Часть II 1. Характеристика района проектирования

В этом разделе кратко излагаются по литературным данным природные условия района проектирования. Климатическая характеристика (колебание температуры, число морозных дней, количество осадков, преобладающие направления ветра, глубина промерзания, толщина снежного покрова). Геологическое строение (грунты, местные естественные строительные материалы). Краткие данные об экономике района. Описание рельефа района проектирования дается по карте. Объем этого раздела не должен превышать 2-3 страниц.

2. Установление технической характеристики дороги и выбор расчетного автомобиля

Техническая категория дороги определяется в соответствии с перспективной интенсивностью движения, указанной в задании, по строительным норма и правилам. Основные нормы проектирования из СНиП I 4 приведены в приложении. В зависимости от установленной категории дороги принимается расчетная скорость движения автомобиля.

Из указанных в задании различных типов автомобилей выбираются расчетные грузовой и легковой. В качестве расчетного принимается автомобиль, преобладающий в потоке соответственно грузовых и легковых автомобилей. Если удельный вес различных типов в потоке близок, следует в качестве расчетного принимать грузовой – с наибольшими габаритами, легковой – с минимальной скоростью движения. Для расчетных автомобилей следует выписывать из литературных источников или приложения характеристики, необходимые для последующих расчетов, по форме табл. I

Таблица I

Основные характеристики расчетных автомобилей

№	Показатели	Ед.	Тип автомобиля	Приме-
п/п		изм.	Грузовой	легковой	чания
1.	Грузоподъемность по дороге с твердым покрытием (число мест)	т
2.	Масса с заправкой и полной нагрузкой	т
3.	Масса без груза	т
4.	Число осей, в т. ч. Ведущих	шт.
5.	Колея колес	мм
6.	Диаметр колес	мм
7.	Габаритные размеры: длина ширина высота
8.	Максимальная скорость с полной нагрузкой по твердому покрытию	км/ч
9.	Максимальная мощность двигателя	кW
10.	Передаточное число главной передачи
11.	Число оборотов двигателя при максимальной мощности	об/мин.

1. Расчет основных технических нормативов дороги

а. Наибольший продольный уклон дороги

Определяется из условия движения принятого расчетного легкового автомобиля на прямой передаче со скоростью, равной расчетной, для категории дороги [14], табл.3

Наибольший продольный уклон определяется по формуле:

I_max=Д-f (1)

где Д – динамический фактор автомобиля;

f – коэффициент сопротивления качения, принимается для дорог 1 и 2 категории 0,01-0,02, 3 и4 категории – 0,015-0,025, по литературным источникам [14].

Динамический фактор автомобиля, в данном случае, определяется для условий, когда двигатель развивает мощность, соответствующую расчетной скорости.

Динамический фактор определяется по формуле:

(2)

где P_a – сила тяги на колесе автомобиля, Н

P_w - сопротивление воздушной среды при расчетной скорости, Н

G - вес автомобиля с заправкой и полной нагрузкой, Н

Сопротивление воздушной среды определяется по формуле:

, H (3)

где F – лобовая площадь автомобиля, м²;

K_B – коэффициент сопротивления воздушной среды;

V – скорость автомобиля, км/ч, принимаемая в данном случае равной расчетной скорости. Лобовая площадь автомобиля и коэффициент сопротивления воздушной среды могут быть взяты из литературных источников [6] или приложения (табл. 1,2).

При отсутствии точных данных о лобовой площади расчетного автомобиля она может быть ориентировочно определена по формуле:

F=0,775 × B × H, м², (4)

где В и Н – габаритные ширина и высота автомобиля, м

Сила тяги на колесе автомобиля определяется по формуле:

, H (5)

где i_k– передаточное число коробки передач, принимаемое в данном случае при движении на прямой передаче, равное I

i₀ – передаточное число главной передачи. Определяется по литературным источникам [6] или приложению

r¹_{k –} радиус ведущего колеса с учетом деформации шины, м. Радиус колеса смотри [6] или приложение (табл. 1,2)

h – коэффициент полезного действия трансмиссии, принимаемый для легковых автомобилей, равный 0,85-0,90, грузовых – 0,80-0,85

M_k – крутящий момент на валу двигателя, Нм.

Крутящий момент на валу двигателя определяется по формуле:

М=9730 , нм (6),

где N – мощность двигателя, кВ

n - число оборотов двигателя при данной мощности, об/мин.

Мощность двигателя и соответствующее ей число оборотов вала определяется по внешним характеристикам для расчетной скорости. При отсутствии таких данных можно с известным приближением принять максимальную мощность двигателя и соответствующее ей число оборотов вала, приведенное в приложении (табл. 1,2)

б) Определение расстояния видимости

Расстояние видимости дороги определяется по формуле:

(7)

где V_p – расчетная скорость, км/ч

j - коэффициент сцепления колес с дорогой, принимаемый в расчетах для нормальных условий сцепления, -0,4

K - коэффициент эффективности торможения, принимается для автомагистралей 1 и 2 категорий –2,3, для других дорог –1,2.

Расстояние видимости встречного автомобиля равно:

, м (8)

Обозначения те же, что и в формуле (7)

в) Число полос движения

Число полос движения определяется по формуле:

n =A / N (9)

где А – часовая интенсивность в обоих направлениях, авт./ч

N – пропускная способность одной полосы движения, авт./ч

(10),

где А₀ – перспективная суточная интенсивность движения, авт./сутки (берется из задания)

Считается, что почти весь поток автомобилей проходит по дороге за 10 дневных часов, при неравномерности – 1,3.

Теоретически пропускная способность одной полосы определяется по формуле:

N=(1000·V_p) / (S₀ + l₀) (11),

где S₀ – расстояние видимости дороги, определяется по формуле (7)

l₀ – длина расчетного автомобиля

Практическая пропускная способность дороги из-за неравномерности движения автомобилей составляет 0,3-0,5 от ее теоретического значения.

Обычно по расчету число полос движения оказывается меньше, чем требуется по нормам. Для дорог 2, 3 и 4 категорий следует принимать две полосы движения.

Г. Ширина проезжей части (расчет по М. С. Замахаеву)

Проезжая часть состоит из полос движения. Ширина полосы движения зависит от ширины кузова расчетного автомобиля «а», его колеи «с», величины предохранительной полосы между колесом автомобиля и кромкой проезжей части «у», величины зазора безопасности между кузовом автомобиля и границей полосы при встречном движении «Х», при попутном – «Z».

y = x = 0,5+0,005 V_p (12)

z = 0,25+0,005 V_p (13)

где Vp – расчетная скорость, соответствующая категории дороги, если она не превышает максимальной скорости автомобиля, если превышает, то берется максимальная скорость автомобиля, км/ч.

Ширина одной полосы движения:

для однополосной дороги:

П₁=с+1,0+0,01 Vp, м (14)

для двухполосной дороги с двусторонним движением:

П₂=(а+с)/2+1,0+0,01×Vp, м (15)

для двухполосной дороги с двусторонним движением:

П₃=(а+с)/2+0,85+0,01× Vp, м (16)

Значения “а” и “с” принимаются в м по справочнику [6] или по табл.2 Расчет ведется для расчетных грузового и легкового автомобилей. Принимается в качестве расчетной большая из полученных величин, с округлением до 0,25 м.

Ширина проезжей части для двухполосной дороги с двухсторонним движением (дороги 2, 3, 4 категорий)

в = 2×П₂ (17)

для двухполосной дороги с односторонним движением (дорога 1-й технической категории):

в = 2×П₃ (18)

д) Минимальные радиусы кривых в плане с устройством виража и без виража

Минимальный радиус кривой в плане с устройством виража определяется по формуле:

(19)

µ- коэффициент поперечной силы

i_b - уклон виража, обозначаемый десятичной дробью

V_p – расчетная скорость, км/ч

При определении минимальных радиусов по условиям безопасности движения и удобства пассажиров значение коэффициента поперечной силы (µ) не следует принимать более 0,15. Это соответствует движению по мокрому, но чистому покрытию со скоростью 60 км/ч, причем, пассажиры не испытывают неудобств.

Поперечный угол виража принимается по приложению.

Минимальный радиус кривой без виража (R_рек) определяется по формуле:

(20)

где i_n - поперечный уклон проезжей части дороги двускатного профиля

Значение поперечного уклона дороги принимается по литературным источникам [14] или приложению (табл.4)

ж) Минимальные радиусы вертикальных кривых. Выпуклые вертикальные кривые

Минимальный радиус вертикальных кривых определяется по условиям обеспечения видимости и плавности трассы.

(21)

S₀ – расстояние видимости поверхности дороги, определяемое по формуле (7)

d – возвышение глаза водителя над проезжей частью, принимается 1,2 м.

Вогнутые вертикальные кривые

Минимальный радиус вогнутых вертикальных кривых определяется по условиям самочувствия пассажиров и перегрузки рессор

R_min=V_р²/13*а (22)

где а – допустимое центробежное ускорение, 0,5 м/с²

Полученный радиус необходимо проверить по условиям видимости в ночное время

(23)

где h_ф – высота центра фары над дорогой, принимаем 1,0 м

b – угол рассеивания света фар, принимаем 2°.

Из двух значений R_min формулы (22, 23), принимается в расчет большее.

4. Сравнение основных технических параметров дороги, полученных расчетом, с нормативными.

После определения расчетом основных параметров дороги, полученные результаты сравниваются с рекомендуемыми СНиП 2.05.02-85 Сравнение ведется в форме табл. 2

Таблица 2

Сводная таблица основных параметров проектируемой дороги

№	Наименование показателей	Ед. Изм.	По рас чету	По СНиП 2.05.02-85	Приняты в качестве расчетных	Приме чания
1.	Расчетная скорость	км/ч
2.	Ширина полосы движения	м
3.	Число полос движения	шт.
4.	Ширина проезжей части	м
5.	Ширина земляного полотна	м
6.	Минимальный радиус кривой в плане	м

Продолжение таблицы 2

7.	Максимальный продольный уклон	0/00
8.	Минимальный радиус кривой в плане	м
9.	Минимальные радиусы вертикальных кривых: выпуклых вогнутых	м м

При сравнении в качестве расчетного принимается лучший параметр, то есть больший минимальный радиус, меньший минимальный продольный уклон и т.д.

Расхождение с нормами СНиП объясняются тем, что последние приняты для средних условий. В эти нормы можно вводить поправки, если они обоснованы технико-экономическими расчетами.

5. Проектирование трассы автомобильной дороги

а) Общие положения

По карте в горизонталях между заданными пунктами обычно можно запроектировать несколько внешне равноценных (конкурентоспособных) вариантов трассы. В курсовой работе следует разработать два варианта.

Проектирование трассы дороги- это творческая работа, допускающая тем больше решений, чем сложнее рельеф и ситуация местности.

Трассу дороги следует проектировать как плавную линию в пространстве, то есть взаимно увязывая элементы плана, продольного и поперечного профилей между собой и с прилегающей местностью. Она должна быть кратчайшей по длине с наименьшими объемами работ и соблюдением норм проектирования, а также хорошо вписываться в ландшафт. Малые и средние мосты, а также трубы допускается располагать при любых сочетаниях элементов плана и продольного профиля. Большие реки следует пересекать под прямым углом. Железные и автомобильные дороги равной или более высокой категории следует пересекать под углом не менее 45 градусов, желательно под углом, близким к прямому.

Во всех случаях, когда по условиям местности представляется возможность, следует принимать [14]:

1) продольный уклон не более 30 ^о/_оо;

2) радиусы кривых в плане не менее 3000 м;

3) радиусы вогнутых кривых не менее 70000 м;

4) радиусы вогнутых кривых не менее 8000 м;

5) длины вертикальных выпуклых кривых не менее 300 м;

6) длины вертикальных вогнутых кривых не менее 100 м;

Если это не удается, пользуются минимальными нормами, полученными расчетом (табл. 2). В пояснительной записке дается подробное описание и обоснование каждого разработанного варианта.

6. Проектирование плана дороги

К начальному и конечному населенным пунктам проектируемая дорога должна примыкать как прямое продолжение улицы. Возможно, но менее желательно примыкание к улице под прямым углом. Промежуточные населенные пункты дороги 1-3 категорий обходят на расстоянии не ближе 200 м от границы застройки с устройством подъездных дорог. Дороги 4-5 категорий желательно пропускать через населенные пункты. Под дорогу следует использовать худшие, с точки зрения сельского хозяйства земли, пустыри или с малоценными насаждениями. Следует избегать прохождение трассы по карстовым и оползневым местам. Болота дорогами высоких категорий обходить не следует. Леса и даже группы деревьев следует обходить только в степных районах. При пересечении дорогой лесных массивов некрасивы сквозные прямые. При входе в лес и выходе через него целесообразно устраивать кривые.

Чем покойней рельеф, тем дорога может быть проложена более длинными прямыми участками, однако их длины следует ограничить 3-4 км, учитывая снижение внимательности водителей. В таких случаях кривые должны выглядеть не искусственными, а мотивированными (обход населенного пункта, озера, удобное пересечение крупного водотока или железной дороги и т.д.)

Радиусы соседних или расположенных невдалеке друг от друга кривых не должны различаться более, чем в 1,3 раза.

В условиях пересеченного рельефа длины прямых и кривых участков трассы, как правило, не должны различаться между собой более, чем в 2-3 раза.

Следует избегать проектирования коротких кривых (менее 200м) между длинными прямыми. В этом случае необходимо увеличить их радиус. Следует также избегать коротких прямых (менее300 м) между длинными кривыми. Если такие кривые обращены в одну сторону, их следует объединить в одну путем увеличения радиуса. Если кривые обращены в разные стороны, целесообразно или увеличить их радиусы, добившись сопряжения, или расположить между ними переходные кривые.

Кривые в плане в продольном профиле рекомендуется совмещать. При этом длины кривых в плане рекомендуется принимать равными или большими длин вертикальных кривых, в смещение вершин кривых в плане с началом вертикальных кривых в продольном профиле, расположенных на последующих прямых участках.

Нельзя допускать устройства кривых малого радиуса в конце затяжных спусков.

При трассировании в сложных условиях рельефа, когда возникает необходимость преодолеть крутой склон, для выяснения общего направления трассы ее целесообразно проложить напряженным ходом.

Для этого необходимо определить минимальное расстояние между смежными горизонталями в масштабе карты, соответствующее минимально допустимому продольному уклону:

l =1000×h×M/ i_max (24)

где l – минимальное расстояние между горизонталями, мм

h – сечение горизонталей, м

i_{max –} максимально допустимый продольный уклон

М – масштаб карты.

Пример: i_max=0,04; h=5 м, М=1:10000

l=(1000·5)/(0,04·10000)=12,5 мм.

Затем раствором циркуля, равным 12,5 мм, делают засечки на горизонталях, последовательно передвигаясь вверх или вниз по склону.

Полученная ломаная линия является основой плана трассы на этом участке.

В) Проектирование продольного профиля

Проектирование продольного профиля следует начинать с определения контрольных точек и их отметок. Контрольными точками являются отметки примыкания проектируемой дороги в начальной и конечной точках, отметки пересечения в одном уровне автомобильными и железными дорогами, отметки улиц населенных пунктов, через которые проходит проектируемая дорога.

К контрольным точкам следует также отнести минимальные отметки насыпи в местах пересечения водотоков, автомобильных и железных дорог в разных уровнях. Эти отметки не могут быть уменьшены. Увеличение их допустимо.

В данной курсовой работе можно определить отметки таких контрольных точек следующим образом:

1. На суходолах устраиваются трубы. При минимальном диаметре трубы 1 м, минимальная рабочая отметка насыпи 1,62 м. Для труб большего диаметра рабочая отметка соответственно увеличивается.

2. В разных уровнях пересекаются автомобильные дороги, если суммарная интенсивность движения двух пересекающихся дорог превышает 400 авт./сутки.

Габарит в свету над пересекаемой дорогой 1-3 категорий 5,0 м, над дорогами 4 и5 категорий – 4,5 м, строительная высота путепровода может быть принята 0,9-1,1 м. Минимальная рабочая отметка насыпи у путепровода равна сумме габарита и строительной высоты.

3. В курсовой работе все железные дороги следует пересекать в разных уровнях. Габарит над электрофицированной железной дорогой – 6,5 м, второстепенной – 5,5 м. Строительная высота путепровода – 1,0-1,1 м.

4. При пересечении полевых дорог – габарит 4,5 м, скотопрогонов – 2,5 м. В обоих случаях строительная высота принята 0,75 м. При пересечении малых (несудоходных) постоянных водотоков, габаритом принимается над расчетным горизонтом высоких вод (образуясь с картой) – 0,75 м. Для судоходных рек габарит определяется по табл. 3, строительная высота – по табл.4. В качестве расчетного судоходного горизонта можно принять среднюю рабочую отметку между горизонтом меженных вод (отметка дается на карте) и отметкой берега.

При нанесении проектной линии нужно придерживаться следующих правил:

Продольные уклоны необходимо принимать в целых тысячных.

Если уклоны местности меньше максимальных, допустимых для данной категории местности, проектирование следует вести по обертывающей, в низкой насыпи, при этом дорога лучше вписывается в ландшафт и легче архитектурно оформляется, производство земляных работ упрощается, облегчается система водоотвода и т.д. Высота такой насыпи определяется в зависимости от уровня грунтовых и поверхностных вод, типа грунтов и дорожно-поверхностной зоны.

Таблица 3

Расстояние от расчетного судоходного горизонта до низа пролетного строения (подмостовой габарит)

Класс реки	Габарит, м
Судоходные, местного значения 4 класса 5 класса Малые реки 6-7 классов	10,0 7,0 3,5

Таблица 4

Ориентировочная высота пролетного строения моста

Пролет моста, м	Строительная высота, м	Пролет моста, м	Строительная высота, м
6,0 9,0 12-18	0,85 0,90 1,05		1,35 1,65 2,15

Климатическая зона определяется по карте дорожно-климатического районирования, рис.12.1 [16].

Наименьшее возвышение низа дорожной одежды над источниками увлажнения принимается по нормам, приведенным в приложении табл.7.

Уровень грунтовых вод и другие гидрологические данные в курсовой работе можно принимать по указанию руководителя. Толщину дорожной одежды можно принять ориентировочно 0,4-0,6 м.

Таким образом, руководящая рабочая отметка насыпи будет равна сумме величин, взятых из табл. 7 и толщины дорожной одежды.

При проектировании по свертывающей не следует проектную линию делать волнистой за счет повторения мелких складок рельефа.

Чем сложнее рельеф и выше класс дороги, тем чаще приходится прибегать к проектированию по секущей. При этом необходимо стремиться к балансу объемов земляных работ, то есть равенству объемов насыпей и выемок. Все же с учетом удаления растительного грунта объемы насыпей следует брать несколько больше, чем объемы выемок. Превышение объемов выемок над насыпями говорит о том, что проектная линия занижена, что недопустимо.

В точках перелома профиля с алгебраической разностью смежных участков более 5% для дорог 1-2 категории, 10% - для дорог 3 категории, 20% - остальных категорий, необходимо устраивать вертикальные кривые. Радиусы вертикальных кривых следует брать возможно большими, но с учетом размещения тангенсов на элементах между точками перелома профиля.

Не следует допускать потерь высоты, т.е. на длинных участках с общим подъемом не должно быть отдельных элементов с обратным уклоном.

При длительных подъемах с уклоном, близким максимальному, лучше в начальной и конечной части подъема сделать уклоны меньшие, а в средней – равный максимальному. Это больше соответствует динамике движения автомобиля и рельефу местности.

В выемках и в нулевых отметках для обеспечения водоотвода необходим продольный уклон не менее 5 0/00.

Более подробные указания и нормы проектирования продольного профиля даны в литературе[3, 12, 16].

Г) Оформление плана и продольного профиля трассы

Выполняется в соответствии с принятыми правилами. План: рис. 6.2. [16], рис. 2.1. [3], или рис. 10 [12]. Продольный профиль рис.6.3. [16], рис. 60 [12].

Варианты трассы на карте наносят сплошными линиями толщиной около 1 мм (основной вариант – красной тушью. Тангенсы кривых – тонкими линиями. Начало и конец кривой обозначаются черточками – продолжением радиусов кривой, на них отмечается пикет начала и конца кривой У вершины угла поворота ставится его номер.

Разбивка пикета ведется от начальной точки. Предварительно определяются параметры всех кривых плана [10] и заполняется ведомость углов поворота, кривых и прямых (табл. 5) и [12]. Если необходимо устройство переходных кривых, их элементы определяются по таблице [16] или расчетом формулы (45-49).

От вершины угла поворота в обе стороны откладываются значения тангенсов круговых кривых и дополнительных тангенсов (t) переходных кривых. Определяются точки начала переходной кривой (НПК), начала круговой кривой (НКК), конца круговой кривой (ККК) и конца переходной кривой (КПК).

Далее поступают следующим образом. От начала дороги измеряют расстояние до первого угла поворота и определяют его пикетажное положение. Затем вычитают длину тангенса круговой кривой и дополнительного тангенса переходной и определяют пикет начала переходной кривой. Прибавляя к полученному пикету длину кривой (круговой и двух переходных), определяют пикет конца переходной кривой. От этой точки отмеряют расстояние до следующей вершины угла поворота и т.д.

После определения пикетажа начала и конца кривых производится разбивка на пикеты всех прямых и кривых плана трассы.

Продольный профиль вычерчивается на полосе миллиметровой бумаги шириной 30 см, в масштабах: горизонтальный – 1:5000 (1 пикет – 2 м), вертикальный – 1:500, для геологического разреза в 1 см – 0,5 м с соблюдением стандартных размеров сетки.

Отметки принимаются с точностью 1 см, расстояние 1 м.

Таблица 5

Ведомость углов поворота, прямых, круговых и переходных кривых

№ углов поворота

Вершина угла

Величина угла, a

Элементы круговой и переходной кривых, закругление

Начало закругления

Конец закругления

Прямые

ПК

+

Влево

Вправо

R

T

L

Дополнит. Тангенс t=L/2

T+L/2

b

a1= a-2 b

K1

K=K1+2L

ПК

+

ПК

+

Длина

Румб

Грунтово-геологический разрез принимается по литературным источникам условно.

В курсовой работе графы сетки продольного профиля: грунты земляного полотна, конструкция дорожной одежды, тип поперечных профилей, укрепление кюветов можно не заполнять.

Разбивка вертикальных кривых производится по таблицам или упрощенным формулам [10].

Длина вертикальных кривых:

K= R (i₁-i₂) (25)

Уклоны выражаются дробью (не в промилях!),

где (i₁-i₂) – алгебраическая разность уклонов;

Т=К/2 (26)

Б=Т²/2 R (27)

Ордината любой точки, откладываемая от касательной (тангенса), или продоложения уклона, для выпуклой кривой-вниз, для вогнутой-вверх

Y=X²/2R (28),

где X – расстояние от начала кривой.

Для облегчения проектирования вертикальных кривых созданы специальные шаблоны. Пользование ими значительно ускоряет работу.

6. Сравнение вариантов трассы

Любое инженерное решение принимается только после сравнения нескольких возможных его вариантов. Критериями оптимальности варианта являются многие показатели.

В данной курсовой работе сравнение упрощено с учетом времени и возможностей студента, а также наличием исходных данных для проектирования. Сравниваются разнообразные варианты трассы по форме таблицы 6. Не все приведенные в таблице показатели равноценны. Для окончательного выбора лучшего варианта их, кроме того, необходимо сравнить по экономическим показателям, средним скоростям движения и коэффициентам безопасности движения. В настоящей работе такое сравнение не производится.

Ценными землями можно считать сады, леса в степной зоне, пашню в черноземной полосе на равнинных участках. Ширину полосы отвода для подсчета площади занимаемых земель можно в среднем принять: для дорог 2 категории – 30 м, 3 и 4 категорий – соответственно 25 и 20 м.

Таблица 6

Технико-эксплуатационные показатели вариантов

№	Показатели	Ед. изм.	Варианты	Преимуще Ства	Примечания
	Длина трассы	м
	Коэффициент удлинения
	Минимальный радиус кривой в плане	м
	Максимальный продольный уклон	o/oo
	Протяженность участков с предельными и большими уклонами	м
	Количество речных переходов и общая длина мостов	шт/п.м.
	Объем земляных работ	м3
	Количество пересечений с железными и автомобильными дорогами	шт.
	Протяженность участков с ограничениями скорости	п.м.
	Площадь занимаемых ценных земель	га