1.6.5 Промерзание грунта

Промерзание грунта – процесс превращения грунтовой влаги в лед, наступающий при температуре несколько ниже нуля градусов.

Глубина промерзания грунта зависит от температуры воздуха, влажности грунта, толщины снежного покрова, вида грунта.

При промерзании грунта его сопротивление механическим воздействием возрастает иногда в 100 раз, что оказывается принципиальным моментом для принятия конкретных организационных технологических решений.

Значения глубины промерзания по месяцам, для Московской области.[3]

Суглинков глин – 1,35м

Пылеватых и мелких песков- 1,64м

Песков крупных, средней крупности – 1,76м

Крупнообломочных грунтов – 2,0м

Данные таблицы 1.4 сведены в дорожно – климатический график (приложение Б).

1.6.6 Ветер

Ветер – движение воздуха относительно земной поверхности. В понятие ветер включают числовые значения скорости ветра в м/с и румбы направления ветра (С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, З, СЗ).

Центральными месяцами зимы и лета, являются январь и июль

Направление и скорость ветра следует учитывать при следующих обстоятельствах:

1. при определении местоположения производственных предприятий, складских территорий, чтобы избежать загрязнения близлежащих населенных пунктов, зон проживания и отдыха работающих;

2. при проектировании карьеров дорожно – строительных материалов;

3. при проектировании снегозадержания в местах грунтовых карьеров, предназначенных для разработки в зимнее время;

4. в расчетах времени остывания материалов в период строительства, при их перевозке, укладке и твердении;

5. для предупреждающих мероприятий определения направления в зимнее время наноса снежных масс на автомобильные дороги, особенно в период метель.

Значения скорости ветра и повторяемости направлений ветра для Московской области сведём в таблицу 1.5 [4]

Таблица 1.5 - Скорость ветра (м/с) и повторяемость направлений ветра (%)

месяц	характеристика	румбы								штиль
		с	св	в	юв	ю	юз	з	сз
январь	повторяемость направлений ветра, %	9	7	7	15	16	20	13	13	7
июль		17	10	10	8	6	11	16	22	12
январь	скорость ветра м/с	4	3,1	3,5	4,5	4,9	4,1	4,1	4,4	-
июль		3,8	2,9	3	3,4	3,4	3,3	3,4	3,9	-

Данные таблицы 1.5 сведены в график розы ветров (приложение В).

2. Назначение категории дороги, расчет и обоснование технических нормативов

В соответствии с составом и перспективной интенсивностью движения на 20-ти летний период 4070 авт./сут., находим приведенную к легковому автомобилю перспективную интенсивность движения, используя табл. 2 СНиП 2.05.02-85*

Таблица 2.1 – Расчет приведенной интенсивности движения

Вид автомобилей	Состав в %	Интенсивность движения, авт./сут.	Коэффициент приведения	Интенсивность движения, прив. ед./сут
Легковые	50	2035	1,0	2035
Автобусы	5	204	4,0	816
Грузовые
До 2 т	3	123	1,5	185
2 – 5 т	5	204	2,0	408
5 – 8 т	13	530	2,5	1325
Более 8 т	12	489	3,0	1467
Тягачи с прицепами	12	489	4,0	1956

Коэффициент привидения в СНиП 2.05.02-85. Приведенная интенсивность движения N=8192 соответствует II категории. Анализируя условия рельефа (равнинный), слабую его пересеченность, руководствуясь таблице 3 СНиП 2.05.02-85, назначаем расчетную скорость движения одиночного автомобиля V_р=120 кмч. Далее производим расчет основных элементов плана, продольного и поперечного профилей.

В соответствии с перспективной интенсивностью движения на 20-ти летний период, указанной в задании устанавливаем II техническую категорию дороги с двумя полосами движения. Анализируя условия рельефа (равнинный), слабую его пересеченность, руководствуясь таблицей 2.2 и Примечания к таблице, назначаем расчетную скорость движения одиночного автомобиля V_р=120 кмч.

Радиусы кривых в плане не должны быть меньше значений, определяемых по формулам: минимальный радиус кривой в плане без устройства виража (2.1) где V - расчетная скорость, км/ч;  - коэффициент поперечной силы, принимаемый равным 0,15 - для автомобильных дорог II-V категории , iп- поперечный уклон двускатного поперечного профиля проезжей части, ‰. минимальный радиус кривой в плане с устройством виража: (2.2) где iв - уклон виража, ‰.

Наименьший допустимый радиус (м) горизонтальных кривых в плане без устройства виража определяем расчетом при заданной скорости движения (V_р=120 км/ч) по формуле:

где - коэффициент поперечной силы; из условия обеспечения удобства езды пассажиров за расчетное значение можно принять =0,15 [5,табл.4.1];

i_п - поперечный уклон проезжей части i_п=0,020;

Для повышения безопасности и удобств движения на горизонтальных кривых в плане при R =2000 м обычно предусматривают устройство виража, тогда минимальный радиус кривой составит:

Расчетное расстояние видимости определяется по двум схемам:

а) видимость поверхности дороги - это расстояние S₁, м, на котором водитель может остановить автомобиль перед препятствием на горизонтальном(i_пр=0) участке дороги:

(2.3)

где V - расчетная скорость движения, км/ч;

К_э - коэффициент эксплуатационного состояния тормозов, К_э=1,4;

t_р - расчетное время реакции водителя в секундах

Δ- расстояние безопасности, Δ=5...10;

 - коэффициент продольного сцепления шины, зависит от состояния покрытия; в расчетах принято  = 0,5 для случая влажного покрытия;

i_пр - продольный уклон участка дороги; продольный уклон может изменяться от i_пр=0 (горизонтальный участок) до i_пр400,04 на участках подъема или на спусках дороги.

б) встречного автомобиля – расстояние видимости S₂,складывается из суммы остаточных путей двух автомобилей:

(2.4)

Радиусы вертикальных кривых определяют:

выпуклых - из условия обеспечения видимости дороги по формуле:

(2.5)

где h₁- возвышение глаза водителя над поверхностью дороги h₁=1,2м;

Минимальный радиус вогнутой вертикальной кривой определяется из условия обеспечения видимости поверхности дороги в свете фар автомобиля, двигающегося в темное время суток с расчетной скоростью, по формуле:

(2.6)

где V_р – расчетное расстояние видимости поверхности дороги в метрах, определяемое в соответствии с расчетной скоростью автомобильной дороги или участка дороги;

Таблица 2.2 - Основные параметры и нормы

Наименование показателей	Ед. изм.	Получено расчетом	Рекомендуем	Принятое в проекте
Перспективная среднесуточная интенсивность движения	ед./сут	8192	6000-14000	8192
2. Расчетная скорость движения автомобилей	км/ч	-	120	120
3.Число полос движения	шт	-	2	2
4. Ширина полосы движения	м	-	3,75	3,75
5. Ширина земляного полотна	м	-	15,0	15,0
6. Ширина проезжей части	м	-	7,5	7,5
7. Ширина обочин	м	-	3,75	3,75
8.Наименьшая ширина укрепленной полосы обочины	м		0,75	0,75
9. Наибольший продольный уклон	‰	-	40	40
10. Наименьшая расчетная видимость: а) поверхности дороги; б) встречного автомобиля	м м	175 350	250 450	250 450
Наименьший радиус кривых в плане: а) без устройства виража; б) с устройством виража	м м	- -	<2000 >2000	<2000 >2000
12. Наименьшие радиусы вертикальных кривых: а) выпуклых; б) вогнутых	м м	12761 2216	15000 5000	15000 5000
13. Наименьшая длина вертикальных кривых: а) выпуклых; б) вогнутых	м м	- -	300 100	300 100

Вывод. В настоящем разделе была составлена таблица 2.2. При её составлении кроме данных расчета учитывались значения методических рекомендаций. Для проектирования были приняты наибольшие значения, полученные расчетом или рекомендуемые.

3 Проектирование участка дороги

3.1 Проектирование плана трассы

Трасса дороги должна удовлетворять требованиям удобного и безопасного движения автомобиля, при этом длина ее должна быть возможно меньшей. [6] Трасса должна огибать рельеф местности так, чтобы ее уклоны были по возможности минимальными и при строительстве не требовалось выполнение большого объема земляных работ.

В проекте выполнено трассирование по карте в горизонталях методом полигонального трассирования (традиционным методом).

Основные положения полигонального метода трассирования:

1) Заданные точки (с направлениями уже построенных участков дороги) соединяем прямой, а вдоль нее просматриваем ситуацию и рельеф, при этом намечаем участки, где проложение дороги нецелесообразно (пересечение населенных пунктов, болота и озера, крупные склоны, овраги и т.д.);

2) Намечаем варианты обхода препятствия (препятствие должно быть внутри угла) и выбираем оптимальный вариант, имеющий минимальную длину, меньшее количество углов поворота и т.д.

3) При этом трасса принимает вид ломаной линии. Изломы дороги смягчаем, вписывая в их углы кривые возможно больших радиусов (3000 м и более), но всегда сумма тангенсов двух смежных кривых не должна быть больше расстояния между вершинами углов.

Удлинение дороги, вызванное введением углов поворота, характеризуется коэффициентом развития, равным отношению фактической длины дороги к длине прямой (воздушной) линии.

Каждое изменение направления трассы определяется углом поворота, который измеряют между продолжением направления трассы и новым направлением. Углы поворота последовательно нумеруют вдоль дороги-по ходу трассы. Чтобы запроектированную трассу можно было точно воспроизвести на местности, ее ориентируют относительно сторон света. Для этого вычисляют румбы прямых участков трассы.

Различают следующие геометрические элементы закругления: угол , радиус R, кривую К, тангенс Т, биссектрису Б, домер Д. [7]

Т – тангенс - расстояние от вершины угла до начала кривой,

(3.1)

К – кривая – расстояние от начала кривой до ее конца,

(3.2)

Б – биссектриса – расстояние от вершины угла поворота до середины кривой,

(3.3)

Д – домер – разница между двумя тангенсами и кривой,

(3.4)

При назначении радиусов кривых 2000 м и менее для обеспечения безопасного движения автомобилей с наибольшими скоростями необходимо проектировать виражи с односкатным поперечным профилем. Отгон виража, т. е. переход от двухскатного профиля к односкатному, осуществляется на протяжении переходной кривой.

Переходная кривая – кривая переменного радиуса с постоянным уменьшением от бесконечности (на прямой) до радиуса круговой кривой.

При устройстве переходных кривых круговая кривая сохраняется только на протяжении, измеряемым углом , уменьшенном на 2 , т. е. центральный угол круговой кривой будет равен  - 2 , где  - угол, образованный касательными в начале и в конце переходной кривой.

Разбивка переходных кривых возможна при соблюдении условия 2.

На проектируемой автомобильной дороге отсутствуют такие искусственные сооружения, как мосты, путепроводы, что значительно облегчает её проектирование, а также снижает расходы и сокращает сроки строительства. В пониженных местах и при пересечении ручьев устраиваем трубы. При этом минимальная высота насыпи над трубами:

(3.5)

где d - отверстие трубы: диаметр круглой или высота прямоугольной трубы, м;

- толщина стенки трубы, = 0,12-0,16 м;

h₃ - минимальная толщина засыпки над трубой, принимаем равной толщине дорожной одежды, но не менее 0,5 м.

Итак, минимальная высота насыпи над трубами:

3.2 Продольный профиль

Продольным профилем дороги называют развернутую в плоскости чертежа проекцию оси дороги на вертикальную плоскость, изображенную в уменьшенном масштабе.

Продольный профиль вычерчиваем на миллиметровой бумаге в масштабах: горизонтальный 1 :5000, (в 1 см – 50 м); вертикальный 1 : 500, (в 1 см – 5 м); грунтовый разрез 1 : 100, (в 1 см – 1 м).

1. Рекомендуемую рабочую отметку земляного полотна устанавливаем из двух условий:

а) возвышение поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно (более 30 суток) стоящих поверхностных вод определяют по формуле:

(3.6)

где h₁ - наименьшее возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод, м

h_гв – глубина залегания грунтовых вод, м

b – ширина проезжей части дороги, м

i₁ – поперечный уклон проезжей части, в тысячных долях

б) возвышение поверхности покрытия над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком или над уровнем кратковременно (менее 30 суток) стоящих поверхностных вод определяется по формуле:

(3.7)

где h₂ – наименьшее возвышение поверхности покрытия над уровнем поверхности земли, м

2. Земляное полотно на участках дорог, проходящих по открытой местности, по условиям снегонезаносимости во время метелей следует проектировать в насыпи, высота которых определяется расчетом по формуле:

(3.8)

где h_рек - высота снегонезаносимой насыпи, м;

h_сп - расчетная высота снегового покрова с вероятностью превышения 5%, м, принимаем заданную h_сп = 0,5м (см. приложение);

h - возвышение бровки дороги над расчетным уровнем снегового покрова, необходимое для ее незаносимости снегом, м [8,п.6.33]

a – ширина обочины, м

b – ширина проезжей части дороги, м

i₁ и i₂ – поперечные уклоны проезжей части и обочины, в тысячных долях

В расчет принимаем рекомендуемую рабочую отметку, наибольшую из двух условий: h_рек = 1,5м

Следовательно, рекомендуемая рабочая отметка составит 1,5 м. Контрольные точки расположены над трубами и имеют отметку 2,2 м.

Отметки проектной линии при проектировании относятся к бровке земляного полотна.

При этом нулевые рабочие отметки устанавливаем в местах заезда и съезда с дороги, на пересечениях и примыканиях других автомобильных дорог.

Нанесение проектной линии осуществляется сопрягающими прямыми участками проектной линии с последующим вписыванием в их переломы вертикальных кривых и поправок к рабочим отметкам, найденным по тангенсам.

Элементы вертикальных кривых вычисляются по приближенным формулам:

Кривая К = R(i₁-i₂)

Тангенс Т = Т/2

Биссектриса Б = Т²/2R,

где R – радиус вертикальной кривой;

i₁, i₂ – сопрягаемые уклоны в тысячах

Проектная линия трассы нанесена в основном по обертывающей в рекомендуемых рабочих отметках.

Продольный профиль приведен в приложении Ж.

3.3 Поперечные профили земляного полотна

Поперечные профили являются поперечными разрезами дороги и представляют собой схематический чертеж конструкции земляного полотна совместно с дорожной одеждой и системой водоотвода.

При проектировании поперечных профилей необходимо выдержать требования, предъявляемые к земляному полотну автомобильных дорог. Оно должно обеспечивать: безопасность движения транспортных средств; сохранять проектные очертания и требуемую прочность в течение заданного срока службы; не нарушать ландшафт местности; не подвергаться образованию просадок и морозного пучения; быть не заносимым снегом или песком.

На основе решений по продольному профилю (рабочим отметкам) и типовым поперечным профилям земляного полотна автомобильных дорог общего пользования с учетом рельефа местности, почвенно-грунтовых, геологических, гидрологических и климатических условий назначаются поперечные профили земляного полотна. [7]

Поперечные профили конструкций земляного полотна, различающиеся конфигурацией, высотой насыпи или глубиной выемки, крутизной откосов или другими показателями, обозначают тип 1,тип 2 и т.д.

Номер типа поперечного профиля конструкции земляного полотна указывают в таблице - сетке под продольным профилем автомобильной дороги.

Количество поперечных профилей земляного полотна должно полностью характеризовать его по всему запроектированному продольному профилю. Обычно характерным являются поперечные профили в нулевых местах, в насыпях до 1,2 м с боковыми кюветами, в насыпях и выемках до 3 м, в более высоких насыпях до 6 м, в высоких насыпях высотой от 6 м до 12 м, в выемках глубиной до 1 м, в выемках глубиной более 1 м и на косогорах - в насыпи и в выемке. В нашем случае принимаем следующие типы поперечных профилей:

Тип 1. Насыпь до 1,2 м с боковыми кюветами.

Тип 2. Насыпь до 3 м.

Тип 3. Насыпь до 6 м.

Типы поперечных профилей приведены в приложении И.