Проектирование автомобильных дорог Часть 1

оговорено, что всегда, когда позволяют условия местности и это не связано с существенным увеличением объемов й стоимости работ, следует предусматривать значения элементов пд4йа и продольного профиля дорог, обеспечивающие высокие скорости движения, если возможно даже превышающие расчетное для дорог I категории.

Расчетные скорости движения автомобилей, принятые в СССР,

примерно соответствуют расчетным скоростям -в других странах.

Глава 2

ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ

2.1. Элементы плана дороги

Строить дороги по кратчайшему направлению (по прямой, соединяющей заданные точки) препятствуют элементы рельефа земной поверхности (горы, овраги), водные преграды (болота, озера, реки), заповедники и другие препятствия. Нецелесообразно также прокладывать дороги по высокоплодородным землям, цен­ ным для сельского хозяйства. В то же время возникает необхо­ димость проведения дороги через заданные промежуточные пункты и места примыкания к городам, участки, удобные для пересечения рек, железных и автомобильных дорог. Как можно видеть на рис. 2.1, необходимость перейти реку на прямом участке с удоб­ ным подходом к мосту по пологим склонам оврага, желание

Рис. 2.1. Проложение трассы дороги в плане

21

Рис. 2.2. Ось дороги как пространст­

обойти населенный пункт и избежать пересечения оврага заста­ вили при проложении дороги отклониться от кратчайшего прямого' направления.

Удлинение дороги, вызванное введением углов поворота, ха­ рактеризуют коэффициентом развития, или коэффициентом удли­ нения, равным отношению фактической длины дороги к длине прямой, соединяющей начальный и конечный ее пункты («воздуш­ ной линии»).

Положение геометрической оси дороги на местности называется ее трассой. Поскольку трасса при обходе препятствий, на подъе­ мах на холмы и спусках в понижения местности меняет свое направление в плане и продольном профиле, она является прост­ ранственной линией (рис. 2.2.).

Графическое изображение проекции трассы на горизонтальную плоскость, выполненное в уменьшенном масштабе, называют пла­

прокладывают в виде ломаной линии. До 30-х годов текущего столетия единственной формой трассы была ломаная линия, в углы пересечения которой для удобства и безопасности движения вписывались дуги окружности. Такая трасса с резко изменяю­ щимися элементами (круговые кривые и прямые) и значительной протяженностью этих элементов в условиях холмистого рельефа плохо сочетается с его плавными формами, кажется «жесткой», что приводит к увеличению объемов работ по устройству земля­ ного полотна. Поэтому трассы современных автомобильных дорог,.

22

особенно высоких категорий, проектируют с минимальной протя­ женностью прямых вставок как сочетание дуг окружности с радиоидальными спиралями — клотоидами (клотоидная трасса) или как кривые с непрерывно изменяющейся кривизной, аппроксими­ руемыми кубическими полиномами (сплайны). В последнем случае участки ломаного, состоящего из прямых, хода являются опор­ ной базой, от которой при разбивке отмеряют вычисляемые на ЗВМ ординаты криволинейной трассы. Особенности клотоидной

исплайновой трасс рассматриваются детально в п. 12.4.

Впростейшем случае трассирования дороги прямыми и дугами окружности каждое изменение направления трассы определяется углом поворота, который измеряют между продолжением направ­ ления трассы и новым ее направлением. Углы поворота последо­ вательно нумеруют вдоль дороги — по ходу трассы. Чтобы за­ проектированную трассу можно было точно воспроизвести на мест­

Различают следующие геометрические элементы закруглений (рис. 2.3): угол а, радиус R, кривую К, тангенс Т, биссектрису Б. Элементы кривой связаны между собой простыми тригонометри­ ческими соотношениями, которые могут быть получены из рис. 2.3:

Для удобства определения длин кривых и разбивки их на местности имеются специальные таблицы.

2.2. Элементы продольного профиля дороги

Продольным профилем дороги называют развернутую в пло­ скости чертежа проекцию оси дороги на вертикальную плоскость. Продольный профиль характеризует кру+изну отдельных участков дороги, измеряемую продольным уклоном, и расположение ее проезжей части относительно поверхности земли. Продольный уклон является одной из важнейших характеристик, транспортных качеств автомобильной дороги.

Естественные уклоны местности часто превышают допустимые для эффективного использования автомобилей. В таких случаях уклон дороги делают более пологим, чем уклон поверхности земли, срезая часть грунта на подъемах на возвышенность или, наоборот, подсыпая его, например, в местах перехода через пони­ женные участки рельефа.

Места, где поверхность дороги в результате срезки грунта рас­ положена ниже поверхности земли, называют выемками, а участки, где дорога проходит выше поверхности земли, по искусственно

23

Рис.' 2.4. Расположение дороги в продольном профиле:

1 — дорога в «нулевых» отметках; II — в насыпи; III — в выемке

насыпанному грунту,— насыпями. При высоте насыпей менее 1 м говорят, что дорога проходит в «нулевых» отметках. Из-за уст­ ройства насыпей и выемок отметки дороги не совпадают с отмет­ ками поверхности земли (рис. 2.4). Разница между отметкой по­ верхности земли по оси дороги и отметкой бровки дороги, определяющая высоту насыпи или глубину выемки, называется

рабочей отметкой (рис. 2.5).

Переломы продольного профиля, образующиеся при измене­ нии уклона, вызывают ряд неудобств для движения: выпуклые места на дороге ограничивают видимость расположенного впереди участка дороги, а на переломах, имеющих сравнительно малый радиус кривизны, при высоких скоростях движения возникает опас­ ность потери управляемости автомобилем в связи с разгрузкой

Рис. 2.5. Рабочая отметка земляного полотна:

а — в выемке; б — в насыпп

24

Графическое изображение продольного профиля является од­ ним из основных проектных документов, на основе которых строится дорога..

Образец оформления продольного профиля при автоматизиро­ ванном проектировании согласно ГОСТ 21.511—83 показан на рис. 2.7.

Профиль выполняется на графопостроителе, с последующим до­ полнением вручную данными о грунтах, искусственных сооружени­ ях, ситуации местности и т. п.

Для наглядности продольного профиля вертикальные расстоя­ ния (отметки) откладывают в большем масштабе, чем горизон­ тальные.

Для дорог, проходящих в равнинной местности, принят верти­ кальный масштаб 1:500 (5 м в 1 см) и горизонтальный масштаб 1:5000 (50 м в 1 см).

При вычерчивании продольного профиля применяют условные обозначения {рис. 2.8).

На горных дорогах, где продольный профиль характеризуется частыми изменениями уклонов поверхности земли и дороги и зна­ чительной разностью отметок на участках небольшой про­ тяженности, принимаются более крупные масштабы: вертикальный 1:200, горизонтальный 1: 2000.

Тонкую линию на продольном профиле, соединяющую отметки поверхности земли, называют линией поверхности земли, или чер­ ной линией. Более жирную линию, соответствующую отметкам бровки дороги, называют проектной. Ее изображают на продоль­ ном профиле в 2 раза более толстой, чем линию поверхности земли.

25

РП3-219.157

Рис. 2.7. Образец оформления продольного профиля

Рис. 2.S. Основные условные обозначения на продольных профилях:

На продольном профиле ниже линии поверхности земли на 2 см и параллельно ей наносят грунтовый профиль в вертикаль­ ном масштабе 1:50 (50 см в 1 см), на котором выписывают наи­ менования грунтов, а в шурфах и буровых скважинах при помощи условных обозначений показывают влажность и консистенцию грунтов (рис. 2.9).

Торфы и сапропели изображают на профиле на всем участке их залегания и на всю выявленную глубину условными обозначениями.

27

2.3. Поперечные профили дороги

Полосу местности, выделяемую для расположения ра 'ней дороги, разработки грунта, предназначенного для отсыпки: на­ сыпей, постройки вспомогательных сооружений и посадки зелёных: насаждений, называют дорожной полосой, или полосой отводу.

Изображение в уменьшенном масштабе сечения дороги верти­ кальной плоскостью, перпендикулярной к оси дороги, называют

поперечным профилем1 (рис. 2.10). I Полоса поверхности дороги, в пределах которой прбисходит

движение автомобилей, представляет собой проезжую часть. Ее укрепляют прочными каменными материалами, устраивая дорож­ ную одежду, верхний слой которой называют покрытием. Дороги I категории имеют самостоятельные проезжие части для движе­ ния в каждом направлении. Между ними для безопасности остав­ ляют разделительную полосу, на которую запрещается заезд авто­ мобилей. Сбоку от проезжей части расположены обочины. Обо­ чины используются для временной стоянки автомобилей и для размещения дорожно-строительных материалов при ремонтах. Наличие обочины, окаймляющей проезжую часть, способствует безопасности движения автомобилей. Вдоль проезжей части на обочинах и разделительных полосах укладывают укрепительные полосы (краевые полосы), повышающие прочность края дорожной одежды и обеспечивающие безопасность при случайном съезде колеса автомобиля с покрытия. Наличие краевых полос оказывает положительный психологический эффект на водителей, устраняя боязнь приближения к краю проезжей части.

Для расположения проезжей части на необходимом уровне от поверхности грунта сооружают земляное полотно (насыпь или выемку) с боковыми канавами (кюветами), предназначенными для осушения дороги и отвода от нее воды. К земляному полотну относят также резервы — неглубокие выработки вдоль дороги, из которых был взят грунт для отсыпки насыпи, и кавальеры — па­ раллельные дороге валы, в которые укладывают грунт из выемок* не потребовавшийся для отсыпки смежных участков насыпей. Дру­ гими словами, земляным полотном называют всю часть полосы отвода, затронутую земляными работами.

Проезжая часть и обочины отделяются от прилегающей мест­ ности правильно спланированными наклонными плоскостями — откосами. В выемках и боковых канавах различают внешний и внутренний откосы. Линия сопряжения поверхностей обочины и откоса насыпи или внутреннего откоса канавы образует бровку

1 В данном параграфе рассмотрены только типовые элементы поперечного профиля дороги в благоприятных грунтово-гидрологических условиях. Видоиз­ менения поперечных профилей при проектировании автомобильных магистралей, дорог в сильно заносимых снегом районах, в горных, заболоченных и других сложных условиях рассматриваются в соответствующих разделах учебника.

29

земляного полотна. Расстояние между бровками услойно назы­ вают шириной земляного полотна. Крутизну откосов характери­ зуют коэффициентом заложения, который определяется отноше­ нием высоты откоса к его горизонтальной проекции — заложению.

Откосам малых насыпей для возможности съезда автомоби­

.заносимости дороги снегом и повышает безопасность движения. При высоте насыпи менее 6 м исходя из требований экономии земляных работ откосы устраивают с заложением 1 1,5. Такие насыпи вполне устойчивы. Более крутые откосы высоких насыпей при увлажнении грунта могут оползать под действием собствен­

ного веса грунта или веса съехавшего на обочину автомобиля.

В настоящее время по действующим правилам сооружения -земляного полотна принимают следующие коэффициенты заложе­ ния откосов: не круче 1 :4 для насыпей высотой до 3 м на доро­ гах I—III категорий и 1 :3 для насыпей высотой до 2 м на дорогах остальных категорий. Более высокие насыпи, а также насыпи на цен­ ных плодородных-землях, строящиеся из грунта, привозимого из закладываемых вдалеке от дороги грунтовых карьеров, или строя­ щиеся в местах, где съезд с дороги невозможен, допускается воз­ водить с более крутыми откосами 1 1,5 при обязательной уста­ новке ограждений на высоких насыпях. В мелких песчаных и пылеватых грунтах в районах с влажным климатом крутизну откосов уменьшают до 1 1,75. 4

Для устойчивости высоких насыпей, за исключением случаев отсыпки их из валунных, гравелистых и щебенистых грунтов, ко­ торым можно придавать постоянную крутизну до высоты 12 м, нижнюю часть откосов, начиная с 6 м от бровки земляного по­ лотна, делают более пологой с заложением откосов 1 1,75. При возведении насыпей из камня слабовыветривающихся скальных пород откосам придают заложение от 1 1,3 до 1 : 1,5.

Поперечные профили насыпей показаны на рис. 2.11.

Для насыпей высотой 2 м и менее имеются два типа попереч­ ных профилей: обтекаемый и необтекаемый. Основной из них — обтекаемый поперечный профиль — применяется при возможности получения для постройки дороги широкой полосы местности (по­ лосы отвода), имеет округленные очертания, которые способст­ вуют его плавному обтеканию снеговетровым потоком и меньшей заносимости снегом. Если дорогу прокладывают по малоценным землям, грунт для отсыпки насыпи берут из устраиваемых рядом с насыпью неглубоких выработок — резервов. Размеры резервов определяют исходя из количества грунта, необходимого для от­ сыпки земляного полотна. Глубина резервов должна быть не более 1,5 м и не менее 0,3 м. На участках с поперечным уклоном мест­ ности резервы располагают с нагорной стороны, на горизонталь­ ных— с одной или двух сторон в зависимости от местных условий.

30