Проектирование продольного и поперечного профилей автомобильной дороги

Нанесение проектной линии на продольный профиль производится при выполнении ряда технических, экономических и эксплуатационных условий.

1.Трасса должна пройти через контрольные точки, строго фиксированные по высоте. Проектная отметка начала трассы принимается равной отметке точки примыкания к существующей автодороги, конец трассы – планировочной отметке стройплощадки. В середине трассы проектные отметки точек пересечения существующих авто- и железных дорог, водотоков через мостовые переходы и т.д. должны быть равны отметкам этих точек. В первую очередь на продольный профиль наносятся контрольные точки. Таким образом, трасса разбивается на ряд самостоятельных участков.

2. Между контрольными точками при помощи нити намечают проектные уклоны. Переломные точки (перегибы проектной линии) принято совмещать с пикетными или плюсовыми точками трассы для последующего упрощения вычислений. Расстояния d между перегибами должны удовлетворять условию d £ d_min. Минимальная длина называется шагом проектирования. При строительстве автодорог d_min = 100 м. Это необходимо для вписывания вертикальных кривых в переломных точках.

Проектные уклоны i должны удовлетворять условию | i | £ i_max. Это необходимо для обеспечения безопасного движения с заданной предельной скоростью и интенсивностью движения. Максимальный уклон для автодорог общегосударственных i_max = 30 ^о/_оо (0.030), республиканских – 40 ^о/_оо , областных – 50 ^о/_оо , районных – 60 ^о/_оо , местного значения – 70 ^о/_оо .

Прикидывают намеченный уклон i = h / d, где h – превышение между переломными точками, определяемыми графически по профилю. Если условие максимального уклона не выполнено, то изменяют положение переломной точки по высоте, или принимают i = i_max И так на всех секциях между заданными контрольными точками. Намеченные точки отмечают на профиле карандашом.

3. На равнинной и слабо всхолмленной местности применяют обертывающее проектирование – расположение дороги на насыпи. Оптимальная высота насыпи 0.5 м. В этом случае земля из кюветов перейдет в насыпь, тем самым будет обеспечен нулевой баланс земляных масс. На пересеченной ( сильно всхолмленной) местности используют секущее проектирование – расположение дороги в выемке на возвышенных местах и на насыпи – в пониженных. При этом необходимо стремиться к соблюдению баланса земляных работ: V_H @ V_В – объем насыпи равен объему выемки на глаз.

Наметив положение проектной линии на профиле в соответствии с заданными условиями, выполняют геодезические расчеты.

Вычисляют проектный уклон намеченной секции: i=(H₂ –H₁ ) / d , где H₁–проектная отметка начала уклона – задана, H₂ - отметка конца уклона – определяется графически по профилю, d расстояние между ними. Уклон округляют до 1 ^о/_оо и записывают в графу уклонов на профиле. По округленному уклону вычисляют проектную отметку Н₂ по преобразованной формуле Н₂=Н₁+i d.

Уточненную отметку Н₂ откладывают на профиле. Если расхождение с первоначально намеченной точкой не более 1 мм, окончательно вычерчивают проектную линию.

Пример по рис.49. Между пикетами 2 и 4 выполнено секущее проектирование. Н_ПК2 = 58.95 запроектирована предыдущей секцией. Графически определили Н_ПК4=56.70. d=200 м. Уклон i =(56.70 – 58.95)/200 = -0.01125. Округляем i = -11 ^о/_оо и записываем в графу 5. Вычисляем Н_ПК4 = 58.95 – 0.011´200=56.75.

При подходе к контрольной точке уклон вычисляют по заданным отметкам конца и начала уклона до 0.1 ^о/_оо Погрешность вычислений за счет округления уклона не должна превышать 3 см.

На рис.49 между ПК4 и ПК6 выполнено обертывающее проектирование. Н_ПК4 = 56.75 задана проектированием предыдущей секции. Н_ПК6 = 59.48 – отметка контрольной точки. Уклон i = (59.48 – 56.75) / 200 =+0.01365. Округленный i = +13.6 ^о/_оо записываем в графу 5.

2. Вычисляют проектные отметки всех точек трассы. Вначале вычисляют отметки пикетов; контролем является повторное получение отметки пикета.

Пример по данным рис.49. Н_ПК3 = 58.95 – 0.011´100=57.85; Н_ПК4 = 57.85 – 0.011´100=56.75 – контроль. Н_ПК5 = 56.75+0.0136´100=58.11; Н_ПК6=58.11+0.0136´100=59.47 – контроль. Расхождение

 

 

-37 -

1 см, допускается 3 см. Далее: Н_ПК4+45=56.75+0.0136´45=57.36; Н_ПК6= 57.36+0.0136´55=58.11 – контроль.

 

 

Рис.49. Продольный профиль трассы автодороги

Графы: 1 – пикеты; 2 – расстояния (10 мм); 3 – отметки земли (15 мм); 4 – проектные уклоны (15 мм); 5 - уклоны в ^о/_оо (10 мм)

 

3. Вычисляют рабочие отметки – высоты насыпей и глубины выемок: h_РАБ = Н_ПР – Н_ЗЕМ -

если плюс, то насыпь и выписывают выше проектной линии; если минус, то выемка и выписывают ниже проектной линии слева от ординаты. См. пример на рис.49. Контроль h_РАБ графически. Расхождение не должно превышать 1 мм.

4. Вычисление расстояний до точек нулевых работ – пересечений проектной линии с линией поверхности земли. Это необходимо при строительстве для фиксирования конца насыпи и начала выемки. Расчет d_H (насыпи) и d_В (выемки) ведется по формулам: d_H=h_H d/(h_H+|h_В|), d_В=|h_В| d/(h_H + |h_В| ), d_H+ d_В=d – контроль Пример по рис.49: d_H = 1.80´100 / (1.80+1.45)=55.4 м, d_В = 1.45´100 / (1.80+1.45)=44.6 м, d_H+ d_В = 100 м – контроль.

. Формулы выведены на основании подобия треугольников насыпи и выемки (см. рис.49) между ПК2 и ПК3): h_H / h_В = d_H / d_В при условии d_H+ d_В=d.

5. Для подсчета объемов земляных работ на поперечные профили наносят проектные поперечные сечения дороги. Форма и размеры поперечного сечения зависят от поперечного профиля местности, положения проектной линии, ширины дороги в и коэффициента заложения откоса K=ctgn=a / h, рис.50; n - угол наклона откоса, а=К h называется заложением откоса. Коэффициент откоса К нормируется строительными нормами в зависимости от грунта. На рис.50 построены откосы с К=1.5. Площади поперечных сечений S1 и S2 определяют графически. Объем земляных работ между двумя смежными сечениями на расстоянии d будет равен V=0.5(S1+S2 ) d .

Расстояния до точек нулевых работ, округленные до 0.1 м, выписывают на профиль слева и справа от ординаты, вычерченной пунктиром.

 

Если в точках трассы не разбиты поперечники, то поперечный уклон принимается за ноль и площадь поперечного сечения вычисляется как S = (в + K h) / h.

 

-38 -

Общий объем земляных работ будет равен сумме объемов отдельных участков между точками трассы с учетом выемки грунта из кюветов.

Расчет вертикальных кривых

При строительстве автодорог в перегибах проектной линии разбивают вертикальные кривые, обеспечивающие плавность движения и видимость встречного движения на выпуклых участках. Расчет ведется по тем же формулам, что и для горизонтальных кривых. Обозначим угол поворота вертикальной кривой w =i₁ – i₂ , где i₁ - уклон предыдущей линии, i₂ - последующей линии. Если плюс – выпуклая кривая, если минус – вогнутая кривая. Так на рис.51 w = -0.011 – 0.014 = - 0.025, вогнутая кривая. Радиусы R вертикальных кривых принимаются большими, исходя из условия R³R_min . Для дорог местного значения R_min=1500 м для вогнутых кривых. При больших R и малых w формулы значительно упрощаются: T @ R w / 2, K @ R w = 2T, Б = T² / 2R .

(T²+R²= (R+Б) ² = R²+2R Б + Б², Т² = Б (2R + Б), Б = Т² / (2R+Б) @Т² / 2R, так как Б пренебрегаемо мало по сравнению с 2R).

 

 

Рис.51. Схема разбивки вертикальной кривой

 

Расчет легко ведется на МК непосредственно в процессе строительных работ. Пример для условий |w |=0.025, R=1500 м : T=1500 м ´ 0.025 / 2 =18.75 м, К=2Т=37.50 м, Б=18.75² / 3000 = 0.117 = 0.12 м. Поправка, равная Б, вводится в проектную отметку переломной точки с плюсом для вогнутой кривой и с минусом для выпуклой кривой.

Детальная разбивка вертикальных кривых ведется способом прямоугольных координат. Задаваясь х от НК=ВУ-Т, вычисляют проектную отметку разбиваемой точки 1: Н₁=Н_НК+i x ± x²/ (2R), с плюсом для вогнутых кривых, с минусом для выпуклых кривых. Аналогично вычисляют для точек от КК.

Наиболее качественно и быстрее проектирование автодороги по высоте можно выполнить на ЭВМ по программе Avplad – «Автоматизация вертикальной планировки автомобильной дороги», разработанная на основе аппроксимации линейных функционалов кубическим сплайном (см методические указания «Программы геодезических расчетов на ЭВМ). При этом способе проектирования отпадает необходимость расчета для разбивки вертикальных кривых, так как проектная линия проходит через переломные точки по кривым.

Программа изысканий и проектирования других линейных сооружений, кроме железных дорог, осуществляются в сокращенном виде. Так при строительстве каналов не разбиваются вертикальные кривые, невозможно соблюдение баланса земляных работ. Трассы подземных коммуникаций проходят в траншеях постоянной глубины. При строительстве линии электропередачи не разбиваются кривые.