Крайне сложно решить задачу по назначению схемы увлажнения при проектировании городских дорог, где дороги прокладываются в нулевых отметках. Для большинства городов и сельских поселений характерно повышение уровня грунтовых вод в процессе эксплуатации.

Контрольные вопросы

1.Какими факторами оцениваются природные условия?

2.Чем определяется рельеф местности?

3.Какие существуют элементы рельефа?

4.Какой рельеф относится к трудным участкам пересеченной местности?

5.Чем характеризуются геологические условия?

6.Какие теплофизические характеристики дорожной одежды и грунта земляного полотна определяют ВТР дороги?

113

7.Какие источники вызывают увлажнение грунта насыпи?

8.За счет чего возрастает влажность грунта насыпи зимой?

9.Что такое «водно-тепловой режим дорог»?

10.Сколько выделяют периодов в водно-тепловом режиме?

11.Что такое «расчетный период» и что характерно для этого периода?

12.Какие показатели оценивают тепловые свойства земляного полотна и дорожной одежды?

13.В каком случае самые неблагоприятные условия службы дороги?

14.Как обеспечить благоприятный режим по тепловым свойствам?

15.Что такое «пучинообразование» на дорогах?

16.Какие факторы предопределяют условия возникновения пучин?

17.К чему приводит пучинообразование?

18.Какие грунты наиболее склонны к пучениям и почему?

19.По какому принципу выполняется дорожно-климатическое районирование России?

20.Какова цель дорожно-климатического районирования?

21.Что характерно для первой ДКЗ?

22.Что характерно для второй ДКЗ?

23.Сколько выделяют типов местности по увлажнению?

24.На что влияет тип местности по увлажнению?

25.Какие нужно знать характеристики для установления типа местности по увлажнению?

26.Какие имеются методы улучшения водно-теплового режима дорог?

27.Как обосновывается метод регулирования ВТР при проектировании до-

рог?

28.От чего зависит наименьшее возвышение покрытия над уровнем вод?

29.Что такое расчетная схема увлажнения грунта рабочего слоя?

30.Как на участках 2-го типа местности по увлажнению получить первую расчетную схему увлажнения?

31.Как на участках 3-го типа местности по увлажнению получить первую расчетную схему увлажнения?

9.ПРОЕКТИРОВАНИЕПРОДОЛЬНОГОПРОФИЛЯ

9.1.Принципыпроектированияпродольногопрофиля

Продольный профиль является одним из основных проектных документов, который показывает: линию фактической поверхности земли и линию проектируемой поверхности дорожного покрытия по оси дороги; геологические, гидрогеологические условия; наличие пересечений постоянных и временных водотоков; пересекаемых коммуникаций; рабочие отметки насыпи; наличие и тип укрепления кюветов и др.

114

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

Определение положения проектной линии продольного профиля

– один из наиболее ответственных и сложных этапов проектирования автомобильных дорог. На положение проектной линии продольного профиля влияет большое число факторов и условий.

Топографические условия проложения трассы в сильной степени определяют положение проектной линии продольного профиля.

На участках местности со спокойными плавными формами рельефа продольный профиль проектируют по обертывающей, повторяя поверхность рельефа, исключая глубокие выемки и высокие насыпи.

На участках с резко пересеченным рельефом положение проектной линии устанавливают по секущей с устройством чередующихся выемок и насыпей.

При проектировании по обертывающей руководящую отметку назначают из условий:

-незаносимости земляного полотна снегом;

-минимального возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых и поверхностных вод.

Гидрогеологические условия в ряде случаев вынуждают ограничивать глубину выемок в связи с необходимостью обеспечения нормируемого возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод. Несоблюдение этого условия требует строительства дорогостоящих откосных и подкюветных дренажей.

Почвенно-грунтовые и геологические условия во многом влияют не только на положение проектной линии продольного профиля, но и на конструкцию земляного полотна. Эти условия ограничивают высоту насыпей на слабых основаниях и вынуждают по возможности уменьшать глубину выемок. В благоприятных условиях дают возможность проектировать продольный профиль по обертывающей (повторять поверхность рельефа с минимальным возвышением). При этом достигается уменьшение объемов земляных работ и снижается стоимость строительства.

Климатические факторы оказывают значительное влияние на положение проектной линии продольного профиля. На участках, подверженных снежным заносам, всегда стремятся избегать профиля, не обеспечивающего снегозаносов на дороге, выемок (особенно мелких).

Гидрологические условия определяют минимальное возвышение

115

земляного полотна над водопропускными трубами. Во многом определяют высоты земляного полотна на подходах к мостам, а также высоты проезда на самих мостах.

Ситуационные особенности района проложения трассы диктуют прохождение линии продольного профиля через определенные фиксированные точки (пересечения и примыкания автомобильных дорог, пересечения железных дорог, входы в города и населенные пункты, условия прохождения через населенные пункты и т.д.).

Общими требованиями по установлению положения проектной линии продольного профиля независимо от используемого метода проектирования являются:

-соблюдение технических норм проектирования (допустимые продольные уклоны, минимальные радиусы вертикальных выпуклых

ивогнутых кривых, минимальное расстояние видимости и т.д.);

-обеспечение минимальных объемов земляных работ и рационального распределения земляных масс;

-прохождение проектной линии через контрольные точки (фиксированные, полуфиксированные, ограничивающие зоны и т.д.);

-ограничение длин участков с предельными допустимыми укло-

нами;

-ограничение минимальных длин вертикальных кривых одного знака (шаг проектирования) во избежание получения «неспокойной» проектной линии;

-обеспечение зрительной плавности и ясности трассы и связанных с ними уровней удобства и безопасности движения. Эта задача, как правило, решается совместно с проектированием плана автомобильных дорог.

9.2. Назначениеконтрольныхточек продольного профиля

Контрольными точками называют точки продольного профиля, которые определяют высотное положение проектной линии.

Контрольные точки могут быть фиксированными и полуфиксированными [39].

Фиксированными считаются точки, которые точно задают отметку и уклон проезжей части:

отметка покрытия дороги или моста, к которой примыкает данная дорога;

отметка головки рельса на железнодорожном переезде;

116

отметка проезжей части путепровода;

отметка покрытия под путепроводом.

Полуфиксированные точки – это точки, которые ограничивают только вертикальную отметку. Такими точками являются:

возвышение покрытия над снеговым покровом;

возвышение покрытия над горизонтом грунтовых и поверхностных вод;

возвышение покрытия над водопропускными сооружениями (трубами);

возвышение покрытия над границей вечномерзлых грунтов;

возвышение покрытия над подземными коммуникациями;

минимальное расстояние между линией электропередачи и по-

верхностью дороги и пр.

При проектировании продольного профиля вводятся также ограничения по элементам профиля:

максимальный уклон проектной линии;

минимальный радиус вогнутых и выпуклых кривых;

длина прямых вставок в продольном профиле.

Рекомендуемую рабочую отметку дороги определяют по условию:

снегонезаносимости;

обеспечения устойчивости и прочности верхней части земляного полотна и дорожной одежды;

возвышение поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно (более 30 суток) стоящих поверхностных вод, а также над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком или над уровнем кратковременно (менее 30 суток) стоящих поверхност-

ных вод.

Высоту насыпи по условию снегонезаносимости во время метелей на участках дорог, проходящих по открытой местности, следует определять расчетом по формуле

где hр – высота снегонезаносимой насыпи, м; hs – расчетная высота снегового покрова в месте, где возводится насыпь, с вероятностью превышения 5 %, м; h1 – возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова, необходимое для ее независимости, м;

117

h2 – превышение оси проезжей части над бровкой земляного полотна.

Возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового

где bПЧ – ширина полосы движения; bоб – ширина обочины; iПЧ – поперечный уклон проезжей части; iоб – поперечный уклон обочины.

Ширину проезжей части и ширину обочин принимают в зависимости от категории дороги.

Возвышение покрытия над горизонтом грунтовых и поверхностных вод определяют с учетом расположения уровня грунтовых (поверхностных) вод в районе проектирования, вида грунта и дорожно-

где НГВ – глубина залегания грунтовых вод, м; hп – минимальное возвышение поверхности покрытия, принимается по табл. 8.1.

При определении hр следует учитывать принимаемую схему увлажнения рабочего слоя и соответствие требованиям табл. 8.2.

За рекомендуемую высоту насыпи следует принимать наибольшую рассчитанную руководящую отметку покрытия.

Максимальная глубина выемки ограничивается условием возвышения покрытия над уровнем грунтовых вод и условием отведения поверхностных вод от выпадающих осадков.

9.3.Последовательностьпроектирования продольногопрофиля

В настоящее время для проектирования продольного профиля используются два метода: метод тангенсов и графоаналитический метод Н.М. Антонова (по шаблонам). Оба метода равнозначны, но второй метод эффективнее применять при пересеченном рельефе местности, при проектировании развязок в разных уровнях.

Основной принцип, который заложен при проектировании продольного профиля – это обеспечить расчетную скорость движения

118

при минимуме объемов земляных работ. Чаще всего этому соответствует проектирование продольного профиля по обертывающей, когда насыпь приближается к поверхности рельефа, но при этом не исключается и устройство выемок.

При проектировании продольного профиля методом тангенсов сначала назначают контрольные точки по условию снегонезаносимости и возвышению над уровнем грунтовых вод. Через эти точки проводят прямые (тангенсы). Наклоны этих линий ограничивают допустимыми продольными уклонами для данной категории дороги. Первоначально проектный продольный профиль имеет вид ломаной линии. В вершины переломов вписывают вертикальные кривые (выпуклые и вогнутые), минимальные радиусы которых должны быть не меньше допустимых для принятой категории дороги [33], табл. 8.4.

Важным условием при проектировании является принятие шага проектирования – расстояния между контрольными точками, которые определяют высотное положение проектной линии. Обычно рекомендуется назначать шаг проектирования 300 – 400 м.

Последовательность проектирования следующая:

1.По формулам (9.1) – (9.3) рассчитывают руководящую высоту насыпи.

2.По табл. 8.1 в зависимости от дорожно-климатической зоны и исходных данных принимают минимальное возвышение покрытия над уровнем вод.

Из полученных значений руководящей отметки насыпи принимают для проектирования наибольшую величину.

3.В пониженных точках рельефа на черном продольном профиле располагают водопропускные трубы.

4.Определяют минимальное возвышение проектной линии у водопропускных труб:

где D – диаметр (высота) трубы, м; δ – толщина стенки трубы, м; hод – толщина дорожной одежды, м.

Диаметр водопропускных труб назначается по результатам гидравлических расчетов.

5.На высоких участках рельефа (точках водораздела) отмечают точки возвышения из условия снегонезаносимости.

6.Соединяют отмеченные соседние точки между собой. Получают предварительный эскизный продольный профиль, представленный

ввиде ломаной линии.

119

7.Вычисляют на отдельных участках уклоны ломаной линии в

где Н1 – отметка первой (начальной) точки ломаной, м; Н2 – отметка последующей точки, м; l – расстояние между точками (длина), м.

Принято при проектировании: восходящий уклон линии отмечаются знаком «+», нисходящий – знаком «–».

8.Полученные уклоны проектной линии не должны превышать допустимые для данной расчетной скорости (см. табл. 6.2).

Если полученные расчетом уклоны превышают допустимые (табл. 9.1), то производят корректировку продольных уклонов ломаной линии, доводя уклон до требуемого значения. При этом желательно увеличивать отметку низких точек либо устраивать выемку на высокой точке.

9.Вычисляют проектные отметки на каждом пикете, начиная с ПК 0. Поскольку уклон отдельного участка постоянный, то и проектные отметки в пределах этой прямой будут изменяться от одного пикета к другому на равную величину превышения.

Таблица 9.1

Наибольшие продольные уклоны и наименьшие радиусы кривых

В пределах другой прямой, имеющей свой уклон, изменение отметок будет зависеть от уклона этой линии.

120

10. В каждой точке перелома продольного профиля (независимо от величины уклонов сопрягаемых линий) вписывают вертикальные кривые.

Длина вертикальной кривой К (м) определяется по формуле

где R – радиус вертикальной кривой, м; i1 и i2 – уклоны сопрягаемых линий с учетом знака, ‰.

Свод правил (СП) и СНиП рекомендуют применять длины кривых в продольном профиле:

выпуклых – не менее 300 м; вогнутых – не менее 100 м.

Тангенс вертикальной кривой

2

Биссектриса вертикальной кривой

11. Откладывая от точки перелома (вершины) влево и вправо величину тангенса Т, получаем пикетажное значение начала и конца вертикальной кривой.

Следует учитывать, что минимальная длина вогнутой кривой не может быть меньше 100 м, а выпуклой кривой – 300 м. Если условие не выполняется, то необходимо увеличить радиусы вертикальных кривых.

При этом необходимо контролировать условие сопряжения двух смежных кривых:

где Т1 и Т2 – тангенсы смежных вертикальных кривых; l – расстояние между вершинами смежных кривых.

12. После вписывания в вершины переломов проектной линии вертикальных кривых необходимо вычислить отметки проезжей части в пределах вертикальных кривых.

Если вписана выпуклая вертикальная кривая, отметки проектной линии будут меньше, чем по ломаной на величину у:

121

где х – расстояние от начала (конца) вертикальной кривой до рассматриваемой точки, м; R – радиус вертикальной кривой, м.

На равных расстояниях от начала и конца вертикальной кривой поправки равны. Поэтому от записанных в графе «Проектные отметки. Отметки оси дороги» вычитают поправки и получают окончательные проектные отметки в пределах вертикальной кривой. Начальная и конечная точки кривой соответствуют отметкам, полученным по ломаным линиям.

Для вогнутых кривых поправка вводится со знаком «+»:

Вычисления производят для точек начала, конца вертикальной кривой, точек пикетов в пределах вертикальной кривой.

13. На вертикальных кривых (вогнутых и выпуклых) находят точки с нулевым уклоном. Она расположена от начала кривой на расстоянии с:

где R – радиус вертикальной кривой, м; i – уклоны линий перед началом вертикальной кривой, ‰.

Графоаналитический метод проектирования продольного про-

филя автомобильных дорог Союздорпроекта (автор инж. Н.А. Боровков) все еще используется в настоящее время наряду с методами автоматизированного проектирования.

В качестве исходных данных для ручного проектирования служит черный профиль земли по оси дороги, вычерченный на наклеенной на картон миллиметровой бумаге в масштабах: горизонтальный – 1:5000, вертикальный – 1:500 и грунтово-геологический – 1:50.

На чертеж черного профиля в нужных местах наносят фиксированные контрольные точки, прохождение проектной линии продольного профиля через которые является обязательным, ограничивающие точки и зоны, а также контурные ограничения, прохождение проектной линии ниже которых не допускается. Эта информация также выступает в качестве обязательной и для автоматизированного проектирования. К исходным данным относятся также требования технических норм к геометрическим параметрам проектной линии сообразно категории проектируемой дороги: допустимые продольные уклоны и радиусы вертикальных выпуклых и вогнутых кривых, допустимые длины участков с предельными уклонами и т.д.

122

При проектировании продольного профиля используют специальный набор прозрачных лекал, изготовленных в масштабе продольного профиля, с нанесенными на них штрихами в точках кривых с соответствующими уклонами (рис. 9.1) и прозрачный треугольник с нанесенными на нем также в масштабе профиля линиями различных уклонов (рис. 9.2).

Рис. 9.1. Шаблон для проектирования линии продольного профиля автомобильных дорог

Пользование шаблонами вертикальных кривых и треугольником уклонов предполагает обязательным тщательное выполнение чертеж- но-графических работ. Для этой цели нижний обрез шаблона или треугольника должен быть точно сориентирован по горизонтальной сетке миллиметровки, смежные вертикальные кривые должны обязательно сопрягаться между собой в точках с одинаковыми продольными уклонами, прямолинейные участки продольного профиля с заданными уклонами должны сопрягаться со смежными вертикальными кривыми в точках с теми же уклонами и т.д. Технология графоаналитического проектирования линии продольного профиля автомобильных дорог сводится к следующему:

1.На чертеж черного профиля земли по оси дороги наносят все контрольные фиксированные точки, ограничивающие точки и зоны, а также наносят линии контурных ограничений.

2.От руки, сообразуясь с контрольными точками и зонами, на профиль земли по оси дороги наносят эскизную проектную линию, стремясь при этом обеспечить: минимальные объемы земляных работ; продольную компенсацию объемов земляных работ на смежных участках выемок и насыпей; минимальные объемы работ по искусствен-

123

ным сооружениям; минимальные площади отчуждаемых под земляное полотно земель; сочетание элементов продольного профиля с планом автомобильной дороги и т.д. В сомнительных местах эскизную линию контролируют и в необходимых случаях корректируют по допустимой кривизне и допустимым продольным уклонам с использованием шаблонов вертикальных кривых минимальных радиусов для данной категории дороги и треугольника уклонов.

Рис. 9.2. Шаблон для проектирования прямолинейных участков продольного профиля:

1 – рабочая сторона треугольника; 2 – лучи-уклоны; 3 – вертикальная шкала

3.Осуществляют графоаналитическую аппроксимацию эскизной линии с использованием шаблонов вертикальных кривых соответствующих радиусов и треугольника уклонов с одновременным определением координат (пикетажного положения, высот и уклонов) главных точек проектной линии продольного профиля: точек сопряжения элементов и вершин вертикальных кривых. Для этой цели используют либо специальные таблицы, либо элементы продольного профиля непосредственно рассчитывают по формулам.

4.Оформляют чертеж продольного профиля, заполняя графы таблицы продольного профиля «Уклоны и вертикальные кривые» и «Отметки оси дорог» в местах положения ординат главных точек профиля.

5.Рассчитывают проектные и рабочие отметки продольного профиля с заполнением графы «Отметки оси дорог» с использованием

124