Курсовая работа: Проект автомобильной дороги Елизово - Паратунка

АВТОМОБИЛЬНАЯ ДОРОГА, ТРАССА, ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ, ПОПЕРЕЧНЫЙ ПРОФИЛЬ, ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, ТЕХНИЧЕСКИЕ НОРМАТИВЫ, ТРАНСПОРТНАЯ СЕТЬ, РУКОВОДЯЩИЕ ОТМЕТКИ.

В курсовой работе рассмотрены вопросы проектирования основных элементов автомобильной дороги (Елизово - Паратунка в Камчатской области). Проектирование выполнено в соответствии с требованиями СНиП 2.05.02-85.

Для заданных начального и конечного пунктов участка трассы предложен вариант трассы, для которого произведены расчеты направлений, угла поворота, элементов закруглений, разбит пикетаж и составлена ведомость элементов плана трассы. Продольный профиль запроектирован в основном по обертывающей в насыпях 1,5…2,0 м.

Детально запроектирован поперечный профиль земляного полотна на ПК 20+00, для которого произведены необходимые расчеты параметров земляного полотна и резервов, определены площади поперечного сечения и вычислены ширины постоянного и временного отводов земли.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................ 4

1. ТРАНСПОРТНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА........... 5

1.1.  Экономика района проектирования..................................................................................... 5

1.2.  Транспортная сеть ............................................................................................................. 6

2.  ТЕХНИЧЕСКИЕ НОРМАТИВЫ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ............. 8

2.1.  Общие требования............................................................................................................... 8

2.2.   Технические нормативы СНиП....................................................................................... 8

2.3.   Расчет технических нормативов......................................................................................... 9

2.3.1.  Максимальный продольный уклон.................................................. 9

2.3.2.  Минимальное расстояние видимости поверхности дороги.......... 10

2.3.3.  Минимальное расстояние видимости встречного автомобиля..... 11

2.3.4.  Минимальный радиус выпуклой вертикальной кривой............... 11

2.3.5.  Минимальный радиус вогнутой вертикальной кривой................ 11

2.3.6.  Минимальный радиус кривой в плане........................................... 12

3.  ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАНА ТРАССЫ......................................... 13

3.1.  Описание предложенного варианта трассы..................................................................... 13

3.2.  Вычисление направлений и углов поворота................................................................ 13

3.3.  Расчет элементов закруглений.............................................................................................. 15

3.4.  Вычисление положения вершин углов поворота............................................................. 16

3.5.  Вычисление пикетажных положений и длин прямых вставок........................................ 17

3.6.  Основные технические показатели трассы......................................................................... 18

4.  ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ........................ 20

4.1.  Определение руководящих отметок................................................................................... 20

4.2.  Определение отметок поверхности земли по оси трассы................................................. 21

4.3.  Проектная линия продольного профиля.............................................................................. 22

4.4.  Определение отметок по ломаной линии продольного профиля.................................... 23

4.5.  Расчет вертикальной кривой......................................................................................... 24

4.6.  Определение положения точек с нулевыми отметками..................................................... 27

5.  ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ

ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА....................................................................... 28

5.1.  Типы поперечных профилей земляного полотна .......................................................... 28

5.2.  Расчет поперечного профиля на ПК 20+00...................................................................... 28

5.2.1.  Исходные данные для проектирования......................................... 28

5.2.2.  Определение геометрических параметров поперечного профиля

земляного полотна.................................................................................... 30

5.2.3.  Расчет геометрических параметров резерва................................. 31

5.2.4.  Определение ширины полосы отвода............................................ 32

5.2.5.  Расчет площадей поперечного сечения.......................................... 32

ВВЕДЕНИЕ

Автомобильная дорога Елизово - Паратунка предназначена для осуществления грузовых и пассажирских перевозок между районным центром Елизовского района и отдаленным поселком.

Рекреационные ресурсы являются основными в районе тяготения автомобильной дороги Елизово - Паратунка. Они играют важную роль в развитии Камчатской области. Развитие транспортной сети области поможет развитию курортно-санаторного дела в отдаленных уголках Камчатки, что приведет к улучшению экономики области. Кроме того, в поселке Паратунка совхоз, в котором есть теплицы, отапливаемые термальными водами. Данное устройство сельского хозяйства помогает сократить затраты электроэнергии. В связи с этим возникает необходимость сообщения между районным центром и периферией.

Строительство автомобильной дороги Елизово - Паратунка позволит решить ряд экономических и социальных проблем перспективного рекреационного и сельскохозяйственного района Камчатской области. В направлении пос. Паратунка будет осуществляться перевозка продовольственных и промышленных товаров для жизнеобеспечения поселка, а также будет осуществляться доставка туристов в санатории. В направлении Елизово будет производиться вывозка сельскохозяйственной продукции.

1.  ТРАНСПОРТНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

1.1  Экономика района проектирования

Камчатская область расположена на крайнем северо-востоке России и занимает территорию 170,8 тыс. км², что составляет 2,8% территории Дальневосточного федерального округа. В ее пределах находится весь юг Камчатского полуострова и Командорские острова.

Камчатская область занимает удобное центральное географическое положение по отношению к Северо-восточным и Дальневосточным районам Российской Федерации, с которыми она связана морскими путями. Камчатка занимает выгодное положение и в Северо-Тихоокеанском регионе – через нее проходят трассы авиалиний и морские пути, связывающие американский материк с евроазиатским. Область не имеет сухопутных транспортных связей с материком.

Область мало обжита, плотность населения составляет 2,1 чел./км². Наиболее заселены южные районы области (Елизовский, Усть-Большерецкий, Мильковский), где проживает более 83% населения. Население области, по состоянию на 1 января 2000 года, насчитывает 335,9 тыс. человек, 205,4 тысяч из которых проживают в областном центре.

Экономика России, как ни в одной другой стране мира, зависит от физико-географических условий проживания населения. Традиционными отраслями экономики области, помимо рыбной и оборонного комплекса, являются пищевая, судоремонтная, лесодобывающая и деревообрабатывающая промышленность, производство строительных материалов, строительство, а также сельское хозяйство. Все они сегодня находятся в состоянии упадка. Перспективными отраслями Камчатской экономики считаются рекреационная и горнодобывающая отрасли. Область имеет очень высокий ресурсный потенциал в рекреационной сфере. Здесь имеется три санатория и десятки профилакториев. Область владеет прекрасными условиями и природными объектами, обеспечивающими активный и пассивный отдых, восстановление сил людей. К ее важным рекреационным ресурсам относятся следующие объекты и природные явления: ландшафты (вулканы, горы, ледники, водопады, озера и другое), горячие и холодные минеральные источники, уникальные объекты природы (действующие вулканы, гейзеры, нерестилища, птичьи базары, лежбища морских животных и другие), дикие животные. Эти природные ресурсы способны явиться основой для развития массового туризма с культурно-познавательной программой, спортивного, охотничьего и рыболовного туризма, а мягкая снежная зима, заснеженные склоны вулканов позволяют организовать здесь круглогодичный туризм.

Но отсутствие дорог к основным туристическим объектам и их цивилизованного обустройства, а также высокая стоимость проезда на Камчатку сводят на нет все усилия в развитии и использовании этого ресурса не только в международных целях, но и для населения дальневосточных и центральных регионов страны, а также местного населения.

1.2 Транспортная сеть

Выгодность географического положения Камчатки, являющейся перекрестком основных транспортных путей, определяет необходимость развития таких отраслей инфраструктуры, как транспорт и связь. Ввиду горного рельефа и географического положения, Камчатка представляет собою скорее не полуостров, а остров, так как связь с внешним миром осуществляется исключительно по морю и по воздуху. Для внутренних перевозок используются автомобильные дороги. Областной центр связан асфальтобетонной дорогой с центром Елизовского района (город Елизово) и грунтовыми дорогами с центрами Усть-Большерецкого, Мильковского, и Быстринского районов, городами Вилючинск и Ключи, а также населенными пунктами, находящимися вдоль этих трасс. Остальные районные центры (поселок Соболево, поселок Усть-Камчатск) и отдельные поселки области связаны с областным и районными центрами зимниками, а также воздушным транспортом. Основной речной судоходный путь – река Камчатка – используется для транспортировки леса, а также продукции предприятий, расположенных в ее долине. Снабжение прибрежных поселков осуществляется морем, в основном из порта Петропавловск-Камчатского, и портопунктов: Октябрьского, Усть-Камчатского, Озерновского. Железные дороги на полуострове отсутствуют.

Таким образом, транспортная инфраструктура области развита недостаточно, что является тормозом социально-экономического развития.

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ НОРМАТИВЫ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

2.1 Общие требования

Если позволяют условия проложения трассы, независимо от категории автомобильной дороги необходимо при назначении элементов плана и продольного профиля руководствоваться рекомендациями п. 4.20 СНиП 2.05.02-85, которые приведены в табл. 2.1.

На автомобильных дорогах 3-й категории в переломы продольного профиля требуется вписывать вертикальные кривые при алгебраической разности уклонов 10 и более промилле. Длина прямых вставок не должно превышать для 3-й категории 2000 м.

Рекомендуемые технические нормативы

          Таблица 2.1

2.2 Технические нормативы СНиП

Проектируемая автомобильная дорога Елизово - Паратунка по СНиП 2.05.02-85 отнесена к 3-й категории, для которой расчетной скорости принята 100 км/ч. По величине расчетной скорости назначены технические нормативы на проектирование элементов трассы, продольного и поперечного профилей, которые приведены в табл. 2.2.

Технические нормативы СНиП

Таблица 2.2

2.3 Расчет технических нормативов

2.3.1 Максимальный продольный уклон

Для расчета максимального продольного уклона принят автомобиль ЗИЛ-130, который рекомендуется в качестве эталонного транспортного средства для оценки проектных решений при проектировании автомобильных дорог.

Принимая скорость движения автомобиля по дороге постоянной, из уравнения движения автомобиля получим расчетную формулу для вычисления величины максимального продольного уклона

i(max) = D – f ,                                                                                    (1)

где D – динамический фактор автомобиля;

f – коэффициент сопротивления качению.

Динамический фактор для автомобиля ЗИЛ-130 принят по динамической характеристике для 3-й передачи, так как более мощные 1 и 2 передачи предназначены для движения автомобиля с места и выполнения маневров в сложных дорожных условиях. Для 3-й передачи автомобиля ЗИЛ-130 значение динамического фактора имеет максимальное значение D = 0,105. Коэффициент сопротивления качению для автомобильной дороги 3-й категории принят равным 0,02. Тогда максимальный продольный уклон равен    

i (max) = 0,105 – 0,020 = 0,085 или 85 промилле.

2.3.2 Минимальное расстояние видимости поверхности дороги

Расстояние видимости поверхности дороги определяется на горизонтальном участке дороге. Для обеспечения безопасности движения минимальное расстояние видимости поверхности дороги должно быть не менее расчетной величины тормозного пути для остановки автомобиля перед возможным препятствием. Отсюда минимальное расстояние видимости поверхности дороги определяется по расчетной формуле для оценки величины тормозного пути:

Sп = V / 3, 6 + V² / (85 (j + f)) + 10                                                    (2)

Sп = 100 / 3, 6 + 100² / (85 (0, 45 + 0, 02) + 10) = 288 м,

где Sп – минимальное расстояние видимости поверхности дороги, м;

j - коэффициент продольного сцепления, который для нормальных условий увлажненного асфальтобетонного покрытия принят равным 0,45;

V – расчетная скорость движения, принятая для 3-й категории автомобильной дороги 100 км/ч;

f – коэффициент сопротивления качению, принятый для асфальтобетонного покрытия равным 0,02.

2.3.3 Минимальное расстояние видимости встречного автомобиля

Минимальное расстояние видимости встречного автомобиля определяется из условия обеспечения торможения двух автомобилей движущихся навстречу друг другу, то есть равно удвоенной длине тормозного пути:

Sа = 2 × Sп                                                                                           (3)

Sа = 2 × 288 = 576 м.

2.3.4 Минимальный радиус выпуклой вертикальной кривой

Минимальный радиус вертикальной кривой определяется из условия обеспечения видимости поверхности дороги днем. Расчетная формула получается подстановкой расстояния видимости поверхности дороги в уравнение выпуклой вертикальной кривой. Значение минимального радиуса выпуклой вертикальной кривой вычисляется по формуле

R (вып) = Sп² / (2 · Hr)                                                                        (4)

R (вып) = 288² / (2 · 1,2) = 34560 м,

где Sп – минимальное расстояние видимости поверхности дороги, которое равно 288 м (см. п. 2.3.2.);

Hr – возвышение глаз водителя над поверхностью дороги, принимаемое 1,2 м.

2.3.5 Минимальный радиус вогнутой вертикальной кривой

Минимальный радиус вогнутой кривой выполняется по двум критериям: обеспечение видимости поверхности дороги ночью при свете фар и ограничение перегрузки рессор.

Расчет минимального радиуса вогнутой кривой из условия обеспечения видимости выполняется по формуле:

R (вогн) = Sп² / 2 [Hф + Sп · sin (α / 2)]                                              (5)

R (вогн) = 288² / [2 · (0,70 + 288 · sin1] = 7760 м

где Нф – возвышение центра фары над поверхностью дороги принимаемое 0,70 м;

α – угол рассеивания света фар, принимаемый равным двум градусам.

Определение минимального радиуса вогнутой вертикальной кривой из условия ограничения перегрузки рессор выполняется таким образом, чтобы перегрузка рессор составляла не более 5% от общей силы тяжести транспортного средства. Из равенства допустимой перегрузки рессор и величины центробежной силы величина минимального радиуса вогнутой вертикальной кривой определяется так:

R (вогн) = 0,157 · V²                                                                           (6)

R (вогн) =0,157 · 60² = 565 м

Из полученных результатов расчетов в качестве расчетного минимального радиуса вертикальной вогнутой должна быть принята наибольшая, которая обеспечивает соблюдение обоих критериев и в данном случае равна 7760 м.

2.3.6 Минимальный радиус кривой в плане

Минимальный радиус кривой в плане определяется из условия восприятия центробежной силы при движении транспортного средства по закруглению, то есть требуется обеспечить устойчивость автомобиля против заноса и опрокидывания, а также комфортные условия движения.

Расчетная формула:

R (min) = V² / [127 (m + I (поп)]                                                         (7)

R (min) = 60² / [127 (0, 10 + 0, 05)] = 189 (м)

где m – коэффициент поперечной силы (рекомендуется принимать равным 0,10);

I(поп) – поперечный уклон проезжей части, который для асфальтобетонного покрытия принимается равным 0,05.

2.  Проектирование плана трассы

3.1 Описание предложенного варианта трассы

Трассирование выполняется на заданной топографической карте местности масштаба 1: 10 000 с сечением горизонталей через 2,50 м. Для определения координат вершин углов, начала и конца трассы на километровой сетке карты назначены условные координаты.

Заданный участок трассы между точками А и Б автомобильной дороги Елизово - Паратунка расположен в холмистой местности. Основное направление трассы по воздушной линии – юго-восточное.

На первых пятистах метрах трасса имеет северо-восточное направление и располагается на склоне долины. На этом участке на ПК 4 требуется устройство водопропускной трубы. На ПК 5 трасса поворачивает направо, что обусловлено изменением направления боковой долины и позволяет уложить трассу вдоль горизонталей. Поворот трассы осуществляется по закруглению с радиусом кривой 3000 м.

После ПК 17 трасса еще раз поворачивает направо. Поворот трассы осуществляется по закруглению с радиусом кривой 1000 м.

3.2 Вычисление направлений и углов поворота

По топографической карте в системе условных координат путем непосредственных графических измерений определены ординаты х и абсциссы у вершин углов поворота, начала НТ и конца КТ трассы, которые приведены в табл. 3.1

Координаты углов поворота, начала и конца трассы

Таблица 3.1

Длина воздушной линии между началом и концом трассы

Lв = [(Хнт - Хкт)² + (Унт - Укт)²]^1/2                                                     (1)

Lв = [(3250 – 2060)² + (1279 – 4625)²]^1/2 = 3551,31 (м).

Расстояние между началом трассы и вершиной 1-го угла поворота

S1 = [(Хнт – Х1)² + (Унт – У1)²]^1/2                                                     (2)

S1 = [(3250 – 3619)² + (1279 – 2110)²]^1/2 = 909,24 (м).

Расстояние между вершинами 1-го и 2-го углов поворота

S2 = [(Х1 – Х2)² + (У1 – У2)²]^1/2                                                         (3)

S2 = [(3619 – 3612)² + (2110 – 3445)²]^1/2 = 1335,02 (м).

Расстояние между вершиной 2-го угла поворота и концом трассы

S3 = [(Х2 – Хкт)² + (У2 – Укт)²]^1/2                                                      (4)

S3 = [(3612 – 2060)² + (3445 – 4625)²]^1/2 = 1949,64 (м).

Дирекционный угол и румб направления НТ – ВУ1

D01 = Arccos [(X1 – Xнт) / S1]                                                          (5)

D01 = Arccos [(3619 – 3250) / 909,24] = Arccos 0,4058 или 66°03’

R01 = СВ : 66°03’

Дирекционный угол и румб направления ВУ1 – ВУ2

D12 = Arccos [(X2 – X1) / S2]                                                            (6)

D12 = Arccos [(3612 – 3619) / 1335,02] = Arccos -0,0052 или 90°18’

R12 = ЮВ : 89°42’

Дирекционный угол и румб направления ВУ2 – КТ

D2N = Arccos [(Xкт– X2) / S3]                                                           (7)

D2N = Arccos [(2060 – 3612) / 1949,64] = Arccos – 0,7960 или 142°45’

R2N = ЮВ : 38°15’

Величина 1-го угла поворота

U1 = D12 – D01                                                                                  (8)

U1 = 90°18’ - 66°03’ = 24°15’

Величина 2-го угла поворота

U2 = D2N – D12                                                                                 (9)

U2 = 142°45’ - 90°18’ = 52°27’

Проверка 1. Разность сумм левых и правых углов поворота должна быть равна разности дирекционных углов начального и конечного направления трассы

Σ Uлев – ΣUправ = D2N – D01                                                        (10)

(24°15’ + 52°27’) = 142°45’ - 66°03’

76°42’ = 76°42’, то есть проверка выполняется.

3.3 Расчет элементов закруглений

Элементы 1-го закругления

Угол поворота U1 = 24°15’; радиус круговой кривой R1 = 3000м.

Тангенс закругления

Т1 = R1 Тg(U1 / 2)                                                                            (11)

Т1 = 3000 Tg(24º15' / 2) = 644,51 (м)

Кривая закругления:

K1 = R1 π U1 / 180º                                                                          (12)

K1 = 3000 3,1416 24º15' / 180º = 1269,73 (м)

Домер закругления:

Д1 = 2 T1 – К1                                                                                  (13)

Д1 = 2 644,51 – 1269,73 = 19,29 (м)

Биссектриса закругления

Б1 = R1 [(1 / сos(U1 / 2)) - 1]                                                            (14)

Б1 =3000[(1 / сos(24º15'/ 2)) - 1] = 68,45(м)

Элементы 2-го закругления

Угол поворота U2 = 52°27’; радиус круговой кривой R2 = 1000м.

Тангенс закругления

Т2 = R2 · Тg(U2/ 2)                                                                           (15)

Т2 = 1000 · Tg(52°27’/ 2) = 492,60 (м)

Кривая закругления:

K2 = R2 π U2 / 180º                                                                          (16)

K2 = 1000 3,1416 52°27’/ 180º = 915,43 (м)

Домер закругления:

Д2 = 2 T2 – К2                                                                                  (17)

Д2 = 2 492,60 – 915,43 = 69,77 (м)

Биссектриса закругления

Б2 = R2 [(1 / сos(U2 / 2)) - 1]                                                            (18)

Б2 =1000[(1 / сos(52°27’/ 2)) - 1] = 114,75(м)

Проверка 2. Две суммы тангенсов за вычетом суммы кривых должно быть равны сумме домеров:

2 ΣТ – ΣК = ΣД                                                                                 (19)

2 (644,51 + 492,60) – (1269,73 + 915,43) = 19,29 + 69,77

89,06 = 89,06, то есть проверка выполняется

3.4 Вычисление положения вершин угла поворота

Пикетажное положение начала трассы принято L(НТ) = ПК 0+00,00.

Пикетажное положение вершины 1-го угла поворота

L (ВУ1) = L (НТ) + S1                                                                      (20)

L (ВУ1) = 0,00 +909,24 = 909,24 (м)

Или ПК 9+09,24

Пикетажное положение вершины 2-го угла поворота

L (ВУ2) = L (ВУ1) + S2 – Д1                                                            (21)

L (ВУ2) = 909,24 + 1335,02 – 19,29 = 2224,97 (м)

Или ПК 22+24,97

Пикетажное положение конца трассы

L (КТ) = L (ВУ2) + S3 – Д2                                                              (22)

L (КТ) = 2224,97 + 1949,64 – 69,77 = 4104,84 (м)

Длина трассы

Lт = L(КТ) – L(НТ)                                                                           (23)

Lт = 4104,84 (м)

Проверка 3. Сумма расстояний между вершинами углов поворота за вычетом суммы домеров должна быть равна длине трассы.

ΣS – ΣД = L_т                                                                                                                                               (24)

(909,24 + 1335,02 + 1949,64) – (19,29 + 69,77) = 4104,84

4104,84 = 4104,84, то есть проверка выполняется

3.5 Вычисление пикетажных положений и длин прямых вставок

Пикетажное положение начала 1-го закругления:

L(НК1) = L(ВУ1) – Т1                                                                      (25)

L(НК1) = 909,24 – 644,51 =264,73 (м)

или ПК 2+64,73

Пикетажное положение конца 1-го закругления:

L(КК1) = L(НК1) + К1                                                                      (26)

L(КК1) = 264,73 +1269,73 =1534,46 (м)

или ПК 15+4,46

Пикетажное положение начала 2-го закругления:

L(НК2) = L(ВУ2) – Т2                                                                      (27)

L(НК2) = 2224,97 – 492,60 = 1732,37 (м)

или ПК 17+32,37

Пикетажное положение конца 2-го закругления:

L(КК2) = L(НК2) + К2                                                                      (28)

L(КК2) = 1732,37 +915,43 =2647,80 (м)  

или ПК 26+7,80

Длина 1-й прямой вставки:

Р1 = L(НК1) – L(НТ)                                                                        (29)

Р1 = 264,73 – 00,00 = 264,73 (м)

Длина 2-й прямой вставки:

Р2 = L(НК2) – L(КК1)                                                                      (30)

Р2 = 1732,37 - 1534,46 = 197,91 (м)

Длина 3-й прямой вставки:

Р3 = L(КТ) – L(КК2)                                                                         (31)

Р3 = 4104,84 - 2647,80= 1457,04 (м)

Проверка 4. Сумма прямых вставок и кривых должна быть равна длине трассы:

ΣР + ΣК = Lт                                                                                     (32)

(264,73 + 197,91 + 1457,04) + (1269,73 + 915,43 ) = 4104,84

4104,84 = 4104,84,  то есть проверка выполняется.

3.6 Основные технические показатели трассы

Полученные в п.п. 3.2-3.5 результаты расчета элементов плана трассы систематизированы в таблице 3.2 – ведомости углов поворота, кривых и прямых.

Коэффициент развития трассы

Кр = Lт / Lв Кр                                                                                 (33)

Кр = 4104,84 / 3551,31 = 1,16

Протяженность кривых с радиусом менее допустимого для 3-й категории автомобильной дороги Rдоп = 600 м. – нет

Протяженность кривых в плане с радиусом менее 2000 м., для которых требуется устройство переходных кривых и виражей, составляет

Lпкв = К2 = 915,43 м.

Ведомость углов поворота, кривых и прямых.

Таблица 3.2

	Положе- ние вершины угла	Угол поворота град.	R, м	Элементы кривой, м	Пикетажное положение	S, м	Р, м	D, град
начало кривой	конец кривой
ПК	+	лев	прав		Т	К	Д	Б	ПК	+	ПК	+
НТ	0	0,00
														909,24	264,73	66 03
ВУ 1	9	09,24		24 15	3000	644,51	1269,73	19,29	68,45	2	64,73	15	34,46
														1335,02	197,91	90 18
ВУ 2	22	24,97		52 27	1000	492,60	915,43	69,77	114,75	17	32,37	26	47,80
														1949,64	1457,04	142 45
КТ	41	04,84
S						1137,11	2185,16	89,06	183,20					4193,90	1919,68

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ

4.1 Определение руководящих отметок

Наименьшее возвышение поверхности покрытия над уровнем поверхности земли для участков 2-го типа местности по условиям во 2-й дорожно-климатической зоне при типе грунтов в виде супеси принято равным Н (2) = 1,20 м.

Наименьшее возвышение поверхности покрытия в местах устройства водопропускных труб:

Н (тр) = d + t + z + ∆                                                                           (1)

Н (тр) = 1,5+0,15+0,5=2,15 (м)

где d – отверстие водопропускной трубы, которое конструктивно принято равным 1,50 м; t – толщина стенки водопропускной трубы, принята равной 0,15 м; z – минимальная толщена грунта и дорожной одежды для предохранения водопропускной трубы от воздействия нагрузок транспортных средств, которая назначается равной 0,50 м,

Наименьшее возвышение поверхности покрытия из условия незаносимости дороги снегом:

Н (сн) = h(ch) + h(z)                                                                            (2)

Н (сн) = 1,20 + 0,60 = 1,80 (м),

где h(ch) – расчетный уровень снегового покрова, принятый для условий Камчатской области равным 1,20 м; h(z) – возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова, которое принято для 3-й категории автомобильной дороги равным 0,60 м.

Так как наименьшее возвышение поверхности покрытия из условия снегонезаносимости дороги меньше этой же величины по условиям увлажнения земляного полотна, в качестве расчетного наименьшего возвышения поверхности покрытия для 2-го и 3-го типов местности по условиям увлажнения принимается руководящая отметка, равная 1,80 м.

4.2 Определение отметок поверхности земли по оси трассы

Отметки поверхности по оси трассы определены для участка автомобильной дороги ПК 0…ПК 20. Отметки пикетов и плюсовых точек трассы относительно горизонталей определялись графически путем непосредственного измерения на плане трассы и вычислялись по формуле линейной интерполяции

Н = Н(min) + (x / L) · dh,                                                                     (3)

где Н(min) – отметка нижней горизонтали, м; х – расстояние от нижней горизонтали до пикета (плюсовой точки); L – расстояние между горизонталями по линии наибольшего ската; dh – высота сечения горизонталей, которая для плана трассы равна 2,50 м.

Результаты измерений расстояний по плану трассы и вычисления отметок земли по оси трассы приведены в табл. 4.1, в которой превышение точки относительно нижней горизонтали определяется так:

H = 2,50 · (x / L).                                                                                 (4)

Отметки земли по оси трассы

Таблица 4.1

4.3 Проектная линия продольного профиля

По данным табл. 4.1 построен продольный поверхности земли по оси трассы, который приведен в приложении Б. В пониженных местах продольного профиля на ПК 8+00 и на ПК 16+00 для обеспечения водоотвода конструктивно назначены круглые железобетонные водопропускные трубы диаметром 1,50 м.

По условиям увлажнения участок трассы отнесен к следующим типам: у водопропускных труб, где возможно временное подтопление насыпи, принят 2-й тип местности по увлажнению (ПК 7+50…ПК 8 +75; ПК 15+00…ПК 17+00); на остальном протяжении трассы, где обеспечен поверхностный водоотвод, принят 1-й тип местности по увлажнению; в связи с относительно низким уровнем грунтовых вод 3-й тип местности по условиям увлажнения на участке трассы отсутствует.

Ломаная линия продольного профиля на участке ПК 00+00…ПК 7+00 проложена в насыпи с продольным уклоном равным 15 ‰. На участке ПК 7+00…ПК 16+00 ломанная линия горизонтальна с продольным уклоном равным нулю. ПК 16+00…ПК 20+00 – уклон 10 ‰.

Рабочие отметки у водопропускных труб выдержаны, так как они больше руководящей отметки на трубах равной 2,15 м. На участках 2-го типа местности по увлажнению у водопропускных труб руководящая рабочая отметка из условия увлажнения выполняется автоматически (1,80 м меньше 2,15 м).

В перелом продольного профиля на ПК 16+00 с помощью шаблонов вписана выпуклая кривая, радиусом 30000 м. А на ПК 7+00 вписана вогнутая вертикальная кривая, радиусом 30000 м, что значительно больше минимально допустимых СНиП радиусов (10000 и 3000 соответственно).

4.4. Определение отметок по ломаной линии продольного профиля

На пикете 0+00 отметка по ломаной линии продольного профиля принята равной 130,00. Первый участок ломаной линии имеет положительный продольный уклон – 15 ‰ (подъем) и протяженность 700 м.

Вычисление отметок ломаной линии продольного профиля на 1-м участке:

Н (ПК1) = 131,50

Н (ПК2) = 133,00

Н (ПК3) = 134,50

Н (ПК4) = 136,00

Н (ПК5) = 137,50

Н (ПК6) = 139,0

Н (ПК7) = 140,50

Проверка:

Н (ПК7) = Н (ПК7) + i1 × L = 130,00 + 0,015 × 700 = 140,50

Вычисление отметок ломаной линии продольного профиля на 2-м участке, который имеет продольный уклон 0‰ и протяженность 900 м:

Н (ПК8) = 140,50

Н (ПК9) = 140,50

Н (ПК10) = 140,50

Н (ПК11) = 140,50

Н (ПК12) = 140,50

Н (ПК13) = 140,50

Н (ПК14) = 140,50

Н (ПК15) = 140,50

Н (ПК16) = 140,50

Вычисление отметок ломаной линии продольного профиля на 3-м участке, который имеет продольный уклон 10‰ и протяженность 400 м:

Н (ПК17) = 141,50

Н (ПК18) = 142,50

Н (ПК19) = 143,50

Н (ПК20) = 144,50

Проверка:

Н (ПК20) = Н (ПК16) + i3 × L = 140,50 + 0,01 × 400 = 144,50

4.5 Расчет вертикальной кривой

Исходные данные для расчета:

Пикетажное положение 1-го вертикального угла:

L (ВВУ1) = 700 м.

Радиус выпуклой вертикальной кривой: R1 = 30000 м.

Продольный уклон в начале кривой: i1 = 15 ‰ = 0,015

Продольный уклон в конце кривой: i2 = 0 ‰ = 0

Отметки по ломаной линии продольного профиля

- вершина вертикального угла Нт (ВВУ1) = Нт (ПК 7) = 140,50 м;

Расчет элементов вертикальной кривой

Кривая вертикальной кривой

К1 = R1 (i1 – i2)                                                                                  (5)

К1 = 30000 (0,015 - 0) = 450 м.

Тангенс вертикальной кривой:

Т1 = К1 / 2                                                                                          (6)

Т1 = 450 / 2 =225 м

         Биссектриса вертикальной кривой:

Б1 = Т1² / (2 R1)                                                                                  (7)

Б1 = 225² / (2 30000) = 0,84 м.

Определение пикетажных положений

Пикетажное положение начала вертикальной кривой:

L (HBK1) = L (BBУ1) – Т1                                                                 (8)

L (HBK1) = 700 – 225 = 475 м

или ПК 4+75,00

Пикетажное положение конца вертикальной кривой:

L (КВК1) = L (BBУ1) + Т1                                                                 (9)

L (КВК1) = 700 + 225 = 925 м 

или ПК 9+25,00

Определение отметок на вертикальной кривой

Отметка начала вертикальной кривой:

Н(HBK1) = Н(BBУ1) - i1 Т1                                                            (10)

Н(HBK1) = 140,50 - 0,015 225 = 137,13 м

Отметка конца вертикальной кривой:

Н (КBK1) = Н(BBУ1) = 140,50 м

Расстояние от начала вертикальной кривой до ПК 5+00:

х1 = 500 – 475 = 25 м

H(ПК 5) = Н(ПК 5) - х1² / (2 · R1)                                                    (11)

H(ПК 5) = 25² / (2 30000) = 137,49 м

Расстояние от конца вертикальной кривой до ПК 9+00:

Х2 = 925 – 900 = 25 м

H(ПК 9) = Н(ПК 9) – х2² / (2 · R1)                                                   (12)

H(ПК 9) = 25² / (2 30000) = 140,40 м

Пикетажное положение 2-го вертикального угла:

L (ВВУ2) = 1600 м.

Радиус вогнутой вертикальной кривой: R2 = 30000 м.

Продольный уклон в начале кривой: i2 = 0 ‰ = 0

Продольный уклон в конце кривой: i3 = 10 ‰ = 0,01

Отметки по ломаной линии продольного профиля

- вершина вертикального угла Н_т (ВВУ2) = Н_т (ПК 16) = 140,50 м;

Расчет элементов вертикальной кривой

Кривая вертикальной кривой

К2 = R2 · (i2 – i3)                                                                              (13)

К2 = 30000 (0,01 - 0 ) = 300 м.

Тангенс вертикальной кривой:

Т2 = К2 / 2                                                                                        (14)

Т2 = 300 / 2 =150 м

Биссектриса вертикальной кривой:

Б2 = Т2² / (2 · R2)                                                                              (15)

Б2 = 150² / (2 30000) = 0,38 м.

Определение пикетажных положений

Пикетажное положение начала вертикальной кривой:

L (HBK2) = L (BBУ2) – Т2                                                               (16)

L (HBK2) = 1600 – 150 = 1450 м

или ПК 14+50,00

Пикетажное положение конца вертикальной кривой:

L (КВК2) = L (BBУ2) + Т2                                                               (17)

L (КВК2) = 1600 + 150 = 1750 м

или ПК 17+50,00

Определение отметок на вертикальной кривой

Отметка начала вертикальной кривой:

Н(HBK2) = Н(BBУ2) = 140,50 м

Отметка конца вертикальной кривой:

Н (КBK2) = H (ВВУ2) + i3 T2                                                          (18)

Н (КBK2) = 140,50 + 0,01 150 = 142,00 м

Расстояние от начала вертикальной кривой до ПК 15+00:

Х3 = 1500 – 1450 = 50 м

H (ПК 15) = Н(ПК 15) – х3² / (2 · R2)                                              (19)

 H (ПК 15) = 50² / (2 · 30000) = 140,54 м

Расстояние от конца вертикальной кривой до ПК 17+00:

Х4 = 1750 – 1700 = 50 м

H (ПК 17) = Н (ПК 17) – х4² / (2 · R2)                                             (20)

H (ПК 17) = 50² / (2 30000) = 141,54 м

4.6 Определение положения точек с нулевыми отметками

Для установления границ выемки на ПК 17 ПК 19 определены пикетажные положения точек пересечения проектной линии с поверхностью земли (точки с нулевыми отметками) по формуле:

Х = |Нрл| L / (|Нрл| + |Нрп|)                                                             (21)

где Х – расстояние от левого пикета до точки с нулевой рабочей отметкой, м; L – длина пикета, принятая равной 100 м; Нрл и Нрп – соответственно рабочие отметки левого и правого пикетов, м.

Первая точка с нулевой рабочей отметкой лежит на Пк 18+00

Расстояние Х до второй точки с нулевой рабочей отметкой

X2 = |Н(ПК 19)| L / (|Н(ПК 19)| + |Н(ПК 20)|)

X2 = 0,85 100 / (0,85 + 2,00) = 29,82 м.                                          (22)

Пикетажное положение второй точки с нулевой рабочей отметкой

L(02) = L(ПК 19) + Х2                                                                      (23)

L(02) = 1900 + 29,82 = 1929,82 м или ПК 19+29,82

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

5.1 Типы поперечных профилей земляного полотна

Анализ грунтового профиля (приложение Б) показывает, что его верхняя часть сложена супесью, поэтому для возведения земляного полотна в насыпях в качестве грунта принята супесь. Участок трассы проходит в нестесненных условиях по плодородным землям, поэтому возможно возведение насыпей из грунта боковых резервов. Рекомендации типовых проектных решений земляного полотна, учтены при назначении следующих типов поперечных профилей земляного полотна:

• при высоте насыпи до 3-х метров применяется тип 2 с коэффициентом заложения внутреннего откоса 1:4 и внешнего откоса резерва на участках ПК0+00 ПК 7+00; ПК9+00 ПК 15+00;

• при высоте насыпи до 6-ти метров применяется тип 3 с коэффициентом заложения внутреннего откоса 1:1,5 на участках у водопропускных труб

• на участке выемки глубиной до 3-х метров (ПК18+00…ПК 19+00) применен тип 10.

 В связи с тем, что косогорность на участке трассы незначительна (менее 1:10), типы поперечных профилей слева и справа от оси дороги приняты одинаковыми.

5.2 Расчет поперечного профиля земляного полотна на ПК 20+00

5.2.1 Исходные данные для проектирования

В связи с тем, что выбор типа поперечного сечения земляного полотна зависит от косогорности местности в поперечном к трассе направлении, предварительно необходимо произвести ее оценку.

ПК 20+00 лежит на горизонтали. Расстояние между соседними горизонталями в поперечном к трассе направлении составляет L = 90 м в масштабе плана трассы (см. прил. А). Сечение горизонталей для плана трассы dh равно 2,50 м.

Тогда поперечный уклон местности равен

iм = dh / L                                                                                            (1)

iм = 5 / 90 = 0,056 или 56 ‰

Коэффициент заложения поперечного уклона местности равен:

m = 1 / iм                                                                                             (2)

m = 1 / 0,056 = 18.

Так как коэффициент заложения поперечного уклона местности более 10, косогорность местности при выборе типа поперечного профиля земляного полотна не учитывается.

Для расчета геометрических параметров поперечного профиля земляного полотна на ПК 20+00 (см. табл. 2.2 и прил. Б) приняты следующие исходные данные:

·  тип поперечного профиля земляного полотна –1;

·  грунт земляного полотна – супесь;

·  коэффициент заложения внутреннего откоса – m = 4;

·  коэффициент заложения внешнего откоса резерва – n = 5;

·  проектная отметка по оси дороги – Ноп = 144,50 м;

·  отметка поверхности земли по оси трассы – Нпз = 142,50 м;

·  рабочая отметка – 2,00 м;

·  ширина проезжей части – B = 7,00 м;

·  ширина обочины – C =2,50 м;

·  поперечный уклон проезжей части – iпч = 20 ‰;

·  поперечный уклон обочины – iоб = 40 ‰;

·  поперечный уклон поверхности земляного полотна – iзп = 30 ‰;

·  поперечный уклон дна резерва – iр = 20 ‰;

·  толщина дорожной одежды – hдо = 0,60 м;

·  толщина растительного слоя – hрс = 0,20 м.

Возведение насыпи производится из боковых резервов, глубина которых назначена hк = 1,40 м, что меньше допустимой величины, равной 1,50 м по типовому проектному решению для типа 1. Предусматривается рекультивация дна резервов, внутренних и внешних откосов слоем растительного грунта, поэтому граница полосы постоянного отвода земли принята на расстоянии 1,00 м от низа внутреннего откоса.

5.2.2 Определение геометрических параметров поперечного профиля земляного полотна

Отметка по кромке укрепительной полосы равна:

Нкрп = Ноп – iпч · (B / 2)                                                                   (3)

Нкрп = 144,50 – 0,07 = 144,43 м.

Отметка бровки обочины:

Ноб = Нкрп – iоб · С                                                                          (4)

Ноб = 144,43 – 0,10 = 144,33 м.

Отметка земляного полотна по оси дороги:

Ноз = Ноп – hдо                                                                                 (5)

Ноз = 144,50 – 0,60 = 143,90 м.

Отметка бровки Hбз и величина уширения d земляного полотна определяются из совместного решения двух уравнений: вычисление отметки Hбз по внутреннему откосу от отметки бровки обочины Ноб и вычисление отметки Нбз от отметки земляного полотна на оси дороги Ноз по уклону поверхности земляного полотна iзп.

Величина уширения земляного полотна:

d = [Ноб – Ноз + iзп · (С + B / 2)] / [(1 / m) – iзп]                              (6)

d = (144,33 – 143,90 + 0,03р 6) / (1 / 4 – 0,03) = 2,77 м.

Ширина земляного полотна поверху:

Lзп = B + 2 · (C + d)                                                                            (7)

Lзп = 7,00 + 2р (2,50 + 2,77) = 17,54 м.

Отметка бровки земляного полотна:

Нбз = Ноз – iзп · (Lзп / 2)                                                                   (8)

Нбз = 143,90 – 0,03 · 17,54 / 2 = 143,64 м.

Ширина земляного полотна понизу:

Lзпн = Lзп + 2р m · (Нбз – Нпз)                                                        (9)

Lзпн = 17,54 + 2р 4р (143,64 – 142,50) = 26,66 м.

5.2.3 Расчет геометрических размеров резерва

При возведении насыпи из двухсторонних резервов необходимо, чтобы половина площади земляного полотна насыпи равнялась площади бокового резерва. При этом надо учитывать, что снимается растительный слой грунта для целей последующей рекультивации.

Площадь половины земляного полотна с учетом снятия растительного слоя:

fн = {[(Нбз – Нпз) + (Ноз – Нпз)] / 2}р (Lзп / 2) + hрср Lзпнр 0,5 + 0,5р mр (Нбз – Нпз)²                                                                                                           (10)

fн = {[(143,64 – 142,50) + (143,90 – 142,50)] / 2}р (17,54 / 2) + 0,20 р 26,66р 0,5 + 0,5 р4 р(143,64 – 142,50)² = 1,27р 8,77 + 2,666 + 2,5992 = 16,40 м²

 Отметка дна резерва у внутреннего откоса насыпи:

Ндк = Нпз – hк                                                                                  (11)

Ндк = 142,50 – 1,40 = 141,10 м.

Из равенства площади резерва за вычетом слоя снимаемого растительного грунта и площади половины насыпи земляного полотна fн определяется расчетная ширина резерва по дну:

Lрн = fн / (hк – hрс) – (hк – hрс)р (m + n) · 0,5                               (12)

Lрн = 16,40 / (1,40 – 0,20) – (1,40 – 0,20)р (4 + 5)р 0,5 = 8,28 м.

Отметка дна резерва у внешнего откоса:

Ндкв = Ндк – Lрн )р iр                                                                    (13)

Ндкв = 141,10 – 8,28р 0,02 = 140,93 м.

Ширина резерва поверху:

Lрв = hкр (m + n) + Lрн                                                                   (14)

Lрв = 1,40р (4 + 5) + 8,28 = 20,88 м.

Заложение внешнего откоса

Lок = hкр n                                                                                       (15)

Lок = 1,4р 5 = 7,00 м.

5.2.4 Определение ширины полосы отвода

Горизонтальное проложение внутреннего откоса насыпи:

Lот = (Ноб – Ндк) m                                                                         (16)

Lот = (144,33 – 141,10)р 4 = 12,92 м.

Горизонтальное проложение внешнего откоса

Lок = hk · n                                                                                       (17)

Lок = 1,40р 5 = 7,00 м.

Ширина полосы постоянного отвода

Lпо = B + 2р (C + Lот + 1,00)                                                          (18)

Lпо = 7,00 + 2р (2,50 + 12,92 + 1,00) = 39,84 м.

Ширина полос временного отвода земли с каждой стороны от границы полосы постоянного отвода:

Lво = Lрн + hк n +1,00                                                                     (19)

Lво = 8,28 + 1,40 5 + 1,00 = 16,28 м.

5.2.5 Расчет площадей поперечного сечения

Площадь снимаемого слоя растительного грунта:

Fсн = (2 Lрв + Lзпн) hрс                                                                  (20)

Fсн = (2 20,88 + 26,66) 0,20 = 13,68 м².

Площадь насыпи земляного полотна:

Fн = 2 fн                                                                                            (21)

Fн = 2 16,40 = 32,80 м².

Площадь выемки (резервов):

Fв = 2 fн                                                                                            (21)

Fв = 2 16,40 = 32,80 м².

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсовой работы по проектированию участка автомобильной дороги Елизово - Паратунка 3-й категории в Камчатской области разработаны основные проектные документы: план трассы, продольный и поперечный профиль земляного полотна, которые характеризуются следующими техническими показателями.

1.  Протяженность трассы – 4104,84 м.

2.  Коэффициент развития трассы – 1,16.

3.  Запроектированы две кривые в плане с радиусами 3000 и1000 м.

4.  На участке трассы требуется устройство двух водопропускных труб.

5.  Продольный профиль запроектирован в насыпях по обертывающей, за исключением отдельного участка.

6.  На участке ПК 18 ПК 19 проектная линия проходит в выемке, в пределах которой необходимо предусмотреть мероприятия по обеспечению снегонезаносимости.

7.  Максимальный продольный уклон - 15‰;

8.  Минимальный радиус вертикальной вогнутой кривой – 30000 м;

9.  В пределах участка трассы запроектированы по типовым проектным решениям 1-й, 3-й, 10-й типы поперечных профилей.

10.  Детально запроектирован поперечный профиль земляного полотна на ПК 20+00, для которого рассчитаны все параметры.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.  Методическое указание: проектирование основных элементов автомобильных дорог под ред. Глибовицкий Ю.С. Хабаровск издательство ХГТУ, 2003 г.

2.  СНиП 2.05.02.-85. Автомобильные дороги. – М.: Госстрой СССР, ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 56с.

3.  ГОСТ 21.101-97.СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации. – М.: ГП ЦНС Госстроя России, 1998. – 41с.

4.  Земляное полотно автомобильных дорог общего пользования: Типовые материалы для проектирования. – М.: ГПИ Союздорпроект, 1987. – 55с.

5.  Проектирование автомобильных дорог: Справочник инженера дорожника /Под ред. Г.А. Федотова. – М.: Транспорт, 1989. – 437 с.

6.  Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. Ч.1. – М.: Транспорт, 1987. – 368 с.