где В – ширина насыпи по верху; hнас – рабочая отметка насыпи; d – диаметр (высота трубы); m – заложение откосов насыпи у трубы, принимается 1:1,5; bогол – толщина оголовка трубы (рис. 1.12).

1.4.3. Проектирование проектной линии продольного профиля

Продольный профиль проектируют в виде плавной линии, состоящей из прямолинейных участков и вертикальных кривых. Проектирование продольного профиля заключается в нанесении проектной линии и вычислении проектных и рабочих отметок.

При проектировании продольного профиля стремятся обеспечить:

1)устойчивость земляного полотна и дорожной одежды в течение круглого года при изменениях температуры и погодных условий;

2)наименьшую стоимость строительства и эксплуатации дороги;

3)удобство и безопасность движения автомобилей и пассажиров;

4)наименьшую стоимость перевозки грузов и пассажиров. Отметки проектной линии при проектировании и реконструкции

автомобильных дорог общего пользования и городских дорог относятся к оси дороги.

В продольном профиле проектную линию наносят как по обертывающей (в насыпи – для равнинного рельефа), так и по секущей (как в насыпи, так и в выемке – для пересеченной местности). Во всех случаях проектирования нужно добиваться, по возможности избегая устройства высоких насыпей и глубоких выемок, особенно для дорог низших технических категорий (IV,V).

Проектирование по обертывающей заключается в том, что проектную линию наносят, следуя очертанию поверхности земли, с соблюдением рекомендуемых рабочих отметок и уклонов.

При назначении элементов плана и продольного профиля в качестве основных параметров следует принимать:

–продольные уклоны – не более 30+;

–расстояние видимости для остановки автомобиля не менее 450 м;

–радиусы кривых в плане не менее 3000 м;

–радиусы кривых в продольном профиле: выпуклых – не менее 70000 м; вогнутых – не менее 8000 м;

–длины кривых в продольном профиле: выпуклых – не менее 300 м; вогнутых – не менее 100 м [23].

35

Переломы проектной линии в продольном профиле следует сопрягать кривыми.

При проектировании по обертывающей отклонение проектной линии от рекомендуемой рабочей отметки допускают:

1)в местах пересечения с железными дорогами в одном уровне, где, согласно требованиям [23], проектная линия должна пройти горизонтально на уровне головок рельса;

2)в местах пересечения с автомобильной дорогой высшей категории (II-III) в одном уровне. Проектная линия пересекающей дороги должна быть проведена с продольным уклоном, равным поперечному уклону проезжей части пересекаемой дороги;

3)на участках местности, изрезанной оврагами, ложбинами, небольшими возвышенностями;

4)на подходах к искусственным сооружениям (мосты, трубы);

5)при пересечении заболоченных и подтопляемых участков, где для предохранения земляного полотна от грунтовых и поверхностных вод проектируют более высокие насыпи [22, 24].

Наиболее целесообразно проектировать по обертывающей в условиях равнинного и слабохолмистого рельефа местности. По возможности следует избегать в продольном профиле частых переломов проектной линии, т.е. не проектировать пилообразный профиль. Расстояние между переломами проектной линии продольного профиля называют шагом проектирования.

В пересеченной местности плавность проектной линии обеспечивают выбором такого шага проектирования, который позволяет разместить тангенсы чередующихся вертикальных кривых с радиусами не менее установленных требованиями [23]. В условиях холмистого пересеченного рельефа проектная линия чаще наносится по секущей с примерным балансом грунта для смежных участков насыпей и выемок.

В процессе нанесения проектной линии по секущей решаются следующие частные задачи:

1)находят точки перехода из выемки в насыпь или, наоборот, место отметки 0,00 (рис.1.13) определяют как расстояние до ближайшего пикета (или плюсовой точки) на профиле и вычисляют по формуле

36

где Х0 – расстояние от начала ПК до точки "0", м; hлев – рабочая отметка левая, м; hпр – рабочая отметка правая, м; l – расстояние между hлев и hпр, м;

Рис. 1.13. Схема к определению положения точки перехода из выемки в насыпь

2)на продольном профиле от точки пересечения (место отметки 0,00) делают пунктирную сноску вниз до сетки продольного профиля.

Вконце сноски указывают расстояние от нее до ближайших пикетов (слева и справа);

3)для обеспечения водоотвода проектную линию в выемке наносят с уклоном не менее 5 ‰ (лучше – 10 ‰), проектирование горизонтальных участков в выемках не допускается, за исключением коротких выемок длиной до 100 м;

4)избегают резких переломов профиля от одних уклонов к дру-

гим;

5)не применяют кривые малого радиуса менее допустимых в соответствии с нормативом [23] между длинными прямыми вставками или короткие прямые вставки между смежными кривыми большого протяжения;

6)избегают кривых малого радиуса в конце затяжных спусков;

7)избегают мелких выемок большого протяжения. Такие выемки обычно сырые и снегозаносимые.

Уклоны на подъемах считаются со знаком «плюс», а на спусках – со знаком «минус» [по формуле (1.29)]. При одноименных уклонах проектной линии алгебраическая разность на спусках (рис.1.14, а), подъемах (рис.1.14, б) равна разности смежных уклонов: –i1 – (– i2) = = + i1 – (+ i2). При разноименных уклонах алгебраическая разность их для вогнутых (рис. 1.14, в) и выпуклых (рис.1.13, г) кривых равна сумме смежных уклонов проектной линии :– i1 – (+ i2) = + i2 – (– i1).

37

Рис.1.14. Вертикальные кривые

С целью повышения плавности движения радиусы вертикальных кривых нужно принимать по возможности наибольшими. Минимальные значения радиусов выпуклых и вогнутых вертикальных кривых для различных категорий дорог приведены в [23, табл. 10]. При проектировании продольного профиля необходимо учитывать данные, рекомендуемые [23]. В учебном пособии они представлены в прил. 1.

Элементы вертикальных кривых определяют по таблицам [1].

В настоящее время при проектировании проектной линии продольного профиля применяют два метода, которые заключаются в следующем:

1)наносят сопрягающиеся прямые участки проектной линии и вписывают в их переломы вертикальные кривые. Затем вычисляют поправки к рабочим отметкам (метод тангенсов);

2)наносят вертикальные кривые, сопрягающиеся друг с другом или имеющие прямые вставки; при этом сразу вычисляют отметки проектной линии (метод Антонова [1]).

Обычно считают, что метод тангенсов наиболее эффективен для равнинного и горного рельефов местности, а метод Н.М. Антонова наиболее удобен для пересеченного рельефа местности.

При выполнении курсового проекта студенты направления подготовки «Строительство» профиля «Автомобильные дороги» и специальности «Строительство уникальных зданий и сооружений» проектируют проектную линию продольного профиля одним из двух методов. Студенты направления «Технология транспортных процессов» профиля «Организация и безопасность движения» проектируют сокращенный продольный профиль в соответствии с п. 4.8.

38

1.4.4. Последовательность построения вертикальной кривой методом тангенсов

1.На продольном профиле земли проводят ломаную проектную линию с рекомендуемой высотой насыпи (рис. 1.15).

2.Определяют уклоны проектной линии:

где Н2 – последующая отметка, м; Н1 – предыдущая отметка, м; d – расстояние между Н2 и Н1, м.

3. Находят алгебраическую разность уклонов i1 – i2, при этом необходимо учитывать знак уклона: (+ i) – при уклоне проектной линии на подъем, (– i) – при уклоне проектной линии на спуск.

Рис.1.15. Проектирование вертикальной кривой

4. Определяют отметки па пикетах и плюсовых точках по линии равных уклонов по формуле

где Нпос – последующая отметка, м; Нпред – предыдущая отметка, м; i – уклон проектной линии (в тысячных); d – расстояние между Нпос и Нпред; (+) – при уклоне проектной линии на подъем; (–) – при уклоне проектной линии на спуск.

5. Назначают радиус вертикальной кривой в соответствии с требованиями [23] и определяют значения кривой К и тангенса Т:

39

По периметру шаблона (рис.1.16) нанесены штрихи с указанием уклонов (в тысячных долях) наклонных прямых в местах касания с шаблоном.

продольного профиля

Рис. 1.16. Шаблон для проектирования вертикальных кривых

На шаблонах имеются также горизонтальные и вертикальные линии для правильного их ориентирования при работе на миллиметровой бумаге. Участки проектной линии в виде прямых удобно намечать с помощью треугольника уклонов (рис. 1.17), лучи которого имеют различные уклоны i от 10 до 100 ‰.

Рис. 1.17. Треугольник уклонов

41

Для вычисления проектных отметок в пределах вертикальных кривых пользуются таблицами Н.М. Антонова [1] или прил. 5, составленными по предлагаемым схемам (рис. 1.19, 1.20). В расчетной

42

схеме № 1 за начальную точку принято начало вертикальной кривой НК (слева по ходу), и все расстояния li и превышения hi определяются по отношению к этой точке. Данной схемой обычно пользуются при последовательном проектировании слева направо.

В расчетной схеме № 2 за начало принята вершина вертикальной кривой 0, а все расстояния li и превышения hi определяют по отношению к вершине вертикальной кривой. Схема № 2 удобна при проектировании в обе стороны от контрольных фиксированных точек, например от мостов, путепроводов и прочее.

Рис.1.20. Схемы вычисления проектных отметок

впределах вертикальных кривых

1.4.6.Последовательность построения проектной линии методом Н.М. Антонова

1.На продольный профиль земли прикладывают прозрачные шаблоны вертикальных кривых, выбирая радиусы, при которых очертание проектной линии будет наилучшее (с учетом рекомендуемой высоты насыпи и контрольных точек, см. п.4.2). Вписывают проектную линию.

При этом надо помнить, что значение уклонов на сопрягающихся точках с последующей вертикальной кривой или с прямолинейным участком проектной линии должно иметь одно и то же значение уклона и тот же его знак.

2.Определяют уклоны начала и конца вертикальной кривой по оцифровке на шаблоне.

3.По алгебраической разности уклонов и величине радиуса находят длину кривой по прил. 6 или [1] по формуле

43

4.Определяют начальную отметку вертикальной кривой НК: если эта точка находится в начале продольного профиля – то по вертикальному масштабу, и подписывают ее в строке «Проектные отметки» продольного профиля.

5.Вычисляют положение точки 0 (это наивысшая точка на выпуклой кривой или низшая точка на вогнутой кривой) по формуле

где l0 – расстояние от начала кривой с уклоном i1 до точки нуля.

6.Для принятого радиуса определяют превышение между связующими точками: точкой начала кривой НК и точкой 0 по строке с уклоном i1 (см. прил. 6 или [1]).

7.Полученное значение превышения прибавляют к отметке начальной точки (для выпуклой кривой) или вычитают (для вогнутой кривой) и подписывают под точкой нуля в строке «Проектные отметки» продольного профиля.

8.Аналогично определяют превышение между связующими точками 0 и концом кривой КК (по строке с уклоном i2 прил. 6 или [1]).

9.Полученное значение превышения вычитают из отметки точки нуля (для выпуклой кривой) и прибавляют к отметке точки нуля (для вогнутой кривой) и подписывают под точкой конца вертикальной кривой КК в строке «Проектные отметки» продольного профиля.

10.В пределах вертикальной кривой определяют превышения на пикетах и плюсовых точках (см. прил. 6 или [1]). Для этого по величине принятого радиуса поочередно находят превышения между точкой нуля и определяемой точкой в зависимости от расстояния между ними.

11.Каждое полученное превышение последовательно вычитают от отметки точки нуля (на выпуклой кривой) или прибавляют к отметке точки нуля (на вогнутой кривой) и соответственно подписывают в строке «Проектные отметки» продольного профиля.

1.4.7.Последовательность проектирования продольного профиля

Образец продольного профиля представлен в прил. 7.

1. Заполняют строку «Расстояние, м», в которой отмечают положение пикетов и плюсовых точек.

44

2.В строках «Пикеты», « Элементы плана », «Километры» производят обозначение пикетов, километровых столбов. В соответствии

сведомостью углов поворота вычерчивают трассу в виде прямых и кривых по оси дороги. Производят привязку начала и конца кривой до ближайшего пикета (с одной стороны). Подписывают числовые значения радиусов и переходных кривых, длины прямых вставок, а также наносят ситуационный план трассы (по 50 м вправо и влево от оси).

3.В строке «Отметки земли, м» подписывают отметки на пикетах и плюсовых точках, снятых с карты или из журнала нивелирования по оси трассы.

4.Вычерчивают продольный профиль земли.

5.Строят проектную линию одним из описанных методов.

6.Заполняют строку «Уклон, ‰, вертикальная кривая, м» – элементы проектной линии: вертикальные кривые, прямые, привязки к пикетам в местах переломов проектной линии (с одной стороны) и нулевых точек вертикальных кривых (с двух сторон), числовые значения радиусов и уклонов, касательных в точках сопряжения элементов проектной линии, длину прямых и кривых.

7.Определяют проектные отметки в соответствии с п. 4.4 и заполняют строку «Отметки оси дороги, м».

8.Находят рабочие отметки на пикетах, плюсовых точках, в местах переломов проектной линии и нулевых точках вертикальных кривых и подписывают их на расстоянии 5 мм над проектной линией.

9.В строке «Тип местности по увлажнению» проставляют номер типа местности по признакам увлажнения верхнего слоя земли.

10.В строке «Тип поперечного профиля» – номер типа поперечного профиля конструкции земляного полотна.

11.На насыпях высотой до 1,5 м, а также в выемках проектируют кюветы и заполняют строки «Уклон, ‰, длина, м » и «Укрепление» кюветов.

12.Назначается положение шурфов, скважин, строится грунтовый профиль.

13.Определяют положение точек нулевых объемов земляных работ по формуле (1.47). Выше проектной линии показываются:

– реперы;

– наземные и подземные коммуникации;

– наименование проектируемых искусственных сооружений;

– переезды через железнодорожные пути;

45

– нагорные и водоотводные канавы, сбросы воды.

При вычерчивании продольного профиля применяют условные графические обозначения на чертежах автомобильных дорог [4–11].

1.4.8.Проектирование сокращенного продольного профиля

Вкурсовом проекте для студентов направления «Технология транспортных процессов» профиля «Организация и безопасность движения» не требуется проектировать подробный продольный профиль.

Большие поперечные уклоны (>20 ‰) в значительной степени влияют на безопасность дорожного движения. Поэтому этот фактор в курсовом проекте рассматривают при построении сокращенных продольных профилей как исходные данные для расчета коэффициентов аварийности и коэффициентов безопасности.

Для построения сокращенных продольных профилей необходимо иметь:

1) план дороги (см. прил. 2); 2) прямые и кривые в плане (см. прил. 3);

3) отметки измеряемых отметок, снятых по карте (прил. 2, 7). Для определения уклонов существующего участка дороги и рас-

чета скоростей движения достаточно построить сокращенный продольный профиль. При проектировании сокращенного продольного профиля учитываются лишь переломные точки по трассе – фиксировать отметки всех пикетов не требуется.

Сокращенные продольные профили рекомендуется вычерчивать

вмасштабах: горизонтальном – 1:10000, вертикальном – 1:1000 по форме № 1 [23]. Проектную линию на сокращенном профиле наносят по принципу минимума объема земляных работ. Для участков с уклоном местности i < i доп проектная линия назначается по обертываю-

щей, а при i > i доп – проектная линия по секущей с i = i доп . Под i доп понимают допустимый максимальный уклон [23].

Вертикальные кривые не вписываются, но проверяется возможность их вписывания по формуле

где R – радиус закругления, м; i1 и i2 – значение сопряженных на подъем и на спуск уклонов (см. рис.1.14, 1.15).

46