Проектирование автомобильной дороги

Проектирование автомобильной дороги начинается с описания местности. В описании необходимо дать краткую географическую характеристику местности и природных условий района проектирования. По названию карты и географическим координатам определяется конкретная местность. По справочным данным для данной местности описываются следующие характерные ее особенности:

- климат (максимальная и минимальная температура воздуха, глубина промерзания грунтов, роза ветров по повторяемости и скорости, по [1] указывается природно-климатическая зона);

- рельеф (устанавливаются высотные препятствия и низменности);

- растительность (указать наличие лесов, парков, земель сельскохозяйственных назначений);

- населенные пункты (перечислить населенные пункты с указанием численности населения, площади и т.д.);

- дорожная сеть (указать наименование, протяженность, направления, имеющихся на карте автомобильных и железных дорог, а также имеющихся на них сооружений транспортной инфраструктуры).

По заданной интенсивности устанавливается класс и техническая категория проектируемой автомобильной дороги. План трассы, продольный и поперечный профили автомобильной дороги проектируются в соответствии с минимальными требованиями к параметрам дороги данной категории, основная часть которых изложена в [1]. Там же определяется расчетная скорость.

В общем случае к плану трассы предъявляются следующие основные требования:

- длина трассы должна быть наименьшей из возможных и быть как можно блине к «воздушной линии»;

- ж/д переезд следует проектировать на прямых участках, причем угол между трассой и железной дорогой на пересечении не должен превышать 60°;

- пересечения и примыкания в одном уровне с другими автомобильными дорогами выполняются под углом 90° или близким к нему;

- промежуточные населенные пункты для дорог I-III категорий трасса должна обходить на расстоянии не менее 200 м от границы застройки;

- при обходе населенного пункта трассу предпочтительно прокладывать с подветренной стороны;

- вдоль рек, озер и иных водоемов трассу прокладывают за пределами защитных, природоохранных и санитарных зон;

- при обходе препятствий направление трассы изменяют соответствующим углом поворота, при этом препятствие рекомендуется располагать внутри поворота, а вершина угла должна быть напротив препятствия (целесообразно назначать углы поворота в пределах 5°..25°);

- длина прямых трассы не должна превышать допустимых по [1] для соответствующей категории дороги;

- не допускается устраивать кривые малого радиуса в плане в конце затяжных спусков.

При непосредственным проектированием автомобильной дороги точки начального и конечного пунктов соединяются так называемой «воздушной линией» – прямой отрезок с точками Aи B. Воздушная линия является кратчайшим расстоянием между пунктами Aи B на плоскости (карты). Полученный отрезок измеряется в соответствии с масштабом, и полученное значение отмечается в пояснительной записке проекта.

План трассы прокладывают от начального пункта и до конечного пункта, отмеченных на топографической карте. При проложении трассы необходимо избегать больших перепадов рельефа, а также пересечений с водными преградами, лесонасаждениями, карьерными разработками, населенными пунктами, железными и другими автомобильными дорогами. Для того чтобы выполнить указанные требования необходимо, исходя из собственных соображений (субъективно), определить промежуточные точки между начальным и конечным пунктами, которые дают возможность обойти препятствия и добиться минимального перепада рельефа. Данные точки будут являться вершинами углов поворота трассы на карте. После последовательного их соединения прямыми должна получиться ломаная линия. В тех случаях, когда выполнить требования не представляется возможными, необходимо предусмотреть соответствующее инженерное решение (например, для пересечения трассы с водным препятствием в виде реки, необходимо предусмотреть инженерное сооружение – мост; для пересечения с железной дорогой – ж/д переезд; для пересечения с автомобильной дорогой – перекресток или путепровод, и т.п.).

Завершающим этапом построения плана трассы является подбор радиусов закруглений (поворотов), которые позволят обеспечить заданную проектную скорость движения расчетного транспортного средства, соответствующую конкретной категории автомобильной дороги, а также безопасность дорожного движения. Подбор радиусов закруглений осуществляется путем соединения соседних отрезков ломаной линии с учетом вышеизложенных требований пересечения с препятствиями. В результате, на карте должен получиться сектор (закругленная кривая) определенного радиуса. Полученный радиус и будет радиусом закругления (поворота).

После получения радиуса поворота плана трассы, необходимо проверить его на соответствие минимальным требованиям [1] для данной категории дороги. Кроме того, проводят проверку данного радиуса минимально допустимому расчетному радиусу для заданного транспортного средства. В связи с чем, определяют расчетным методом минимальный радиус кривой в плане по следующей формуле:

    где v_р – расчетная скорость движения транспортного средства, км/ч;

    i_п.ч. – поперечный уклон проезжей части, доли единиц (по [1]);

    μ – коэффициент поперечный силы, в работе принимается равным поперечному коэффициенту сцепления слабо увлажненного покрытия дороги φ_y=0,05..0,1.

Покрытие дороги подбирается согласно [1] для соответствующей категории дороги.

В том случае, если радиус меньше требуемого по [1] или расчетного, то необходимо предусмотреть вираж на данном участке плана трассы.

Имея проектный радиус, необходимо рассчитать поперечный уклон, пользуясь следующей формулой:

    При этом μ = φ _y =0,15..0,20.

    Рассчитанный уклон виража плана трассы сравнивается с нормированными для конкретной категории дороги в [1], и принимается в проект наибольший.

    Длина отгона виража рассчитывается по формуле:

    где b_п.ч. – ширина проезжей части, м;

    i_д – дополнительный уклон, принимается согласно категории дороги, таблица 1.

Таблица 1 – Дополнительный уклон

Категория дороги	Значение i д, ‰
I-II	5
III-IV, равнинная местность	10
III-IV, горная местность	20

 

    Минимальная длина переходной кривой виража:

    где v_р – расчетная скорость движения транспортного средства, км/ч;

    I – нарастание центробежного ускорения при движении транспортного средства на участке переходной кривой. Принимается I = 0,5 м/с³.

    Построенная кривая линии трассы разбивается на пикеты. Пикет представляет собой точку разбивки на автомобильной дороге на местности с шагом 100 м. Разбивка ведется от начальной точки до конечной точки трассы, при этом для каждого угла поворота определяется пикетаж начала и конца кривой закругления.

Рисунок 1 – Схема разбивки трассы автомобильной дороги

Рисунок 2 – Элементы закругления

    Параметры круговой кривой определяются по следующим формулам:

    - тангенс ;

    - биссектриса ;

    - длина кривой ;

    - домер .

    При этом угол поворота кривой α берутся в градусах.

    По результатам проектирования трассы в плане заполняется таблица технико-эксплуатационных показателей трассы.

 

Таблица 2 – Технико-эксплуатационные показатели трассы

№ стр.	Наименование показателя	Значение
1	Длина трассы, м
2	Коэф. удлинения трассы
3	Количество углов поворота, шт.
4	Наименьший угол поворота трассы, град.
5	Наименьший радиус кривой, м
6	Количество устройств виражей, шт.
7	Наибольший уклон виража, ‰
8	Количество искусственных сооружений, шт.: - мосты; - трубопроводы
9	Количество пересечений в одном уровне, шт.: - с автомобильной дорогой; - с железной дорогой
10	Количество пересечений в разных уровнях, шт.: - с автомобильной дорогой; - с железной дорогой

 

    Изменения направления трассы в плане вычерчивается отдельно. Изменение направления трассы в плане измеряются дирекционными углами и румбами, а также фиксируются на чертеже (приложение). Отдельно на чертеж выносят углы поворота трассы с обозначением радиуса, тангенса, длины кривой, биссектрисы, домера, начала, середины, конца кривой и иными необходимыми параметрами поворота (пример в приложении).

    По итогам проектирования кривых в плане составляется ведомость углов поворота, в которой отмечается:

    - номер угла поворота;

    - километр, на котором устраивается поворот;

    - положение вершины угла поворота, в пикетах;

    - направление изменения угла поворота;

    - значение угла поворота в град.;

    - радиус поворота, м;

    - тангенс поворота, м;

    - длина поворота, м;

    - биссектриса, м;

    - домер, м;

    - пикетажные точки начала и конца кривой;

    - длины прямых вставок, м;

    - расстояния между вершинами, м;

    - направления прямых, их дирекционные углы и румбы, град., мин. и с.

    Пример заполнения ведомости углов поворотов приведен в приложении.

Следующим этапом курсового является проектирование продольного профиля автомобильной дороги. В качестве исходных данных принимают трассу в плане из предыдущего этапа, а также значения предельно допустимых по [1] для данной категории дороги продольных уклонов и радиусов вертикальных кривых.

    При построении продольного профиля необходимо нанести линию полосы земли. Указанная линия наносится в соответствии с рельефом, по которому проложена трасса. На выданной карте приведены значения высот рельефа линиями. Пересечения данной линий трассой дает определенный рельеф, т.е. рельеф земли, по которой планируется строительство автомобильной дороги. Точки пересечения образуются на соответствующем расстоянии. Таким образом, нужно построить линию земли в своеобразной координатной плоскости. На линии абсцисс указывают расстояния от точки до точки, на линии ординат – высоту точки. Масштаб в общем случае рекомендуется принять следующим:

    - для расстояний (абсцисс) 1: 5000;

    - для высот (ординат) 1: 1000.

    После нанесения линии земли наносится линия продольного профиля автомобильной дороги в том же масштабе, при это руководствуются требованиями [1] и следующими рекомендациями:

    - переломы проектной линии сопрягают вертикальными кривыми, для автомобильных дорог I-II категорий вертикальные кривые устраивают при алгебраической разности смежных участков более 5 ‰, для IIIкатегории – более 10 ‰, для IV-V категорий – более 20 ‰;

    - радиус вертикальных кривых принимают с учетом возможности размещения тангенсов между точками перелома рельефа;

    - не допускаются чрезмерно длинные прямые вставки на уклонах;

    - на участке трассы с кривой в плане не следует устраивать несколько вертикальных кривых;

    - на длительных уклонах равных максимальному, рекомендуется устраивать в начальной и конечной части уклона меньшие по значению уклоны, в средней части – уклон равный максимальному. Такой подход больше отвечает общей динамике движения расчетного автомобиля и рельефу местности;

    - пересечения с железной дорогой автомобильных дорог I-IIIкатегорий необходимо проектировать в разных уровнях;

    - пересечения и примыкания с автомобильной дорогой делают в разных уровнях для дороги категорииI-а со всеми остальными категориями, для I-IIкатегорий с II-IIIкатегориями.

    Проложение проектной линии продольного профиля автомобильной дороги осуществляется сочетанием двух основных методов:

    а) Обертывающая проектировка. Проектируемая линия профиля наносится по возможности как можно ближе к линии поверхности земли, отступая на пересечениях пониженных мест рельефа местности, с учетом принимаемой высоты насыпи дороги. Метод характерен для равнинной и слабохолмистой местности;

    б) Секущая проектировка. Основным критерием данного метода является соблюдение баланса земляных работ в выемках и насыпях. Метод характерен для холмистой и сильно пересеченной местности, а также для автомобильных дорог высших категорий и большой интенсивностью движения.

    Проектная линия продольного профиля автомобильной дороги наносится методом тангенсов, аналогично проложению трассы в плане, прямые участки с вписыванием в их переломы вертикальных кривых.

    Длина вертикальной кривой рассчитывается по следующей формуле:

    где R – радиус вертикальной кривой, м;

    (i ₁ – i ₂) – алгебраическая разность сопрягаемых уклонов, в долях единиц.

    Тангенс вертикальной кривой:

    Биссектриса вертикальной кривой:

    По полученной линии продольного профиля в соответствии с категорией дороги и требованиями [1] планируют поперечные профили на протяжении всей трассы. Продольные профили выбираются типовыми, в том числе в местах выемок.

    Линии продольного профиля и земли вычерчиваются соответственно красной и черной линией. Кроме того, под линиями заносятся в таблицу следующие данные: тип местности, тип поперечного профиля, уклоны вертикальных кривых, отметки оси дороги, отметки земли, расстояния, пикеты. В результате формируется единый чертеж продольного профиля (пример в приложении).

    Для проектирования поперечного профиля в качестве исходных данных принимают продольный профиль автомобильной дороги и рельеф местности вдоль трассы в плане. На основе указанных данных, с учетом типовых поперечных профилей и требований [1] для характерных участков проектируемой автомобильной дороги подбирают соответствующую конструкцию земляного полотна. В зависимости от высоты насыпи и глубины выемки в таблице продольного профиля указывается тип поперечного профиля.

Поверхность дорожного покрытия (дорожная одежда) выбирают согласно [1] для конкретной категории дороги. В пояснительной записке дается описание применяемых типов поперечных профилей и вида дорожного покрытия. Также указываются применяемые значения следующих показателей: точки в пикетах начала и окончания применения соответствующего поперечного профиля (местоположение на продольном профиле), указываются рабочие отметки, отметки земли, основные размеры конструкции, величины откосов и поперечных уклонов элементов автомобильной дороги, в том числе кюветов.

Все применяемые типы поперечных профилей выносятся на чертеж.

Завершающим этапом проектирования автомобильной дороги является чертежами формата А1,содержащие:

- элемент карты с заданием, на которой чертится воздушная линия между пунктами Aи B, трасса в плане с нанесенными пикетами и иной соответствующей информацией;

- схему изменения направления автомобильной дороги;

- чертежи углов поворота (для наглядности масштаб можно увеличить);

- таблица ведомости углов поворотов;

- чертежи продольного и поперечного профилей автомобильной дороги с условными обозначениями.

Чертежи оформляются в соответствии с [2, 3].