Реферат.Проектирование и строительство АД в сложных условиях. Экономическое обоснование параметров дороги
 Скачать 2.2 Mb.
|
|
3. Технико-экономическое обоснование требований к параметрам поперечного профиля и плана. Обоснование требований к ширине укреплённой поверхности дороги. Выполненные исследования позволяют перейти к технико-экономическому обоснованию региональных требований и норм проектирования автомобильных дорог, обеспечивающих удобство и безопасность движения транспортных потоков во всех природных климатических зонах и во все периоды года. Для расчётов назначает не менее трёх-четырёх вариантов, выбранных таким образом, чтобы можно было построить кривую зависимость, приведённую затрат от размера исследуемого параметра для каждой зоны (рис.5), по которой выбирают оптимальное решение.  Рис.5. Схема определения оптимальных требований к параметрам дорог. Экономические целесообразную ширину проезжей части и краевых укреплений полос выбирают из сопоставления расходов, возрастающих при увеличении ширины и укреплённой поверхности дороги, и расходов, уменьшающихся при увеличении этой шины. К первой группе относят капитальные вложения, связанные с увеличением стоимости строительства проезжей части и краевых полос, ко второй – капитальные вложения в автомобильный транспорт, необходимые при данной ширине B1, ежегодные текущие затраты на ремонт и содержание дороги, затраты автомобильного транспорта на перевозки, народнохозяйственные потери от дорожно-транспортных происшествий и потери времени пассажирами в пути. Обоснование требований к ширине укреплённой поверхности производят для горизонтального прямоугольного участка (продольный уклон не более 30%). При этом учитывают влияние только те погодно-климатических факторов, действия которых приводится сокращению эффективно используемые ширины, но не учитывают их влиянием на коэффициенты сцепления и сопротивления. На основании анализа распределения вероятности появления неблагоприятных метеорологических факторов в разные периоды года деятельности их действия и последствия определяет длительность характерных состояний поверхности дороги в течение года (табл.4). Сюда же заносят значение коэффициентов обеспеченности расчётной скорости, соответствующие каждой ширине укреплен укреплённой поверхности. Таблица 4.  В расчётах по этой методике учитывают, что краевые укреплённые полосы работают и во все периоды года и во всех климатических районах, но её эффективность различна. Поэтому оптимальные значения ширины укреплённой поверхности, конструкции и прочность укрепления краевых полос будут различаться в разных зонах. Но особенно различаются условия работы укреплённых обочин в различные периоды года. Так, в зоне IА, где зима длится 180-260 дней, укрепленные обочины большую часть года не работают. То же самое наблюдается в зоне III, где большую часть года стоит сухая жаркая погода. Эти особенности следует учитывать при технико-экономических обоснованиях принимаемых решений. В приведённом примере в расчётах принята интенсивность движения, соответствующее II, III, IV категориям дорог. Состав движения затрат средний по данным наблюдениям. В состав приведённых затрат включены потери, связанные с дорожно-транспортными происшествиями, соответствующими данной ширине проезжей части. Анализ расчётов показывает, что экономически целесообразная ширина укреплённой поверхности дороги существенно различна для разных климатических зон и категорий дорог (рис. 6). Наибольшая ширина укреплённой поверхности необходимо в I зоне с зимним расчётным периодом, где особенно ощущается её сужение из-за отложения снега или льда на кромках. Во II зоне в осенне-весеннем расчетном периодом влияния снежных отложений уменьшается, но увеличивается воздействие дождя и других жидких осадков на загрязнение при кромочных полос. В III зоне с летним расчётным периодом большую часть года стоит сухая жаркая погода и краевые укрепления полос работают короткий срок. Поэтому средства, вкладываемые в их строительство, мало влияет на эффективность работы автомобилей и экономически целесообразно сокращать ширину укреплённой поверхности по сравнению с зоной I и II.  Рис.6. Экономически эффективная ширина укрепленной поверхности дороги для разных климатических зон и интенсивности движения Исследования доказывают также, что с точки зрения удобства и безопасности движения укреплённая краевая полоса имеет большое значение большее значение, чем укрепление всей обочины, поэтому при ограниченных ресурсах целесообразно укреплять обочины стабильно. Технико-экономическое обоснование радиусов кривых в плане. Радиус закругления зависит от многих факторов, причём один из них с увеличением радиуса способствует уменьшению приведённых затрат, а другие, наоборот, увеличивают эти затраты. Технико-экономическое обоснование указанных требований заключается в сравнении вариантов плана дороги с разными радиусами закругления в различных природных климатических условиях по принципу сравнительной эффективности. Рассмотрим участок дороги от пункта А до пункта Б (рис.7), который огибает местную возвышенность. Вписав в угол поворота α кривую радиусом R1 получим длину участка L1 = 2l1 +Lk1, (35) где Lк1 = πR1 α/180, (36) T1 = R1tg α/2, (37) Если в этот угол вписать кривую большим радиусом R2, получим длину участка от пункта А до пункта Б равную L2 = 2l2 +Lk2, которая короче L1 на ΔL= L1 +L2 км. Рассмотрим, какое влияние изменения оказывает на составляющие проведённых затрат.  Рис.7. Схема расчетов элементов кривых при изменении радиуса закругления Единовременные затраты. При изменении радиуса кривой в плане единовременных затрат наиболее заметно меняются строительная стоимость, (капитальные вложения на строительство КД) ежегодный капитальные вложения в автомобильный транспорт, соответствующий ежегодному увеличению объёма перевоза Ка . Другие виды единовременных затрат (на капитальный ремонт, капитальные вложения в автомобильный транспорт, соответствующее начало эксплуатации объекта потери народного хозяйства от изъятия сельскохозяйственных угодий и другое) при изменении радиуса в кривых в плане меняются незначительно и при оценке вариантов методом сравнительной эффективности ими можно пренебречь. Капитальные вложения в строительство КД. В равнинной местности при отсутствии помех капитальные вложения на строительство дороги с увеличением радиуса кривой в плане будут сокращаться пропорционально сокращению длины трассы. ΔКд = СудΔL, где Суд – удельная стоимость 1 км дороги, тыс.руб. Следовательно, при отсутствии помех для продолжения трассы равнинных условиях радиус закругления целесообразного увеличивает до тех пор, начало или конец первой кривой не совпадут с точками А или Б. При положении трассы в холмистой или горной местности увеличение радиуса закругления чаще всего приводит к росту объёмов земляных работ, приводящему к возрастанию строительную стоимость. Строительная стоимость и темпы её роста зависит от многих факторов и колеблются широких пределах В общем. Изменение объёмов земляных, укрепительных и других работ, а также строительной стоимости с увеличением радиуса закругления могут иметь самые различных характер зависимости от многих местных условий. Поэтому дать какую-то единую зависимость изменения строительной стоимости от радиуса закругления не представляется возможными. Самым правильным следует считать обоснование требований к размеру минимально допустимого радиуса кривой с каждым конкретным случае, когда принимается радиус меньше рекомендуемого (но не минимального допустимого) по нормам. Анализ большого числа проектов показывает, что в холмистой и горный местности строительной стоимости радиуса кривой в плане описывается плавной кривой (рис.8).  Рис.8. Влияние условий проложения трассы на строительную стоимость В равнинной местности при отсутствии помех для трассирования это зависимость имеет вид прямой. При наличии препятствий, (рис.9) для продолжения трассы на местности (застройка, водные преграды, крупные овраги, трубопроводы, железнодорожные дороги и др.) эта зависимость может иметь ступенчатый характер. Капитальные вложения автомобильной транспорт определяется для кривой различных радиусов по специальной формуле, эти расчёты показывают, что характеристики климата существенно влияют на капитальные вложения в автомобильной транспорт при движении по дорогам с различными радиусами кривых в плане, поскольку от климата зависит длительность периодов года и погодные условия, влияющие на состояние поверхности дорог и скорость движения.  Рис.9. Пример помех вписыванию кривой большого радиуса Радиус кривой в плане влияет на капитальные вложения в автомобильный транспорт через скорость υi и длину участка между фиксированными точками LR. Капитальные вложения в автомобильный транспорт для кривых различного радиуса. Поскольку темпы прироста дополнительных капитальных вложений в автомобильный транспорт не зависят от радиуса закругления, то при сравнительной оценке эффективности того или иного радиуса их можно не учитывать. Текущие затраты включает в себя те же статьи что и при оценке вариантов продольного профиля. Из всего перечня статей наиболее значительные ежегодные затраты на осуществление автомобильных перевозок Cа, народнохозяйственные потери, связанные с затратами времени пассажиров в пути следования Cв и народнохозяйственные потери, связанные с дорожно-транспортными происшествиями Cп. Остальные статьи для различных радиусов кривых в плане различаются незначительно или одинаково. Годовые затраты автомобильного транспорта определяет как сумму этих затрат по периодам года. Са = Сал + Саз+ Сапер, (38) Народнохозяйственные потери, связанные с затратами времени пассажиров в пути следования при условии, что на кривых в плане отсутствуют заторы и остановки, могут быть определены для каждого периода. Таблица 5  Суммарные потери от дорожно-транспортных происшествий в год Сдтп= Сдтпл+ Сдтпз+ Сдтппер, (39) Как и при обосновании требований к ширине проезжей части, требования к размеру радиусов кривых в плане учитывают изменения расходов, возрастающих с увеличением радиусов кривых, и расходов, уменьшающихся с увеличением радиусов кривых. К первой группе относят расходы, связанные с ростом объёмов земляных работ (за исключением равнинных мест), сносом строений, занятием более ценных земель или преодоления других препятствий, требующих увеличения радиусов кривых. Ко второй группе относят расходы транспортные, на приобретение подвижного состава, на содержание дорог и, особенно, зимнее содержание, а также потеря дорожно-транспортных происшествий. С уменьшением радиуса кривой в плане меньше 600-800 м снижается скорость, повышается транспортные расходы и одновременно возрастают число дорожно-транспортных происшествий и потерей от них. При технико-экономических обоснованиях требований к радиусам кривых в плане необходимо учесть особенности очистки этих участков от снега зимой. Закруглений малого радиуса заносятся снегом быстрее, а очищать их гораздо труднее, чем прямые участки поэтому исходя из требуемой скорости плужных снегоочистителей целесообразного в районах с зимним расчётным периодом на снегозаносимых участках радиуса кривых в плане принимать не менее 200-300 м. В табл. 5 приведены исходные данные для обоснования экономически целесообразных требований к радиусам кривых в плане в различных климатических зонах. Расчёты выполнены для условий холмистого рельефа местности и углах поворота 45°. Изменение объёмов работ и строительной стоимости приняты по данным ГипродорНИИ. Анализ расчётов показывает рис. 10, что экономические целесообразный радиус кривых для каждой категории дороги существенно зависит от климатических характеристик разных зонах.  Рис.10. Экономически эффективные радиусы кривых в плане для разных климатических зон и интенсивности движения Техника экономическое обоснования требований к продольному уклону. Принципы обоснования. При технико-экономическом обосновании продольного уклона предполагают, что с ростом его сокращается отклонение оси проектируемой дороги от воздушной линии, уменьшается высота на осыпи и глубина выемок, а, следовательно, и объемы земляных работ и строительная стоимость. В большинстве случаев это действительно так, однако в зависимости строительной стоимости от размера продольного уклона сложнее. Трасса может быть запроектирована по обёртывающей с максимальным развитием линии. В этом случае сокращаются удельные объёмы земляных работ на километр дороги и стоимость строительства каждого километра. Однако далеко не всегда строительная стоимость всей дороги при таком варианте будет минимальной, поскольку вместе с развитием линии увеличиваются суммарная стоимость дорожной одежды, число и суммарная стоимость искусственных сооружений, а в ряде случаев может возрасти и суммарный объём земляных работ. Трассу можно запроектировать по принципу секущей линии с минимальным отклонением от кратчайшего направления. Тогда удельные объёмы земляных работ на каждый километр дороги будут больше, чем при проектировании по обёртывающей. Однако суммарный объём земляных работ, стоимость дорожной одежды, искусственных сооружений, а также общая строительная стоимость могут незначительно отличаться от общей стоимости трассы, усложнённой по обёртывающей. На строительную стоимость сильно влияют грунтово-геологические и климатические условия, ландшафт и растительность, застройка местности и многое другое, что в настоящее время изучено ещё незначительно. Имеющиеся материалы о влиянии максимального продольного уклона на изменение строительной стоимости в различных условиях рельефа, (рис. 11) носят осредненный, ориентировочный характер и свидетельствует о том, что при проектировании целесообразно сравнивать несколько вариантов плана и профиля дороги. Это вполне реально при использовании современных методов автоматизированного проектирования. Технико-экономическому обоснованию выбора максимального продольного уклона автомобильных дорог посвящено большое число работ, в которых исследовано его влияние на показатели работы автомобильного транспорта. В них рассмотренные условия движения транспортных потоков на подъёмах и спусках только в сухой, летний период, что нельзя считать достаточно.  Рис.11 Зависимость строительной стоимости от максимального продольного уклона: 1 - в горной местности с минимальным развитием трассы; 2 - то же, с максимальным развитием трассы; 3 - в пересеченной местности с крутизной склонов 1:5-1:7; 4 - то же, с крутизной склонов 1:10-1:15; 5- в слабо пересеченной местности с развитием трассы; 6- то же, по кратчайшему направлению В нормах предельные значения параметров рекомендуется назначать только в зависимости от перспективной интенсивности движения и характеристики рельефа. Оценка рельефа проводиться по трем категориям (равнинный, пересеченный и горный) для обычных, трудных и исключительных условий проектирования. Как следует из анализа взаимодействия автомобиля с дорогой при различных состояниях её поверхности такой подход нельзя признать правильным. Расчет следует вести для условий движения автомобиля в расчётные периоды года при характерном состоянии покрытия, а технико- экономическое обоснование рекомендуемого максимального продольного уклона должно выполняться с учётом его влияния на эффективность работы автомобильного транспорта все периоды года, то есть с учётом состояния поверхности дороги и проектируемого уровня содержания. Это означает, что необходимо проектировать совместно размер продольного уклона и состояние поверхности дороги, поскольку сумма дорожных сопротивлений, на преодоление которых расходуется мощность автомобиля, включает коэффициент сопротивления качению, прямо зависящий от состояния дороги и продольного уклона. Влияние продольного уклона на себестоимость перевозок. Недостаточно разработан вопрос учёта влияния продольного профиля дороги на себестоимость автомобильных перевозок. При сравнении вариантов учитывают эксплуатационный расходы автомобиля, пропорциональные длине дороги, тогда как эти расходы являются в равной степени функцией продольных уклонов. Для оценки параметров продольного профиля С.Б. Никитин предложил систему относительных числовых коэффициентов, показывающих, в каком отношении изменяются эксплуатационные расходы при движении автомобиля на спусках и подъёмах по отношению к расходам на движение по горизонтальному участку, принятым за единицу. Для обобщённой оценки влияния уклонов продольного профиля им предложено оценивать виртуальную длину путём коэффициентов себестоимости перевозки, включающих совокупность всех переменных, постоянных и дорожных расходов. Сравнение вариантов трассы по этому методу сводится к сравнению между собой виртуальной длины по себестоимости перевозки (рис. 12).  Рисунок 12. Зависимость себестоимости перевозок (средней в двух направлениях) от продольного уклона: 1 – автомобильные поезда; 2 – грузовые автомобили; 3 – легковые автомобили Наименьшая Ls и является критерием экономической целесообразности варианта по условиям продольного профиля и признакам наименьшей себестоимости перевозок. Если Li - длина уклона то: Ls= Σ li λsi* (40) Виртуальную длину определяют в обоих направлениях. В общем случае: Ls= (λs1Г1+ λs2Г2)/100, (41) где Г1 и Г2 – распределение грузооборота по направлениям, % от общего. Этот упрощённый метод позволяет оценивать варианты продольного профиля дороги. Недостаток этого метода в том, что он не учитывает состояние дорог. Для оценки себестоимости перевозки на подъёмах различной величины разработана специальная номограмма. Канд. Тех. наук Н.А. Цыценко выполнил расчёты зависимости стоимости пробега автомобиля от продольного уклона при разных типах покрытия. Им установлена эмпирическая зависимость стоимости пробега автомобиля от продольного уклона при различных типах покрытия: S=S0a(a+bz+cz2) при z ≥ 0; (42) S=S0a(a+gz) при z ≤ 0, (43) где S0 – стоимость 1 км пробега автомобиля по дороге с асфальтобетонным покрытием на спусках с уклоном i=-ден.ед./авт-км; a, z – параметры, зависящие от типа покрытия и продольного уклона; a, b, c, g – параметры, зависящие от типа и загрузки автомобиля. Методика обоснования величины продольного уклона. Данная методика позволяет определить экономически целесообразный продольный уклон с учётом природно-климатических условий района проложения дороги, интенсивности и состава движения. Основная особенность расчётов в том, что при определении средних скоростей автомобилей и транспортного потока необходимо учитывать состояние поверхности дороги в зависимости от погодных климатических характеристик. Сложная задача в этих расчётах установить изменения строительной стоимости в зависимости от максимального продольного уклона: Kд=f(i) Сложность заключается и в том, что при изменении продольного уклона на одном участке дороги может измениться положение проектной линии и на значительном протяжении смежных участков Кроме того, изменения продольного уклона может сопровождаться нелинейным, а ступенчатым изменением стоимости, например, когда проектная линия грунтов опустится скальные породы. Нельзя забывать и того, что при изменении продольных уклонов изменяются высота насыпей и глубина выемок, заложенных откосов, вместе с ними размеры труб и других искусственных сооружений. Поэтому расчеты по технико-экономическому обоснованию допустимого размера продольного уклона целесообразно выполнять на основе проектных проработок по каждому варианту. Длину участка, намечаемого к сравнению вариантов, надо выбирать таким образом, чтобы можно было разместить все элементы продольного профиля по рассматриваем вариантам, не выходя за пределы этого участка. По каждому варианту необходимо определить объёмы и стоимость земляных работ, всех других элементов и общую стоимость. При оценке нескольких вариантов можно воспользоваться только разницей между общей стоимостью варианта с максимальным продольным уклоном и общей стоимостью участка по каждому варианту. Для ориентировочных расчётов изменения строительной стоимости при разных продольных уклонах можно принимать:
 Рисунок 14. Расчетная схема для обоснования продольного уклона: 1 – линия поверхности земли; 2 и 3 – проектная линия поверхности дороги по вариантам Капитальные вложения в автомобильный транспорт для каждого периода года определяют по специальной формуле, из которой видно, что климатические условия по-разному влияют на капитальные вложения в дорогу с одним из тем же продольным уклоном, но в различных климатических зонах. Так, на участке с максимальным продольным уклоном в зоне IA движение с пониженными скоростями зимой может наблюдаться 100-120 дней, тогда ккак в зоне III – только 20-40 дней, что потребует на один и тот же объём перевозок значительно больше капитальных вложений автомобильный транспорт в зоне IA по сравнению с зоной III. При сравнении вариантов продольного профиля из состава текущих затрат можно учитывать только текущие затраты автомобильного транспорта, потери времени пассажиров и от дорожно-транспортных происшествий. Текущие затраты автомобильного транспорта. Анализ показывает, что климатические условия также существенно влияют на текущие затраты автомобильного транспорта. Аналогично учитывает климатические условия при определении народнохозяйственных потерь, связанные с затратами времени пассажиров в пути следования. Народнохозяйственные потери, связанные с дорожно-транспортными происшествиями определяют по спец.формуле. В таблице 6 данные для технико-экономических расчётов по обоснованию требований к размеру максимального продольного уклона дорог II-IV категорий для холмистой местности в I-III зонах по условиям движения.
Примечание. В скобках приведены значения Кр.с для дорог II категории. Для получения данных об изменении строительной стоимости дороги при изменении максимального продольного уклона выполнено экспериментальное проектирование продольного профиля участков дорог II, IV категорий длиной 4 км на одних и тех же участках холмистой местности. Были определены изменения объёмов земляных работ по всем вариантам и их строительная стоимость. Результаты расчётов (рисунок 15), показывают, что экономически целесообразный продольный уклон существенно зависит от длительности неблагоприятных периодов. Так, для дорог III категории в зоне I при холмистом рельефе максимально продольный уклон экономический целесообразно принимать более 40%, в то время как в III климатической зоне он может быть увеличен до 50%.  Рисунок 16. Определение экономически эффективных продольных уклонов для различных климатических зон и интенсивности движения: а, б, в – суммарные приведенные затраты при интенсивности движения 5000, 2000 и 600 авт/сут; г – зависимость экономически оптимальной величины продольного уклона от интенсивности движения; 1 – зона IA; 2 – зона IБ; 3 - зона II; 4 – зона III. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||