Проектирование дороги в продольном профиле

ЛЕКЦИЯ № Проектирование дороги в продольном профиле

1. Продольным профилем автомобильной дороги называется графическое изображение вертикальной проекции бровки земляного полотна дороги на плоскость.

При проектировании дороги в продольном профиле необходимо соблюдение следующих основных требований: безопасности и плавности движения транспортных средств с расчетными скоростями, устойчивости земляного полотна и дорожной одежды, а также минимума земляных работ. Проектная линия дороги должна согласовываться с рельефом местности, проходить через отметки контрольных точек. Безопасность и плавность движения достигается правильным подбором радиуса вертикальных кривых, величин уклонов спусков и подъемов участков дороги и их последовательного размещения, соблюдением шага проектирования. Устойчивость и долговечность земляного полотна обеспечивается необходимым возвышением бровки земляного полотна над поверхностью земли с учетом местных условий, обеспечением дорожного водоотвода и соблюдением других эксплуатационных требований. Минимум земляных работ достигается оптимальными параметрами высоты насыпи и глубины выемки, а также их смежным размещением. В процессе проектирования следует увязывать элементы плана, продольного и поперечного профилей дороги между собой и с окружающим ландшафтом.

Таким образом, при проектировании дороги в продольном профиле необходимо учитывать приведенные ниже требования.

1. Допустимые величины продольных уклонов. Они зависят от рельефа местности, характера движения автомобилей по дороге. Наибольший уклон не должен превышать допустимого для данной категории дороги исходя из технических условий и эксплуатационных требований СНиП 2.05.02–85  (см. табл. 1.2).

В сложных условиях местности допустимые уклоны могут увеличиваться на 10 ‰. Для обеспечения плавности пути дорогу проектируют с возможно минимальными уклонами, если это не приведет к значительному увеличению объема земляных работ. Наименьшие продольные уклоны на участках, проходящих в выемке, должны быть для глинистых грунтов не менее 5‰, для песчаных – 3‰ [3]. Минимальный уклон задается для обеспечения водоотвода с земляного полотна.

2. Рекомендуемая рабочая отметка бровки земляного полотна (высота насыпи). Дорога должна проходить по возможности в невысокой насыпи (0,5 – 1,0 м), высота которой принимается в зависимости от климатической зоны, типа местности, характера и степени увлажнения поверхностными и грунтовыми водами, вида грунтов и др. (табл.2.2).

Для дорог низших категорий, исходя из опыта эксплуатации существующих, нормы могут быть уменьшены наполовину. По возможности необходимо избегать устройства высоких насыпей и глубоких выемок, особенно для дорог низших технических категорий.

Т а б л и ц а 2.2. Рекомендуемое возвышение основания дорожной одежды

Рекомендуемые материалы

II климатической зоны для условий Республики Беларусь [8 ]

3. Наименьшие радиусы вертикальных выпуклых и вогнутых кривых. Минимальные радиусы выпуклых кривых для дорог IV категории – 5000 (2500) м, V – 2500 м; вогнутых – соответственно 2000 (1500) и 1500 м. В скобках указан радиус для сложных условий рельефа. В благоприятных условиях местности радиусы выпуклых кривых рекомендуется принимать не менее 5000 м [10].

4. Расстояние между вершинами переломов проектной линии дороги (шаг проектирования). Минимальное расстояние между соседними переломами трассы для дорог III категории составляет 200 м, IV – 150, V, 1-с, 2-с – 100 м, 3-с – 50 м. При нанесении проектной линии для обеспечения плавности следует избегать ее частых переломов,  проектировать дорогу с наибольшим шагом.

5. Отметки контрольных точек. Контрольными точками являются: отметки бровок дорог равной или более высокой технической категории, пересекаемых проектируемой дорогой в одном уровне; отметки насыпей над трубами, высота моста и др. Прохождение проектной линии увязывают с указанными отметками.

Подходы к мостам размещают на прямых отрезках длиной не менее 10 м с учетом вставки вертикальных кривых. Точка перелома проектной линии на подходах к мосту должна быть на расстоянии (считая от моста) не менее длины тангенса вертикальной кривой плюс минимальное расстояние от моста до конца вертикальной кривой. Отметки проезжей части моста и над трубой являются контрольными для проведения проектной линии на профиле в этих точках. Высота насыпи на подходах к мосту должна быть выше уровня подпертого горизонта воды не менее чем на 0,5 м.

Проектирование дороги в продольном профиле относительно земной поверхности может производиться по методу обертывающей, секущей и комбинированным методом.

Первый метод используется в условиях равнинной и слабопересеченной местности, второй – пересеченной, холмистой. Дорогу местного значения в продольном профиле стремятся проектировать по обертывающей или сочетая оба метода – комбинированным.

При проектировании по обертывающей проектную линию наносят, повторяя изгибы поверхности земли, с соблюдением рекомендуемых рабочих отметок, уклонов отрезков, шага проектирования и других условий.

Проектирование дорог низших технических категорий в благоприятных грунтовых и гидрологических условиях при равнинном и слабохолмистом рельефе выполняют в насыпях высотой 0,3 – 0,5 м. В условиях равнинной местности проектная линия может иметь нулевой или близкий к этому уклон. Нанося проектную линию параллельно поверхности земли, следует избегать ее частых переломов. Расстояние между точками перелома продольного профиля (шаг проектирования) должно быть по возможности большим.

В условиях холмистого, сильно пересеченного рельефа при проектировании дорог низших технических категорий стремятся применять метод по обертывающей. Но на участках с большими продольными уклонами, при пересечении возвышенностей, оврагов, на подходах к искусственным сооружениям и в некоторых других случаях проектную линию наносят по секущей. Плавность проектной линии обеспечивают выбором такого шага проектирования, который позволяет разместить тангенсы чередующихся вертикальных кривых с радиусами не менее минимальных (табл. 1.2).

При проектировании по секущей взаимное расположение насыпей и выемок устанавливают из условий наилучшего обеспечения баланса земляных работ в смежных насыпях и выемках (продольное перемещение грунта из выемок для создания насыпей).

Работа по нанесению проектной линии дороги в продольном профиле ведется в приведенной ниже последовательности.

1. В соответствующую строку сетки продольного профиля (строка 7) выписываются отметки контрольных точек трассы дороги.

2. Устанавливается оптимальная рабочая отметка на начальном  и конечном пикетах  проектируемой линии.

3. Совместив линейку (лучше пользоваться прозрачной линейкой) с начальной точкой дороги, отмечают пикет (или плюсовую точку), на котором положение проектной линии в наибольшей степени соответствует перечисленным выше требованиям.

4. На данном пикете к отметке поверхности земли добавляют величину рекомендуемой рабочей отметки (табл. 2.2) и получают предварительную проектную отметку конца первого запроектированного участка дороги. Аналогично проектируют последующие участки, принимая ранее определенные отметки точек перелома проектной линии за исходные.

5. При подходе к контрольной точке (мосту, трубе и др.) проектирование удобнее вести с двух сторон. Изломы проектной линии рекомендуется совмещать с пикетами или плюсовыми точками.

2. Вычисление уклонов проектной линии,

отметок бровки земляного полотна и рабочих отметок

После нанесения проектной линии дороги в продольном профиле определяют продольные уклоны каждого ее отрезка.

Уклон проектной линии выражается в промиллях (‰). При определении уклона отрезка проектной линии определяются высотные отметки его начала Н₁ и конца Н₂. Отметки снимаются графически с продольного профиля дороги и заносятся в строку 6 «Отметки бровки земляного полотна».

Находится превышение между отметка (h):

                                     

                                       ,                                              (2.3)

где Н₁ и Н₂ – соответственно высотные отметки начала и конца отрезка проектной линии, м.

Продольный уклон (i) вычисляют по формуле

где h – превышение между отметками начала и конца запроектированного отрезка дороги, м;

l – протяженность запроектированного отрезка дороги, м.

Значения продольного уклона каждого отрезка проектной линии и величины его горизонтального проложения заносятся в графу «Уклоны трассы и вертикальные кривые», где делается запись  (уклон указывается в промилле, черта сносится параллельно запроектированному участку дороги).

Отметки бровки земляного полотна вычисляются во всех пикетах и плюсовых точках по формуле

где – отметка искомой точки, м;

 – отметка предыдущей точки, м;

l –  расстояние между этими точками, м;

i – уклон запроектированного отрезка дороги.

Значения полученных отметок указываются в строке 6 продольного профиля «Отметки бровки земляного полотна».

Рабочие отметки определяются как разность между проектными и отметками земной поверхности на каждом пикете и плюсовой точке. Они рассчитываются с точностью до 0,01м и выписываются над проектной линией – для насыпей, под ней – для выемок.

3. Расчет параметров вертикальных кривых

и их вписывание. Определение поправок в рабочие отметки

и местоположения точек «нулевых» работ

Для обеспечения плавности движения и лучшей видимости поверхности проезжей части в переломы проектной линии продольного профиля вписываются вертикальные кривые возможно больших радиусов.

На дорогах низших технических категорий вертикальные кривые вписываются при алгебраической разности уклонов 20‰ и более. Минимальные значения радиусов вертикальных выпуклых и вогнутых кривых (R) определены СНиП 2.05.02–85 и приведены в табл. 1.2.

Параметры вертикальных кривых K, T, Б определяют по специальным таблицам или вычисляют по следующим формулам:

где  K – длина вертикальной кривой, м;

R – радиус вертикальной кривой, м;

i₁, i₂ – уклоны сопряженных запроектированных отрезков дороги, тыс ;

T – тангенс вертикальной кривой, м;

Б – биссектриса вертикальной кривой, м.

Определяя длину кривой, необходимо правильно учесть знаки уклонов отрезков. В целом, если уклоны одноименные, то их значения вычитают, если разноименные – суммируют.

При малой разности уклонов сопрягаемых запроектированных отрезков величины радиусов вертикальных кривых нужно увеличивать с таким расчетом, чтобы длины кривых были не менее 20 м, а величины биссектрис – не менее 5 см.

Вертикальные кривые отображаются графически в виде выгнутых (выпуклые кривые) или вогнутых (вогнутые кривые) скоб в строке 5 продольного профиля «Уклоны трассы и вертикальные кривые» в принятом масштабе. При этом положение вершины вписанной кривой соответствует вершине перелома проектной линии.

После определения параметров вертикальных кривых и их вписания вводят поправки в рабочие отметки на отрезках этих кривых.

Значение поправки  рассчитывается по формуле

                                ,                                                         (2.9)

где  у – значение поправки, м;

х – расстояние от начала или конца вертикальной кривой до пикета (плюсовой точки), в рабочую отметку которой вносится поправка, м;

R – радиус вписанной вертикальной кривой, м.

Поправка определяется с точностью до 0,01 м и вносится со знаком минус в рабочую отметку при выпуклой кривой и плюс – при вогнутой. Исходные рабочие отметки берутся с продольного профиля с учетом знака.

Расчет поправок можно вести в табл. 2.3.

Т а б л и ц а 3. Расчет поправок к рабочим отметкам продольного профиля

Учитывая параметры вертикальной кривой, уточняют длины прямых отрезков дороги. Длина прямого отрезка уменьшится на величину тангенсов двух сопряженных кривых.

Местоположение точек перехода из выемки в насыпь или наоборот (точки «нулевых» работ) вычисляют по исправленным рабочим отметкам ближайших пикетов или плюсовых точек (рис. 2.4).

Рис 2.4. Схема к определению положения точки

«нулевых» работ.

Расстояние от пикета до точки «нулевых» работ (в метрах) определяют по формуле

где X – расстояние от пикета или плюсовой точки до точки «нулевых» работ, м;

 h₁ и h₂ – рабочие отметки соответственно на предыдущем и последующем пикетах, м;

 l – расстояние между пикетами, м.

4. Определение местоположения кюветов

и типа их укрепления

Для предохранения дорожного полотна от отрицательного воздействия поверхностных вод проектируют водоотводные сооружения. Наибольшее распространение на дорогах местного значения получили кюветы.

Кюветы проектируют в выемках, точках «нулевых» работ и в насыпях до 0,5 м. Наиболее часто принимают нормальный кювет трапецеидального сечения глубиной 0,7 – 0,8 м, шириной по дну – 0,4 м и крутизной откосов 1:1; 1:1,5.

Продольный уклон кювета назначается равным уклону дороги на данном отрезке. Если на отдельных участках насыпи высотой менее 0,5 м проектная линия имеет уклон менее 0,005 и увеличение уклона или высоты насыпи является нецелесообразными, то для обеспечения нормального стока воды по кюветам уклон дна кювета задают непараллельно проектной линии. Дну кювета придают минимально допустимый уклон (не менее 5‰).

Для предохранения кюветов от разрушения и размыва поверхностными водами на участках со значительными уклонами предусматриваются укрепление дна и откосов кюветов различными местными дорожно-строительными материалами, устройство перепадов или лотков-быстротоков.

При уклонах от 10 до 30‰ намечают укрепление дна и откосов кювета одерновкой, при  30 – 50 ‰ – мощение камнем, более 50 ‰ устраивают перепады и быстротоки.

При прохождении в продольном профиле  проектной линии в выемке положение (границы) кюветов определяется визуально, в случае размещения дороги в точках «нулевых» работ или в насыпи границы кюветов устанавливаются аналитически.

Местоположение начала (конца) кювета при положении дороги в насыпи (рис.2.5) можно рассчитать по формуле

где h₁ – меньшая рабочая отметка ближайшего пикета или плюсовой точки, м;

h₂ – большая рабочая отметка ближайшего пикета или плюсовой точки, м;

l – расстояние между пикетами или плюсовыми точками, м.

   

Рис. 2.5. Схема к определению границы кювета

         при прохождении проектной линии в насыпи.

Если точкой с наименьшей рабочей отметкой является точка «нулевых» работ, то формула (2.10) примет вид

где L – расстояние от точки «нулевых» работ до ближайшего пикета или плюсовой точки дороги, размещенной в насыпи, м.

Пример. Кювет начинается между ПК8 и ПК9 (рис. 2.6). Рабочие отметки H_ПК8=0,60 и H_ПК9=0,35 м, расстояние между ними – 80 м. Тогда расстояние от ПК9 до начала кювета (формула 2.11) составит

Рис. 2.6. Схема для определения

местоположения кюветов.

Расстояние откладывается от пикета, имеющего меньшую рабочую отметку.

5. Оформление продольного профиля дороги

С учетом выполненных расчетов и других данных оформляют чертеж продольного профиля дороги. Данные профиля (номера и отметки пикетов, расстояния между ними, профиль поверхности земли, грунты по трассе дороги, ситуация, сетка профиля, названия строк) показывают черным цветом, проектные параметры (проектная линия в продольном профиле, проектные и рабочие отметки, водопропускные сооружения и тип их укрепления, данные строк 1 «План трассы», 3, 4, 5,  9 (длины, километры) – красным, местоположение точек «нулевых» работ, гидрография – синим.

Рабочие отметки выписываются на расстоянии 0,5 см над проектной линией для насыпей, под проектной линией – для выемок. Дополнительно указываются рабочие отметки точек переломов трассы дороги, которые не совпадают с пикетами.

На участках вертикальных кривых ранее вычисленные рабочие отметки берут в скобки, а исправленные (см. табл. 2.2) выписывают рядом без скобок.

На профиле над линией условного горизонта синей тушью выписывают расстояния от точек нулевых работ до ближайших пикетов (последующего и предыдущего).

В строке «План трассы» красной тушью вычерчивается трасса дороги с указанием направлений поворотов в виде коротких стрелок. Показывается существующая ситуация местности на 50 м по обе стороны трассы дороги.

Во второй строке указываются грунты по трассе, в третьей – проектируемое покрытие проезжей части дороги.

В строке 4 «Кювет, резерв и тип укрепления» указывается проектируемый тип сооружения, предлагаемое укрепление, расстояния от его начала и конца до ближайших пикетов.

"37 Теория полета космических кораблей" - тут тоже много полезного для Вас.

В строку 5 «Уклоны трассы и вертикальные кривые» параллельно сносят запроектированные отрезки дороги, над ними указывают уклоны (до целых тысячных), а под ними – длины отрезков в метрах (с учетом запроектированных вертикальных кривых). Вертикальные кривые показывают в этой строке в виде скобы, длина которой в масштабе равна длине кривой. Для выпуклой кривой концы скобы направлены вниз, для вогнутой – вверх. Рядом выписывают основные параметры кривой (R, К, Т, Б). В этой же строке указывают расстояния от НК и КК до ближайших пикетов.

Отметки земли по оси дороги и отметки бровки земляного полотна (проектные) выписывают с точностью до 0,01 м вертикально  в 6-ю и 7-ю строки сетки.

Пикеты нумеруют от 0 до 9 между километрами, расстояния полных пикетов (100 м) не указывают, а между плюсовыми точками выписывают с точностью до 1 м (строки 8,9).

Кривые в плане показывают в строке 9 в виде выпуклой дуги вверх (поворот направо) или вниз (поворот налево). В горизонтальном масштабе указываются ее основные элементы (φ, R, K, T, Б, Д), расстояния от начала и конца кривой до ближайших пикетов. В этой же строке сетки у трассы дороги выписывают длины, направления (румбы) прямых отрезков. В нижней части строки показываются километровые столбы в виде круга диаметром 0,5 см красного цвета с заштрихованной правой половиной (приложение 1).

На продольном профиле условным знаком показывают запроектированные водопропускные сооружения (мосты, трубы) и выше (вертикально) – их основные параметры (длину мостов, диаметр труб, их пикетажное положение). Например:

 .