книги / Проектирование автомобильных дорог. Ч. 1
.pdfоговорено, что всегда, когда позволяют условия местности и это не связано с существенным увеличением объемов й стоимости работ, следует предусматривать значения элементов пд4йа и продольного профиля дорог, обеспечивающие высокие скорости движения, если возможно даже превышающие расчетное для дорог I категории.
Расчетные скорости движения автомобилей, принятые в СССР,
примерно соответствуют расчетным скоростям -в других странах.
Глава 2
ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ
2.1. Элементы плана дороги
Строить дороги по кратчайшему направлению (по прямой, соединяющей заданные точки) препятствуют элементы рельефа земной поверхности (горы, овраги), водные преграды (болота, озера, реки), заповедники и другие препятствия. Нецелесообразно также прокладывать дороги по высокоплодородным землям, цен ным для сельского хозяйства. В то же время возникает необхо димость проведения дороги через заданные промежуточные пункты и места примыкания к городам, участки, удобные для пересечения рек, железных и автомобильных дорог. Как можно видеть на рис. 2.1, необходимость перейти реку на прямом участке с удоб ным подходом к мосту по пологим склонам оврага, желание
Рис. 2.1. Проложение трассы дороги в плане
21
Рис. 2.2. Ось дороги как пространст
венная кривая: |
а — угол; В — вершина |
угла; |
А — точка! |
|||
а — вид полотна |
дороги в аксонометрии; |
начала |
круговой кривой |
(НК); |
С — точка |
|
6 — план дороги; |
в — продольный профиль |
конца |
кривой |
(КК)\ Б — биссектриса; R — |
||
|
|
радиус; |
К — кривая; Т —тангенс |
обойти населенный пункт и избежать пересечения оврага заста вили при проложении дороги отклониться от кратчайшего прямого' направления.
Удлинение дороги, вызванное введением углов поворота, ха рактеризуют коэффициентом развития, или коэффициентом удли нения, равным отношению фактической длины дороги к длине прямой, соединяющей начальный и конечный ее пункты («воздуш ной линии»).
Положение геометрической оси дороги на местности называется ее трассой. Поскольку трасса при обходе препятствий, на подъе мах на холмы и спусках в понижения местности меняет свое направление в плане и продольном профиле, она является прост ранственной линией (рис. 2.2.).
Графическое изображение проекции трассы на горизонтальную плоскость, выполненное в уменьшенном масштабе, называют пла
ном трассы. |
положение дороги1 на местности, ее первоначально |
Намечая |
прокладывают в виде ломаной линии. До 30-х годов текущего столетия единственной формой трассы была ломаная линия, в углы пересечения которой для удобства и безопасности движения вписывались дуги окружности. Такая трасса с резко изменяю щимися элементами (круговые кривые и прямые) и значительной протяженностью этих элементов в условиях холмистого рельефа плохо сочетается с его плавными формами, кажется «жесткой», что приводит к увеличению объемов работ по устройству земля ного полотна. Поэтому трассы современных автомобильных дорог,.
22
особенно высоких категорий, проектируют с минимальной протя женностью прямых вставок как сочетание дуг окружности с радиоидальными спиралями — клотоидами (клотоидная трасса) или как кривые с непрерывно изменяющейся кривизной, аппроксими руемыми кубическими полиномами (сплайны). В последнем случае участки ломаного, состоящего из прямых, хода являются опор ной базой, от которой при разбивке отмеряют вычисляемые на ЗВМ ординаты криволинейной трассы. Особенности клотоидной
исплайновой трасс рассматриваются детально в п. 12.4.
Впростейшем случае трассирования дороги прямыми и дугами окружности каждое изменение направления трассы определяется углом поворота, который измеряют между продолжением направ ления трассы и новым ее направлением. Углы поворота последо вательно нумеруют вдоль дороги — по ходу трассы. Чтобы за проектированную трассу можно было точно воспроизвести на мест
ности, ее ориентируют относительно сторон |
света. Для этого |
вычисляют румбы прямых участков трассы |
(см. рис. 2.1). |
Различают следующие геометрические элементы закруглений (рис. 2.3): угол а, радиус R, кривую К, тангенс Т, биссектрису Б. Элементы кривой связаны между собой простыми тригонометри ческими соотношениями, которые могут быть получены из рис. 2.3:
Т |
Б — R |
i); |
К = |
nRa |
(2.1) |
||||
|
|
180 |
Для удобства определения длин кривых и разбивки их на местности имеются специальные таблицы.
2.2. Элементы продольного профиля дороги
Продольным профилем дороги называют развернутую в пло скости чертежа проекцию оси дороги на вертикальную плоскость. Продольный профиль характеризует кру+изну отдельных участков дороги, измеряемую продольным уклоном, и расположение ее проезжей части относительно поверхности земли. Продольный уклон является одной из важнейших характеристик, транспортных качеств автомобильной дороги.
Естественные уклоны местности часто превышают допустимые для эффективного использования автомобилей. В таких случаях уклон дороги делают более пологим, чем уклон поверхности земли, срезая часть грунта на подъемах на возвышенность или, наоборот, подсыпая его, например, в местах перехода через пони женные участки рельефа.
Места, где поверхность дороги в результате срезки грунта рас положена ниже поверхности земли, называют выемками, а участки, где дорога проходит выше поверхности земли, по искусственно
23
Рис.' 2.4. Расположение дороги в продольном профиле:
1 — дорога в «нулевых» отметках; II — в насыпи; III — в выемке
насыпанному грунту,— насыпями. При высоте насыпей менее 1 м говорят, что дорога проходит в «нулевых» отметках. Из-за уст ройства насыпей и выемок отметки дороги не совпадают с отмет ками поверхности земли (рис. 2.4). Разница между отметкой по верхности земли по оси дороги и отметкой бровки дороги, определяющая высоту насыпи или глубину выемки, называется
рабочей отметкой (рис. 2.5).
Переломы продольного профиля, образующиеся при измене нии уклона, вызывают ряд неудобств для движения: выпуклые места на дороге ограничивают видимость расположенного впереди участка дороги, а на переломах, имеющих сравнительно малый радиус кривизны, при высоких скоростях движения возникает опас ность потери управляемости автомобилем в связи с разгрузкой
Рис. 2.5. Рабочая отметка земляного полотна:
а — в выемке; б — в насыпп
24
передней оси; на вогнутых пере ломах из-за внезапного измене ния направления движения воз никает толчок, неприятный для пассажиров и перегружающий подвеску автомобиля. Поэтому переломы продольного профиля смягчают введением сопрягаю щих вертикальных кривых (рис. 2.6). На рис. 2.6 пунктиром по казаны смягчаемые переломы продольного профиля. Цифры в скобках характеризуют рабочие отметки, которые были бы при отсутствии вертикальных кри вых, цифры без скобок — факти ческие отметки.
Рис. 2.6. Вертикальные кривые:
1 — выпуклая; 2 — вогнутая
Графическое изображение продольного профиля является од ним из основных проектных документов, на основе которых строится дорога..
Образец оформления продольного профиля при автоматизиро ванном проектировании согласно ГОСТ 21.511—83 показан на рис. 2.7.
Профиль выполняется на графопостроителе, с последующим до полнением вручную данными о грунтах, искусственных сооружени ях, ситуации местности и т. п.
Для наглядности продольного профиля вертикальные расстоя ния (отметки) откладывают в большем масштабе, чем горизон тальные.
Для дорог, проходящих в равнинной местности, принят верти кальный масштаб 1:500 (5 м в 1 см) и горизонтальный масштаб 1:5000 (50 м в 1 см).
При вычерчивании продольного профиля применяют условные обозначения {рис. 2.8).
На горных дорогах, где продольный профиль характеризуется частыми изменениями уклонов поверхности земли и дороги и зна чительной разностью отметок на участках небольшой про тяженности, принимаются более крупные масштабы: вертикальный 1:200, горизонтальный 1: 2000.
Тонкую линию на продольном профиле, соединяющую отметки поверхности земли, называют линией поверхности земли, или чер ной линией. Более жирную линию, соответствующую отметкам бровки дороги, называют проектной. Ее изображают на продоль ном профиле в 2 раза более толстой, чем линию поверхности земли.
25
РП3-219.157
Рис. 2.7. Образец оформления продольного профиля
Рис. 2.S. Основные условные обозначения на продольных профилях:
# — вертикальные |
кривые |
(а — выпуклая |
кривая |
с |
нисходящей ветвью; б — вогнутая кри |
|||||||||||||||
вая с |
восходящей |
ветвью; |
в — переход |
нисходящей |
ветви |
выпуклой |
кривой |
в восходящую |
||||||||||||
ветвь |
вогнутой кривой); |
2 — репер |
7 с |
отметкой |
537, |
211; |
3 — съезды |
с |
дороги: |
(а — влево, |
||||||||||
по типовому проекту 'Н а |
|
в 98 м |
от |
начала |
пикета; |
б — пересечение |
с другой |
дорогой |
в |
|||||||||||
60 м от начала пикета); |
4 — железнодорожные |
переезды |
(а — неохраняемый, |
в 27 м |
от |
|||||||||||||||
начала |
пикета; б — охраняемый переезд; |
цифры |
над |
флажками указывают |
категорию пе |
|||||||||||||||
реезда); |
5 — километровый |
знак; |
б — мосты и |
трубы |
(а — железобетонный |
мост |
или путе |
|||||||||||||
провод; |
б — круглая труба |
диаметром |
1,5 |
м; |
в — прямоугольная труба); |
7 — водоотводные |
||||||||||||||
канавы |
(а — нагорная канава; б — сброс |
воды вправо; в — то же влево); |
в — обозначение |
|||||||||||||||||
|
|
|
плюсовых точек; |
9 —• двухпроводная линия связи |
|
|
|
|
|
На продольном профиле ниже линии поверхности земли на 2 см и параллельно ей наносят грунтовый профиль в вертикаль ном масштабе 1:50 (50 см в 1 см), на котором выписывают наи менования грунтов, а в шурфах и буровых скважинах при помощи условных обозначений показывают влажность и консистенцию грунтов (рис. 2.9).
Торфы и сапропели изображают на профиле на всем участке их залегания и на всю выявленную глубину условными обозначениями.
27
а) |
5 |
|
ф |
57 |
|
г) |
47 |
д) сз 2,г |
|
|
|
ОГЛ |
I |
0.5 |
|
|
|
ОГЛЕ 1 |
1,6 |
угв |
|
|
|
|
||
вгв NU |
рi |
з,5 |
“ 3, |
1.25 |
|
од |
|
|
20.10.85 |
Й |
|
20.10.85 |
|
|
|
'' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4мм |
2,0 |
|
|
|
2мм Г 4 ft/ |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
е) |
|
ж) |
эдз 12 |
|
U) |
к) |
|
|
' стз в |
|
|
|
|
|
|
Рис, 2.9. Условные обозначения на грунтовых профилях:
а — буровая скважина № 5 глубиной 8,1 ы (оглеение на глубине 1,6 м, грунтовая вода 20.10.85 на глубине 3,5 ы); б — шурф № 57; в — шурф № 50, углубленный скважиной (верх
няя граница |
вечномерзлого |
грунта |
20.10.85 |
на |
глубине |
0.8 м, |
нижняя — на 8,5 м); г — зон- |
||||
дировочная |
скважина № 47 |
глубиной 0,9 |
ы; |
д — точка |
№ 22 |
сейсмического зондирования; |
|||||
е —I точка № 8 статического |
зондирования; |
ас — точка |
№ 12 электродинамического зондиро |
||||||||
вания; з — маловлажные песчаные |
или твердые или |
полутвердые глинистые грунты; |
и — |
||||||||
влажные песчаные нлн тугопластичные глинистые грунты; к — влажные песчаные или |
мяг |
||||||||||
копластичные глинистые грунты; л — водонасыщеиные |
песчаные или |
текучепластичные |
п |
||||||||
водонасыщенные глинистые |
грунты |
при |
коэффициенте |
увлажнения |
1,2 по сравнению |
с |
|||||
|
|
оптимальной влажностью |
|
|
|
|
О.) |
№ |
9 8 7 6 5 4 |
Рве. 2.10. Элементы поперечного профиля дороги:
■а — с |
одной |
проезжей |
частью; б — с двумя проезжими частями и разделительной полосой; |
|||||||
1 — земляное |
полотно; |
2 — обочина; 3 — проезжая часть; |
4 — внутренний |
откос |
боковой |
ка |
||||
навы; |
5 — бровка |
насыпи; |
6 — кромка проезжей |
части; 7 — ось проезжей |
части; |
8 — ось до |
||||
роги; |
9 — краевая |
полоса; |
10 — внешний откос |
боковой |
канавы; 11 — откос насыпи; |
12 — |
||||
|
|
|
|
|
разделительная полоса |
|
|
|
|
2.3. Поперечные профили дороги
Полосу местности, выделяемую для расположения ра 'ней дороги, разработки грунта, предназначенного для отсыпки: на сыпей, постройки вспомогательных сооружений и посадки зелёных: насаждений, называют дорожной полосой, или полосой отводу.
Изображение в уменьшенном масштабе сечения дороги верти кальной плоскостью, перпендикулярной к оси дороги, называют
поперечным профилем1 (рис. 2.10). I Полоса поверхности дороги, в пределах которой прбисходит
движение автомобилей, представляет собой проезжую часть. Ее укрепляют прочными каменными материалами, устраивая дорож ную одежду, верхний слой которой называют покрытием. Дороги I категории имеют самостоятельные проезжие части для движе ния в каждом направлении. Между ними для безопасности остав ляют разделительную полосу, на которую запрещается заезд авто мобилей. Сбоку от проезжей части расположены обочины. Обо чины используются для временной стоянки автомобилей и для размещения дорожно-строительных материалов при ремонтах. Наличие обочины, окаймляющей проезжую часть, способствует безопасности движения автомобилей. Вдоль проезжей части на обочинах и разделительных полосах укладывают укрепительные полосы (краевые полосы), повышающие прочность края дорожной одежды и обеспечивающие безопасность при случайном съезде колеса автомобиля с покрытия. Наличие краевых полос оказывает положительный психологический эффект на водителей, устраняя боязнь приближения к краю проезжей части.
Для расположения проезжей части на необходимом уровне от поверхности грунта сооружают земляное полотно (насыпь или выемку) с боковыми канавами (кюветами), предназначенными для осушения дороги и отвода от нее воды. К земляному полотну относят также резервы — неглубокие выработки вдоль дороги, из которых был взят грунт для отсыпки насыпи, и кавальеры — па раллельные дороге валы, в которые укладывают грунт из выемок* не потребовавшийся для отсыпки смежных участков насыпей. Дру гими словами, земляным полотном называют всю часть полосы отвода, затронутую земляными работами.
Проезжая часть и обочины отделяются от прилегающей мест ности правильно спланированными наклонными плоскостями — откосами. В выемках и боковых канавах различают внешний и внутренний откосы. Линия сопряжения поверхностей обочины и откоса насыпи или внутреннего откоса канавы образует бровку
1 В данном параграфе рассмотрены только типовые элементы поперечного профиля дороги в благоприятных грунтово-гидрологических условиях. Видоиз менения поперечных профилей при проектировании автомобильных магистралей, дорог в сильно заносимых снегом районах, в горных, заболоченных и других сложных условиях рассматриваются в соответствующих разделах учебника.
29
земляного полотна. Расстояние между бровками услойно назы вают шириной земляного полотна. Крутизну откосов характери зуют коэффициентом заложения, который определяется отноше нием высоты откоса к его горизонтальной проекции — заложению.
Откосам малых насыпей для возможности съезда автомоби
лей с дороги в |
аварийных случаях целесообразно |
придавать1' |
заложение 1 :5 |
или 1 :6. Это способствует также |
уменьшению |
.заносимости дороги снегом и повышает безопасность движения. При высоте насыпи менее 6 м исходя из требований экономии земляных работ откосы устраивают с заложением 1 1,5. Такие насыпи вполне устойчивы. Более крутые откосы высоких насыпей при увлажнении грунта могут оползать под действием собствен
ного веса грунта или веса съехавшего на обочину автомобиля.
В настоящее время по действующим правилам сооружения -земляного полотна принимают следующие коэффициенты заложе ния откосов: не круче 1 :4 для насыпей высотой до 3 м на доро гах I—III категорий и 1 :3 для насыпей высотой до 2 м на дорогах остальных категорий. Более высокие насыпи, а также насыпи на цен ных плодородных-землях, строящиеся из грунта, привозимого из закладываемых вдалеке от дороги грунтовых карьеров, или строя щиеся в местах, где съезд с дороги невозможен, допускается воз водить с более крутыми откосами 1 1,5 при обязательной уста новке ограждений на высоких насыпях. В мелких песчаных и пылеватых грунтах в районах с влажным климатом крутизну откосов уменьшают до 1 1,75. 4
Для устойчивости высоких насыпей, за исключением случаев отсыпки их из валунных, гравелистых и щебенистых грунтов, ко торым можно придавать постоянную крутизну до высоты 12 м, нижнюю часть откосов, начиная с 6 м от бровки земляного по лотна, делают более пологой с заложением откосов 1 1,75. При возведении насыпей из камня слабовыветривающихся скальных пород откосам придают заложение от 1 1,3 до 1 : 1,5.
Поперечные профили насыпей показаны на рис. 2.11.
Для насыпей высотой 2 м и менее имеются два типа попереч ных профилей: обтекаемый и необтекаемый. Основной из них — обтекаемый поперечный профиль — применяется при возможности получения для постройки дороги широкой полосы местности (по лосы отвода), имеет округленные очертания, которые способст вуют его плавному обтеканию снеговетровым потоком и меньшей заносимости снегом. Если дорогу прокладывают по малоценным землям, грунт для отсыпки насыпи берут из устраиваемых рядом с насыпью неглубоких выработок — резервов. Размеры резервов определяют исходя из количества грунта, необходимого для от сыпки земляного полотна. Глубина резервов должна быть не более 1,5 м и не менее 0,3 м. На участках с поперечным уклоном мест ности резервы располагают с нагорной стороны, на горизонталь ных— с одной или двух сторон в зависимости от местных условий.
30