Принципы трассирования

Традиционный принцип трассирования автомобильных дорог, который можно назвать принципом тангенциального трассирования, состоит в том, что на план либо карту наносят с помощью линейки ломаный (тангенциальный) ход, в изломы которого вписывают круговые кривые или круговые кривые с переходными.

Основной недостаток принципа тангенциального трассирования состоит в том, что магистральный ход, проектируемый сообразно рельефу и ситуации, во многом определяет положение самой трассы автомобильной дороги в плане (рис. 110 а). Это обстоятельство почти всегда приводит к появлению негибкой пространственной линии автомобильной дороги, которая, в частности, характеризуется наличием длинных прямых и коротких круговых кривых минимального радиуса, наличием закруглений за переломами продольного профиля, увеличением объемов земляных работ, повышением аварийности и т.д. Принцип тангенциального трассирования применим в том случае, когда направления, определяющие углы поворота, фиксированы условиями ситуации.

Второй принцип трассирования называется принципом гибкой линейки. Суть его состоит в том, что на плане, в зависимости от рельефа и ситуации вычерчивают плавную линию с помощью гибкой линейки – сплайна (рис. 110 б). При этом положение магистрального хода – углы поворота, положение их вершин, а также параметры закруглений – определяется трассой автомобильной дороги, а не наоборот, как это принято при тангенциальном трассировании.

Принцип гибкой линейки используют как при ручном, так и при автоматизированном проектировании дороги в плане.

Рис. 110. Трасса, запроектированная по методам:

а - тангенциального трассирования; б – гибкой линейки.

2.2.3. Проектирование дороги в продольном профиле

П родольным профилем называют развернутую проекцию сечения дороги вертикальной плоскостью, проходящей через ее ось (бровку земляного полотна). Продольный профиль характеризует дорогу и ее положение относительно поверхности земли. Его принято изображать в виде специального чертежа (рис. 111), являющегося одним из основных документов, по которому осуществляется строительство автомобильной дороги.

Рис. 111. Пример продольного профиля вновь проектируемых дорог с таблицей отметок и расстояний при большом числе плюсовых точек на отдельных пикетах

Чертеж продольного профиля обязательно содержит следующие данные о местности и проектных решениях:

проектные данные о системе поверхностного водоотвода, искусственных сооружениях (трубах, мостах, путепроводах), съездах, переездах и рабочих отметках;

изображение проектной линии продольного профиля по бровке земляного полотна;

изображение черного профиля земли по оси дороги;

грунтово-геологический разрез по оси дороги;

специальную таблицу, содержащую следующие 12 граф: развернутый план трассы, грунт верхней части земляного полотна, типы дорожной одежды, типы поперечных профилей, укрепление кюветов, отметки по бровке земляного полотна, отметки земли по оси дороги, расстояния, пикеты, кривые, километры.

П роектная линия продольного профиля обычно представляет сопряжения прямых и кривых. Возможные случаи сопряжения элементов продольного профиля между собой представлены на рис. 112.

Рис. 112. Вертикальные кривые:

а – выпуклая вертикальная кривая с восходящей и нисходящей ветвями; б – выпуклая кривая с нисходящей ветвью; в – вогнутая кривая с нисходящей и восходящей ветвями; г – вогнутая кривая с восходящей ветвью; д – сопряжение вертикальных кривых в точке с одинаковым продольным уклоном.

Выше проектной линии показывают репера, надземные инженерные сети, наименование проектируемых искусственных сооружений, транспортные развязки, съезды, переезды через железнодорожные пути, нагорные и водопроводные канавы, места сброса воды, водораздельные дамбы, рабочие отметки насыпей.

Ниже проектной линии наносят линии ординат точек переломов проектной линии, рабочие отметки выемок, обозначения искусственных сооружений, подземные инженерные сети.

На 20 мм ниже поверхности земли наносят линию показа грунтов и от нее вниз в масштабе откладывают их мощность.

Построение продольного профиля земли по оси дороги начинают с вычисления отметок пикетов и плюсовых точек. Плюсовые точки назначают для отражения на продольном профиле характерных изменений рельефа местности. Плюсовые точки необходимы во всех местах, где происходит изменение крутизны склонов, характеризующихся резким изменением густоты горизонталей, а также в местах пересечения речных долин, оврагов, автомобильных и железных дорог. Обязательно должны быть вычислены отметки в пониженных местах, где в дальнейшем будут запроектированы водопропускные сооружения, а также точки на водоразделах, характеризующие границы водосборной площади. Для вычисления высотных отметок земли по оси дороги используют журналы технического нивелирования или определяют их по карте методом интерполяции, если характерные точки расположены между горизонталями. Для вычисления высотной отметки точки, расположенной в пределах замкнутой горизонтали, используют метод экстраполяции.

На основании ГОСТ 21.511-83 приняты следующие масштабы изображения продольного профиля автомобильной дороги: по горизонтали 1:5000; по вертикали 1:500; грунты по вертикали 1:50.

Построение продольного профиля земли по оси дороги начинают с установления отметки условного горизонта. Значение условного горизонта выбирают таким образом, чтобы расстояние от сетки продольного профиля до линии показа земли было не менее 8 см. Если линия показа земли ниже, чем на 8 см, или поднимается вверх и приближается к верхней рамке ближе, чем на 4 см, то условный горизонт изменяют. При вычерчивании продольного профиля может возникнуть необходимость выбора условного горизонта несколько раз. В общем виде для первого приближения отметку условного горизонта устанавливают по формуле

УГ=Н_min – 40,

где УГ – отметка условного горизонта, м;

Н_min – минимальная отметка земли по оси дороги на данном участке, м.

Условный горизонт (УГ) для вычерчивания профиля земли по оси дороги совмещают с верхней линией сетки профиля. Величину условного горизонта, полученную по формуле, округляют до 5 м и записывают слева над сеткой профиля. Затем в заданном масштабе откладывают расстояния до пикетов и плюсовых точек, а по вертикали откладывают высотные отметки этих точек. Для этого из величины отметок земли по оси дороги вычитают величину условного горизонта и полученное значение делят на масштаб по вертикали в метрах.

Определение положения проектной линии продольного профиля является одним из наиболее ответственных и сложных этапов проектирования автомобильных дорог. На нанесение проектной линии продольного профиля влияет большое количество факторов и условий.

Топографические условия. Проектную линию прокладывают с учетом рельефа местности. На участках с плавными формами рельефа местности проектную линию наносят по обертывающей, следующей очертанию земли. Таким образом, вся дорога проходит в насыпи, проектную линию располагают выше поверхности земли. При проектировании по обертывающей руководящую отметку назначают из условий незаносимости насыпи снегом либо из условий минимального возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод. На участках с резко пересеченным рельефом проектную линию наносят по секущей с чередованием насыпей и выемок и с учетом баланса земляных масс, то есть стремятся, чтобы объем насыпей был равен объему выемок.

Гидрологические условия. Гидрологические условия определяют минимальное возвышение бровки земляного полотна над трубами, влияют на отметки бровки земляного полотна на подходах к мостам и на отметки проезда на самих мостах.

Гидрогеологические условия. В ряде случаев они вынуждают ограничивать глубину выемок в связи с необходимостью обеспечения нормируемого возвышения покрытия над уровнем залегания грунтовых вод. Уровень залегания грунтовых вод может ограничивать также глубину резервов и кюветов. Несоблюдение этого условия требует строительства дорогостоящих откосов и подкюветных дренажей.

Почвенно-грунтовые и геологические условия. Они во многом влияют не только на положение проектной линии продольного профиля, но и на конструкцию земляного полотна: ограничивают высоту насыпей на слабых основаниях и по возможности уменьшают глубину выемок в грунтах, не пригодных для отсыпки насыпей на прилегающих участках дороги, а в местах, где качество грунтов позволяет возводить насыпь из притрассовых резервов, дают возможность проектировать профили по огибающей с минимальной руководящей отметкой.

Ситуационные условия. Ситуационные условия района проложения трассы заставляют проектировать прохождение проектной линии через определенные фиксированные контрольные точки (пересечения и примыкания автомобильных и железных дорог, входы в города, минимальные высоты над трубами, подходы к мостам).

Климатические особенности. Климатические особенности учитываются при нанесении проектной линии продольного профиля, чтобы предотвратить снегозаносы на будущей дороге. На снегозаносимых участках стремятся избегать выемок (особенно мелких), а при проектировании по огибающей руководящую отметку назначают из условий снегозаносимости.

Исходными данными для проектирования дороги в продольном профиле являются результаты топографических, геологических и гидрологических съемок.

1. Карта в масштабе 1:10000 или топографический план местности с нанесенной трассой дороги и разбивкой пикетажа.

2. Геологический разрез грунтов с указанием мощности каждого слоя.

3. Данные о залегании грунтовых вод.

4. Сведения об участках с длительным стоянием поверхностных вод.

5. Данные о толщине снегового покрова.

6. Техническая категория дороги и ее параметры.

7. Местоположение и высота отметки фиксированных контрольных точек.

Проектные работы начинают с установления руководящей рабочей отметки. Рабочей отметкой называют разность между отметкой бровки земляного полотна и отметкой земли по оси дороги. Величину руководящей рабочей отметки при проектировании по огибающей устанавливают из двух условий:

снегозаносимости;

района строительства, грунтов земляного полотна и уровня залегания грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод.

По условиям снегозаносимости рекомендуемую рабочую отметку устанавливают по формуле

Н^СН _рук=Н_СН + Δ, м,

где Н^СН _рук – руководящая рабочая отметка по условиям снегозаносимости, м;

Н_СН – толщина снегового покрова для данного района строительства, м;

Δ – минимальное возвышение бровки земляного полотна, м.

Толщину снегового покрова принимают из СНиП «Строительная климатология и геофизика».

Минимальное возвышение бровки земляного полотна над уровнем снегового покрова (Δ) зависит от технической категории дороги (ширины земляного полотна):

Категория дороги Δ, не менее

I 1,2 м;

II 0,7 м;

III 0,6 м;

IV 0,5 м;

V 0,4 м.

По условиям района строительства, грунтам, из которых отсыпают земляное полотно, уровню залегания грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод рекомендуемую руководящую отметку устанавливают по формуле

Н^ГР_рук =Н_А - ,

где Н^ГР _рук – рекомендуемая рабочая отметка, м;

i_П – поперечный уклон покрытия (см. табл. 55);

В – ширина земляного полотна (см. табл. 47, 48);

i_об – поперечный уклон обочин, принимаемый на 10 - 30‰ больше поперечного уклона проезжей части;

l – ширина обочины (см. табл. 47, 48).

Н_а – минимальное возвышение поверхности дорожного покрытия по оси дороги над уровнем залегания грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод в зависимости от района строительства (рис. 113) и грунтов, из которых отсыпают земляное полотно (табл. 57).

Рис. 113. Карта дорожно-климатических зон

Таблица 57. Минимальное возвышение поверхности дорожного покрытия по оси дороги в зависимости от района строительства, грунтов, из которых отсыпают земляное полотно, и уровня залегания грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод

Грунт земляного полотна	Возвышение поверхности дорожного покрытия, м, для дорог, расположенных в пределах дорожно-климатической зоны
	1	2	3	4	5
Песок мелкий, супесь легкая
Песок пылеватый, супесь пылеватая
Суглинок легкий, суглинок тяжелый, глина
Супесь тяжелая, суглинок легкий и тяжелый пылеватые

П р и м е ч а н и е. В числителе – минимальное возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых или длительно (более 30 суток) стоящих поверхностных вод, в знаменателе – над уровнем кратковременно (менее 30 суток) стоящих поверхностных вод.

Рекомендуемые рабочие отметки сравнивают по двум условиям и для дальнейшего проектирования выбирают большую из них.

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

соблюдение технических норм проектирования (допустимые продольные уклоны, минимальные радиусы выпуклых и вогнутых кривых, шаг проектирования и т. д.);

ограничение длин участков с предельными уклонами;

ограничение минимальных длин вертикальных кривых одного знака;

обеспечение минимальных объемов земляных работ и рационального распределения земляных масс;

прохождение линий через контрольные точки;

обеспечение зрительной правильности и ясности трассы;

повышение удобства и безопасности движения (эта задача решается совместно с проектированием плана трассы).

К положению проектной линии продольного профиля выдвигают ряд требований и условий со стороны автомобильного транспорта, технологических особенностей строительства и со стороны эксплуатации автомобильных дорог. Оптимальное положение проектной линии продольного профиля всегда отыскивают в рамках соответствующего комплекса технических ограничений, которые включают:

допустимые продольные уклоны: уклон ни в одной точке продольного профиля не должен превышать нормирующий СНиП (см. табл. 47, 48);

допустимую кривизну вертикальных кривых: радиусы вертикальных и вогнутых кривых ни в одной точке продольного профиля не должны быть меньше нормируемых (см. табл. 47, 48);

руководящую рабочую отметку: при проектировании продольного профиля на спокойных участках рельефа по огибающей необходимое возвышение бровки земляного полотна определяется из условий снегозаносимости или минимального возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых и длительно стоящих поверхностных вод;

фиксированные контрольные точки: прохождение проектной линии через фиксированные контрольные точки, назначаемые по ситуационным особенностям, является обязательным;

ограничивающие точки и зоны: прохождение проектной линии продольного профиля допускается не ниже ограничивающих точек (это минимальные отметки над трубами, на мостах и путепроводах);

контурные ограничения - это ограничение высоты насыпей и глубины выемок при неудовлетворительных геологических, гидрологических, почвенно-грунтовых условиях;

наибольшие допустимые длины участков с предельными уклонами продольного профиля: длина таких участков нормируется СНиП в зависимости от категории дороги, радиуса кривой и алгебраической разности продольных уклонов;

наименьшие длины кривых одного знака (шаг проектирования).

При проектировании автомобильной дороги в продольном профиле используют три метода нанесения проектной линии:

1) графоаналитический;

2) аналитический;

3) метод тангенсов.

Более подробно с этими методами студенты ознакомятся на практических занятиях.

Общий критерий оптимальности при поиске положения проектной линии продольного профиля автомобильных дорог может быть представлен в следующем виде:

Р_ПР = К_ЗП+К_ИС+К_УКР+К_ОЗ+К_ДО+ ,

где Р_ПР – приведенные сопоставимые затраты;

К_ЗП – стоимость сооружения земляного полотна;

К_ИС – стоимость строительства искусственных сооружений;

К_УКР – стоимость укрепительных работ;

К_ОЗ – стоимость отчужденных земель, отведенных под земляное полотно автомобильной дороги;

К_ДО – стоимость устройства дорожной одежды;

Э ^t_СН – ежегодные затраты на снегоуборку;

Э ^t_ТР – ежегодные транспортные расходы;

Э ^t_в – народнохозяйственные расходы, связанные с затратами времени нахождения пассажиров в пути следования;

– потери, связанные с дорожно-транспортными происшествиями;

Е_НП – коэффициент приведения разновременных затрат.