. 3).

Таблица 4

В результате спрямления трасса отклоняется от линии нулевых работ, что приводит к появлению насыпей и выемок на трассе. Если же спрямление выполнено с небольшими отступлениями от линии нулевых работ, то объемы возникающих работ буду невелики.

Укладку линии нулевых работ на карте начинаем с участков напряженного хода и ведем ее к участкам вольного хода, где определение положения трассы обычно не вызывает затруднений.

В равнинной местности расположение трассы в основном опред6еляется ситуацией – расположением населенных пунктов, рек, болот, оврагов и т.д.

В горной и пересеченной местности положение трассы определяется главным образом рельефом местности.

Выбранный вариант трассы спрямляем, подписывают на нем номера вершин углов поворота.

Обоснование выбора варианта трассы

Вдоль воздушной линии по лини нулевых работ строим два варианта будущей трассы.

Затем, на карте подробно изучаем ситуацию и рельеф, и уточняем на каждом направлении обеих трасс наиболее трудные участки: места прохождения трассы через горные перевалы, овраги, по застроенной территории и т.д.

По геологическим и почвенным картам подробно изучаем инженерно-геологические и гидрологические условия вдоль обоих вариантов трассы, и вносим коррективы с целью обхода болот, оврагов, оползней и т.д.

В нашем случае, обе лини проходят через различные препятствия, в результате чего трасса сильно отклоняется от воздушной линии.

Таблица 5

Первый вариант трассы более короткий по своей длине и содержит меньшее число оврагов, и несмотря на то, что второй вариант дороги пересекает меньшее число автомобильных дорог, является более экономичным (табл. 4).

Для заказчика составляется лист согласования, в котором трассу необходимо согласовать с местными дорожными и речными управлениями, промышленными предприятиями, расположенными на территории трассы, ближайшими населенными пунктами т.е. местной администрации.

В нашем случае трасса пересекает автомобильную дорогу, проходит вблизи населенного пункта Снов.

Исходя из этого согласования необходимо провести с:

1) Администрацией населенного пункта Снов.

2) Муниципальными управлениями транспорта и дорог.

3) С лесохозяйственными инстанциями данного участка.

После согласования выбранного положения трассы производим сбор материалов данных управлениях: водное хозяйство, санитарно-эпидемиологический инстанции, отдел капитального строительство предприятий.

Определение углов поворота и их координат

Степень искривления трассы определяется величинами назначенных углов поворота.

Угол поворота – величина в градусной мере, на которую отклоняется трасса от первоначального направления. В результате спрямления линии нулевых работ мы получили 9 углов поворота. Величины в камеральном трассировании определяют по формулам:

Q_пр. = α _n+1 – α _n

Q_л. = α _n – α _n+1 (5)

α = arctg

Значения координат, отметок, дирекционных углов и углов поворота приведены в таблице 5.

Таблица 6

Окончание табл.6

5. Вычисление элементов круговых кривых

Основными элементами круговой кривой являются (рис. 1):

– радиус кривой R, м;

– угол поворота Q;

– тангенс кривой Т (или касательная) - отрезок прямой между вершиной угла и началом или концом кривой;

– кривая К - длина кривой от начала кривой до её конца;

– биссектриса кривой Б - отрезок от вершины угла поворота до середины кривой;

– домер Д - разность между длиной двух тангенсов и кривой.

Рис.1. Элементы круговой кривой

Во время изысканий угол α измеряем, а радиус R назначаем. Остальные элементы вычисляем по формулам, вытекающим из прямоугольного треугольника с вершинами ВУП, НК, О (центр окружности):

;

6. Разбивка пикетажа и вынес пикета на кривую

После спрямления трассы выполняют разбивку пикетажа и вынос главных точек кривых. Пикеты разбиваются через каждые 100 метров. Кроме пикетов отмечают плюсовые точки, т.е. характерные перегибы местности и границы пересекаемой трассой ситуации. При подходе к углу поворота производят вставку кривой, и пикетаж считают по кривой.

Точки начала и конца кривой называются главными точками кривой. Пикетажное значение начала кривой НК и ее конца КК находят по формуле:

ПК НК = ПК ВУП – Т (7)

ПК КК = ПК ВУП – Т + К

Контрольными формулами являются:

ПК КК= ПК ВУП + Т – Д (8)

ПК НК =ПК ВУП – Т

Длина между вершинами:

l=ПК ВУП_n – ПК ВУП_n-1+Д_n (9)

Пример вычисления элементов кривой:

(10)

Данные по всем кривым приведены в ведомости прямых и кривых в табл.7

Составление ведомости прямых и кривых

Таблица7

1) 2Σ Т – Σ К = Σ D = 2*668, 92-1218, 97=118, 87;

2) Σ Q_п – Σ Q_л = α _К – α _Н= 117º 18′ 02ʺ - 145º 39′ 27ʺ + 360º =309º 35′ 45ʺ -337º 57′ 11ʺ +360º =331º 38′ 34ʺ;

3) Σ P + Σ K = Σ S – Σ D =L=2049, 33+1218, 97=3387, 17-118, 87=3268, 3.

1) 2Σ Т – Σ К = Σ D =2*319, 15-620, 57=17, 73;

2) Σ Q_п – Σ Q_л = α _К – α _Н= 38º 48′ 14ʺ -81º 00′ 16ʺ +360º =156º 07′ 18ʺ -198º 19′ 20ʺ +360º =337º 47′ 58ʺ;

3) Σ P + Σ K = Σ S – Σ D =L=1544, 84+620, 57=2183, 14-17, 73=2165, 41.

Так как при параллельном трассировании пикетаж разбиваем не по кривой, а по касательным к ней, то, чтобы не иметь ошибок в отметках точек на закруглениях, особенно на местности со значительным поперечным уклоном, возникает необходимость выноса точек с касательных на кривую. Вынос пикетов на кривую производим известным способом разбивки кривых ординатами тангенсов. Координаты вычисляем по формулам:

(11)

где

Откладываем по линии тангенса от точки НК величину х и по перпендикуляру, восстановленному из найденной точки к касательной, величину у, определяем положение пикета на кривой. Аналогично выносим на кривую и все другие точки.

КК

ПК5

ПК4

НК У ВУП1

Х

ВУП1 ВУП1

ПК4: НК=ПК3+24, 8 à l=75, 2м, ПК5: КК=ПК3+24.8 à l=175, 2м,

, ,

х = 300 * sin = 70, 79 м, х =300 * sin =165.48 м,

у = 300 *(1- cos ) = 10, 23 м. у =300 *(1- cos ) = 49.76 м.

Аналогично выносим на кривую и все другие точки.

ВУП2 ВУП3

ПК9: НК=ПК8+28, 3 à l=71, 7м, ПК11: КК=ПК10+63, 23 à l=36, 77м,

, ,

х = 300 * sin = 71, 05 м, х =250 * sin =36, 65 м,

у = 300 *(1- cos ) = 8, 53 м. у =250 *(1- cos )=2, 70 м.

ВУП3 ВУП3

ПК12: НК=ПК10+63, 23 à l=136, 7м, ПК13: КК=ПК10+63, 23 à l=236, 77м,

, ,

х = 250 * sin = 130, 11 м, х =250 * sin =202, 99 м,

у = 250 *(1- cos ) = 36, 52 м. у =250 *(1- cos )=104, 08 м.

ВУП4 ВУП4

ПК24: НК=ПК23+57, 15 à l=42, 85 м, ПК25: КК=ПК13+57, 15 à l=142, 85м,

, ,

х = 250 * sin = 42, 66 м, х =250 * sin =13, 25 м,

у = 250 *(1- cos ) = 3, 66 м. у =250 *(1- cos )=39, 74 м.

ВУП5 ВУП5

ПК31: НК=ПК29+98, 53 à l=101, 47 м, ПК32: КК=ПК29+98, 53 à l=201, 47 м,

, ,

х = 250 * sin = 135, 25 м, х =250 * sin =180, 43 м,

у = 250 *(1- cos ) = 39, 74 м. у =250 *(1- cos )=76, 95 м.

ВУП6 ВУП7

ПК43: НК=ПК42+25, 34 à l=74, 66 м, ПК47: КК=ПК46+26, 46 à l=73, 54 м,

, ,

х = 500 * sin = 74, 42 м, х =300 * sin =72, 84 м,

у = 500 *(1- cos ) = 5, 56 м. у =300 *(1- cos )=8, 97 м.

ВУП9 ВУП9

ПК54: НК=ПК53+78, 29 à l=21, 71 м, ПК55: КК=ПК53+78, 29 à l=121, 71 м,

, ,

х = 250 * sin = 21, 69 м, х =250 * sin =117, 01 м,

у = 250 *(1- cos ) = 0, 94 м. у =250 *(1- cos )=29, 07 м.

ВУП9

ПК56: НК=ПК53+78, 29 à l=221, 71 м,

,

х = 250 * sin = 195, 84 м,

у = 250 *(1- cos ) = 92, 12 м.

7. Разбивка серпантины

При трассировании дороги по крутому склону часто приходится разбивать линию в виде зигзагов с очень острыми внутренними углами. В этом случае нет возможности сопрягать прямые участки при помощи обычных закруглений, т.к. вследствие большой разности высот между НК и КК и незначительной длины самого закругления получаются большие продольные уклоны, намного превышающие предельные. В связи с этим сопряжение линий на таких участках осуществляется при помощи сложных внешних закруглений, называемых серпантинами. На косогорных трассах серпантины часто проектируют также для обхода оврагов, ущелий и других препятствий.

Основными элементами серпантины являются (рис.2):

1. Основная круговая кривая FDE радиуса R;

2. Две вспомогательные кривые AP и BG c радиусами r₁ и r₂;

3. Две прямые вставки или переходные кривые PF = m₁ и EG = m₂.

Если радиусы вспомогательных кривых и прямые вставки серпантина соответственно равны, т.е. r₁ = r₂ и m₁ = m₂, то она называется симметричной.

Серпантины разрешают устраивать на дорогах III-IV категорий.

Рис.2. Разбивка симметричной серпантины

Расчет симметричной серпантины

При расчете серпантина обычно задаются радиусом основной кривой R, радиусами вспомогательных кривых r, а также величинами прямых вставок.

Основные элементы (β, d, γ, φ ₀), необходимые для разбивки серпантина на местности, вычисляют.

Угол поворота вспомогательной кривой β находится по формуле:

(12)

Расстояние от вершины вспомогательной кривой до центра основной кривой, равно:

(13)

Угол в центре серпантины, определяющий направление на начальную или конечную точки основной кривой, равен:

(14)

а центральный угол основной кривой

(15)

Длина основной кривой

(16)

Пример разбивки симметричного серпантина:

R = 70 м, r = 150 м, m₁=m₂=30 м.

tg = 0, 3614 → β = 39°44'23″,

Т = r * tg = 54, 21 м,

d = 109, 49 м,

γ = 90° - β = 48°,

φ = 111°16′ 36″,

φ ₀ = 360⁰ - 2 152°43′ 24″,

К_вк= 109, 9 м,

К= 186, 49 м.

В ПП устанавливаем теодолит, ориентируемся на вершину предыдущего угла поворота, откладываем величину d и получаем т. М. Из полученной точки откладываем величину Т и получаем т. А – начало серпантина. Из т. М ориентируем прибор на т. О и откладываем угол β. Вдоль полученного направления откладываем величину Т, получаем т. Р – конец вспомогательной кривой. Из т. О ориентируемся на т. М и откладываем угол γ, вдоль полученного направления откладываем величину R – получаем т. F – начало основной кривой. Вторую часть серпантина разбивают аналогично.

Основная кривая разбивается и закрепляется на местности колышками через 3-5 м.