1299

Рис. 10.10. Конструктивные решения скоростных городских дорог:

Глава 11

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ

11.1. Нанесение проектной линии

При проектировании дороги необходимо предусмотреть продоль­ ные уклоны на ней, не превышающие допускаемые, возвышение ее поверхности над источниками увлажнения (грунтовыми водами и местами застоя поверхностных вод), необходимое для создания бла­ гоприятного водно-теплОвого режима грунтового основания, а так­ же возвышение земляного полотна над уровнем снегового покрова, обеспечивающее незаносимость дороги снегом.

Установление положения поверхности дороги в продольном про­ филе по отношению к поверхности земли называют проектировани­ ем продольного профиля, или нанесением проектной линии.

При нанесении проектной линии необходимо обеспечить: плавность продольного профиля, допустимый продольный уклон,

достаточную видимость, позволяющие автомобилям развивать вы­ сокие скорости;

отвод воды от земляного полотна; отсутствие пилообразности проектной линии, приводящей к

«потерянным подъемам» — спускам с последующим подъемом участ­ ков, при проезде которых двигатели автомобилей выполняют бес­ полезную работу;

прохождение дороги через контрольные точки, имеющие высот­ ные отметки — примыкания к существующим дорогам в начале и конце трассы, пересечения с дорогами более высоких категорий и с железными дорогами, отметки проезжей части мостов, отметки земляного полотна над уровнем высоких вод в затопляемых мест­ ностях идр.

Возможны два метода проложения проектной линии: обертыва­ ющая и секущая проектировки (рис. 11.1).

При обертывающей проектировке проектная линия по возмож­ ности параллельна поверхности земли, отступая от этого правила

Рис. 11.1. Проложение проектной линии:

1 — по обертывающей; 2 — по секущей

202

лишь на пересечениях пониженных мест рельефа и при близком расположении переломов продольного профиля поверхности земли. В условиях равнинного и слабохолмистого рельефов обертывающая проектировка позволяет получить хорошо осушаемое земляное по­

лотно.

В условиях холмистого, сильно пересеченного рельефа при про­ ектировании проектной линии как обертывающей продольный про­ филь дороги получается неспокойным (1 и i\ на рис. 11.1). Движе­ ние автомобиля по дороге превращается в непрерывное преодоле­ ние подъемов с последующим спуском в долины и сопряжено с пе­ рерасходом топлива и снижением скорости перевозок.

В этом случае при интенсивном движении и благоприятных грун­ тово-геологических условиях более рациональна проектная линия, нанесенная как секущая (2 и *2 на рис. 11.1) со срезкой холмов выемками и использованием грунта из них для отсыпки насыпей в пониженных местах. Положение проектной линии должно по воз­ можности обеспечивать баланс земляных работ в смежных насы­ пях и выемках, т. е. использование продольного перемещения грун­ та из выемок для отсыпки насыпей. Такое проложение проектной линии наиболее характерно для железных дорог и автомобильных дорог высоких категорий.

Обертывающая проектировка раньше обычно сочеталась с воз­ ведением насыпей из придорожных резервов, что позволяло умень­ шить стоимость земляных работ из-за малой дальности перемеще­ ния грунта. В. настоящее время при ограничении отвода пахотных земель под дороги такой способ, как правило, невозможен, и зем­ ляное полотно возводят из грунта, перевозимого на большие рас­ стояния из специально закладываемых на неудобных землях грун­ товых карьеров.

11.2. Последовательность проектирования продольного профиля

Нанесение проектной линии на продольном профиле трассы на­ чинают с обозначения контрольных высотных точек и установления необходимых возвышений низа дорожной одежды на разных участ­ ках в зависимости от грунтовых и гидрологических условий. Пос­ ле этого намечают начерно положение проектной линии, пользуясь вычерченными в масштабе продольного профиля шаблонами, кото­ рые показывают наклон на профиле линий, имеющих различные продольные уклоны, и вертикальные кривые разных радиусов. При проложении проектной линии по секущей следует стремиться к компенсации объемов смежных насыпей и выемок. Так как при рав­ ных значениях рабочих отметок поперечное сечение выемки полу­ чается большим, чем сечение насыпи, необходимо располагать про­

200

ектную линию таким образом, чтобы площадь участков выемок на продольном профиле была на 25—30% меньше площади на­ сыпей.

Рабочие отметки не должны превышать более чем на 20—30 см минимальные отметки, требуемые по местным грунтовым и гидроло­ гическим условиям.

Намечая положение проектной линии, следует избегать частых ее переломов, соответствующих микрорельефу местности. Особен­ но нежелательны участки с частой сменой подъемов и спусков (пи­ лообразный продольный профиль). Вместе с тем не следует искус­ ственно вводить длинные участки с постоянным уклоном, для уст­ ройства которых потребовалось бы выполнение излишних земля­ ных работ. Более целесообразно в таких местах прокладывать про­ ектную линию в виде обертывающих вертикальных кривых весьма больших радиусов (100 000—200 000 м), параллельных естествен­ ной поверхности земли.

Для окончательного нанесения проектной линии в настоящее время наибольшее распространение получил метод проектирования продольного профиля вертикальными кривыми, сопрягающи­ мися непосредственно друг с другом или при помощи прямых вставок.

Заслуга внедрения этого метода в СССР принадлежит Н. М. Ан­ тонову. Реже используют метод нанесения пректной линии сопряга­ ющимися прямыми участками проектной линии с последующим вписыванием в их переломы вертикальных кривых и вычислением поправок к рабочим отметкам, найденным по тангенсам. Первый метод более удобен для сильно пересеченного холмистого рельефа, когда на большей части своей протяженности дорога состоит из сопрягающихся вертикальных кривых, второй — для равнинного рельефа, когда переломы проектной линии редки.

204

Рис. 11.3. Шаблон для прямолинейных участков продольного профиля («тре­ угольник уклонов»):

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

При проектировании проектной линии вертикальными кривыми на вычерченный на миллиметровой бумаге профиль местности на­ кладывают прозрачные шаблоны вертикальных кривых разных ра­ диусов, вырезанные в масштабах продольного профиля (1 5000 и 1 : 500 в равнинной местности и 1 : 2000 и 1: 200 в горной местности). По периметру шаблона (рис. 11.2) штрихами отмечены точки, соот­ ветствующие местам касания прямых, имеющих различные укло­ ны, равные целому числу тысячных. Для правильного ориентиро­ вания при работе на миллиметровой бумаге на шаблонах имеются также горизонтальные и вертикальные линии. Участки проектной линии в виде прямых намечают при помощи треугольника уклонов (рис. 11.3), на котором для учета различия в вертикальном и гори­ зонтальном масштабах продольных профилей с Южратным увели­ чением нанесены линии, имеющие различные уклоны.

В намеченную начерно от руки проектную линию вписывают вер­ тикальные кривые, подбирая радиусы кривых и продольные уклоны таким образом, чтобы найти положение наиболее плавной проект­ ной линии, не требующей излишних земляных работ. В сложных случаях намечают несколько вариантов, из которых путем срав­ нения выбирают наилучший.

Второй этап проектирования заключается в точной взаимной увязке концов элементов проектной линии — определении коорди­ нат вершин всех вертикальных кривых, точек сопряжения смежных криволинейных и прямолинейных участков, уклонов, прямых, со­ прягающих вертикальные кривые, и др. Расчеты ведут, последова-

206

а)

Рис. 11.4. Задачи, решаемые при нанесении проектной линии с постоянным укло­ ном:

2 — линия поверхности земли

тельно переходя от одного элемента к другому, используя вспомо­ гательные таблицы К

В сложных условиях рельефа при чередующихся больших вы­ емках и насыпях для нахождения лучшего положения проектной линии сравнивают несколько вариантов «цепей» из нескольких вза­ имно сопрягающихся элементов.

При проектировании без шаблонов прямыми участками, наме­ тив начерно положение проектной линии, вычисляют проектные от­ метки на переломах продольного профиля и уточняют уклоны, из­ меняя рабочие отметки таким образом, чтобы уклон проектной ли­ нии выражался в целых тысячных. Увязав уклоны и отметки на переломах проектной линии, определяют промежуточные проектные и рабочие отметки и вписывают вертикальные кривые. Если полу­ чающиеся рабочие отметки неудачны и, например, в промежуточ­ ных точках не соблюдается необходимое возвышение низа дорож­ ной одежды над уровнем источников увлажнения или дорога на значительной протяженности проходит в мелкой выемке, изменяют продольный уклон и начальные рабочие отметки.

В процессе нанесения проектной линии приходится решать сле­ дующие частные задачи.

1. Определять место выхода на поверхность проектной линии, имеющей заданный продольный уклон i (рис. 11.4, а).

Вначале вычисляют продольный уклон io поверхности грунта на участке, где, судя по продольному профилю, проектная линия вы­ ходит на поверхность. Затем находят фиктивную отметку h на про­ должении этого уклона в точке А, откуда начинается подъем. При­ бавляя к этой отметке требуемое возвышение низа дорожной одеж-

Проектирование и разбивка вертикальных кривых на автомобильных дорогах/Н. М. Антонов, Н. А. Боровков, Н. Н. Бычков, Ю. Н. Фриц. М.: Транс­ порт, 1968. 200 с.

206

ды в наиболее низком месте ее поперечного профиля в точке В оп­ ределяют протяженность участка с подъемом:

h + H

( 11. 1)

i—*о

2.Находить точки перехода из выемки в насыпь (рис. 11.4, б). Расстояние I от начала участка, на котором проектная линия

переходит из выемки в насыпь (или наоборот), определяют из по­ добия треугольников АВО и OCD:

ность участка, в пределах которого проектная линия и поверхность земли имеют постоянные уклоны, м.

Из формулы (11.2) получаем

При нанесении линии по вертикальной кривой точка пересече­ ния с поверхностью земли (рис. 11.4, в) может быть найдена путем совместного решения уравнения вертикальной кривой y = l2j2R и уравнения линии поверхности земли в продольном профиле у= а —

Развитие счетно-вычислительной техники создало возможность проектирования продольного профиля автомобильных дорог на электронных вычислительных машинах. Проектные организации ведут проектирование продольного профиля, используя программы, позволяющие определять на ЭВМ положение проектной линии, удовлетворяющее заданному критерию оптимальности (минимуму земляных работ, наибольшей средней скорости расчетного автомо­ биля и др.) при удовлетворении нормативных требований Строи­ тельных норм и правил. Машинам задается профиль поверхности земли, отметки строго фиксированных точек (пересечение с желёзными дорогами), точек, у которых фиксирована отметка, кото­ рая может быть только увеличена (проезжая часть мостов) или уменьшена (проезжая часть под путепроводами). Машины выда­ ют отметки проектной линии, удовлетворяющие заданным требо­ ваниям к ее элементам — радиусам вертикальных кривых, продоль­ ным уклонам и др. В этом случае творческая роль проектировщи­ ка сводится к первоначальной наметке очертания продольного про­ филя, оптимизация которого выполняется машиной по заданному критерию.

207

11.3. Назначение контрольных точек при нанесении проектной линии

Отметки проектной линии над контрольными высотными точка­ ми должны быть назначены до начала проектирования продольно­ го профиля. Возвышения поверхности дорожного покрытия в наи­ более низком месте поперечного профиля в местах длительных за­ стоев поверхностной воды и высокого уровня грунтовых вод назна­ чают согласно п. 7.7.

В открытых местах, где возможны значительные снежные за­ носы, для облегчения зимнего содержания при эксплуатации доро­ ги, рекомендуется принимать возвышение бровки земляного полот­ на на 0,4—1,2 м выше поверхности снегового покрова (см. п. 7.7).

Наиболее сложно назначать отметки и наносить проектную ли­ нию на участках у искусственных сооружений. Положение проект­ ной линии должно обеспечивать незатопляемость подходов, а так­ же возвышение низа пролетного строения над поверхностью воды, необходимое для беспрепятственной работы сооружения в период пропуска высоких вод.

Возвышение искусственного сооружения над пониженным мес­ том русла слагается из суммы следующих величин:

глубины протекающей воды у с учетом подпора у входа в со­ оружение;

просвета между уровнем подпертой воды и низом пролетного строения z\ у малых искусственных сооружений просвет должен обеспечивать безопасный пропуск плывущих предметов и неподтопление пролетного строения при паводках, уровень которых превы­ шает расчетный, а на судоходных реках — пропуск судов;

высоты пролетного строения, а для труб — также и толщины грунтовой засыпки над трубой вместе с толщиной стенки трубы.

На поймах высоту насыпи назначают исходя из расположения подпертого уровня. На больших реках, где при паводках залива­ ются большие пространства и возможно образование волн, отметку бровки насыпи следует назначать из расчета возвышения над уров­ нем волны (см. ч. 2, п. 21.2).

Насыпи на подходах проектируют на паводки с более редкой повторяемостью, чем повторяемость расчетного паводка, что объяс­ няется тем, что мосты менее долговечны, чем насыпи на подходах. На дорогах IV и V категорий допускается проектировать затопля­ емые насыпи, которые должны быть при этом тщательно укрепле­ ны во избежание размыва.

При проектировании малых и средних искусственных сооруже­ ний для обеспечения плавности проектной Линии используют сле­ дующие приемы.

1. Расположение моста на продольном уклоне' (рис. 11.5, а). Если тип покрытия на мосту такой же, как и на подходах, то мак­ симальный продольный уклон моста должен быть таким же, как и

208

а)

Рис. 11.5. Примеры нанесения проектной линии у малых мостов

на подходах. При устройстве деревянных настилов продольный ук­ лон проезжей части моста не должен превышать 20%о при продоль­ ной укладке досок и 30%о при поперечной. Малые мосты, располо­ женные на участках с большими продольными уклонами, иногда смещают к одному из берегов долины, устраивая искусственное рус­ ло водотока. Участок с продольным уклоном, на котором распо­ ложен мост, должен быть продолжен на некоторое расстояние по обе стороны моста.

2.Расположение моста на вертикальной кривой, позволяющее устранить переломы проектной линии около моста, неизбежные при устройстве моста на горизонтальной площадке (рис. 11.5, б).

3.Углубление русла под мостом. Необходимость в таком реше­ нии появляется при пересечении слабо выраженных тальвегов в равнинной местности, в которых бытовая глубина протекания воды не превышает 20—30 см. Весь расход или большая его часть про­ пускается под мостом в канаве. Для углубления русла необходи­ мо, чтобы уклон у лога давал возможность придать канаве такой

209

Рис. 11.6. Примеры нанесения проектной линии над трубами

продольный уклон, при котором русло не заиливалось бы, а кана­ ву можно было бы вывести на поверхность вблизи моста.

4. Снижение рабочей отметки искусственных сооружений. Это решение достигается увеличением отверстия моста, что обеспечива­ ет уменьшение расчетной скорости и глубины протекания воды, а также высоты подпертого горизонта, или заменой одной трубы боль­ шого диаметра несколькими меньшими трубами, имеющими равную суммарную пропускную способность.

При проектировании насыпей на переходах через узкие и глу­ бокие овраги рабочая отметка в месте устройства искусственного сооружения, определяемая по соображениям равенства объемов насыпей и выемок, обычно оказывается больше, чем минимальная высота насыпи, необходимая из условия пропуска высоких вод. Поскольку высокие мосты устраивают с конусами и длина их по настилу значительно возрастает с увеличением высоты, на пере­ ходах через узкие и глубокие овраги наиболее целесообразно ук­ ладывать трубы, если отсутствует опасность их закупоривания се­ левыми выносами или предметами, приносимыми ливневым стоком (рис. 11.6).

На пересечениях через большие судоходные реки возвышение проезжей части моста над подходами неизбежно, так как иначе на­ сыпи получились бы очень высокими. В этом случае проектная ли­ ния должна обеспечивать плавность въезда на мост. Для этого уклон подходов к мосту принимают не более 30%о, а между концом подъема и началом моста вводят горизон+альную площадку, доста­ точную для размещения тангенсов вертикальных кривых. На боль­

210