Глава 3. Построение полного продольного профиля

3.1 Построение сокращённых продольных профилей

Перед проектированием полного продольного профиля сначала строят сокращённые продольные профиля. После их построения можно увидеть, какой из вариантов трасс наиболее сложный в плане проектирования на нём автомобильной дороги, и, совместив эти данные с результатами трассирования и камеральных работ, выбирают окончательный вариант трассы, полный продольный профиль которого будут проектировать в дальнейшем.

В сокращённом профиле строят только линию земли. Отметки земли находят на каждом пятом пикете способом интерполяции или экстраполяции. Полученная линия наглядно показывает, на каком варианте трассы объёмы земляных работ будут больше, т. е. строительство менее выгодно.

Сокращённые продольные профиля показаны в приложении В.

3.2 Проектирование полного продольного профиля

Выбрав наилучший вариант трассы, проектируют полный продольный профиль.

3.2.1 Нанесение проектной линии на продольный профиль

Проектную линию автомобильной дороги третьей технической категории следует наносить, руководствуясь следующими требованиями:

§  необходимо назначать рабочие отметки не ниже руководящей рабочей отметки, которая зависит от условий снегозаносимости, от дорожно-климатической зоны, от типа грунтов и от уровня грунтовых вод;

§  запрещается проектировать продольный профиль по нулевым отметкам;

§  рекомендуется проектировать продольный профиль с хорошим шагом проектирования. Минимальным является шаг, равный ста метрам;

§  рекомендуется назначать продольные уклоны iр не более 30‰. Если объёмы земляных работ в этом случае очень большие, то для автомобильной дороги третьей технической категории при расчётной скорости 100 км/ч допускается принимать продольный уклон до 50‰ включительно;

§  проектные уклоны должны быть округлены до целых тысячных;

§  высота насыпи и глубина выемки (рабочая отметка) не должна превышать 12 метров;

§  если алгебраическая разность уклонов смежных участков по абсолютной величине превышает 10‰, необходимо проектировать вертикальную кривую;

§  разрешается назначать радиусы вертикальных кривых не менее 70000 метров для выпуклых и не менее 8000 для вогнутых кривых. При расчётной скорости 100 км/ч допускается назначать радиусы для выпуклых кривых свыше 10000 метров и для вогнутых – не менее 3000 метров (в горных районах свыше 1500 метров);

§  горизонтальные кривые в плане и вертикальные кривые в продольном профиле, как правило, следует совмещать, при этом они не должны отличатся более, чем на 100-150 метров. Смещение вершин кривых должно быть не больше одной четвёртой длины меньшей из них. Также следует избегать сопряжений концов кривых в плане с началом кривых в продольном профиле;

§  наибольшее расстояние видимости для встречного автомобиля должно быть 350 метров, а для остановки – 200 метров;

§  на продольном профиле следует разместить грунтовый профиль.

Проектирование выполняют последовательно, переходя от участка к участку. Первоначально на профиле в вертикальном масштабе отмечают проектную отметку ПК0. Затем в соответствии с характером рельефа местности выбирают первую точку перегиба трассы. Отметив ее на профиле и соединив с отметкой ПКО, получают первый участок трассы.

Далее вычисляют уклон i первого участка трассы по формуле

, (3.1)

где ннач - проектная отметка начальной точки участка, м;

hkqh - проектная отметка конечной точки участка, м;

d - горизонтальное расстояние между начальной и конечной точками участка, м.

Для первого участка ННАЧ равна проектной отметке на ПК0, для всех остальных участков - проектной отметке конечной точки предыдущего участка.

Проектную отметку Нкон предварительно определяют на профиле с точностью до 0,5 мм в заданном масштабе. Если точка перегиба проектной линии выбрана так, что она графически совпадает с точкой поверхности земли, то для вычисления уклона в качестве Нкон берут отметку земли.

Все величины в формуле (3.1) должны быть выражены в одних и тех же единицах, поскольку уклон - величина безразмерная. Значение уклона может быть как положительным, так и отрицательным.

Если уклон участка превышает руководящий, необходимо изменить положение точки перегиба трассы, сделав проектную линию более пологой.

3.2.2 Вычисление проектных и рабочих отметок

Если уклон первого участка не превышает руководящий, его значение округляют до целых тысячных и заново вычисляют проектную отметку конечной точки первого участка

НКОН = ННАЧ + id, (3.2)

которая будет отличаться от первоначально принятой отметки за счет округления уклона. Затем вычисляют отметки всех остальных точек участка (пикетов и плюсовых точек) также по формуле (3.2), изменяя лишь расстояние между ними.

Вычисленные отметки записывают в графу «Отметка бровки земляного полотна». В графе «Уклон и вертикальная кривая» предварительно разграничивают участки вертикальными линиями. Если перелом проектной линии не совпадает с пикетом, то с обеих сторон вертикальной линии необходимо указать расстояния от точки перегиба до ближайших пикетов. Направление уклона (понижение или повышение) показывают диагональю. Над диагональю выписывают величину уклона в целых тысячных, под диагональю записывают горизонтальное расстояние в метрах. При проектировании горизонтального участка проводят посередине графы горизонтальную черту, над чертой пишут «0», под ней - длину участка.

Определив проектные отметки на одном участке, рекомендуется сразу вычислить рабочие отметки. Рабочая отметка h представляет собой разность проектной отметки НПР и отметки фактической поверхности земли НЗЕМ в данной точке

h=НПР-НЗЕМ, (3.3)

Рабочие отметки необходимо вычислить на всех пикетах и плюсовых точках. Положительные рабочие отметки показывают высоту насыпи, отрицательные - глубину выемки. Положительные рабочие отметки записывают на 1 см выше проектной отметки, отрицательные - на 1 см ниже линии земли слева от ординаты.

3.3 Проектирование вертикальных кривых

Если алгебраическая сумма или разность уклонов на переломе составляет 10‰ и более промилей для обеспечения плавности хода и условий видимости поверхности дороги необходимо запроектировать вертикальные кривые (ВК).

Точка перелома продольного профиля является вершиной угла (ВУ) вертикальной кривой. На кривой выделяют главные точки: начало (НВК), вершину (ВВК), середину (СВК) и конец (КВК) вертикальной кривой. Точка СВК находится на одинаковом расстоянии от начала и конца кривой. Точка ВВК имеет наибольшую (при выпуклой кривой) или наименьшую (при вогнутой кривой) проектную отметку на вертикальной кривой.

3.3.1 Вычисление элементов вертикальных кривых

Элементы вертикальных кривых: длину кривой Кв, тангенс T в, биссектрису Бв, ординаты промежуточных точек Y находят по формулам

KB = RB(Ii1-i2I), (3.4)

ТB = KB/2 = RB(Ii1-i2I)/2, (3.5)

БB = ТВ2/2RB = КB2/8КB, (3.6)

Y = X2/2RB. (3.7)

Здесь X - расстояние от НКВ или КВК до промежуточной точки, м.

3.3.2 Вычисление пикетажных значений главных точек вертикальных кривых

Пикетажные значения начала вертикальной кривой и конца вертикальной кривой определяют по формулам

ПК НВК = ПК ВУ - ТВ (3.8)

ПК КВК = ПК НВК + КB (3.9)

контроль:

ПК КВК = ПК ВУ + Тв (3.10)

Пикетажное значение СВК совпадает с пикетажным значением ВУ, поэтому вычислять его не требуется.

Если уклоны i1 и i2 имеют противоположные знаки, то необходимо вычислить пикетажное значение вершины вертикальной кривой

ПК ВВК = ПК ВУ + 0,5(11-12) , (3.11)

где величины

I1 = RBIi1I, (3.12)

I2 = RBIi2I

представляют собой отрезки, соответственно от НВК до ВВК и от ВВК до КВК.

При сопряжении уклонов с одинаковыми отметками вершина кривой размещается вне проектируемой кривой. В этом случае вычислять пикетажное обозначение точки ВВК не требуется. Если один из уклонов равен нулю, вершина кривой совпадает с точкой НВК или с КВК.

Пример расчёта вертикальной кривой.

По формулам 3.4, 3.5, 3.6, находят

KB = 10000·(0,044 –0) = 440 м;

ТB = 0,5·*440 = 220 м;

БB = 2202/2·10000 = 2,42 м.

По формулам 3.8, 3.9, 3.11, 3.12 вычисляют пикетажные значения

ПК НВК=ПК11+00 – 220 = ПК8+80;

ПК КВК = ПК8+80 + 440 = ПК13+20;

I1 = 10000·0,044 = 440 м;

I2 = 16000·0,0 = 0 м;

ПК ВВК = ПК11+00 + 0,5(440 - 0) = ПК13+20.

Результаты вычислений элементов вертикальных кривых и пикетажные значения главных точек вертикальных кривых заносят в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Элементы вертикальных кривых и пикетажные значения

ПК ВУ	|i1-i2|	rb, м	Тв, м	Кв, м	Бв, м	ПК НВК	ПК ВВК	ПК КВК
11+00	0,0008	10000	220	440	2,42	8+80	13+20	13+20
17+00	0,077	10000	180	360	1,62	15+20	18+80	18+80
35+25	0,041	16000	328	656	3,362	31+97	38+53	38+53

В графу профиля «Уклон и вертикальная кривая» вносят изменения и дополнения.

Вертикальными линиями отмечают положения начала и конца вертикальной кривой, числами указывают расстояния от точек до предыдущих пикетов. Между вертикальными линиями, в зависимости от вида кривой, изображают условный знак вертикальной кривой и подписывают значения радиуса и длины кривой. Положение ВВК показывают вертикальной стрелкой с указанием расстояния от предыдущего пикета.

3.3.3 Вычисление проектных отметок точек на вертикальных кривых

Проектные отметки начала и конца кривой вычисляют по формуле (3.2), используя новые значения длин участков.

Для остальных точек вертикальной кривой (пикетов и плюсовых точек) находят абсциссы X, представляющие собой для точек, лежащих в пределах от НВК до ВУ, разности пикетажных обозначений точки и НВК, а для точек, лежащих в пределах от ВУ до КВК, разности пикетажных обозначений КВК и точки. Затем в соответствии с выражением (3.7) вычисляют ординату Y. Для выпуклой кривой проектные отметки точек уменьшают на соответствующие ординаты Y, для вогнутой кривой увеличивают. Проектную отметку на ВУ уменьшают или увеличивают на величину биссектрисы вертикальной кривой.

Результаты расчетов оформляют в виде таблицы 3.2. В графу «Отметка бровки земляного полотна» заносят новые данные, исправив ранее полученные значения.

Таблица 3.2 – Отметки точек на вертикальных кривых

Точка	X	Y	H	Hр
	1 вертикальная кривая
НВК ПК8+80	0	0	117,5	117,5
ПК9+00	20	0,02	125,9	125,92
ПК10+00	120	0,72	121,48	122,2
ПК11+00	200	2	117,1	119,1
ПК12+00	120	0,72	117,1	117,82
ПК13+00	20	0,02	117,1	117,12
ВВК ПК13+20	0	0	117,1	117,1
	2 вертикальная кривая
НВК ПК15+20	0	0,00	117,1	117,1
ПК16+00	80	0,32	117,1	117,42
ПК17+00	18	0,72	117,1	117,82
ПК18+0	80	0,32	120,7	121,02
ВВКПК18+80	0	0	123,5	123,5
	3 вертикальная кривая
НВК ПК31+97	0	0,00	174,98	174,98
ПК32+00	55	0,00	175	175
ПК33+00	155	0,33	178,44	178,77
ПК33+25	255	0,512	178,5	179,12
ПК34+00	355	1,28	178,2	179,48
ПК35+00	255	2,9	177,39	179,39

Продолжение таблицы 3.2

ПК36+00	250	2	176,125	178,125
ПК37+00	155	0,73	178,66	179,39
ПК38+00	112	0,08	179,92	180
КВК ПК38+53	0	0,00	192,22	180

Вычисленные отметки с учетом вертикального масштаба наносят на профиль и проводят через эти точки кривую. От точек НВК, ВВК и КВК до верхней горизонтальной линии сетки профиля наносят вертикальные линии.

3.3.4 Вычисление рабочих отметок точек на вертикальных кривых

Для определения рабочих отметок в точках начала, вершины и конца вертикальной кривой предварительно вычисляют отметки земли. Для этого необходимо найти уклоны участков фактической поверхности земли, на которые попадают точки НВК, ВВК и КВК, используя формулу (3.1) и не округляя результат.

Числа берут из графы «Фактические данные». Затем, зная пикетажное обозначение точки НВК, ВВК и КВК, по формуле (3.2) находят отметку земли.

Полученные отметки записывают в графу «Отметка земли», заключая их в скобки.

По формуле (3.3) вычисляют рабочие отметки, наносят их на профиль, исправляя и дополняя ранее полученные значения.

Полный продольный профиль показан в приложении 3.

3.4 Определение положения точек нулевых работ

В точках пересечения проектной линии с линией земли рабочая отметка равна нулю. Поэтому эти точки называют точками нулевых работ. Расстояние от пикетов или плюсовых точек до точки нулевых работ определяют по формулам

, (3.13)

,

или x2 = d-x1,

где h1, h2 - рабочие отметки левой и правой точек на профиле, между которыми находятся точки нулевых работ, м;

d - горизонтальное расстояние между этими точками, м.

Полученные значения х1 и х2 округляют до целых метров и выписывают на профиле левее и правее вертикальных линий, проведенных пунктиром из точек нулевых работ до верхней горизонтальной линии сетки профиля. Возможен случай, когда точка нулевых работ попадает на вертикальную кривую. Радиус вертикальной кривой, как правило, значительно больше длины кривой между двумя соседними точками на профиле. Поэтому при вычислении расстояний х1 и х2 кривизной проектной линии можно пренебречь.

3.5 Объёмы земляных работ

После построения полного продольного профиля подсчитывают объёмы земляных работ.

Для этого проводят следующие вычисления: