1.2 Разработка проектных решений

Проектирование оптимальной сети дорог требует выполнения следующих основных работ: анализа исходной информации о дорожных и транспортных затратах существующей сети дорог; построения оптимальной связывающей сети дорог с учетом принятой перспективы; оценки экономической эффективности строительства и реконструкции дорог.

При проектировании дороги требуется размещать в сухих незатопляемых местах с равнинным рельефом и прочными грунтами, правильно вписывать в ландшафт местности, по возможности, обходить водотоки или пересекать их, в наиболее узких местах под прямым углом учитывая сложившуюся ситуацию. Нельзя допускать затопления полезных земель и заболачивание низких мест путем создания подпора воды дорожными сооружениями. Не следует занимать под дороги ценные угодья, государственные заповедники и заказники, зоны, отнесенные к памятникам природы и культуры. Не рекомендуется проектировать дороги через населенные пункты.

Для выбора лучшего решения проектируют несколько вариантов размещения трасс дорог, которые сравнивают между собой по природоохранным требованиям, эксплуатационно-техническим и экономическим показателям. В данном курсовом проекте было выбрано два варианта размещения трассы дороги. Каждый из вариантов был разбит на прямолинейные участки. Характеристика запроектированных вариантов по основным показателям сведена в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Основные показатели запроектированных дорог

Для установления технической категории и технико-экономических параметров проектируемой местной дороги определяют среднесуточную перспективную интенсивность движения автомобилей по ней за наиболее напряженный (полевой) период по формуле:

N = (1.1)

где N -- расчетная интенсивность движения по дороге, авт/сут;

Q -- перспективная грузонапряженность дороги, т;

f -- коэффициент неравномерности перевозок по сезонам (месяцам)(f=2,5)

k -- коэффициент, определяющий повторные, безобъёмные и неучтенные перевозки и переезды (k=1,3);

t -- число дней сельскохозяйственных перевозок(t=200);

в -- коэффициент использования пробега автомобиля(в=0,6);

? -- коэффициент использования грузоподъемности автомобиля(?=0,85);

Р -- средневзвешенная грузоподъемность расчетного автомобиля(P=3т).

1. N= (50000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 162500/408=398(М-1)

2. N= (50000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 162500/408=398 (1-К)

3. N= (110000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 357500/408=875 (2-3)

4. N= (110000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 357500/408=875 (3-4)

5. N= (110000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 357500/408=875 (4-5)

6. N= (110000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 357500/408=875 (5-Б)

7. N= (50000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 162500/408=398 (М-1)

8. N= (50000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 162500/408=398 (Г-Д)

9. N= (50000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 162500/408=398 (Д-Б)

10. N= (50000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 162500/408=398 (М-Е)

11. N= (60000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 195000/408=477 (И-Н)

12. N= (60000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 195000/408=477 (Н-Л)

13. N= (60000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 195000/408=477 (Л-Б)

14. N= (60000Ч2.5Ч1.3) /(200Ч0.6Ч0.8Ч4)= 195000/408=477 (Л-Б)

1.3 Обоснование проектного решения

Варианты дороги сравнивают по различным показателям: природоохранным и эксплуатационно-техническим, капитальным и ежегодным затратам, ежегодным сбережениям. Определяют экономическую эффективность строительства вариантов дороги. На основании оценки выбирают лучший вариант запроектированной трассы дороги.

В зависимости от характеристики природного комплекса природоохранные требования выступают как обязательный или ограничительный фактор при размещении трасс и оценки вариантов.

Оценка вариантов по эксплуатационно-техническим показателям включает протяженность и извилистость трассы в плане и в продольном профиле, количество и условия пересечения водотоков, условия безопасности движения, необходимость в дополнительных сооружениях.

Оценка по эксплуатационно-техническим показателям приведена в таблице 1.5.

Таблица 1.5. Оценка вариантов по эксплуатационно-техническим показателям

По эксплуатационно-техническим показателям лучшим выбран 1-ый вариант.

Экономические показатели состоят из капитальных затрат, ежегодных затрат и сбережений, приведенных затрат и срока окупаемости капиталовложений. Капитальные затраты (К) включают стоимость строительства дороги (принимаются по укрупненным показателям в расчете на 1 км), стоимость строительства мостов и труб, а также стоимость отводимых под дорогу земель.

Стоимость строительства дороги определяется по формуле:

К₁ = L_д с₁ (1.2)

где L_д - протяженность запроектированной дороги, км;

с₁ - стоимость строительства 1 км дороги, тыс.у.е.

К_1-1 = 4,12* 100 = 412 тыс.у.е.

К_1-2 = 8,74 * 100 = 874 тыс.у.е.

Стоимость строительства мостов рассчитывается по формуле:

К₂ = L_с с₂ (1.3)

где L_с - длина инженерного сооружения (моста), пог. м;

с₂ - стоимость строительства 1 погонного метра моста, тыс.у.е.

К_2-1 = 50,5 * 1,5 = 75,5 тыс.у.е.

К_2-2 = 45* 1,5 = 67,5 тыс.у.е.

Затраты, связанные с отводом земель под дорогу (потери сельскохозяйственного производства):

К₄ = S_д с₄ k_n (1.5)

где S_д - площадь земель, отводимая под дорогу, га;

с₃ - нормативная стоимость освоения новых земель взамен изымаемых сельскохозяйственных для несельскохозяйственных нужд, (тыс.у.е./га);

k_n - повышающий коэффициент, равный 1,2.

К_4-1 = 12,4* 0,15 * 1,2 = 2,2 тыс.у.е.

К_4-2 = 24,4 * 0,15 * 1,2 = 4,3 тыс.у.е.

Суммарные капитальные затраты (K_c) рассчитываются по формуле:

К_с = К₁ + К₂ + К₃ + К₄ (1.6)

К_с1 = 412,0+75,5+2,2 = 489,7 тыс.у.е.

К_с2 = 874,0+67,5+4,4 = 945,9 тыс.у.е.

Ежегодные затраты включают затраты на эксплуатацию дорог (R), затраты на перевозки грузов (P), амортизационные отчисления (А) в связи с эксплуатацией автомобильной дороги и инженерных сооружений (мостов, труб), земельный налог (З_н).

Затраты на эксплуатацию дорог можно определить по формуле:

R = (1.7)

где - протяженность i - й запроектированной дороги, км;

r_i - годовые затраты на содержание и ремонт i - й дороги, тыс.у.е. /км.

R₁ = 4,12 * 3 = 12,36 тыс.у.е.

R₂ = 8,74 * 3 = 26,22 тыс.у.е.

Затраты на перевозки грузов (P) рассчитываются по формуле:

P = (1.8)

где Q_i - вес перевозимых грузов по i - й дороге, титулу, т;

l_i - расстояние перевозки грузов по i - й дороге, титулу, км;

c_i - стоимость перевозки 1 т груза по i - му титулу, тыс.у.е./км.

P₁ = (0,91 * 50000 + 0,50 * 50000 + 0,89 * 110000 +

+ 0,70 * 110000+0,80*110000+0,32*110000) * 0,3 / 1000+(2,24*60000)*0,9/1000 = 208,17 тыс.у.е.

P₂ = (0,97 * 50000 + 2,15 * 50000 + 2,21 * 50000 +

+ 0,81 * 50000+0,44 * 60000 + 0,87 * 60000 + 0,42 * 60000 +

+ 0,87 * 60000) * 0,3 / 1000+(0,85*60000)*0,9/1000 = 161,58 тыс.у.е.

Амортизационные отчисления в связи с эксплуатацией дороги находятся по формуле:

A = (1.9)

где и - норма амортизационных отчислений на полное восстановление основных фондов (в долях);

K_1,K₂ и К₃- капитальные затраты на строительство дорог и строительство инженерных сооружений, тыс.у.е..

A₁ = 0,05 * 412,0+ 0,015 * 45,0 = 21,85 тыс.у.е.

A₂ = 0,05 * 874,0 + 0,015 * 30,0 = 44,37 тыс.у.е.

Земельный налог, ежегодно изымаемый с дорожных организаций за земли, занятые под дорогой, определяется по нормативным ставкам за 1 га по формуле:

З_н = _дi n_i (1.10)

где - площадь i-го вида земель, занятая под дорогой, га;

n_i - нормативная ставка земельного налога за 1 га i-го вида земель, руб.

З_н1 = 12,4 * 0,03 = 0,37 тыс.у.е.

З_н2 = 24,4* 0,03 = 0,73 тыс.у.е.

Суммарные ежегодные затраты находятся по формуле:

С_с = R + P + A + З_н (1.11)

С_с1 = 12,84+208,17+21,85+0,37 = 243,23 тыс.у.е.

С_с2 = 26,22+161,58+44,37+0,73 = 232,9 тыс.у.е.

Суммарные приведенные затраты (З_n) определяются по формуле:

З_п = Е_н К_с + С_с => min (1.12)

где Е_н - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, для дорог общего пользования - 0,05;

К_с - суммарные капитальные затраты, тыс.у.е.;

С_с - суммарные ежегодные затраты, руб.

З_п1 = 475,2 * 0,05 + 243,23 = 266,99 тыс.у.е.

З_п2 = 908,4 * 0,05 + 232,9 = 278,32 тыс.у.е.

При использовании запроектированной автомобильной дороги будут иметь место ежегодные сбережения, включающие сбережения на перевозки грузов (Э₁), эксплуатацию автомобильных дорог (Э₂), дополнительный доход (убытки) вследствие уменьшения (увеличения) площадей сельскохозяйственных земель из-под дорог (Э₃) и сбережения в результате более полного использования автотранспорта в течение года, улучшения культурно-бытовых и административных связей, активизации хозяйственной деятельности (Э₄). Значения перечисленных сбережений можно найти по соответствующим формулам.

Сбережения на перевозку грузов можно рассчитать следующим образом:

Э₁ = (1.13)

где Q_i - вес перевозимых грузов по i - й дороге, перегону по - й дороге;

и - расстояние перевозки грузов по i - й существующей и запроектированной дороге, перегону, км;

c_i - стоимость перевозки 1 т груза по i - й дороге, тыс.у.е./км.

Э_1-1 = (4,2*60000+2,0*110000+0,8*50000)* 0,9 / 1000 - 243,2 = 217,7 тыс.у.е.

Э_1-2 = (4,2*60000+2,0*110000+0,8*50000)* 0,9 / 1000 - 232,9 = 227,9 тыс.у.е.

Экономию (перерасход) на эксплуатацию дорог (Э₂) можно определить по формуле:

Э₂ = (1.14)

где и - соответственно протяженность существующих и запроектированных i - х дорог, км;

r_i - годовые затраты на содержание и ремонт i - й дороги, тыс.у.е. / км.

Э_2-1 = (2,0*2+2,2*3+2,8*2) - 12,84 = 3,36 тыс.у.е.

Э_2-2 = (2,0*2+2,2*3+2,8*2) - 26,22= -10,02 тыс.у.е.

Величину экономии (убытка) вследствие уменьшения (увеличения) площадей сельскохозяйственных земель под дорогами (Э₃) определяют как доход (убыток), получаемый с разности площадей под существующими и проектируемыми дорогами по вариантам:

Э₃ = (S_c - S_n) D (1.15)

где S_c и S_n - площади сельскохозяйственных земель под существующими и проектируемыми дорогами, га;

D - доход с 1 га сельскохозяйственных земель, тыс.у.е..

Э_3-1 = (50,8- 12,4) * 5 = 192,0 тыс.у.е.

Э_3-2 = (50,8 - 24,4) * 5 = 132,0 тыс.у.е.

Сбережения, получаемые в результате более полного использования автотранспорта в периоды распутиц, улучшения культурно-бытовых и административных связей, активизации хозяйственной деятельности Э₄, можно условно принять в размере 20 - 30% от общей экономии (Э₁) и (Э₂):

Э₄ = (Э₁ + Э₂) * 30 % (1.16)

Э_4-1 = 0,3 * (217,7+3,36) = 66,3 тыс.у.е.

Э_4-2 = 0,3 * (227,9-10,02) = 65,3 тыс.у.е.

Общая годовая экономия на транспортных и других расходах (Э_общ), получаемая в результате использования запроектированной дороги, выражается формулой:

Э_общ = Э₁ + Э₂ + Э₃ + Э₄ (1.17)

Э_общ1 = 217,7+3,36+192,0+66,3= 479,36 тыс.у.е.

Э_общ2 = 227,9-10,02+132,0+65,3 = 415,18 тыс.у.е.

Окончательным показателем, характеризующим проектное решение, является срок окупаемости капиталовложений в строительство дорог (t) :

t = (1.18)

где K_c - суммарные капитальные затраты, тыс.у.е.;

Э_общ - Общая годовая экономия на транспортных и других расходах, тыс.у.е..

t₁ = 475,2 / 479,36 = 0,99 года

t₂ = 908,4 / 415,18 = 2,18 года

Срок окупаемости капиталовложений для внутрихозяйственных дорог не должен превышать 20 лет, для дорог общего пользования - 10 лет.

Расчеты по вышеуказанным формулам приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.6 - Оценка вариантов по экономическим показателям

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ МАЛЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ

2.1 Условия протекания водотока

58,3

Продольный профиль дороги - это проекция оси дороги на вертикальную плоскость, совпадающую с направлением дороги [1]. На этом чертеже должна быть представлена информация о местности (гидрогеологические данные) и проектные решения, от которых зависят как объемы предстоящих строительных работ, так и транспортно-эксплуатационное качество дороги. Поэтому проектирование продольного профиля - наиболее ответственный и сложный этап работы над проектом.

Каждое проектное решение на продольном профиле принимается на основе комплексной оценки всех факторов и условий, влияющих на параметры дороги, в том числе: ситуационные особенности местности, топографические, климатические, почвенно-грунтовые, гидрогеологические и другие условия. Инженер-проектировщик обязан строго соблюдать требования строительных норм, учитывать безопасность движения, эстетику автомобильной магистрали и требования экологии окружающей среды.

При выполнении данного курсового проекта продольный профиль строился по участку дороги длинной 3 километра. Участок проходит через деревню Карпово, начинается ПК 20 и заканчивается ПК 50. Трасса на этом участке имеет 5 поворотов и пересечение с рекой Быстрой. Минимальная отметка поверхности земли на участке дороги составляет 174,46 м, а максимальная - 218,33 м.

Продольный профиль состоит из 30 пикетов и 27 плюсовых точек. Плюсовыми точками являются точки пересе хзалей. Все пикеты, плюсовые точки и соответствующие им отметки записаны в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Ведомость отметок поверхности земли по трассе дороги

Проектирование трассы выполнялось с учетом следующих требований:

1. Расстояния между вершинами переломов проектной линии дороги (шаг проектирования) не должно быть меньше 150 метров;

2. Величины продольных уклонов не должны превышать 60‰, но при подходе к водным источникам, где достаточно большие уклоны местности, этот норматив может увеличиваться до 70‰;

3. Рекомендуемая рабочая отметка бровки земляного полотна (высота насыпи). Дорога должна проходить по возможности в невысокой насыпи (0,5 - 1,0 м);

4. Наименьшие радиусы выпуклых вертикальных кривых - 4000, вогнутых - 2500.

3.2 Построение продольного профиля дороги

4.1 Условия проектирования

Поперечным профилем называется изображение в уменьшенном масштабе сечения дороги вертикальной плоскостью, перпендикулярной к оси дороги[2]. Поперечные профили земляного полотна принимают на основе решений по продольному профилю с учетом типовых поперечных профилей для наиболее характерных точек трассы (высокая насыпь, глубокая выемка, раскрытая выемка, низкая насыпь, полунасыпь-полувыемка и т. д.), рельефа местности, почвенно-грунтовых, геологических, гидрологических и климатических условий и типа местности по характеру увлажнения.

Поперечный профиль включает следующие элементы (рис.1):

Ш проезжая часть -- главный конструктивный элемент, обеспечивающий движение транспорта определенной грузоподъемности, габаритов и с определенной скоростью; проезжая часть покрыта дорожной одеждой, которая должна быть прочной, а поверхность ее ровной, шероховатой и беспыльной[4];

Ш обочины -- боковые полосы, примыкающие к проезжей части; они служат для дорожной одежды упором, позволяют повышать безопасность движения и, кроме того, предназначаются для вынужденных остановок автомобилей, временного складирования строительных материалов. Проезжая часть и обочина составляют дорожное полотно;

Ш водоотводные сооружения -- продольные канавы (кюветы, кюветы-резервы и резервы), располагаемые по краям земляного полотна и сопрягаемыми с ними откосами;

Ш обрезы -- полосы между водоотводящими сооружениями и границами полос отвода; предназначаются для устройства объездных транспортных путей, длительного складирования строительных материалов, размещения декоративных и снегозащитных зеленых насаждений, а в ряде случаев - благоустроенных площадок для отдыха и др[5].

Рис.1.Элементы поперечного профиля дороги

В проекте принята проезжая часть с двухскатным поперечным профилем. Поперечный профиль составляется по типовым приёмам для данной категории дороги в трёх характерных точках: в насыпи, в выемке и в точке нулевых работ. В данном проекте поперечный профиль трассы в насыпи был рассчитан в ПК 2, с рабочей отметкой 0,34 м, в выемке -- ПК 1, с рабочей отметкой 0,93 м, в точке нулевых работ - ПК 8+45,0. Все данные были сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1. Параметры элементов поперечного профиля

Поперечные уклоны принимаются в соответствии с нормами для дороги VI категории и равны: для проезжей части - 20‰ и для обочин - 40‰.

На поперечном профиле вычерчивается конструкция элементов дороги. Горизонтальный и вертикальный масштабы равны 1:100.

В соответствии с нормами принимаются поперечные уклоны для дороги IV категории.

Для дороги принят полукорытный профиль (дорожная одежда размещается только в границах проезжей части). Полукорытный профиль представляет собой промежуточное (между корытным и серповидным профилем) решение. Укрепление обочин при таком профиле требует меньшей затраты материалов; однако он не обеспечивает отвода воды, просачивающейся через одежду. Для укрепления обочин применяют иногда материалы, отличающиеся от материала одежды, или укрепляют грунтовые обочины вяжущими материалами. На профиле также указываются конструктивные слои дорожной одежды и их толщина (асфальтобетон -- 8 см, гравий -- 20 см, песок -- 20 см). Данные сведены в таблицу 4.2.

Таблица 4.2. Параметры конструктивных слоев дорожной одежды