6. Земляное полотно

6.1 Проектирование продольного профиля.

Продольным профилем дороги называют развернутую в плоскости чертежа проекцию оси дороги на вертикальную плоскость. Продольный профиль характеризует крутизну отдельных участков дороги, измеряемую величиной продольного уклона, и расположение ее прозжей части относительно поверхности земли.

Исходными данными для проектирования продольного профиля автомобильной дороги являются: принятые варианты трассы дороги; значения рекомендуемых и предельных продольных уклонов и радиусов вертикальных кривых, приведенных в табл. 2.1; высота снежного покрова, грунтовые и гидрологические условия, приведенные в задании к курсовому проекту.

Требования

При нанесении проектной линии следует руководствоваться следующими рекомендациями:

- указаниями, приведенными в п. 3.2;

- переломы проектной линии следует сопрягать вертикальными кривыми (вертикальные кривые устраивают при алгебраической разности смежных участков более 5 ‰ для дорог I и II категорий; 10 ‰ - для дорог III категории; 20 ‰ - для дорог остальных категорий), радиус кривых следует принимать возможно большим;

- с целью исключения «пилообразности» продольного профиля не следует чередовать участки спусков с последующими подъемами;

- не следует допускать длинных прямых вставок, предельная длина которых приведена в табл. 6.1

- на одной кривой в плане не следует допускать нескольких вертикальных кривых;

- на длинных участках с общим подъемом не должно быть отдельных элементов с обратным уклоном («потеря высоты»);

- при длительных подъемах с уклоном, близким к максимальному, рекомендуется в начальной и конечной части подъема сделать уклоны меньшие, а в

средней - равный максимальному, что будет больше соответствовать динамике движения автомобиля и рельефу местности;

Таблица 6.1

Максимальная длина прямых вставок в продольном профиле

№	Радиус вогнутой кривой в продольном профиле, м	Наибольшая длина прямой вставки в продольном профиле (при алгебраической разности продольных уклонов, ‰), м
		20	30	40	50	60	80	100
Для дорог I-а, I-6 та II категорий
1	4000	150	100	50	-	-	-	-
2	8000	360	250	200	170	140	110	-
3	12000	680	500	400	350	250	200	-
4	20000	-	-	850	700	600	550	-
5	25000	-	-	-	-	900	800	-
Для дорог III та IV категорий
6	2000	120	100	50	-	-	-	-
7	6000	550	440	320	220	140	60	-
8	10000	-	-	680	660	420	300	200
9	15000	-	-	-	-	-	800	600

– пересечения автомобильных дорог I – III категорий с железными дорогами следует проектировать в разных уровнях; пересечения IV и V категорий с железными дорогами в разных уровнях осуществляется при пересечении магистральных железнодорожных путей, при интенсивности движения поездов более 100 поездов в сутки и в случаях, когда не обеспечены нормы видимости;

– пересечения и примыкания автомобильных дорог в разных уровнях следует принимать: на дорогах I-а категории с дорогами всех категорий и на дорогах I и II категорий с дорогами II и III категорий; при пересечении дорог III категории между собой и их примыканиях при суммарной перспективной интенсивности движения более 11000 прив. авт./сут.

Последовательность

Проектирование дороги в продольном профиле осуществляется в следующей последовательности:

– вычерчивается «черный профиль» - продольный профиль поверхности земли по оси дороги, где высотное положение пикетов и плюсовых точек (точки изменения крутизны склонов, крайние точки на возвышениях и понижениях рельефа местности, переломные точки на обрывах и оврагах) определяется методом интерполяции или экстраполяции между смежными горизонталями по топографической карте;

– на «черный профиль» наносятся: грунтовый профиль, положение уровня грунтовых вод, расчетные горизонты воды у проектируемых мостов и труб, шурфы и скважины в характерных элементах рельефа (верхняя и нижняя части склонов, плато, понижения и т.п.), указываются вид и мощность слоев грунта;

– указывается положение «контрольных точек», через которые пройдет проектная линия: отметки головки рельсов пересекаемых железных дорог, отметки оси дорожной одежды пересекаемых автомобильных дорог; отметки проектной линии у мостов, путепроводов, водопропускных труб и т.д.

– вычерчивается проектная линия, отнесенная к бровке земляного полотна, с учетом максимального и минимального уклона, в точках ее перелома вписываются вертикальные кривые;

– вычисляются и записываются на продольном профиле: отметки поверхнос-

ти земли («черные отметки»), проектные «красные» отметки, пикетажное положение точек перехода из насыпи в выемку («нулевые точки», обозначаются на профиле синим цветом);

– проектируется водоотвод из кюветов, резервов, нагорных канав.

Определение рекомендуемой рабочей отметки

Минимальное возвышение бровки земляного полотна над поверхностью земли (рекомендуемая рабочая отметка) определяется, исходя из следующих условий:

– обеспечение устойчивости и прочности верхней части земляного полотна и дорожной одежды возвышением поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно (более 30 суток) стоящих поверхностных вод, а также над поверхностью земли на участках с необеспеченным повер

хностным стоком или над уровнем кратковременно (менее 30 суток) стоящих поверхностных вод. Значение руководящей рабочей отметки H_p должно быть не менее значений, указанных в табл. 4.18;

– обеспечение условий снегонезаносимости дороги. В этом случае рекомендуемая рабочая отметка определяется по формуле

H_p = h_s + ∆h, [м] (6.1)

где h_s – расчетная высота снегового покрова (принимается по заданию), м; ∆h – возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова, необходимое для ее незаносимости снегом (1,0 м – для дорог I категории; 0,7 м – II категории; 0,6 м – III категории; 0,5 – IV категории; 0,4 м – V категории).

При пересечении железной дороги проектируемой автомобильной дорогой в разных уровнях возвышение проектной линии над головкой рельса (габарит – Г) принимается не менее 5,5- 6,5 м, конструктивная высота пролетных строений путепровода с учетом толщины защитного слоя, изоляции и дорожной одежды – h_кон = 1,0 … 1,1 м.

При проектировании автомобильной дороги, пересекающей существующие дороги в разных уровнях, минимальный габарит в свету (Г) над пересекаемой дорогой принимается равным 5,5 м для всех категорий дорог; конструктивная высота пролетных строений путепровода – h_кон = 0,9 … 1,1 м.

Минимально допустимая рабочая отметка насыпи у путепровода определяется по формуле

H_p = Г + h_кон, (6.2)

Минимально допустимая рабочая отметка насыпи у водопропускных труб определяется по формулам (4.31-4.32).

Минимально допустимая рабочая отметка насыпи у мостов вычисляется по формулам (4.33 – 4.34).:

После определения рекомендуемой рабочей отметки и установления высотного положения контрольных точек вычисляются рабочие отметки (разность между проектной «красной» отметкой по бровке земляного полотна и отметкой

земли по оси проектируемой дороги). Положительные отметки, соответствующие насыпи, записываются над проектной линией продольного профиля, отрицательные отметки, соответствующие выемке, – под проектной линией.

Водоотвод от земляного полотна осуществляется путем устройства боковых канав. Канавы проектируют с уклоном не менее 5 ‰. Необходимо использовать каждую возможность отвода воды из канав в сторону от дороги в пониженные места, устраивая отводные русла с уклоном не менее 5 ‰. Желательно, чтобы отвод воды от боковых канав в сторону или в искусственное сооружение осуществлялся не реже, чем через 500 м. Не допускается пропуск воды по боковым канавам из насыпи в выемку.

На участках дорог с большими продольными уклонами боковые канавы укрепляют по гидравлическому расчету, исходя из количества воды, притекающей к отдельным участкам канавы с дороги и прилегающей местности. Расчет ведут по отдельным участкам, учитывая постепенное увеличение расхода по длине канавы. Тип укрепления принимают в зависимости от скорости воды по табл. 4.16.

Способы нанесения проектной линии:

• по обертывающей. Проектная линия по возможности наносится параллельно поверхности земли, отступая на пересечениях пониженных мест рельефа. Метод применяется в условиях равнинного и слабохолмистого рельефов местности, когда уклоны местности меньше предельно допустимых для данной категории дороги. Высота насыпи определяется из условий снегонезаносимости, а также в зависимости от уровня грунтовых и поверхностных вод, типа грунтов;

• по секущей. При таком проектировании необходимо по возможности соблюдать баланс земляных работ в смежных насыпях и выемках. Метод применяется при холмистом и сильно пересеченном рельефах местности и благоприятных грунтово-геологических условиях. Таким методом в основном проектируются дороги высоких категорий с большой интенсивностью движения.

В курсовом проекте возможно сочетание обеих методов.

Нанесение проектной линии, как правило, производится графоаналитическим методом ( методом Н.М. Антонова с использованием специальных шаблонов и таблиц) [7].. При использовании графоаналитического метода необходимо соблюдать следующие правила:

- при последовательном нанесении проектной линии уклон сопрягаемых вертикальных кривых должен совпадать по величине и направлению в точке сопряжения;

- вертикальные кривые могут чередоваться с участками, запроектированными прямыми линиями постоянного уклона. Уклон линии в этом случае должен быть равен уклону в точке сопряжения кривой;

- при нанесении проектной линии следует постоянно контролировать высотное положение точек сопряжения и вершин кривых (точек с нулевым уклоном).

Порядок нанесения проектной линии графоаналитическим методом приведен в [7], таблицы координат вертикальных кривых приведены также в приложении 5, табл.1..

Любую точку на вертикальной кривой радиусом R можно охарактеризовать тремя параметрами (см. рис. 5.2, 5.3):

L – расстояние от вершины вертикальной кривой до данной точки, м;

h – превышение данной точки относительно вершины вертикальной кривой, м;

i – уклон касательной к вертикальной кривой в рассматриваемой точке.

Данные параметры определяются зависимостями:

L = i R _(6.3)

h = L² / (2 R) _(6.4)

Рис. 6.1 Схема для определения координат точек выпуклой вертикальной кривой по графоаналитическому методу.

Рис. 6.2 Схема для определения координат точек вогнутой вертикальной кривой по графоаналитическому методу.

В намеченную начерно от руки проектную линию вписывают вертикальные кривые, подбирая радиусы кривых и продольные уклоны таким образом, чтобы найти положение наиболее плавной проектной линии, не требующей излишних земляных работ. В сложных случаях намечают несколько вариантов, из которых путем сравнения выбирают наилучший.

Проектирование «красной» линии заключается в точной взаимной увязке концов элементов проектной линии – определении координат вершин всех вертикальных кривых, точек сопряжения смежных криволинейных и прямолинейных участков, уклонов, прямых,сопрягающих вертикальные прямые и др. Расчеты ведут, последовательно переходя от одного элемента к другому, используя таблицы [7].

В процессе нанесения проектной линии приходится решать некоторые частные задачи.

1.Находить точку перехода из выемки в насыпь на прямом участке продольного профиля (рис.6.3)

.

Рис.6.3

где r₁ и r₂ - рабочие отметки в начале и конце участка, м;

d – длина участка, м;

1 – линия продольного профиля;

2 – линия поверхности земли.

- расстояние до точки перехода из выемки в насыпь.

_(6.5)

2.Находить точку перехода из выемки в насыпь на криволинейном участке продольного профиля (рис.6.4)

Рис.6.4

где l – расстояние от вершины кривой до точки перехода из выемки в насыпь, м;

R – радиус вертикальной кривой, м;

i_o - уклон поверхности земли;

a - разность отметок вершины кривой и поверхности земли в точке вершины кривой, м.

1 – линия продольного профиля;

2 – линия поверхности земли.

_(6.6)

Для случая на рис. 6.4 б величины i_o и a имеют отрицательные значения.

При нанесении проектной линии следует также помнить, что:

• на открытой местности с сильными метелями выемки рекомендуется избегать, а высоту насыпи следует назначать из условий снегонезаносимости;

• следует избегать мелких выемок большой протяженности, так как такие выемки будут сырыми и снегозаносимыми;

• в выемках расположение проектной линии на горизонтальной площадке не допускается;

• в равнинной местности и на болотах проектную линию можно располагать на горизонтальной площадке, предусматривая мероприятия по отводу воды от земляного полотна;

• искусственные сооружения возможно размещать на любых элементах плана и продольного профиля трассы при условии, что они не должны нарушать ее зрительной плавности.

Продольный профиль вычерчивается на миллиметровой бумаге или ватмане листа стандартного формата с рамкой и боковым штампом. На профиле красным цветом наносятся все проектные решения, фактические данные - черным цветом. В пояснительной записке необходимо привести ведомость отметок по-

верхности земли, дать описание продольного профиля, «контрольных точек» и т.п.

Штамп сетки продольного профиля приводится на рис1. приложения 5.

Условный горизонт УГ (верхняя линия сетки) назначается таким образом, чтобы линия поверхности земли располагалась от него на расстоянии 8 – 13 см. На продольном профиле параллельно линии поверхности земли и ниже ее на 2см наносится грунтовый разрез.

Масштабы для построения продольного профиля принимаются:

горизонтальный - 1:5000;

вертикальный - 1:500;

грунтов - 1:50.

Пример оформления продольного профиля приведен в [Error: Reference source not found]. Условные обозначения, применяемые для вычерчивания плана и продольного профиля автомобильной дороги, приведены в [15].