8.3. Проектирование продольного и поперечного профилей автомобильной дороги

Нанесение проектной линии на продольный профиль производится при выполнении ряда технических, экономических и эксплуатационных условий.

1.Трасса должна пройти через контрольные точки, строго фиксированные по высоте. Проектная отметка начала трассы принимается равной отметке точки примыкания к существующей автодороги, конец трассы – планировочной отметке стройплощадки. В середине трассы проектные отметки точек пересечения существующих авто- и железных дорог, водотоков через мостовые переходы и т.д. должны быть равны отметкам этих точек. В первую очередь на продольный профиль наносятся контрольные точки. Таким образом, трасса разбивается на ряд самостоятельных участков.

2. Между контрольными точками при помощи нити намечают проектные уклоны. Переломные точки(перегибы проектной линии) принято совмещать с пикетными или плюсовыми точками трассы для последующего упрощения вычислений. Расстоянияd между перегибами должны удовлетворять условиюd  d_min . Минимальная длина называетсяшагом проектирования. При строительстве автодорогd_min = 100 м. Это необходимо для вписывания вертикальных кривых в переломных точках.

Проектные уклоны i должны удовлетворять условию i  i_max. Это необходимо для обеспечения безопасного движения с заданной предельной скоростью и интенсивностью движения. Максимальный уклон для автодорог общегосударственныхi_max = 30 ^о_оо (0.030), республиканских – 40^о_оо, областных – 50^о_оо, районных – 60^о_оо, местного значения – 70^о_оо.

Прикидывают намеченный уклон i = h / d, гдеh – превышение между переломными точками, определяемыми графически по профилю. Если условие максимального уклона не выполнено, то изменяют положение переломной точки по высоте, или принимаютi = i_max И так на всех секциях между заданными контрольными точками. Намеченные точки отмечают на профиле карандашом.

3. На равнинной и слабо всхолмленной местности применяют обертывающеепроектирование – расположение дороги на насыпи. Оптимальная высота насыпи 0.5 м. В этом случае земля из кюветов перейдет в насыпь, тем самым будет обеспечен нулевой баланс земляных масс. На пересеченной ( сильно всхолмленной) местности используютсекущеепроектирование – расположение дороги в выемке на возвышенных местах и на насыпи – в пониженных. При этом необходимо стремиться к соблюдению баланса земляных работ:V_H  V_В– объем насыпи равен объему выемки на глаз.

Наметив положение проектной линии на профиле в соответствии с заданными условиями, выполняют геодезические расчеты.

1. Вычисляют проектный уклон намеченной секции:

i = ( H₂ – H₁ ) / d , (8.7)

где H₁ – проектная отметка начала уклона – задана,

H₂ - отметка конца уклона – определяется графически по профилю,

d расстояние между ними. Уклон округляют до 1 ^о_оои записывают в графу уклонов на профиле. По округленному уклону вычисляют проектную отметкуН₂ по преобразованной формуле

Н₂ = Н₁ + i d . (8.8)

Уточненную отметку Н₂откладывают на профиле. Если расхождение с первоначально намеченной точкой не более 1 мм, окончательно вычерчивают проектную линию.

Рис.8.7. Продольный профиль трассы автодороги

Графы: 1 – пикеты; 2 – расстояния (10 мм); 3 – отметки земли (15 мм); 4 – проектные уклоны (15 мм); 5 - уклоны в ^о_оо(10 мм)

Пример по рис.8.7. Между пикетами 2 и 4 выполнено секущее проектирование. Н_ПК2 = 58.95запроектирована предыдущей секцией. Графически определилиН_ПК4=56.70. d=200 м. Уклонi =(56.70 – 58.95)/200 = -0.01125. Округляемi = -11 ^о_оо и записываем в графу 5. По формуле (8.8)Н_ПК4 = 58.95 – 0.011200=56.75.

При подходе к контрольной точке уклон вычисляют по заданным отметкам конца и начала уклона до 0.1 ^о_оо. Погрешность вычислений по формуле (8.8) за счет округления уклона не должна превышать 3 см.

На рис.8.7 между ПК4 и ПК6 выполнено обертывающее проектирование. Н_ПК4 = 56.75задана проектированием предыдущей секции.Н_ПК6 = 59.48– отметка контрольной точки. Уклонi = (59.48 – 56.75) / 200 =+0.01365. Округленныйi = +13.6 ^о_оо записываем в графу 5.

2. Вычисляют проектные отметки всех точек трассы по формуле (8.8). Вначале вычисляют отметки пикетов; контролем является повторное получение отметки пикета.

Пример по данным рис.8.7. Н_ПК3 = 58.95 – 0.011100=57.85; Н_ПК4 = 57.85 – 0.011100=56.75 – контроль. Н_ПК5 = 56.75+0.0136100=58.11; Н_ПК6=58.11+0.0136100=59.47 – контроль. Расхождение 1 см, допускается 3 см. Далее:Н_ПК4+45 = 56.75+0.013645=57.36; Н_ПК6 = 57.36+0.013655=58.11– контроль.

3. Вычисляют рабочие отметки – высоты насыпей и глубины

выемок:

h_РАБ = Н_ПР – Н_ЗЕМ - (8.9)

если плюс, то насыпь и выписывают выше проектной линии; если минус, то выемка и выписывают ниже проектной линии слева от ординаты. См. пример на рис.8.7. Контроль h_РАБ графически. Расхождение не должно превышать 1 мм.

4. Вычисление расстояний до точек нулевых работ– пересечений проектной линии с линией поверхности земли. Это необходимо при строительстве для фиксирования конца насыпи и начала выемки. Расчетd_H (насыпи) и d_В (выемки)ведется по формулам:

d_H=h_H d/(h_H+h_В),d_В=h_В d/(h_H + h_В), d_H+ d_В=d – контроль. (8.10)

Формулы (8.10) выведены на основании подобия треугольников насыпи и выемки (см. рис.8.7 между ПК2 и ПК3): h_H / h_В = d_H / d_В при условииd_H+ d_В=d.

Расстояния до точек нулевых работ, округленные до 0.1 м, выписывают на профиль слева и справа от ординаты, вычерченной пунктиром.

Пример по рис.8.7: d_H = 1.80100 / (1.80+1.45)=55.4 м, d_В = 1.45100 / (1.80+1.45)=44.6 м, d_H+ d_В = 100 м – контроль.

3. Для подсчета объемов земляных работ на поперечные профили

наносят проектные поперечные сечения дороги.

Рис.8.8. Поперечные сечения автодороги на насыпи

Форма и размеры поперечного сечения зависят от поперечного профиля местности, положения проектной линии, ширины дороги ви коэффициента заложения откосаK=ctg=a / h, рис.8.8;- угол наклона откоса,а=К h называетсязаложением откоса. Коэффициент откосаКнормируется строительными нормами в зависимости от грунта. На рис.8.8 построены откосы сК=1.5. Площади поперечных сеченийS₁ иS₂ определяют графически. Объем земляных работ между двумя смежными сечениями на расстоянииd будет равен

V = 0.5 (S₁ + S₂ ) d . (8.11)

Если в точках трассы не разбиты поперечники, то поперечный уклон принимается за ноль и площадь поперечного сечения вычисляется как S = (в + K h) / h.

Общий объем земляных работ будет равен сумме объемов отдельных участков между точками трассы с учетом выемки грунта из кюветов.

Р а с ч е т в е р т и к а л ь н ы х к р и в ы х. При строительстве автодорог в перегибах проектной линии разбивают вертикальные кривые, обеспечивающие плавность движения и видимость встречного движения на выпуклых участках. Расчет ведется по тем же формулам, что и для горизонтальных кривых. Обозначим угол поворота вертикальной кривой  =i₁ – i₂ , гдеi₁ - уклон предыдущей линии, i₂ - последующей линии. Если плюс – выпуклая кривая, если минус – вогнутая кривая. Так на рис.8.9 = -0.011 – 0.014 = - 0.025, вогнутая кривая. Радиусы R вертикальных кривых принимаются большими, исходя из условияRR_min . Для дорог местного значенияR_min=1500 м для вогнутых кривых. При большихR и малых формулы (8.1) значительно упрощаются:

T  R  / 2, K  R  = 2T, Б = T² / 2R . (8.12)

(T²+R²= (R+Б)² = R²+2R Б + Б², Т² = Б (2R + Б), Б = Т² / (2R+Б) Т² / 2R, так как Б пренебрегаемо мало по сравнению с 2R).

Рис.8.9. Схема разбивки вертикальной кривой

Расчет по формулам (8.12) легко ведется на МК или вручную непосредственно в процессе строительных работ. Пример для условий =0.025, R=1500 м : T=1500 м  0.025 / 2 =18.75 м, К=2Т=37.50 м, Б=18.75² / 3000 = 0.117 = 0.12 м. Поправка, равнаяБ, вводится в проектную отметку переломной точки с плюсом для вогнутой кривой и с минусом для выпуклой кривой.

Детальная разбивка вертикальных кривых ведется способом прямоугольных координат. Задаваясь х от НК=ВУ-Т, вычисляют проектную отметку разбиваемой точки 1: Н₁=Н_НК+i x  x² / (2R), с плюсом для вогнутых кривых, с минусом для выпуклых кривых. Аналогично вычисляют для точек от КК.

Наиболее качественно и быстрее проектирование автодороги по высоте можно выполнить на ЭВМ. Строится сплайн1, аппроксимирующий рельеф в створе трассы при условии (8.6). На продольном профиле намечают изгибы проектной линии с обеспечением условияi  i_max . Определяют отметки переломных точек и их расстояния от начала трассы графически, включая и контрольные точки. По ним строится сплайн2, аппроксимирующий проектную линию при условии (8.6). По сплайн2 вычисляются проектные отметки любых точек трассы, по сплайн1 – отметки земли в этих точках. Разности сплайн2 – сплайн1 соответствуют рабочим отметкам. По заданным параметрам поперечного сечения дороги и заданному шагу (например, 1 м) вычисляются объемы V_H , V_В , V между переломными точками и суммарные объемы по трассе. Проектные и рабочие отметки, расстояния до точек нулевых работ для заданных точек трассы выводятся на печать. При этом способе проектирования отпадает необходимость расчета для разбивки вертикальных кривых, так как проектная линия в соответствии с условием (8.6) проходит через переломные точки по кривым.

Программа изысканий и проектирования других линейных сооружений, кроме железных дорог, осуществляются в сокращенном виде. Так при строительстве каналов не разбиваются вертикальные кривые, невозможно соблюдение баланса земляных работ. Трассы подземных коммуникаций проходят в траншеях постоянной глубины. При строительстве линии электропередачи не разбиваются кривые.