Проектирование автомобильной дороги III категории

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Автомобильные дороги являются комплексом сложных инженерных сооружений, которые выполняют важную роль в развитии региона. Они должны обеспечивать бесперебойное и безопасное движение автомобилей с расчётными скоростями соответствующими данной категории. При этом дорогу проектируют и строят таким образом, чтобы автомобили могли полностью реализовать свои динамические качества при нормальном режиме работы двигателя, чтобы на поворотах, подъемах и спусках автомобилю не грозили занос или опрокидывание. Увеличение сроков службы дорожных одежд, искусственных сооружений и земляного полотна должно быть достигнуто при высокой эффективности капиталовложений в строительство автомобильных дорог.

На стадии проектирования автомобильных дорог в полном масштабе должны учитываться климатические, природные (рельеф местности) и экономические факторы, а также возможности широкого использования местных строительных материалов и побочных продуктов промышленности; условия безопасности движения, определенные эстетические требования.

В связи с повышением требований к капитальности дорог, за последние годы стоимость дорожного строительства сильно возросла. Чтобы добиться экономии затрат необходимо изыскивать технически правильные и экономически более эффективные проектные решения. Большое значение приобретает широкое использование в строительстве дорог типовых проектов, основанных на последних достижениях отечественной и зарубежной науки и техники.

Целью данного проекта является продолжение трассы автомобильной дороги III категории по топографической карте масштаба (М 1:10000).

Основные задачи: проектирование земляного полотна в продольном и поперечном профилях, расчет объемов земляных работ. По результатам полученных расчетов определить наиболее выгодный вариант расположения трассы автомобильной дороги. А также задачи по расчету основных элементов плана дороги, по определению рекомендуемой рабочей отметки насыпи, определение отметок контрольных точек, проектирование кюветов, а также краткая характеристика района проектирования дороги.

автомобильный дорога трасса

1. Характеристика района проектирования дороги

Славгородский район -- административная единица на юге Могилёвской области Беларуси. Административный центр -- город Славгород.

Пропойский район образован 17 июля 1924 г. в составе Могилёвского округа. С 1938 в Могилёвской области. Во время Великой отечественной войны окупирован немецко-фашистскими захватчиками. Освобождён в ноябре 1943 г. В 1945 переименован в Славгородский. В 1962 году ликвидирован, но через три года восстановлен. Серьёзно пострадал в ресультате аварии на Чернобыльской АЭС.

Граничит: на севере с Чаусским районом, на востоке с Чериковским и Краснопольским, на западе с Быховским, на юге с Рогачёвским и Кормянским районами Гомельской области.

Район расположен в пределах Чечорской и Оршанско-могилёвской равнин. Средняя высота 140 - 170 м над уровнем моря. Наивысшая точка - 189 м (около д.Кульшичи). Полезные ископаемые: торф, строительные пески, мел, доломит, глина. Средняя температура января -7,6 °С, июля 18,9 °С.

Основные реки -- Сож с притоками Проня (с Растой, Крупкой и Тресливкой), Песчанка, Косолянка с Поцеей, Ельня, Голуба, Каменка, Якушовка; Бобровка (приток Днепра), Хотинка (приток Ресты).

Население района составляет 15,7 тыс. человек (2007), в том числе городское 53%. Плотность населения 12 чел./кмІ. В районе 79 сельских населённых пунктов в 5 сельсоветах.

По территории района проходят республиканские дороги Р43 Барановичи - Кричев, Р71 Славгород - Могилёв, Р119 Славгород - Быхов, Р138 Славгород - Чаусы и Р140 Славгород - Краснополье. Основное автотранспортное предприятие - Автопарк №21 ОАО Могилёвоблавтотранс.

Железных дорог нет. Ближайшая к Славгороду станция - Чаусы (42 км) на линии Могилёв - Кричев.

2. Определение категории дороги и основных технических нормативов

В соответствии с перспективной интенсивностью движения, указанной в задании, по ТКП 45-3.03-19-2006 устанавливается техническая категория проектируемой дороги. При интенсивности движения, равной 3200 ед/сут, категория дороги - III. По категории дороги и рельефу местности назначается расчетная скорость движения автомобилей, по которой определяется наибольший продольный уклон. Таким образом, расчетная скорость равна 100 км/ч.

Наименьший допустимый радиус кривых в плане по расчетной скорости движения определяется по формуле:

,(2.1)

где - коэффициент поперечной силы, =0,2 - 7,5**V;

in - поперечный уклон проезжей части, in =0,02.

В формуле знак « + » принимают при устройстве виража, а знак « - » при двухскатном поперечном профиле.

Расчетное расстояние видимости определяют по двум схемам:

а) вычисляют расстояние в метрах, на котором водитель может остановить автомобиль перед препятствием на горизонтальном участке дороги:

,(2.2)

где tp - время реакции водителя и включения тормозов, tp=1с;

- коэффициент продольного сцепления, =0,5;

ѓ - коэффициент сопротивления качению, ѓ=0,01;

K - коэффициент эксплуатационного состояния тормозов, К=1,4;

l0 - расстояние безопасности, l0=5м;

i - продольный уклон участка, i=0.

б) вычисляют расстояние видимости при встречном движении двух автомобилей на одной полосе:

S1 =2S (2.3)

S1 = 2·140,85 = 281,7м.

Минимальные радиусы вертикальных кривых определяют:

а) выпуклых - из условия видимости поверхности дороги

, (2.4)

,

где d - высота глаза водителя над поверхностью дороги, d =1,2м.

б)вогнутых - из условия величины центробежной силы b, допустимой по условиям самочувствия пассажира и перегрузки рессор, b=0,5м/c2.

(2.5)

Результаты расчетов и данные рекомендуемые ТКП 45-3.03-19-2006 , сведены в таблицу 2.1. Для проектирования принимают большие значения (для уклонов - меньшие)

Таблица 2.1 - Технические нормативы проектируемой дороги

Наименование	По расчету	По ТКП 45-3.03-19-2006	Принято для проектирования
Интенсивность движения, ед/сут	3200		3200
Расчетная скорость движения, км/ч: основная допустимая на трудных участках пересеченной местности	- -	100 80	100 80
Наименьший радиус кривых в плане, м	550	1200	1200
Наименьшие радиусы вертикальных кривых, м: выпуклых вогнутых	8300 1600	8000 4000	8000 4000
Наибольший продольный уклон,‰		50	50
Расстояние видимости, м: встречного автомобиля поверхности дороги	281,7 140,85	200 100	281,7 140,85
Число полос движения	-	2	2
Ширина полосы движения, м	-	3,5	3,5
Ширина проезжей части, м	-	7	7
Ширина обочины, м	-	2,5	2,5
Ширина земляного полотна, м	-	12	12

3. Проектирование плана трассы автомобильной дороги

3.1 Описание вариантов трассы

Выбор направления трассы между пунктами производиться по карте в масштабе 1:10000 с сечением рельефа горизонталями через 2,5 м.

Первый вариант.

Начальное направление трассы юго-восточное под углом 180. На ПК6+20 трасса пересекает грунтовую дорогу, на ПК6+80 трасса проходит через узколинейную железную дорогу, на ПК8+70 - проходит через реку, на ПК14+45 трасса пересекает дорогу с улучшенным покрытием под углом 370, а на ПК22+60 трасса поворачивает вправо на угол 69 с радиусом поворота 1200 м. Затем на ПК24+00 - начало пересечения трассы с заболоченной местностью, на ПК26+00 - конец пересечения трассы с заболоченной местностью, далее на ПК26+60 трасса пересекает дорогу с улучшенным покрытием под углом 520, на ПК27+80 трасса снова проходит через узколинейную железную дорогу. Для обеспечения плавности и безопасности движения на кривых предусмотрены переходные кривые. Общая длина трассы по первому варианту - 3110 м.

Коэффициент развития трассы:

, (3.1)

где L - фактическая длина трассы;

Lb - длина по прямой.

К1= 3110/2800 = 1,11

Второй вариант.

Начальное направление трассы юго-западное под углом 8. На ПК5+65 трасса пересекает грунтовую дорогу, на ПК8+00 трасса проходит через узколинейную железную дорогу, на ПК8+80 - проходит через реку, а на ПК10+70 трасса поворачивает вправо на угол 23 с радиусом поворота 1200 м. Затем на ПК15+95 трасса проходит через узколинейную железную дорогу, на ПК17+50 - начало пересечения трассы с заболоченной местностью, на ПК19+00 трасса проходит через ручей, на ПК20+45 - конец пересечения трассы с заболоченной местностью, далее на ПК21+15 трасса пересекает дорогу с улучшенным покрытием под углом 850. Для обеспечения плавности и безопасности движения на кривых предусмотрены переходные кривые. Для обеспечения плавности и безопасности движения на кривых предусмотрены переходные кривые. Общая длина трассы по второму варианту - 2810 м.

Коэффициент развития равен

К2= 2810/2800 = 1,004

3.2 Расчет основных элементов плана трассы

Для запроектированных закруглений по измеренному углу поворота и биссектрисе определяем следующие элементы:

(3.2)

(3.3)

(3.4)

D 2T - K (3.5)

По специальным таблицам переходных кривых в зависимости от радиуса круговой кривой определяется длина переходной кривой L, величина min 2, дополнительный тангенс t, сдвижка p круговой кривой ( по оси y).

Затем, с учетом устройства переходных кривых, определяется:

T (R + p)· tg/2 ( если p>0,01R) (3.6)

Tn T + t (3.7)

(3.8)

K 2L + K0 (3.9)

D2Tn-K (3.10)

НПК=ВУ-(Т+t) (3.11)

НКК=НПК+L (3.12)

ККК=НКК+К0 (3.14)

КПК=ККК+L, (3.15)

где Tn- полный тангенс, м;

t- дополнительный тангенс, м;

T- тангенс, м;

в- угол наклона касательной в конце переходной кривой;

L- длина переходной кривой, м;

K0 - круговая кривая оставшаяся между переходными кривыми, м.

Определяем прямые вставки как разность между положением начала следующей и концом предыдущей кривой.

Расстояние между вершинами углов определяем как разность между пикетажным положением вершин углов плюс домер на предыдущей кривой.

Румб начальной прямой определяем по карте. А последующие румбы вычисляют по направлению и величине углов поворота. Результаты расчетов приводим в ведомости углов поворота, прямых и кривых (лист 1).

Затем проверяется правильность составления ведомости углов поворота, прямых и кривых.

Вариант 1

?П-?К+?(К0+2L)=?S- ?D

1475,76+(1324,24+2*120)=3040

3243,46 - 203,46=3040

2*?(T+t)-?К-?(К0+2L)=?D

2* (824+59,99)- (1324,24+2*120) = 203,54

бк-бп=?УП-?УЛ

(180є+51є) -(180є- 18є) =69є

69є=69є

Вариант 2

?П-?К+?(К0+2L)=? S - ?D

2248,69+(361,31+2*120) =2850

2856,5-6,5=2850

2*?(T+t)-?К-?(К0+2L) = ?D

2* (244+59,99-(361,31+2*120) = 6,5

бк-бп=?УП-?УЛ

(180є+15є) - (180є- 8є) =23є '

23є = 23є

Результаты расчетов для двух вариантов, приведены в ведомости углов поворотов, прямых и кривых.

Сравнение вариантов плана трассы

Два варианта плана трассы представлены на чертеже (лист 1). Ситуация на плане трассы показана по данным топографической карты, с высотой сечения рельефа 2,5 метров. Условные обозначения даны в соответствии с требованиями ГОСТ 21.108 - 78. Направление прямых задано румбами.

Сравнение вариантов плана трассы приведено в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Технические показатели вариантов трассы

Наименование показателей	Единица измерения	Величина показателей
		Вариант 1	Вариант 2
Длина трассы	км	3110	2810
Коэффициент развития трассы		1,11	1,004
Количество углов поворота	шт.	1	1
Средний радиус кривых	м	1200	1200
Минимальный радиус кривых	м	1200	1200
Обеспечение видимости в плане		обеспечена	обеспечена
Обеспечение видимости в профиле		обеспечена	обеспечена
Количество пересечений в одном уровне	шт.	5	4
Максимальный продольный уклон	‰	50	50
Общая длина участков, на которых применен максимальный уклон	м	-	-
Оплачиваемые земляные работы: всего на 1 км		- -	- -
Количество мостов	шт.	1	2
Количество труб	шт.	0	0

Выбираем первый вариант, так как он является наиболее выгодным.

4. Проектирование продольного профиля автомобильной дороги

4.1 Построение продольного профиля поверхности земли

Для построения продольного профиля поверхности земли по карте в горизонталях на всех пикетах и плюсовых точках определены отметки с точностью до 1 см. По найденным отметкам строят продольный профиль поверхности земли по оси дороги. Построение и оформление продольного профиля выполняется в соответствии с ГОСТ 21.511-83 в масштабах: горизонтальный 1:5000,то есть в 1сантиметре -50 метров, вертикальный 1:500, в 1сантиметре - 5 метров.

Таблица 4.1 - Отметки поверхности земли для первого варианта

Положение точки	Отметка точки H, м	Примечание
ПК	+
0	00	150,00	НТ
1	00	149,10
2	00	148,21
3	00	148,32
4	00	147,56
5	00	146,89
6	00	146,10
6	20	145,90	грунтовая дорога
6	80	145,52	ж/д дорога
7	00	145,34
8	00	143,33
8	70	141,50	начало реки
8	80	141,00	конец реки
9	00	143,17
10	00	148,83
11	00	150,51
12	00	150,19
12	74	151,12	начало выемки
13	00	151,41
14	00	150,88
14	45	150,00	шоссе, конец выемки
15	00	148,71
16	00	148,33
17	00	147,81
18	00	147,27
19	00	146,51
20	00	145,15
21	00	143,80
22	00	143,37
23	00	143,58
24	00	143,10
25	00	141,94
25	88	144,09
26	00	144,38
26	60	145,73	шоссе
27	00	146,56
27	20	146,77	ж/д дорога
28	00	148,55
29	00	150,13
30	00	150,88
31	00	150,37
31	10	150,30	КТ

4.2 Определение рекомендуемой рабочей отметки насыпи

Рекомендуемую рабочую отметку насыпи устанавливают из двух условий:

1) низ дорожной одежды должен возвышаться над уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно (более 30 суток) стоящих поверхностных вод(участки третьего типа местности), и над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком ли над уровнем кратковременно( менее 30 суток) стоящих поверхностных вод ( участки второго типа местности).

2) в открытых местах, где возможны значительные снежные заносы, бровка земляного полотна в насыпи должна возвышаться над поверхностью снежного покрова на величину, обеспечивающую ее незаносимость.

Рекомендуемая рабочая отметка насыпи по первому условию:

- для участков третьего типа местности по увлажнению с высоким стоянием грунтовых вод:

= - a·- ;

= +,

где - возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод;

a - ширина обочины, м (a=2,5 м);

- поперечный уклон обочины(=0,04);

- глубина залегания грунтовых вод, м (1-1,5);

- толщина дорожной одежды, м (= 69 см);

- минимальное допустимое расстояние от низа дорожной одежды до уровня грунтовых вод, м (=1,2 м);

= 0,69+1,2 - 2,5·0,04 -1 = 0,79 м.

- для участков третьего типа местности с длительно (более 30 суток) стоящими поверхностными водами:

= - a·+ ;

= +,

где - возвышение поверхности покрытия над уровнем стоящих поверхностных вод;

- глубина стоящих поверхностных вод, м (0,3-0,4).

= 0,69+1,2-2,5·0,04+0,4 = 2,19 м.

- на участках первого типа местности:

 = - a·;

= 0,69-2,5·0,04 = 0,59 м.

Для снегозаносимых участков рекомендуемая рабочая отметка по второму условию:

= + ?h,

Где - толщина снежного покрова, м ( = 0,64);

?h - минимальное возвышение бровки насыпи над уровнем снегового покрова (0,5-1,2 м), ?h=0,7.

= 0,64+0,7 = 1,34 м.

В расчет принимается наибольшая из двух условий рекомендуемая рабочая отметка, = 2,19 м, для участка третьего типа местности с длительно (более 30 суток) стоящими поверхностными водами.

4.3 Определение отметок контрольных точек

Контрольными точками продольного профиля являются пересечения с автомобильными дорогами и водотоками.

Контрольная отметка над мостами вычисляется по формуле:

Hк = РУВВ+Z+C,

где РУВВ - расчетный уровень высокой воды, можно принять условно на 1-2 м выше отметки броки русла(в исключительных случаях >2м);

Z - расстояние от РУВВ до низа пролетного строения(Z=0,5 - 1,5 м);

C - высота пролетного строения(C=0,45 -1 м).

Для первого варианта:

ПК8+70 Hк = 141,50+2,57+1,5+1=146,57 м;

4.4 Описание проектной линии

Проектную линию продольного профиля проектируют состоящей из прямолинейных участков и вертикальных кривых.

При построении проектной линии вертикальными кривыми (метод Антонова) на профиль местности накладываются прозрачные шаблоны вертикальных кривых разных радиусов, выполненных в масштабах продольного профиля (Мг -1:5000,Мв-1:500). Проектные отметки вычисляют по формулам:

на вертикальной кривой:

(4.4)

на вертикальной прямой:

(4.5)

где l - расстояние от вершины до точки А кривой радиуса R;

i - уклон касательной к кривой.

Рабочие отметки вычисляют как разность проектных отметок и отметок земли.

Продольный профиль вычерчивают на миллиметровой бумаге в соответствии с ГОСТ 21.511-83.

4.5 Проектирование кюветов

Кюветы устраивают в выемках, нулевых местах, на участках низких насыпей.

Дно кюветов должно иметь продольный уклон не менее 5о/оо.

Минимальная глубина кюветов назначается в зависимости от типа грунтов и конструкции дорожной одежды.

hk =Hд.о. +0,2,

где Hд.о. - толщина дорожной одежды,

Hд.о. = 0,69 м, hk =0,69 + 0,2 = 0,89 м.

Проектирование кюветов предусматривает проектирование продольного профиля дна кюветов и назначение укрепления дна кюветов.

При проектировании продольного профиля дна кюветов возможны два случая.

1. Уклоны проектной линии на участке дороги, где необходим кювет, не менее 5%0. Тогда дно кювета располагается параллельно проектной линии ниже ее на глубину кювета hk. Начало или конец кювета определяют, исходя из величины рабочих отметок насыпи hн, и выемки hв расположенных слева и справа от нулевой точки вычисляем по формуле

где L - расстояние между рабочими отметками, м;

hk - глубина кювета, м.

Следовательно, начало кювета расположено на расстоянии Xk от предыдущего кювета.

2. Уклоны проектной линии на участке дороги, где необходим кювет, менее 5о/оо. Для обеспечения продольного отвода воды кюветы проектируют с минимальным уклоном 5о/оо . Проектирование продольного профиля дна кювета на участках выпуклых кривых (выемки, низкие насыпи) выполняют следующим образом.

а) под вершиной выпуклой кривой, ниже ее на глубину кювета на hk намечается водораздельная точка;

б) вычисляются отметки дна кювета справа и слева от этой точки на участках длинной l=2iKR;

в) за пределами этих участков кювет проектирует параллельно бровке земляного полотна до выхода на поверхность земли.

Для предотвращения размыва дно и стенки кювета укрепляют. Типы укреплений назначаются по величине продольного уклона дна кювета. Отмечаются границы принятых типов укрепления: засева трав, одерновки, мощения и быстротоков.

Типы укреплений примененных в проекте указаны на продольном профиле.

При уклоне 10-300/00 откосы и дно кювета укрепляют засевом трав, одерновкой, при уклоне 30-500/00 откосы и дно кювета укрепляют облицовкой плитами размером 40х40х12 см., при уклоне более 500/00 устраивают бетонные перепады.

5. Проектирование поперечных профилей земляного полотна

На основе решений по продольному профилю (рабочим отметкам) и типовым поперечным профилям с учетом рельефа местности, почвенно-грунтовых, геологических, гидрологических и климатических условий назначают поперечные профили конструкции земляного полотна. Количество поперечных профилей должно полностью характеризовать земляное полотно по всему запроектированному продольному профилю.

В проекте приняты следующие типы поперечных профилей земляного полотна:

Тип 1 применяют на насыпях высотой от 0 до 0,8 метров

Тип 2 применяют на насыпях высотой от 0,8 до 2 метров.

Тип 3 применяют на насыпях высотой от 2 до 6 метров.

Тип 4 применяют в выемках высотой от 0 до 0,8 метра.

Поперечные профили вычерчиваются в масштабе 1:100 или 1:200 и в соответствии с ГОСТ 21.511-83. На чертеже должны быть указаны размеры основных элементов поперечных профилей, необходимые для строительства земляного полотна.

Виды поперечных профилей показаны на листе 2.

6. Определение объемов земляных работ

По проектируемому варианту дороги подсчитываются объемы земляных работ. Для этого составляется ведомость попикетного подсчета объемов работ.

При подсчете объемов земляных работ по таблицам вводят поправки на разность рабочих отметок, на устройство дорожной одежды и на снятие плодородного слоя.

Поправка на разность рабочих отметок вводится, если эта разность более 1 м на участке длиною 100 м.

h1 - покрытие; h2 - верхний слой основания; h3 - нижний слой основания; h4 - дополнительный слой основания

Рисунок 6.1 - Схема к определению поправок

Она определяется по таблице и учитывается со знаком плюс. Эта поправка может быть подсчитана и по формуле:

(6.1)

где m - коэффициент заложения откоса;

l - длина участка, м;

h1, h2 - рабочие отметки, м.

Поправка на устройство дорожной одежды определяется в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 6.1

Поправка на устройство дорожной одежды может быть подсчитана по формуле:

S = S1 + S2 + S3,

Где S1= Нд.о*b;

S2=(Нд.о.+( Нд.о.-a*i0+a*iз.п.)) *а;

S3=.( Нд.о.-a*i0+a*iз.п.)2*m;

Нд.о=h1+h2+h3+h4;

S1= 0,69*7 = 3,33м2;

S2=(0,69+(0,69-0,25*0,04+2,5*0,03))*2,5 = 3,61м2;

при m=1,75 S3=(0,69-2,5*0,04+2,5*0,03)2*1,75 = 0,77 м2,

S = 3,33+3,61+0,77 = 7,71 м2;

при m=3 S3=(0,69-2,5*0,04+2,5*0,03)2*3 = 1,33 м2;

S = 3,33+3,61+1,33 = 8,27 м2.

Поправка на сточный треугольник

S? = (b/2)2*i1 + a2*i0 + a*i0*b,

где i1 - поперечный уклон слоев дорожной одежды.

S? =(7/2)2*0,02+2,52*0,04+2,5*0,04*7 = 1,20м2.

Поправка на дорожную одежду при подсчете объемов по таблице Митина

P = S - S? .

при m=1,75 Р = 7,71-1,2 = 6,51м2;

при m=3 Р = 8,27-1,2 = 7,07 м2.

Поправку на устройство дорожной одежды вводим для насыпей со знаком минус, а для выемок со знаком плюс.

Если дорога проходит по сельскохозяйственным угодьям, то следует учитывать поправку на снятие плодородного слоя. Толщину плодородного слоя принимаем 20 сантиметров. Объем снимаемого плодородного слоя вычисляем по формуле:

Vп.с=(2mh+В+2bk)·hп.с·L, (6.2)

где h-средняя высота насыпи, глубина выемки, м;

bk-ширина кювета поверху, м;

hп.с-толщина плодородного слоя, м

Поправку на снятие плодородного слоя прибавляем в насыпях и вычитаем в выемках.

Определяем объем земляных работ, приходящихся на кюветы при низких насыпях:

, (6.3)

где bд - ширина кювета по низу;

hд - среднее расстояние от поверхности земли до дна кювета,м.

Если кюветы расположены о с двух сторон насыпи, то полученные значение Vk следует удвоить.

Суммарные объемы насыпей и выемок подсчитывают для каждого километра отдельно и делают общий итог объемов насыпей и выемок по всему запроектированному участку.

Заключение

В результате расчетов в курсовом проекте представлены два варианта автомобильной дороги между заданными пунктами. Для первого варианта трассы запроектирован продольный профиль (согласно ТКП 45-3.03-19-2006). Запроектировано 4 поперечных профиля. На всем протяжении видимость в плане обеспечена.

Объемы земляных работ равны:

- для насыпей 58897,60 м3;

- для выемок: 5109,67 м3;

Размещено на Allbest.ru