Гречнева Г.И., Рычкова О.А. Основы проектирования дорог. Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности 270205, 190702

• Название: Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности 270205, 190702
• Дата: 03.05.2023
• Размер: 3.67 Mb.
• Имя файла: Гречнева Г.И., Рычкова О.А. Основы проектирования дорог.doc
• Тип: Методические указания; #1106234
• страница: 3 из 11

4.3. Проектирование проектной линии продольного профиля

Продольный профиль проектируют в виде плавной линии, состоящей из прямолинейных участков и вертикальных кривых. Проектирование продольного профиля заключается в нанесении проектной линии и вычислении проектных и рабочих отметок.

При проектировании продольного профиля стремятся обеспечить:

1) устойчивость земляного полотна и дорожной одежды в течение круглого года при изменениях температуры и погодных условий;

2) наименьшую стоимость строительства и эксплуатации дороги;

3) удобство и безопасность движения автомобилей и пассажиров;

4) наименьшую стоимость перевозки грузов и пассажиров.

Отметки проектной линии при проектировании и реконструкции автомобильных дорог общего пользования и городских дорог относятся к оси дороги.

В продольном профиле проектную линию наносят как по обертывающей (в насыпи – для равнинного рельефа), так и по секущей (как в насыпи, так и в выемке – для пересеченной местности). Во всех случаях проектирования нужно добиваться, по возможности, избегать устройства высоких насыпей и глубоких выемок, особенно для дорог низших технических категорий (IV,V).

Проектирование по обертывающей заключается в том, что проектную линию наносят, следуя очертанию поверхности земли, с соблюдением рекомендуемых рабочих отметок и уклонов.

При проектировании по обертывающей отклонение проектной линии от рекомендуемой рабочей отметки допускают:

1. 
   в местах пересечения с железными дорогами в одном уровне, где, согласно требованиям [8], проектная линия должна пройти горизонтально на уровне головок рельса;
   
2. 
   в местах пересечения с автомобильной дорогой высшей категории (II-III) в одном уровне. Проектная линия пересекающей дороги должна быть проведена с продольным уклоном, равным поперечному уклону проезжей части пересекаемой дороги;
   
3. 
   на участках местности, изрезанной оврагами, ложбинами, небольшими возвышенностями;
   
4. 
   на подходах к искусственным сооружениям (мосты, трубы);
   
5. 
   при пересечении заболоченных и подтопляемых участков, где для предохранения земляного полотна от грунтовых и поверхностных вод проектируют более высокие насыпи.
   

Наиболее целесообразно проектировать по обертывающей в условиях равнинного и слабохолмистого рельефа местности. По возможности следует избегать в продольном профиле частых переломов проектной линии, т.е. не проектировать пилообразный профиль. Расстояние между переломами проектной линии продольного профиля называют шагом проектирования.

В пересеченной местности плавность проектной линии обеспечивают выбором такого шага проектирования, который позволяет разместить тангенсы чередующихся вертикальных кривых с радиусами не менее установленных требованиями [8].

В условиях холмистого пересеченного рельефа проектная линия чаще наносится по секущей с примерным балансом грунта для смежных участков насыпей и выемок.

В процессе нанесения проектной линии по секущей решаются следующие частные задачи:

1) находят точки перехода из выемки в насыпь или, наоборот, место отметки 0,00 (рис.4.3), определяют как расстояние до ближайшего пикета (или плюсовой точки) на профиле и вычисляют по формуле

, (4.6)
где Х₀ – расстояние от начала ПК до точки "0", м; h_лев– рабочая отметка левая, м; h_пр – рабочая отметка правая, м; l– расстояние между h_левиh_пр, м.



Рис. 4.3. Схема к определению положения точки

перехода из выемки в насыпь
2) на продольном профиле от точки пересечения (место отметки 0,00) делают пунктирную сноску вниз до сетки продольного профиля. В конце сноски указывают расстояние от нее до ближайших пикетов (слева и справа);

3) для обеспечения водоотвода проектную линию в выемке наносят с уклоном не менее 5 ⁰/₀₀ (лучше – 10 ⁰/₀₀), проектирование горизонтальных участков в выемках не допускается, за исключением коротких выемок длиной до 100 м;

4) избегают резких переломов профиля от одних уклонов к другим;

5) не применяют кривые малого радиуса менее допустимых по СНиПу между длинными прямыми вставками или короткие прямые вставки между смежными кривыми большого протяжения;

6) избегают кривые малого радиуса в конце затяжных спусков;

7) избегают мелких выемок большого протяжения. Такие выемки обычно сырые и снегозаносимые.

Согласно [8], переломы в продольном профиле при алгебраической разности уклонов 5 ⁰/₀₀ и более на дорогах I и II категорий, 10 ⁰/₀₀ и более на дорогах III категории и 20 ⁰/₀₀ и более на дорогах IV и V категорий следует сопрягать кривыми. Уклоны на подъемах считаются со знаком «плюс», а на спусках – со знаком «минус». При одноименных уклонах проектной линии алгебраическая разность на спусках (рис.4.5, а) и подъемах (рис.4.5, б) равна разности смежных уклонов: –i₁ – (– i₂) = + i₁ –(+ i₂). При разноименных уклонах алгебраическая разность их для вогнутых (рис. 4.5, в) и выпуклых (рис.4.5, г) кривых равна сумме смежных уклонов проектной линии – i₁ – (+ i₂) = + i₂ – (– i₁).



Рис.4.5. Вертикальные кривые

С целью повышения плавности движения радиусы вертикальных кривых нужно принимать по возможности наибольшими. Минимальные значения радиусов выпуклых и вогнутых вертикальных кривых для различных категорий дорог приведены в [8, табл. 10].

Элементы вертикальных кривых определяют по таблицам [12].

В настоящее время при проектировании проектной линии продольного профиля применяют два метода, которые заключаются в следующем:

1. 
   наносят сопрягающиеся прямые участки проектной линии и вписывают в их переломы вертикальные кривые. Затем вычисляют поправки к рабочим отметкам (метод тангенсов);
   
2. 
   наносят вертикальные кривые, сопрягающиеся друг с другом или имеющие прямые вставки; при этом сразу вычисляют отметки проектной линии (метод Антонова [12]).
   

Обычно считают, что метод тангенсов наиболее эффективен для равнинного и горного рельефов местности, а метод Н.М. Антонова наиболее удобен для пересеченного рельефа местности.
4.3.1. Последовательностьпостроения вертикальной кривой

методом тангенсов

1. На продольном профиле земли проводят ломаную проектную линию с рекомендуемой высотой насыпи (рис. 4.6).

2.Определяют уклоны проектной линии:



i= , (4.7)
где Н₂ – последующая отметка, м; Н₁ – предыдущая отметка, м;d – расстояние между Н₂и Н₁, м.



Рис.4.6. Проектирование вертикальной кривой
3. Определяют алгебраическую разность уклонов по формуле

i₁ – i₂, (4.8)
при этом необходимо учитывать знак уклона: (+ i) – при уклоне проектной линии на подъем, (– i) – при уклоне проектной линии на спуск.

4. Определяют отметки па пикетах и плюсовых точках по линии

равных уклонов по формуле

Н_пос = Н_пред ± i·d, (4.9)

где Н_пос – последующая отметка, м; Н_пред – предыдущая отметка, м; (+ ) – при уклоне проектной линии на подъем; (– ) – при уклоне проектной линии на спуск, i – уклон проектной линии (в тысячных); d – расстояние между Н_пос и Н_пред.

5. Назначают радиус вертикальной кривой в соответствии с требованиями [8] и определяют значения кривой (К) и тангенса (Т):

K = R(i₁– i₂); (4.10)

T = . (4.11)

6. Определяют положение начала и конца кривой. Для этого откладывают значение тангенса Т от вершины угла вправо и влево по направлению уклонов.

7. В пределах вертикальных кривых, вычисленные отметки п. 4 исправляются: на пикетах и плюсовых точках на величину

у = ± , (4.12)

где Х– расстояние от начала или конца вертикальной кривой до искомой точки, м, в середине кривой на величину биссектрисы Б, определяемой по формуле

Б = , (4.13)

где Б– биссектриса кривой, м, причем на выпуклых кривых со знаком «минус», а на вогнутых кривых со знаком «плюс».

На продольном профиле первоначальные проектные отметки берут в скобки, исправленные пишут рядом без скобок. Пример проектирования вертикальной кривой методом тангенсов представлен на рис. 4.6.

4.3.2. Основы нанесения проектной линии

по методу Н.М. Антонова
Проектная линия продольного профиля обычно представляется сопряженными между собой, в точках с одинаковыми продольными уклонами, параболическими кривыми и прямыми.

При проектировании проектной линии методом Н.М. Антонова [12] на вычерченный профиль местности (черный профиль) накладывают прозрачные шаблоны вертикальных кривых разных радиусов, выполненных в масштабах продольного профиля: M_гор = 1:5000, М_верт= 1:500 – в равнинной и пересеченной местности или М_гор = 1:2000, М_верт = 1:200 – в горной местности.

П
о периметру шаблона (рис.4.7) нанесены штрихи с указанием уклонов (в тысячных долях) наклонных прямых в местах касания с шаблоном.
Рис. 4.7. Образец шаблона для проектирования вертикальных кривых
На шаблонах имеются также горизонтальные и вертикальные линии для правильного их ориентирования при работе на миллиметровой бумаге.

Участки проектной линии в виде прямых удобно намечать с помощью треугольника уклонов (рис. 4.8), лучи которого имеют различные уклоны i, от 10 до 100 ⁰/₀₀.




Рис. 4.8. Треугольник уклонов


а)

б)

Рис. 4.9. Виды вертикальных кривых: а– выпуклая; б– вогнутая
П ри проектировании вертикальных кривых используют формулы сопряжения элементов проектной линии (рис. 4.10).


Рис. 4.10. Схема к определению элементов вертикальных кривых

1. Расстояние от вершины кривой до точки А с уклоном i_А:

l_А = R · i_А. (4.14)
2. Расстояние между точками кривой А и В, имеющими уклоны касательной в этих точках i_А и i_В:
l = l_А – l_В = R( i_A – i_В). (4.15)
3. Разница отметок точки С с уклоном i_С и вершиной кривой Н_С:
. (4.16)

Для вычисления проектных отметок в пределах вертикальных кривых пользуются таблицами Н.М. Антонова [12] или прил. 5, составленными по предлагаемым схемам (рис. 4.11). В расчетной схеме № 1 за начальную точку принято начало вертикальной кривой НК (слева по ходу), и все расстояния l_i и превышенияh_i определяются по отношению к этой точке. Этой схемой обычно пользуются при последовательном проектировании слева направо.

а) б)

Схема № 1 Схема № 2

Рис.4.11. Схемы вычисления проектных отметок в пределах вертикальных кривых

В расчетной схеме № 2 за начало принята вершина вертикальной кривой 0, а все расстояния l_iи превышения h_i определяют по отношению к вершине вертикальной кривой. Схема № 2 удобна при проектировании в обе стороны от контрольных фиксированных точек, например от мостов, путепроводов и прочее.

3. 
   Последовательность построения проектной линии
   

методом Н.М. Антонова

1. На продольный профиль земли прикладывают прозрачные шаблоны вертикальных кривых, выбирая радиусы, при которых очертание проектной линии будет наилучшее (с учетом рекомендуемой высоты насыпи и контрольных точек, см. п.4.2). Вписывают проектную линию.

При этом надо помнить, что значение уклонов на сопрягающихся точках с последующей вертикальной кривой или с прямолинейным участком проектной линии должно иметь одно и то же значение уклона и тот же его знак.

2. Определяют уклоны начала и конца вертикальной кривой по оцифровке на шаблоне.

3. По алгебраической разности уклонов и величине радиуса определяют длину кривой по прил. 5 или [12], либо по формуле

К = R(i₁ – i₂) . (4.17)
4. Определяют начальную отметку вертикальной кривой НК: если эта точка находится в начале продольного профиля – то по вертикальному масштабу, и подписывают ее в строке «Проектные отметки» продольного профиля.

5. Определяют положение точки нуля "0" (это наивысшая точка на выпуклой кривой или низшая точка на вогнутой кривой) по формуле

l₀ = R · i₁. (4.18)
гдеl₀ – расстояние от начала кривой с уклоном i₁доточки нуля.

6. Для принятого радиуса определяют превышение между связующими точками: точкой начала кривой НК и точкой нуля "0" (по строке с уклономi₁ (прил. 5 или [12]).

7. Полученное значение превышения прибавляют к отметке начальной точки (для выпуклой кривой) или вычитают (для вогнутой кривой) и подписывают под точкой нуля в строке «Проектные отметки» продольного профиля.

8. Аналогично определяют превышение между связующими точками нуля "0" и концом кривой КК (по строке с уклономi₂(прил. 5 или [12]).

9. Полученное значение превышения вычитают из отметки точки нуля (для выпуклой кривой) и прибавляют к отметке точки нуля (для вогнутой кривой) и подписывают под точкой конца вертикальной кривой КК в строке «Проектные отметки» продольного профиля.

10. В пределах вертикальной кривой определяют превышения на пикетах и плюсовых точках (прил. 5 или [12]). Для этого по величине принятого радиуса поочередно находят превышения между точкой нуля и определяемой точкой в зависимости от расстояния между ними.

11. Каждое полученное превышение последовательно вычитают от отметки точки нуля (на выпуклой кривой) или прибавляют к отметке точки нуля (на вогнутой кривой) и соответственно подписывают в строке «Проектные отметки» продольного профиля.
4.4. Последовательность проектирования продольного профиля

Образец продольного профиля представлен в прил. 9.

1. Заполняют строку «Расстояние, м», в которой отмечают положение пикетов и плюсовых точек.

2. В строках «Пикеты», « Элементы плана », «Километры» производят обозначение пикетов, километровых столбов. В соответствии с ведомостью углов поворота вычерчивают трассу в виде прямых и кривых по оси дороги. Производят привязку начала и конца кривой до ближайшего пикета (с одной стороны). Подписывают числовые значения радиусов и переходных кривых, длины прямых вставок, а также наносят ситуационный план трассы (по 50 м вправо и влево от оси).

3. В строке «Отметки земли, м» подписывают отметки на пикетах и плюсовых точках, снятых с карты или из журнала нивелирования по оси трассы.

4. Вычерчивают продольный профиль земли.

5. Строят проектную линию в соответствии с п. 4.3.1 или 4.3.3.

6. Заполняют строку «Уклон, ‰, вертикальная кривая, м» – элементы проектной линии: вертикальные кривые, прямые, привязки к пикетам в местах переломов проектной линии (с одной стороны) и нулевых точек вертикальных кривых (с двух сторон), числовые значения радиусов и уклонов, касательных в точках сопряжения элементов проектной линии, длину прямых и кривых.

7. Определяют проектные отметки в соответствии с п. 4.5.4 и заполняют строку «Отметки оси дороги, м».

8. Определяют рабочие отметки на пикетах, плюсовых точках, в местах переломов проектной линии и нулевых точках вертикальных кривых и подписывают их на расстоянии 5 мм над проектной линией.

9. В строке «Тип местности по увлажнению» проставляют номер типа местности по признакам увлажнения верхнего слоя земли.

10. В строке «Тип поперечного профиля» – номер типа поперечного профиля конструкции земляного полотна.

11. На насыпях высотой до 1,5 м, а также в выемках проектируют кюветы и заполняют строки «Уклон, ‰, длина, м» и «Укрепление» кюветов.

12. Назначается положение шурфов, скважин, строится грунтовый профиль.

13. Определяют положение точек нулевых объемов земляных работ по формуле (4.10). Выше проектной линии показываются:

– реперы;

– наземные и подземные коммуникации;

– наименование проектируемых искусственных сооружений;

– переезды через железнодорожные пути;

– нагорные и водоотводные канавы, сбросы воды.

При вычерчивании продольного профиля применяют условные графические обозначения на чертежах автомобильных дорог [3].