Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

Г.И. Гречнева, В.А. Шнайдер

ОЦЕНКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ И БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ

Учебное пособие

2-е издание, переработанное и дополненное

Омск

СибАДИ

2014

1.4.9.Оформление продольного профиля………………………………..…... 47

1.4.10.Проектирование кюветов…………………………………………...….. 50

1.4.11.Поперечные профили земляного полотна………………………..….... 53

1.4.12.Искусственные сооружения…………………………………….…...... 56

1.4.13.Подсчет объемов земляных работ……………………………….…..... 56

3

3.2.1.Создание каталога……………………………………………….............. 92

3.2.2.Создание карточки дороги……………………………………….…….. 94

3.2.3.Создание плана трассы…………………………………………….……. 96

3.2.4.Проектирование поперечного профиля земляного полотна…………. 100

3.2.5.Ввод черных отметок земли……………………………………….……. 102

3.2.6.Проектирование продольного профиля……………………………….. 105

3.2.7.Просмотр и корректировка результатов проектирования

продольного профиля………………………………………………….…….… 109

3.2.8.Оценка проектного решения…………………………………….…….. 112

3.2.9.Оценка безопасности движения……………………………………….. 118

Контрольные вопросы……………………………………………………….… 120

4

Глава 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧАСТКА ДОРОГИ

1.1. Характеристика природных условий района проектирования

По литературным источникам (климатические справочники, энциклопедии, обзоры и прочее) следует дать характеристику природных условий района строительства дороги: климат, рельеф, гидрология, почвенно-грунтовые и геологические условия, растительность.

Вразделе «Климат» следует отразить показатели, необходимые при выборе проектных решений: указать дорожно-климатическую зону, среднегодовые и среднемесячные температуры воздуха, толщину снежного покрова, продолжительность морозного периода, глубину промерзания грунтов, годовое количество осадков и их распределение по сезонам, характерные типы местности по характеру и степени увлажнения, господствующее направление ветров и условия снегонезаносимости дороги [3, 22]. Климатические условия оказывают значительное влияние на количество и режим поверхностных вод, высоту стояния подземных вод, количество, интенсивность и форму осадков, водно-тепловой режим земляного полотна, продолжительность строительного сезона. Особенно большое влияние климатические условия оказывают на условия эксплуатации.

Вразделе «Рельеф» должна быть дана характеристика рельефа района строительства в целом, а также выделены трудные участки пересеченной или горной местности. К трудным участкам пересеченной местности относится рельеф, прорезанный часто чередующимися глубокими долинами с разницей отметок долин и водоразделов более 50 м на расстоянии не выше 0,5 км, с глубокими боковыми балками и оврагами, с неустойчивыми склонами [3, 22, 23]. К трудным участкам горной местности относятся участки перевалов через горные хребты и участки горных ущелий. На трудных участках пересеченной и горной местности, а также в случаях пересечения дорогами земель, занятых особо ценными сельскохозяйственными культурами и садами, допускается, при соответствующем технико-экономическом обосновании, снижение расчетных скоростей движения [23, табл. 3].

Рельеф местности определяет величину применяемых при выборе трассы продольных уклонов, обуславливает необходимость обхода возвышенных или пониженных мест. От рельефа зависит количество воды, поступающей к трубам и малым мостам. От экспозиции вы-

5

бранного для трассы склона зависит водно-тепловой режим земляного полотна. Особенности рельефа сказываются на выборе способов производства работ и месторасположении вариантов трассы.

Вразделе «Почвенно - грунтовые условия» необходимо дать описание грунтов и почв в районе проектирования трассы, которое учитывается при выборе направления трассы. Почва или растительный слой грунта оценивается с точки зрения использования его для укрепления откосов земляного полотна и восстановления (рекультивации) нарушенных в процессе строительства земель. От вида грунта зависят величина возвышения бровки земляного полотна и глубина водоотводных канав, трудность его разработки в процессе строительства, условия пучинообразования и размыва водой откосов земляного полотна и водоотводных сооружений. При проектировании конструкции дорожной одежды учитывается модуль упругости грунта. Грунты являются материалом для постройки земляного полотна и влияют на установление его формы и размеров.

Вразделе «Растительность» дается описание растительности в районе проектирования участка дороги.

Инженерно-геологические условия района проложения трассы обуславливают геологическое строение местности, степень устойчивости горных пород в основании и вблизи земляного полотна, образование угрожающих полотну оползней, осыпей, обвалов, степень трудности разработки грунтов для строительства дороги, наличие или отсутствие местных дорожно-строительных материалов (камня, песка, гравия).

Гидрологические и гидрогеологические условия характеризуются количеством выпадающих осадков, условиями стока и испарения воды, толщиной снежного покрова и интенсивностью весеннего таяния, глубиной залегания грунтовых вод и особенностями их режима, режимов рек и ручьев. Гидрологические условия (условия увлажнения поверхностными водами) определяют количество и величину водопропускных сооружений, влияют на форму и размеры земляного полотна, количество и размеры дренажных сооружений [14].

1.2. Расчет и обоснование технических нормативов

Автомобильная дорога – объект транспортной инфраструктуры, предназначенный для движения транспортных средств и включающий в себя земельные участки в границах полосы отвода автомобиль-

6

ной дороги и расположенные на них или под ними конструктивные элементы (дорожное полотно, дорожное покрытие и подобные элементы) и дорожные сооружения, являющиеся ее технологической частью: защитные дорожные сооружения, искусственные дорожные сооружения, производственные объекты, элементы обустройства автомобильных дорог [16].

Искусственные дорожные сооружения – сооружения, предна-

значенные для движения транспортных средств, пешеходов и прогона животных в местах пересечения автомобильных дорог иными автомобильными дорогами, водотоками, оврагами, в местах, которые являются препятствиями для такого движения, прогона (зимники, мосты, переправы по льду, путепроводы, трубопроводы, тоннели, эстакады, подобные сооружения) [19].

Элементы обустройства автомобильных дорог – сооружения, к

которым относятся дорожные знаки, дорожные ограждения, светофоры и другие устройства для регулирования дорожного движения, места отдыха, остановочные пункты, объекты, предназначенные для освещения автомобильных дорог, пешеходные дорожки, пункты весового и габаритного контроля транспортных средств, пункты взимания платы, стоянки транспортных средств, сооружения, предназначенные для охраны автомобильных дорог и искусственных дорожных сооружений, тротуары, другие предназначенные для обеспечения дорожного движения, в том числе его безопасности, сооружения, за исключением объектов дорожного сервиса [19].

Геометрические элементы автомобильных дорог по способу определения их параметров разделены на две группы: первая – определяемые прямым нормированием и вторая – геометрические элементы, параметры которых могут быть рассчитаны с учетом расчетной скорости, интенсивности движения, требований удобства и безопасности движения, архитектурно-ландшафтного проектирования и местных условий по формулам, номограммам, графикам.

При назначении параметров элементов плана и продольного профиля в качестве основных параметров рекомендуется принимать для автомобильных дорог обычного типа [23]:

–продольные уклоны – не более 30 ‰;

–расстояние видимости для остановки автомобиля – не менее

450 м;

–радиусы кривых в плане – не менее 1000 м;

–радиусы кривых в продольном профиле:

7

а) выпуклых – не менее 10 000 м; б) вогнутых – не менее 3000 м;

–длины кривых в продольном профиле: а) выпуклых – не менее 300 м; б) вогнутых – не менее 100 м;

–длина кривых в плане – не менее 300 м.

При проектировании дорог следует избегать частого применения минимальных параметров геометрических элементов плана и продольного профиля, используя их только в исключительных случаях, когда по местным условиям проложить трассу дороги можно только с минимальными размерами геометрических элементов. Параметры геометрических элементов из условия обеспечения безопасности и удобства движения, как правило, превышают минимальные в 1,5 – 2 раза.

Техническая классификация автомобильных дорог – это разделе-

ние множества автомобильных дорог по классификационным признакам на классы и категории.

Класс автомобильной дороги – это характеристика автомобильной дороги по условиям доступа на нее. Доступ на автомобильную дорогу представляет собой возможность въезда на автомобильную дорогу и съезда с нее транспортных средств, определяемая типом пересечения или примыкания.

Категория автомобильной дороги – это характеристика, отра-

жающая принадлежность автомобильной дороги соответствующему классу и определяющая технические параметры автомобильной доро-

ги (табл. 1.1) [10].

Автомобильные дороги по транспортно-эксплуатационным качествам и потребительским свойствам разделяются на категории в зависимости от следующих параметров:

–количества и ширины полос движения;

–наличия центральной разделительной полосы на проезжей час-

ти;

–типа пересечений с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками;

–условий доступа на дорогу с примыканий в одном уровне. Интенсивность движения Nт – количество автомобилей, прохо-

дящее через некоторое сечение автомобильной дороги за единицу времени (час, сутки). В зависимости от интенсивности движения ус-

8

танавливается категория дороги, выбираются сроки выполнения ремонта и мероприятия по организации движения.

Примечания: 1. При применение одинаковых требований для дорог IА, IБ, IВ категорий в настоящем своде правил они отнесены к категории I. 2. Категорию дороги следует устанавливать в зависимости от ее значения в сети автомобильных дорог и требований заказчика.

Расчетную интенсивность движения следует принимать сум-

марно в обоих направлениях на основе данных экономических изысканий. При этом за расчетную надлежит принимать среднегодовую суточную интенсивность движения за последний год перспективного периода, а при наличии данных о часовой интенсивности движения – наибольшую часовую интенсивность, достигаемую (или превышаемую) в течение 50 ч за последний год перспективного периода, выражаемую в единицах, приведенных к легковому автомобилю.

Перспективный период при назначении категорий дорог, проектировании элементов плана, продольного и поперечного профилей следует принимать равным 20 годам. Подъездные автомобильные дороги к промышленным предприятиям следует проектировать на расчетный срок, соответствующий году достижения предприятием или его очередью полной проектной мощности, с учетом объема перевозок в период строительства предприятия. Перспективный период при проектировании дорожных одежд следует принимать с учетом межремонтных сроков их службы [23].

9

За начальный год расчетного перспективного периода следует принимать год завершения разработки проекта дороги (или самостоятельного участка дороги).

Интенсивность движения со временем растет. Закономерность изменения интенсивности движения во времени может быть представлена уравнением сложных процентов (геометрической прогрессией):

где N0 – начальная (исходная) интенсивность движения; q – ежегодный темп прироста движения; Т – год.

Пример: определить интенсивность движения на 20-й год служ-

бы, если N0 = 500 авт./сут, q = 0,03, Т = 20 лет.

Используем формулу (1.1) для расчета.

N20 = 500∙(1 + 0,03)20-1 = 500 ∙1,0319 = 867,55 авт./сут.

Чем выше интенсивность движения, тем более совершенными проектируют дороги. Это связано с тем, что если для пропуска движения большей интенсивности построить дорогу с относительно крутыми уклонами и малой шириной проезжей части, то, хотя она и будет стоить дешевле, автомобили на ней не смогут двигаться с высокими скоростями. На такой дороге в течение всего периода эксплуатации автомобильный транспорт будет нести очень большие расходы

[2, 22, 27].

Автомобильные дороги на всем протяжении или на отдельных участках подразделяются на категории в зависимости от интенсивности движения согласно табл.1.1 [23, табл.4.1].

В курсовом задании задается перспективная интенсивность

движения на 20-й год (авт./сут). Для того чтобы определить категорию дороги, мы должны перевести перспективную интенсивность движения в расчетную приведенную к легковому автомобилю интенсивность движения (ед./сут). Приведение транспортного потока к расчетному легковому автомобилю производят по формуле

где Nпр – приведенная интенсивность движения (ед./сут); Ni – количество автомобилей i-й грузоподъемности; Кпрi – коэффициент приведения (табл. 1.2).

10

Коэффициенты приведения выбираем из таблицы коэффициентов приведениявзависимости от типа транспортных средств[23, табл.4.2], производим расчет в виде примера, приведенного в табл. 1.3.

Примечание. Коэффициенты приведения для специальных автомобилей следует принимать для базовых автомобилей соответствующей грузоподъемности.

Пример: необходимо определить техническую категорию дороги, задана перспективная интенсивность движения N20 = 1000 авт./сут.

Расчет производим по форме, представленной в табл. 1.3. В соответствии с заданием, во второй столбик таблицы записываем данный по количеству автомобилей в потоке в зависимости от типа автомобиля и его грузоподъемности. В третьем столбике записываем данные по перспективной интенсивности движения по типу автомобилей от заданной интенсивности (авт./сут). В четвертый столбик записываем коэффициенты приведения в зависимости от типа автомобиля и его грузоподъемности в соответствии с табл. 1.2. В пятом столбике производим расчет приведенной интенсивности движения по формуле

(1.2).

11

Приведенная интенсивность движения NT = 1425 ед./сут соответствует III категории дороги.

Расчетной скоростью считается наибольшая возможная (по условиям устойчивости и безопасности) скорость движения одиночных автомобилей при нормальных условиях погоды и сцепления шин автомобилей с поверхностью проезжей части, которой на наиболее неблагоприятных участках трассы соответствуют предельно допустимые значения элементов дороги. На эту скорость проектируют все геометрические элементы автомобильных дорог – план и продольный профиль.

Расчетные скорости движения для проектирования элементов плана, продольного и поперечного профилей, а также других элементов, зависящих от скорости движения, следует принимать по табл. 1.4 [23, табл. 5.1]. Расчетные скорости, установленные в табл. 1.4 для трудных участков пересеченной и горной местностей, допускается принимать только при соответствующем технико-экономическом обосновании с учетом местных условий для каждого конкретного участка проектируемой дороги. Расчетные скорости на смежных участках автомобильных дорог не должны отличаться более чем на 20 %.

В соответствии с перспективной интенсивностью движения на 20 - летний период, указанной в задании, по табл. 1.1 [23, табл. 4.1] устанавливаем техническую категорию дороги. Анализируя условия рельефа и руководствуясь табл. 1.4 [23, табл. 5.1], назначаем расчетную скорость движения одиночного автомобиля Vр, по которой из [23,

12

табл. 5.1] определяем наибольший (предельный) продольный уклон iпр (табл. П.1.2) [23]. Затем производим расчет основных элементов плана, продольного и поперечного профилей.

Таблица 1.4

1. Определение допустимого радиуса горизонтальных кривых в плане.

Наименьший допустимый радиус горизонтальных кривых в плане без устройства виража вычисляем расчетом при заданной скорости движения Vр по формуле

где – коэффициент поперечной силы (табл. П.1.1); из условия обеспечения удобства езды пассажиров за расчетное значение можно принять = 0,15 [23, табл. 5.2]; iпоп – поперечный уклон проезжей части,

iпоп = 0,020 (табл. П.1.6).

2. Определение радиуса кривой при устройстве виража.

Для повышения безопасности и удобства движения на горизонтальных кривых в плане при радиусе R ≤ 3000 м для дорог I технической категории и при радиусе R ≤ 2000 м для дорог II – V технических категорий обычно предусматривают устройство виража, тогда минимальный радиус кривой находится по формуле

13

где iв – поперечный уклон проезжей части на вираже, для расчета можно принять iв = 0,06 (табл.П.1.7) [23, табл. 5.17].

3. Определение наименьшего расчетного расстояния видимости. Наименьшее расчетное расстояние видимости вычисляется по

двум схемам:

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

где Vр – расчетная скорость движения, км/ч; КЭ – коэффициент эксплуатационного состояния тормозов, КЭ = 1,2; lЗ – расстояние безопасности, lЗ = 5 – 10 м; – коэффициент продольного сцепления шины, зависит от состояния покрытия, в расчетах принято = 0,5 для случая влажного покрытия; iпр – продольный уклон участка дороги; t

– время реакции водителя, t= 1–2 с;

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

4. Радиусы вертикальных кривых определяют:

а) радиусы выпуклых кривых – из условия обеспечения видимости дороги по формуле

б) радиусы вогнутых кривых – из условия ограничения величины центробежной силы, допустимой по условиям самочувствия пассажиров и перегрузки рессор:

Vр2

где в – величина нарастания центробежного ускорения; при разработ-

ке норм на проектирование вертикальных кривых в России принима-

ют в=0,5 – 0,7 м/с2.

14

Для расположения проезжей части на необходимом уровне от поверхности грунта сооружают земляное полотно (насыпь или выемку). В заключение данного раздела составляют таблицу технических нормативов (табл. 1.5), в которую заносят данные расчета основных элементов и параметров по формулам с (1.3) по (1.8), а также значения [23, табл. 5.2, 5.3, 5.5, 5.12, 5.16]. Для проектирования принимаются наибольшие значения из расчетных и рекомендуемых [23].

Таблица 1.5

Основные параметры и нормы

15

1.3. Проектирование плана трассы

1.3.1. Общие положения

Строить дороги по кратчайшему направлению (по прямой, соединяющей две заданные точки) затрудняют элементы рельефа земной поверхности (горы, овраги), водные преграды (болота, озера, реки), заповедники и другие препятствия. Нецелесообразно прокладывать дороги по высокоплодородным землям, ценным для сельского хозяйства, по лесным массивам. В то же время возникает необходимость проведения дороги через заданные промежуточные пункты и места примыкания к городам, участки, удобные для пересечения рек, железных и автомобильных дорог.

Трасса – это положение геометрической оси дороги на местности. Поскольку трасса при обходе препятствий, на подъемах на холмы

ина спусках в понижения местности меняет свое направление в плане

ипродольном профиле, она является пространственной линией [2, 27].

Планом трассы называют графическое изображение проекции трассы на горизонтальную плоскость, выполненную в уменьшенном масштабе. Трасса дороги должна удовлетворять требованиям удобного и безопасного движения автомобиля, при этом длина ее должна быть по возможности меньшей. Трасса должна огибать рельеф местности так, чтобы ее уклоны были минимальными и при строительстве не требовалось выполнения большого объема земляных работ. При выборе вариантов трассы и конструкции автомобильной дороги, кроме технико-экономических показателей, следует учитывать степень воздействия дороги на окружающую природную среду как в период строительства, так и во время эксплуатации, а также сочетание дороги с ландшафтом, отдавая предпочтение решениям, оказывающим минимальное воздействие на окружающую природную среду [23].

Впроекте выполняется трассирование по карте в горизонталях методом полигонального трассирования (традиционным методом).

Основные положения полигонального метода трассирования:

– заданные точки (с направлениями уже построенных участков дороги) соединяют прямой, а вдоль нее просматривают ситуацию и рельеф, при этом намечают участки, где проложение трассы нецелесообразно (пересечение населенных пунктов, болота и озера, крупные склоны, овраги и т.д.);

16

–намечают варианты обхода препятствия (препятствие должно быть внутри угла) и выбирают оптимальный вариант, имеющий минимальную длину, меньшее количество углов поворота и т.д.;

–с учетом предыдущих положений трасса принимает вид ломаной линии. Изломы трассы смягчают, 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 [4, 8, 11, 23].

Удлинение дороги, вызванное введением углов поворота, характеризуют коэффициентом развития трассы. Коэффициент развития равен отношению фактической длины запроектированной трассы к длине прямой (воздушной) линии между начальным и конечным пунктами трассы:

где Lтр – длина трассы (м, км); Lвл – длина воздушной линии.

Каждое изменение направления трассы определяется углом поворота, который измеряют между предыдущим направлением трассы и последующим. 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 основные геометрические элементы закругления: угол (°), радиус R (м) , кривую К (м), тангенс Т (м), биссектрису Б (м), домер Д (м). Схема основных элементов горизонтальной круговой кривой приведена на рис. 1.1 [13, 14].

Тангенс Т – расстояние от вершины угла до начала кривой:

Кривая К – расстояние от начала до конца кривой:

17

O

Рис.1.1. Схема основных элементов круговой кривой

Биссектриса Б – расстояние от вершины угла поворота до середины кривой:

Домер Д – увеличение длины трассы по прямым по сравнению с длиной по кривой:

Во многих случаях местные условия – рельеф или ценные застройки – не дают возможности разместить кривую расчетного радиуса. Особенно неблагоприятные условия движения создаются для автомобилей, следующих по встречной полосе движения. Для повышения устойчивости автомобиля и большей уверенности управления на кривых устраивают односкатный поперечный профиль – вираж – с уклоном проезжей части и обочин к центру кривой. Переход от двухскатного поперечного профиля к односкатному профилю на вираже осуществляется плавно в пределах участка, называемого отгоном ви-

ража (рис. 1.2) [10, 23].

Значения величин уширения ∆ определяются по табл. П.1.9 [23, табл. 5.19]. Значение длины переходной кривой (l) находится по табл.

П.1.3 [23, табл. 5.5].

18