А.И. Должиков Основы проектирования дорог
.pdfМинистерство образования Российской Федерации Государственное учреждение
Кузбасский государственный технический университет Кафедра автомобильных дорог
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДОРОГ Методические указания к выполнению курсового проекта №1 по дисциплине «Основы проектирования автомобильных дорог» для студентов специальности 291000 «Автомобильные дороги
и аэродромы» (дневная и заочная формы обучения)
Составители А.И. Должиков А.И. Столярчук Л.Г. Красных
Утверждены на заседании кафедры Протокол № 6 от 18.12.01 Рекомендованы к печати Учебно-методической комиссией специальности 291000 Протокол №6 от 18.12.01 Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ
Кемерово 2002
1
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Курсовой проект №1 выполняется в 6 семестре по теме «Основы
проектирования дорог». Цель проекта – закрепить у студентов принципы составления норм на проектирование трассы, развить первичные навыки трассирования по карте и проектирования продольного профиля автомобильных дорог общего пользования.
Курсовой проект – самостоятельная учебная работа. Студент несет ответственность за все принятые решения. Проекты, не отвечающие требованиям настоящих указаний, не рассматриваются.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА Исходными данными для выполнения курсового проекта являют-
ся: карта местности в масштабе 1:10000; перспективный состав и интенсивность движения; район проложения трассы, грунтовые условия, положение уровней грунтовых вод, расчетная высота снежного покрова, тип покрытия и толщина дорожной одежды.
Всостав проекта входят:
1.характеристика природных условий;
2.обоснование категории дороги и технических нормативов;
3.трассирование автомобильной дороги на карте;
4.проектирование продольных профилей;
5.проектирование поперечных профилей и назначение конструкции дорожной одежды;
6.подсчет объемов земляного полотна;
7.расчет стоимости строительства дороги, выбор варианта трассы;
8.разработка спецчасти.
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ При описании природных условий района проложения трассы ис-
пользуют литературные источники (Большую советскую энциклопедию и др.), изучают и анализируют топографическую карту. Выполнив данный раздел, студент должен получить полное представление о местных природных условиях, оказывающих влияние на проектирование, строительство и эксплуатацию дороги. В связи с этим необходимо охарактеризовать климат, рельеф, растительность, почвы, инженерно – геологические, грунтовые, гидрологические и гидрогеологические условия.
Описание климата должно начинаться с установления дорожно– климатической зоны [1, прил.1]. Данные о температуре наружного воз-
2
духа, направлениях и скоростях ветра, количестве осадков, глубине промерзания грунтов принимают по СНиП 2.01.01-82 [2]. Расчетная высота снежного покрова указана в задании.
Рельеф местности оценивают по топографической карте района проектирования. В соответствии с классификацией СНиП 2.05.02-85 [1, с.6] выделяют трудные участки пересеченной и горной местности.
При описании природных условий существенную помощь могут оказать учебные пособия [3, 4, 5]. Сведения о природных условиях района проектирования кратко излагают в пояснительной записке, они необходимы для проектирования продольных и поперечных профилей дороги, назначения технических нормативов и т.д.
ОБОСНОВАНИЕ КАТЕГОРИИ ДОРОГИ И ТЕХНИЧЕСКИХ НОРМАТИВОВ
В данном разделе необходимо дать краткую экономическую характеристику района проложения трассы, которая включает в себя: описание развития транспорта и дорожной сети региона; обоснование роли проектируемого участка дороги в транспортной системе на рассматриваемой территории; уровень развития промышленности и сельского хозяйства. Необходимые сведения имеются в БСЭ и Атласе автомобильных дорог СССР.
Категории дороги общего пользования устанавливают по СНиП 2.05.02-85 [1,табл. 1] в зависимости от расчетной интенсивности движения, народнохозяйственного и административного значения (указано в задании).
Расчет технических нормативов проектирования производят по формулам теории взаимодействия автомобиля с дорогой в зависимости от расчетной скорости движения [1, табл. 3].
Величину наибольшего допустимого уклона определяют из условий движения на подъем полностью загруженного автомобиля с расчетной скоростью:
i = D − fv , |
(1) |
где D – значение динамического фактора для расчетного автомобиля [8, рис. 3.6]; fv – коэффициент сопротивления качению колес автомо-
биля по поверхности дороги табл. 1.
За расчетные можно принять наиболее распространенные автомо-
били: ЗИЛ-130-76, КамАЗ-5320, МАЗ-5335, ГАЗ-3102 «Волга»,
ГАЗ 24-02 «Волга», ВАЗ-2107 и др., имеющиеся в заданном составе
3
движения.
Значение коэффициента качения |
Таблица 1 |
||
|
|
||
Тип покрытия |
Коэффициент со- |
|
|
противления ка- |
|
||
|
|
чению fv |
|
Цементобетон, асфальтобетон |
0,01 |
– 0,02 |
|
Покрытия с ровной поверхностью из щебня |
|
|
|
или гравия, обработанные вяжущими материа- |
0,02 |
– 0,0025 |
|
лами |
|
|
|
Те же покрытия, не обработанные вяжущими |
0,03 |
– 0,04 |
|
материалами, с небольшими выбоинами |
|
|
|
При скорости движения более 60 км/ч коэффициент сопротивления качению определяют по формуле
fv = f0 (1 + 4,5 10−5 V 2 ), |
(2) |
где V – расчетная скорость движения автомобиля, км/ч.
Наименьший радиус кривых в плане зависит от расчетной скорости движения по дороге. Его определяют для двух случаев: при наличии и отсутствии виража.
Радиус кривой в плане без виража:
R = |
|
V 2 |
|
|
|
|
, |
(3) |
|
127(µ ±iп ) |
||||
гдеµ – коэффициент поперечной силы, равный 0,15; iп |
– поперечный |
уклон проезжей части [1, п.4.15].
При устройстве виража наибольший радиус кривой в плане может быть подсчитан по формуле
R = |
|
V 2 |
|
, |
(4) |
|
127(µ +iв ) |
||||||
в |
|
|
где iв – уклон проезжей части на вираже [1, п.4.17].
Расчетное расстояние видимости поверхности дороги определяют
из условия полной остановки автомобиля перед препятствием: |
|
|||||
Vt p |
K V 2 |
|
|
|||
Sg = |
|
+ |
э |
+l0 , |
(5) |
|
3,6 |
254(ϕ1 ±i) |
|
4
где V – расчетная скорость, км/ч; t р – время реакции водителя, прини-
маемое в расчетах равным 1с; Кэ – коэффициент эксплуатационных условий торможения, для легковых автомобилей равен 1,2; для грузовых автомобилей и автобусов – 1,3-1,4; ϕ1 – коэффициент продольного
сцепления при торможении, принимаемый равным 0,5; i – продольный уклон дороги, при определении расстояния видимости как нормативного значения можно принимать i = 0; lo – безопасное расстояние
(5-10 м).
Требуемое расстояние видимости встречного автомобиля состоит из суммы путей торможения обоих автомобилей и безопасного расстояния между ними и определяется по формуле
|
Vt |
|
|
K V 2 |
|
|
|
Sавт = |
|
+ |
|
э |
+l0 . |
(6) |
|
1,8 |
|
127(ϕ ±i) |
|
||||
|
|
|
1 |
|
|
|
Для удобства и безопасности движения в переломы продольного профиля вписывают выпуклые и вогнутые вертикальные кривые.
Минимальный радиус выпуклой кривой определяют из условия обеспечения видимости поверхности дороги на расчетном расстоянии:
|
|
S 2 |
|
|
R |
= |
g |
, |
(7) |
|
||||
вып |
2d |
|
||
где Sg – расчетное расстояние видимости поверхности дороги, м; |
d – |
превышение глаза водителя над поверхностью дороги, принимаемое равным 1,2 м.
Радиус вогнутой кривой определяют из условия неперегрузки рес-
сор при движении автомобиля по кривой: |
|
|
|||
R |
= |
V 2 |
, |
(8) |
|
|
|
||||
вог |
6,5 |
|
|
||
|
|
|
|
где V – расчетная скорость, км/ч.
Число полос движения назначают не менее двух, с учетом практической пропускной способности одной полосы движения [8, табл. 6.1], которую принимают в размере 30-50% от теоретической.
Требуемое количество полос движения устанавливают по формуле
n = |
N 'Ε |
, |
(9) |
|
ZNпр |
||||
|
|
|
5
где N ' – интенсивность движения, приведенная к легковому автомобилю, авт/ч; Ε – коэффициент сезонной неравномерности движения (Ε = 1,0); Z – коэффициент загрузки, соответствующий необходимому для данной дороги уровню удобства (Z =0,45 – 0,55); Nпр – практиче-
ская пропускная способность дороги данной категории [8, табл. 6.1].
N ' =α∑i (Ni Ki ), |
(10) |
1 |
|
где α – коэффициент перехода от среднегодовой среднесуточной интенсивности движения к расчетной часовой (в расчетах принимается α=0,1 ); Ni – перспективная среднегодовая среднесуточная интенсив-
ность i-го типа автомобилей в составе транспортного потока, авт/сут; Ki – коэффициент приведения автомобилей транспортного потока к
легковому движению [1,табл.2].
Ширина полосы движения B , которую занимает автомобиль в поперечном сечении дороги на проезжей части, несколько больше габаритных размеров автомобиля и может быть определена по формуле Н.Ф. Хорошилова
B = |
a +c |
+ x + y , |
(11) |
|
|||
2 |
|
|
где a – ширина кузова автомобиля, м; c – ширина колеи автомобиля (расстояние между гранями следа наиболее широко расставленных колес), м; x – расстояние от кузова до оси проезжей части, м; y – рас-
стояние от внешней грани следа колеса до кромки проезжей части, м. Значения x и y на основе экспериментальных исследований оп-
ределяются по эмпирическим формулам |
|
|
|
х = 0,3 +0,1 V ; |
(12) |
y = |
0,1+0,0075V , |
(13) |
где V – скорость движения, |
км/ч. Для легкового автомобиля это рас- |
четная скорость для данной категории дороги (Vp ), а для грузового – максимально возможная техническая скорость движения (Vт) при условии Vт < Vp .
Ширину полосы движения определяют из условия движения только грузовых автомобилей и движения только легковых автомобилей.
6
Значения а и с для разных марок автомобилей принимают по справочным данным [7].
Ширину земляного полотна принимают как сумму ширины полос движения и обочин [1, табл. 4]. Примеры расчетов имеются в пособии
[4].
Габариты мостов, размеры элементов их поперечного профиля (число полос движения, ширину проезжей части, ширину полосы безопасности, ширину моста, ширину тротуаров) назначают по СНиП 2.05.03-84 [9, прил. 1]. Результаты расчетов, технические нормативы по СНиП 2.05.02-85 сводят в табл. 2.
|
|
|
Таблица 2 |
|
Основные технические нормативы проектируемой дороги |
||||
Наименование |
Ед. изм. |
Значения нормативов |
|
|
по расчету |
по СНиП |
|
||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Для дальнейшего проектирования принимают значения технических нормативов, рекомендованные СНиП 2.05.02 – 85.
ТРАССИРОВАНИЕ ПО КАРТЕ На карте трассируют два варианта. При выборе направления доро-
ги одновременно решают ряд задач:
-получение наименьшей длины трассы;
-достижение наименьшего объема земляных работ;
-обеспечение продольного уклона не более допустимого;
-размещение кривых в плане возможно больших радиусов;
-выбор наилучших мест переходов через водотоки, пересечений
сжелезными и автомобильными дорогами;
-обеспечение наибольшей устойчивости земляного полотна, его снегонезаносимости и т.д.
Трассирование вариантов трассы осуществляют с учетом геофизических условий. При этом следует учитывать контурные (болота, ценные угодья и пр.) и высотные (крутые спуски, подъемы, овраги) преграды. Для дорог высоких категорий (I – II) трассу целесообразно прокладывать по прямой. При проектировании дорог низших категорий (III – IV) следует уклоняться от пересечений большинства преград, развивая трассу в плане.
При прокладке трассы на карте рекомендуется такая последовательность:
7
1.Начальный и конечный пункты соединяют прямой ("воздушная линия"). Вдоль этой прямой анализируют ситуацию и рельеф, выявляют места, которые следует обойти, и намечают положение трассы в виде ломаной линии.
2.Транспортиром измеряют углы поворотов и румбы прямых участков. В углах поворота вписывают кривые возможно больших радиусов. Радиусы кривых не должны быть меньше минимально допустимых значений, желательно принимать их не менее 3000 м [1]. Для вычерчивания кривых целесообразно изготовить шаблоны из плотной бумаги или фотопленки в масштабе карты.
Необходимо следить, чтобы между круговыми кривыми оставались прямые вставки, достаточные для размещения переходных кривых
[1, табл. 11].
3.Составляют ведомость углов поворота прямых, кривых участков трассы дороги в плане (прил. 1). Приведенная в методическом указании (прил. 1) ведомость отвечает требованиям ГОСТ Р21.1701-97 [12]. По мнению авторов в стандартную ведомость необходимо ввести дополнительную графу 24 – азимут или румб прямых участков трассы в плане. На рис. 1 приведена схема, поясняющая порядок расчета плана трассы:
а) определяют азимут первоначального направления (от километровой сетки карты);
б) нумеруют и измеряют углы поворота; в) в ведомость (прил. 1) записывают точки начала трассы (НТ),
номера вершин углов и конца трассы (КТ), графа 1; г) в графы 5 и 6 записывают значения углов поворота, вычисляют
румбы или азимут всех последующих направлений трассы и записывают в графу 24;
д) в зависимости от местных условий и в соответствии с принятыми нормативами назначают радиус круговой кривой (графа 7) и по таблицам [10 или 11] определяют основные элементы кривой: тангенс, длину кривой, биссектрису, которые заносят в графы 8,12,13 ведомости. Домер круговой кривой определяют как два тангенса (Т) минус длина круговой кривой (К) по формуле
Д = 2Т − К ; |
(14) |
е) измеряют расстояние между точками НТ и ВУ № 1 (ВУ № 1 и ВУ № 2, ВУ № 2 и ВУ № 3 и т.д.), записывают в графу 22, пикетажное положение ВУ №1 (графы 2,3) определяют как пикетажное положение предыдущей вершины угла поворота (в первом случае это точка НТ)
8
плюс расстояние между вершинами углов поворота (графа 22) и минус домер предыдущего угла поворота (в первом случае Д =0), в последующих он определяется по формуле
ПКвуi = ПКву(i−1) + Lмвуi − Д(i−1) ; |
(15) |
ж) определяют расчетом пикетажное положение начала круговой кривой ( ПКнк) как пикетажное положение вершины угла поворота ми-
нус тангенс круговой кривой (16). Полученные значения вписывают в графы 16,17 ведомости.
ПКнкi = ПКвуi −Тi ; |
(16) |
з) определяют расчетом пикетажное положение конца круговой кривой ( ПКкк ) как пикетажное положение начала круговой кривой
плюс длина круговой кривой (17). Полученные значения вписывают в графы 18,19 ведомости.
ПКккi = ПКнкi + Кi ; |
(17) |
и) определяют расчетом длину прямой вставки ( Lпрi ) как пике-
тажное положение конца предыдущей круговой кривой минус пикетажное положение начала круговой кривой (18). Полученные значения вписывают в графу 23 ведомости.
Lпрi = ПКкк(i−1) − ПКнкi ; |
(18) |
к) в таком же порядке определяют необходимые данные и по остальным вершинам углов поворота трассы, включая точку конца трассы
(КТ).
4. После составления ведомости углов поворота, прямых и кривых производят проверку результатов расчета (см. прил. 1).
Все цифровые данные в графах 1 – 21 записывают в основных строках, а данные в графах 22, 23, 24 – в промежуточных строках, располагающихся между основными строками.
Точность измерения длин по карте – 1 м, углов – 10 мин. Значения параметров кривых, длин вставок, пикетажного положения точек должны быть вычислены с точностью до 0,01 м.
Направления прямых участков определяются их азимутами или румбами. Название и величину румба определяют по значению магнитных азимутов линий трассы. Магнитным азимутом называется угол, измеряемый по часовой стрелке между направлением на север и направлением прямой линии трассы. Румб – это направление и острый угол между ближайшим концом северного меридиана и прямой линией трассы. Значения магнитного азимута и румба приведены в табл.3.
9
|
Значения магнитного азимута |
Таблица 3 |
|||
|
|
|
|||
Магнитный азимут ли- |
0 – 90 |
90 – 180 |
180 – 270 |
270 – 360 |
|
нии, А |
|
|
|
|
|
Направление |
СВ |
ЮВ |
ЮЗ |
СЗ |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Величина румба |
r=A |
r=180 – A |
r=A – 180 |
r=360 – A |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВУ i |
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КТ |
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
к |
L |
м в у |
i+ |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
2 |
|
||||
|
|
|
i |
|
T |
i |
|
|
|
|
|
|
|
к i |
+ |
|
|
||||||
|
|
|
у |
|
|
|
|
i |
|
|
|
+ |
1 |
|
|
к |
|
i |
|
|
|
||
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нк i + 1 |
|
р |
|
|
|
||||
L |
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lп |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|||||
|
|
i |
|
|
К |
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|||||
L |
п |
р |
|
к |
i |
i |
|
|
|
|
|
1 |
|
в |
у |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
L |
|
|
|
|||||||||||
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i+ |
|
i |
м |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НТ (ВУ i - 1 |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВУ i + |
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Рис. 1. Схема к расчету пикетажа трассы |
|
|
|
|
Оформление плана трассы. Варианты трассы оформляют на учебной карте тушью разного цвета. Трассу наносят сплошной линией толщиной I мм. Каждому варианту присваивают название, которое записывают на карте тушью соответствующего цвета. Прямые участки от кривых отделяют линиями толщиной 0,2 мм, проводимыми по направлениям радиусов. У линий записывают пикетажное положение начала и конца круговой кривой. У вершин углов поворота указывают порядковые номера углов и элементы кривой выписывают над кривой.
Пикеты на трассе отмечают черточками длиной 1-1,5 мм. Номера каждого пятого пикета записывают по ходу трассы с правой стороны цифрой 5. На каждом десятом пикете наносят километровый знак и ставят порядковый номер километра. Над прямыми участками пишут румбы. На карте изображают розы ветров в летний и зимний периоды.
План трассы оформляют на листе формата А2 (лист №1). Карту приклеивают в левом верхнем углу и обводят рамкой. Ниже вычерчи-