Элементы инженерно-геодезического проектирования

Одновременно с проектированием генерального плана разрабатывается проект производства геодезических работ (сокращенно ППГР).

В первом разделе проекта освещаются общие принципы организации геодезических работ на строительной площадке: приводятся технологическая схема и календарный план производства работ с указанием видов геодезических измерений, график использования приборов и оборудования, сметно-финансовые расчеты и технико-экономическое обоснование ППГР.

Во втором разделе проекта содержатся сведения о выполнении основных геодезических работ: схема построения плановой и высотной опорных сетей для разбивки сооружений и способы закрепления их пунктов, расчеты требуемой точности измерений, выбор и обоснование методов измерений и уравновешивания их результатов.

Третий раздел проекта посвящен геодезическому обслуживанию нулевого цикла строительства; в нем указываются способы разбивки элементов подземной части сооружения и контроля их монтажа с предвычислением точности геодезических измерений, методы исполнительной съемки смонтированных конструкций и типы монтажных знаков, закрепляющих положение вынесенных в натуру частей сооружения.

В последнем разделе проекта рассматриваются вопросы, связанные с геодезическим обеспечением при возведении наземной части сооружений, а именно: методика создания и способы уравнивания геодезической основы на исходном и монтажном горизонтах сооружения с расчетом точности измерений, обоснование способов передачи осей и отметок на монтажные горизонты и требуемая при этом точность, указания о необходимой точности и методах детальных разбивочных работ и геодезического контроля смонтированных конструкций, по их исполнительной съемке и составлению соответствующей документации.

В случае необходимости производства наблюдений за деформациями строящихся сооружений в соответствующем разделе ППГР приводятся данные предварительного расчета точности геодезических измерений, схемы планово-высотной основы, типы деформационных марок и реперов, а также методы математической обработки результатов измерений и их графической интерпретации.

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТРАСС ЛИНЕЙНЫХ СООРУЖЕНИЙ

геодезический строительный линейный проектирование

Основной задачей проектирования линейных сооружений является выбор оптимального положения линии трассы на местности. Выбранный вариант должен предусматривать сбалансированность объемов земляных работ, хорошо вписываться в окружающую ситуацию, обеспечивая наименьшие нарушения окружающей среды. При проектировании должны быть учтены технические условия, которые зависят от предназначения будущего сооружения. Основная часть этих задач решается при камеральном и полевом трассировании. После выбора основного варианта камеральным путем и выполнения полевого трассирования, составляют продольный и поперечные профили местности, и приступают к проектированию линии трассы по высоте.

Проектный профиль линейного сооружения разрабатывают, руководствуясь техническими условиями, экономическими требованиями и особенностями его эксплуатации. При проектировании автомобильных и железных дорог основное внимание уделяется обеспечению плавного и безопасного движения с заданной предельной скоростью. По этой причине уклон проектной линии не должен превышать предельной величины, а радиус вертикальной кривой быть меньше допускаемого значения. Предельные значения проектных уклонов зависят от типа линейного сооружения, а также от его категории. Например, государственная автомобильная дорога первой категории должна иметь проектный уклон не более 30‰, а для железных дорог аналогичного значения и категории - 15‰. Величины предельных уклонов определяются специальными нормативными документами.

При проектировании подземных трубопроводов уклон профиля должен обеспечить движение жидкости в трубах с определенной скоростью, исключающей оседание взвешенных частиц при минимальных уклонах и истирание труб песком и твердыми частицами при максимальных уклонах.

Кроме того, глубина заложения труб от поверхности должна быть такой, чтобы трубы не разрушались в результате нагрузок на них транспортных средств, а жидкость не замерзала. Обычно минимальный уклон для труб канализации диаметром 150, 200 и 1250мм (и более) принимают соответственно 7,5 и 0,5 ‰. Для стальных труб уклон должно быть таким, чтобы скорость жидкости не превышала 8 м/с и для неметаллических труб - 4 м/с. Глубина заложения водопровода должна быть ниже глубины сезонного промерзания грунта на 0,3-0,5м, а канализации - на 0,3-0,5м выше этого уровня. Газопроводы прокладывают на глубине 0,8м от поверхности.

Для защиты дорог предусматривают их расположение на насыпи. В соответствии с этим на равнинной и слабопересеченной местности применяют «обертывающее» положение проектной линии (на насыпи). На пересеченной местности используют секущее положение, при котором проектная линия проходит в выемке на возвышенных местах и на насыпи - в местах понижения рельефа. В этом случае при прокладке трассы следует стремиться к соблюдению баланса земляных работ и объемы грунта, взятого из выемок, должны соответствовать объемам грунта, необходимого для насыпей.

Проектную линию на профиле определяют положением ряда фиксированных (контрольных) точек, отметки которых принимают за исходные. К таким отметкам относят высоты начала и конца трассы, отметки переходов через водные преграды и пересечения с существующими дорогами, отметки подключений к существующим трассами т. п.

Построение проектного профиля начинают от контрольных точек, намечают начало и конец участка с равномерным проектным скатом, определяют его длину d и вычисляют предварительный уклон

,

где - проектная отметка начальной контрольной точки; - предварительная проектная отметка конечной точки участка.

Если полученное значение не превышает предельного проектного значения, то его величину округляют до тысячных значений и выписывают в графу уклонов профиля (рис. 1).

Рис. 1. Пример продольного профиля

Так как уклон i_п = h/d, то превышение между точками проектного профиля равно h = i_пd. Поэтому отметка точки проектного профиля отстоящей от начальной точки на расстоянии d_j равна

.

По формуле вычисляют проектные отметки всех точек трассы на прямолинейных ее участках. Напомним, что при понижении проектной линии уклону приписывают знак «-», при повышении - «+».

Для строительства сооружения и вычисления объемов земляных работ по всем точкам трассы вычисляют рабочие отметки

где - отметка земли по оси сооружения. Положительные рабочие отметки показывают высоту насыпи, отрицательные - глубину выемки грунта.

Рис. 2. Пример поперечного профиля

При наличии выемок и насыпей проектный профиль в отдельных местах будет пересекать профиль поверхности земли. Точки пересечения этих профилей называют точками нулевых работ, т. е. грунт в этих точках при строительстве не снимается и не подсыпается.

Рис. 3. Схема определения положения и отметок точек нулевых работ

Для определения положения и отметки точки нулевых работ рассмотрим рис. 3, на котором АВ - фактический, а А^пВ^п- проектный профили. Из подобия треугольников АОА^п и ВОВ^п:

,

тогда

или .

Окончательно получим

.

Поменяв местами точки и обозначив , по аналогии запишем

.

Для контроля вычислений используют формулу

.

При определении отметки точки нулевых работ воспользуемся проектной линией А^пВ^п. Зная проектный уклон i, проектную отметку точки А^п и расстояние l_a, по формуле получим

На перегибах проектные линии сопрягают вертикальными кривыми, обеспечивающими плавность движения транспорта и видимость встречного движения на выпуклых участках дороги. Требования к радиусам вертикальных круговых кривых определяются нормативными документами.

На рис. 4 показаны элементы вертикальной круговой кривой при сопряжении проектных линий с уклонами i_1,, i₂ и линиями АВ, ВС, соответствующими углами наклона н₁= arctg i₁ и н₂ = arctg i₂. Так как угол поворота трассы щ= н₂ - н₁, то на основании формулы

Т = .

Углы н₁ и н₂ малы, поэтому

,

Тогда

T =.

Рис. 4. Схема разбивки вертикальных круговых кривых

При малых значениях углов н₁, и н₂ проекция тангенса на кривую и сама кривая практически равны, следовательно

К ?2Т = R(i₁ - i₂).

Для определения биссектрисы рассмотрим прямоугольный треугольник ВАО:

(R + Б)² = Т² + R².

После преобразования получим

Б (2R + Б) = Т² или Б = Т²/(2R + Б).

Так как величина Б по сравнению с 2R пренебрегаемо мала, то в знаменателе правой части равенства ее можно отбросить. Тогда

Б = Т²/2R.

Для вычисления отметки проектной точки кривой Вⁿ воспользуемся следующей зависимостью. На рис. 4 видно, что

Нв_п = Нв -Б,

Нв_п = + i₁ Т,

Следовательно

Н _Вп = + iТ - Б.

По формулам вычисляют основные элементы круговых кривых, а затем определяют отметку середины кривой. Для определения отметок остальных точек используют способ прямоугольных координат. При этом плоскость разбивки располагают не горизонтально, а вертикально.

Для подсчета объемов земляных работ на поперечные профили наносят проектные сечения линейного сооружения и графически определяют площади сечений S. Объемы грунта между двумя поперечными профилями с площадями сечений S₁ и S₂ вычисляют по формуле

V =

где d - расстояния между поперечными профилями.

При проектировании продольных профилей трубопроводов выполняют аналогичные расчеты: вычисляют проектные высоты лотков труб в каждом колодце или камере и проектные уклоны между ними; вместо рабочих отметок определяют глубину заложения лотков от поверхности. Профили подземных трубопроводов содержат информацию о материале труб, их диаметре, инженерных сетях, пересекающих данную трассу.

В настоящее время происходит переход к качественно новому способу проектирования линейных сооружений проектированию с использованием ЭВМ. Проектировочные расчеты для этого случая легко поддаются программированию, и использование в них даже малой вычислительной техники дает заметный эффект. Особой перспективностью и большим экономическим эффектом отличаются системы автоматизированного проектирования (САПР).

ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЛАНИРОВКА, ПОСТРОЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ