Точек на отдельных пикетах

П роектная линия продольного профиля обычно представляет сопряжения прямых и кривых. Возможные случаи сопряжения элементов продольного профиля между собой представлены на рисунке 105.

Рис. 105. Вертикальные кривые:

а – выпуклая вертикальная кривая с восходящей и нисходящей ветвями; б – выпуклая кривая с нисходящей ветвью; в – вогнутая кривая с нисходящей и восходящей ветвями; г – вогнутая кривая с восходящей ветвью;

д – сопряжение вертикальных кривых в точке с одинаковым продольным уклоном

Выше проектной линии показывают репера, надземные инженерные сети, наименование проектируемых искусственных сооружений, транспортные развязки, съезды, переезды через железнодорожные пути, нагорные и водопроводные канавы, места сброса воды, водораздельные дамбы, рабочие отметки насыпей.

Ниже проектной линии наносят линии ординат точек переломов проектной линии, рабочие отметки выемок, обозначения искусственных сооружений, подземные инженерные сети.

На 20 мм ниже поверхности земли наносят линию показа грунтов и от нее вниз откладывают в масштабе мощность грунтов.

Построение продольного профиля земли по оси дороги начинают с вычисления отметок пикетов и плюсовых точек. Плюсовые точки назначают для отражения на продольном профиле характерных изменений рельефа местности. Плюсовые точки необходимы во всех местах, где происходит изменение крутизны склонов, характеризующихся резким изменением густоты горизонталей, а также в местах пересечения речных долин, оврагов, автомобильных и железных дорог. Обязательно должны быть вычислены отметки в пониженных местах, где в дальнейшем будут запроектированы водопропускные сооружения, а также точки на водоразделах, характеризующие границы водосборной площади. Для вычисления высотных отметок земли по оси дороги используют журналы технического нивелирования или определяют их по карте методом интерполяции, если характерные точки расположены между горизонталями. Для вычисления высотной отметки точки, расположенной в пределах замкнутой горизонтали, используют метод экстраполяции.

На основании ГОСТа 21.511-83 приняты следующие масштабы изображения продольного профиля автомобильной дороги:

по горизонтали 1:5000;

по вертикали 1:500;

грунты по вертикали 1:50.

Построение продольного профиля земли по оси дороги начинают с установления отметки условного горизонта. Значение условного горизонта выбирают таким образом, чтобы расстояние от сетки продольного профиля до линии показа земли было не менее 8 см. Если линия показа земли ниже чем на 8 см или поднимается вверх и приближается к верхней рамке ближе чем на 4 см, то условный горизонт изменяют. При вычерчивании продольного профиля может возникнуть необходимость выбора условного горизонта несколько раз. В общем виде для первого приближения отметку условного горизонта вычисляют по формуле

УГ=Н_min – 40,

где УГ – отметка условного горизонта, м;

Н_min – минимальная отметка земли по оси дороги на данном участке, м.

Условный горизонт (УГ) для вычерчивания профиля земли по оси дороги совмещают с верхней линией сетки профиля. Величину условного горизонта, полученную по формуле, округляют до 5 м и записывают слева над сеткой профиля. Затем в заданном масштабе откладывают расстояния до пикетов и плюсовых точек и по вертикали откладывают высотные отметки этих точек. Для этого из величины отметок земли по оси дороги вычитают величину условного горизонта и полученное значение делят на масштаб по вертикали в метрах.

Определение положения проектной линии продольного профиля является одним из наиболее ответственных и сложных этапов проектирования автомобильных дорог. На нанесение проектной линии продольного профиля влияет большое количество факторов и условий.

Топографические условия. Проектную линию прокладывают с учетом рельефа местности. На участках с плавными формами рельефа местности проектную линию наносят по обертывающей, следующей очертанию земли. Таким образом, вся дорога проходит в насыпи, проектную линию располагают выше поверхности земли. При проектировании по обертывающей руководящую отметку назначают из условий незаносимости насыпи снегом либо из условий минимального возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод. На участках с резко пересеченным рельефом проектную линию наносят по секущей с чередованием насыпей и выемок с учетом баланса земляных масс, то есть стремятся, чтобы объем насыпей был равен объему выемок.

Гидрологические условия. Гидрологические условия определяют минимальное возвышение бровки земляного полотна над трубами, влияют на отметки бровки земляного полотна на подходах к мостам и на отметках проезда на самих мостах.

Гидрогеологические условия. В ряде случаев вынуждают ограничивать глубину выемок в связи с необходимостью обеспечения нормируемого возвышения покрытия над уровнем залегания грунтовых вод. Уровень залегания грунтовых вод может ограничивать также глубину резервов и кюветов. Несоблюдение этого условия требует строительства дорогостоящих откосов и подкюветных дренажей.

Почвенно-грунтовые и геологические условия. Они во многом влияют не только на положение проектной линии продольного профиля, но и на конструкцию земляного полотна: ограничивают высоту насыпей на слабых основаниях и по возможности уменьшают глубину выемок в грунтах, непригодных для отсыпки насыпей на прилегающих участках дороги, а в местах, где качество грунтов позволяет возводить насыпь из притрассовых резервов, дают возможность проектировать профили по огибающей с минимальной руководящей отметкой.

Ситуационные условия. Ситуационные условия района проложения трассы заставляют проектировать прохождение проектной линии через определенные фиксированные контрольные точки (пересечения и примыкания автомобильных и железных дорог, входы в города, минимальные высоты над трубами, подходы к мостам).

Климатические особенности. Климатические особенности учитываются при нанесении проектной линии продольного профиля, чтобы предотвратить снегозаносы на будущей дороге. На снегозаносимых участках стремятся избегать выемок (особенно мелких), а при проектировании по огибающей руководящую отметку назначают из условий снегозаносимости.

Исходными данными для проектирования дороги в продольном профиле являются результаты топографических, геологических и гидрологических съемок:

1. Карта в масштабе 1:10000 или топографический план местности с нанесенной трассой дороги и разбивкой пикетажа.

2. Геологический разрез грунтов с указанием мощности каждого слоя.

3. Данные о залегании грунтовых вод.

4. Сведения об участках с длительным стоянием поверхностных вод.

5. Данные о толщине снегового покрова.

6. Техническая категория дороги и ее параметры.

7. Местоположение и высота отметки фиксированных контрольных точек.

Проектные работы начинают с установления руководящей рабочей отметки. Рабочей отметкой называют разность между отметкой бровки земляного полотна и отметкой земли по оси дороги. Величину руководящей рабочей отметки при проектировании по огибающей устанавливают из двух условий:

снегозаносимости;

района строительства, грунтов земляного полотна и уровня залегания грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод.

По условиям снегозаносимости рекомендуемую рабочую отметку устанавливают по формуле

Н^СН _рук=Н_СН + Δ, м,

где Н^СН _рук – руководящая рабочая отметка по условиям снегозаносимости;

Н_СН – толщина снегового покрова для данного района строительства;

Δ – минимальное возвышение бровки земляного полотна.

Толщину снегового покрова принимают из СНиПа (Строительная климатология и геофизика).

Минимальное возвышение бровки земляного полотна над уровнем снегового покрова (Δ) зависит от технической категории дороги (ширины земляного полотна):

Категория дороги Δ, м, не менее

I 1,2 м;

II 0,7 м;

III 0,6 м;

IV 0,5 м;

V 0,4 м.

По условиям района строительства, грунтам, из которых отсыпают земляное полотно, уровню залегания грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод рекомендуемую руководящую отметку устанавливают по формуле

Н^ГР _рук =Н_А - , м,

где Н^ГР _рук – рекомендуемая рабочая отметка;

i_П – поперечный уклон покрытия (см. табл. 53);

В – ширина земляного полотна (см. табл. 48, 49);

i_об – поперечный уклон обочин, принимаемый на 10-30‰ больше поперечного уклона проезжей части;

l – ширина обочины (см. табл. 48, 49).

Н_а – минимальное возвышение поверхности дорожного покрытия по оси дороги над уровнем залегания грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод в зависимости от района строительства (рис. 106) и грунтов, из которых отсыпают земляное полотно (табл. 55).

Рис. 106. Карта дорожно-климатических зон

Рекомендуемые рабочие отметки по двум условиям сравнивают и для дальнейшего проектирования выбирают большую из них.

Общими требованиями по установлению положения проектной линии продольного профиля независимо от метода проектирования являются:

соблюдение технических норм проектирования (допустимые продольные уклоны, минимальные радиусы выпуклых и вогнутых кривых, шаг проектирования и т. д.);

ограничение длин участков с предельными уклонами;

ограничение минимальных длин вертикальных кривых одного знака;

обеспечение минимальных объемов земляных работ и рационального распределения земляных масс;

прохождение линий через контрольные точки;

обеспечение зрительной правильности и ясности трассы;

повышение уровней удобства и безопасности движения (эта задача решается совместно с проектированием плана трассы).

Таблица 55

Минимальное возвышение поверхности дорожного покрытия по оси дороги в зависимости от района строительства, грунтов, из которых отсыпают земляное полотно, и уровня залегания грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод

Грунт земляного полотна	Возвышение поверхности дорожного покрытия, м, для дорог расположенных в пределах дорожно-климатической зоны
	1	2	3	4	5
Песок мелкий, супесь легкая
Песок пылеватый, супесь пылеватая
Суглинок легкий, суглинок тяжелый, глина
Супесь тяжелая, суглинок легкий и тяжелый пылеватые

П р и м е ч а н и е. В числителе – минимальное возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых или длительно (более 30 суток) стоящих поверхностных вод; в знаменателе – над уровнем кратковременно (менее 30 суток) стоящих поверхностных вод.

К положению проектной линии продольного профиля выдвигают ряд требований и условий со стороны автомобильного транспорта, технологических особенностей строительства и со стороны эксплуатации автомобильных дорог. Оптимальное положение проектной линии продольного профиля всегда отыскивают в рамках соответствующего комплекса технических ограничений, которые включают:

допустимые продольные уклоны. Уклон ни в одной точке продольного профиля не должен превышать нормируемого СНиПа (см. табл. 48, 49);

допустимую кривизну вертикальных кривых. Радиусы вертикальных и вогнутых кривых ни в одной точке продольного профиля не должны быть меньше нормируемых (см. табл. 48, 49);

руководящую рабочую отметку. При проектировании продольного профиля на спокойных участках рельефа по огибающей необходимое возвышение бровки земляного полотна определяется из условий снегозаносимости или минимального возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых и длительно стоящих вод;

фиксированные контрольные точки. Прохождение проектной линии через фиксированные контрольные точки, назначаемые по ситуационным особенностям, является обязательным;

ограничивающие точки и зоны. Прохождение проектной линии продольного профиля допускается не ниже ограничивающих точек (это минимальные отметки над трубами, на мостах и путепроводах);

контурные ограничения. Это ограничение высоты насыпей и глубины выемок при неудовлетворительных геологических, гидрологических, почвенно-грунтовых условиях;

допустимые наибольшие длины участков с предельными уклонами продольного профиля. Длина таких участков нормируется СНиПом, в зависимости от категории дороги, радиуса кривой и алгебраической разности продольных уклонов;

наименьшие длины кривых одного знака (шаг проектирования).

При проектировании автомобильной дороги в продольном профиле используют три метода нанесения проектной линии:

графоаналитический;

аналитический;

метод тангенсов.

Более подробно с этими методами студенты ознакомятся на практических занятиях.

Общий критерий оптимальности при поиске положения проектной линии продольного профиля автомобильных дорог может быть представлен в следующем виде:

Р_ПР = К_ЗП+К_ИС+К_УКР+К_ОЗ+К_ДО+ ,

где Р_ПР – приведенные сопоставимые затраты;

К_ЗП – стоимость сооружения земляного полотна;

К_ИС – стоимость строительства искусственных сооружений;

К_УКР – стоимость укрепительных работ;

К_ОЗ – стоимость отчуждения земель под земляное полотно автомобильной дороги;

К_ДО – стоимость устройства дорожной одежды;

Э ^t_СН – ежегодные затраты на снегоуборку;

Э ^t_ТР – ежегодные транспортные расходы;

Э ^t_в – народнохозяйственные расходы, связанные с затратами времени нахождения пассажиров в пути следования;

– потери, связанные с дорожно-транспортными происшествиями;

Е_НП – коэффициент приведения разновременных затрат.

2. ДОРОЖНЫЕ ОДЕЖДЫ. ИСКУССТВЕННЫЕ

СООРУЖЕНИЯ НА ДОРОГАХ. СТРОИТЕЛЬСТВО

АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

1. Дорожные одежды автомобильных дорог

Для обеспечения быстрого, удобного и безопасного движения автомобилей независимо от погодных условий на проезжей части автомобильных дорог устраивают дорожную одежду.

Дорожная одежда представляет собой конструкцию проезжей части, которая включает в себя несколько слоев из различных материалов.

Основные требования к дорожной одежде, обеспечивающие безопасное движение автомобилей с расчетными скоростями: необходимая прочность, ровность, шероховатость, беспыльность. В то же время дорожная одежда должна отвечать требованиям экономичности и надежности, обеспечивать возможность максимальной механизации строительства и быть технологичной.

В общем виде дорожная одежда состоит из трех основных конструктивных слоев: покрытие, основание, дополнительный слой основания (рис. 107).

Р ис. 107. Схема конструкции дорожной одежды:

I – покрытие; II – основание; III – дополнительный слой основания; IV – грунт земляного полотна; 1 – слой износа; 2 – верхний слой покрытия; 3 – нижний слой покрытия; 4 – верхний слой основания; 5 – нижний слой основания

Покрытие – верхний слой дорожной одежды, непосредственно воспринимающий многократно повторяющееся воздействие транспортных средств и погодно-климатических факторов и обеспечивающий безопасный проезд автомобилей с расчетными скоростями. Оно должно обладать хорошим сопротивлением износу и возникновению пластических деформаций от вертикальных и горизонтальных усилий. Необходимо, чтобы поверхность покрытия была ровной и обеспечивала хорошее сцепление с ней колес автомобиля. В пределах населенных пунктов покрытие должно отвечать повышенным требованиям бесшумности при движении, беспыльности, легкости очистки. Верхняя часть покрытия включает слой износа, периодически возобновляемый в процессе эксплуатации.

Основание состоит из нескольких слоев. Верхний слой, непосредственно подстилающий покрытие, делают из более прочных материалов, которые нередко обрабатывают вяжущими материалами.

Дополнительный слой основания играет роль морозозащитного и дренирующего слоя. К дополнительным слоям основания относят также гидро-, паро- и теплоизолирующие прослойки.

По способности воспринимать растягивающие усилия и накапливать пластические деформации, возникающие от действия нагрузок, дорожные одежды подразделяют на: жесткие и нежесткие.

Жесткие дорожные одежды характеризуются тем, что один или два их слоя выполнены из цементобетона или железобетона и обладают сопротивлением изгибу и модулем упругости, практически не зависящим от температуры, влажности, скорости нагружения и малоизменяющимся в течение всего срока службы.

Нежесткие дорожные одежды – это одежды со слоями, устроенными из разного вида асфальтобетонов, из материалов и грунтов, обработанных битумом, цементом, известью и другими вяжущими материалами, а также из слабосвязанных зернистых материалов (щебня, шлака, гравия и т. д.). На эти покрытия оказывают влияние влажность, температура, скорость нагружения.

Нежесткие дорожные одежды являются наиболее распространенными при строительстве сельских и внутрихозяйственных дорог.

Дорожные одежды классифицируются по степени капитальности на капитальные, облегченные, переходные и низшие (табл. 56).

Конструирование дорожной одежды сводится к выбору типа покрытия, материалов для устройства ее слоев и размещения их в конструкции в такой последовательности, чтобы наилучшим образом проявились их грузораспределяющие и деформативные способности, а также прочностные и теплофизические свойства; установлению числа слоев и их ориентировочной толщины; назначению морозо- или теплозащитных мер, а также мер по повышению трещиностойкости и устойчивости к сдвигу слоев, чувствительных к тепловлажностным воздействиям.

Проектирование дорожной одежды представляет собой единый процесс конструирования и расчета дорожной конструкции (системы дорожная одежда + рабочий слой земляного полотна) на прочность, морозоустойчивость и осушение с технико-экономическим обоснованием вариантов с целью выбора наиболее экономичного в данных условиях.

Процедура конструирования дорожной одежды включает:

выбор вида покрытия;

назначение числа конструктивных слоев с выбором материалов для устройства слоев, размещение слоев в конструкции и назначение их ориентировочной толщины;

предварительную оценку необходимости назначения дополнительных морозозащитных мер с учетом дорожно-климатической зоны, типа грунта рабочего слоя земляного полотна и схемы увлажнения рабочего слоя на различных участках;

предварительную оценку необходимости мер по осушению конструкции, а также по повышению трещиностойкости конструкции;

оценку целесообразности укрепления или улучшения верхней части рабочего слоя земляного полотна;

предварительный отбор конкурентоспособных вариантов с учетом местных природных условий.

Таблица 56

Классификация дорожных одежд и покрытий (ОДН 218.146-01)

Типы дорожных одежд	Виды покрытий, материал и способы его укладки
Капитальные	Усовершенствованные покрытия из горячих асфальтобетонных смесей
Облегченные	а) из горячих асфальтобетонных смесей; б) из холодных асфальтобетонных смесей; в) из органических смесей с жидкими органическими вяжущими, с жидкими органическими вяжущими совместно с минеральными; с вязкими, в том числе эмульгированными органическими вяжущими совместно с минеральными; из каменных материалов и грунтов, обработанных битумом по способу смешения на дороге или методами пропитки; из каменных материалов, обработанных органическими вяжущими веществами методом пропитки; черного щебня, приготовленного в установке и уложенного по способу заклинки; из пористой и высокопористой асфальтобетонной смеси с поверхностной обработкой; из прочного щебня с двойной поверхностной обработкой
Переходные	Переходные покрытия из щебня прочных пород, устроенные по способу заклинки без применения вяжущих материалов; из грунтов и малопрочных каменных материалов, укрепленных вяжущими; булыжного и колотого камня
Низшие	Покрытия из щебеночно-гравийно-песчаных смесей; малопрочных каменных материалов и шлаков; грунтов, укрепленных или улучшенных различными местными материалами; древесных материалов и др.

При конструировании дорожной одежды необходимо руководствоваться следующими принципами:

1. Тип дорожной одежды и вид покрытия, конструкция дорожной одежды в целом должны удовлетворять транспортно-эксплуатационным требованиям, предъявляемым к дороге соответствующей категории и ожидаемым в перспективе составу и интенсивности движения с учетом изменения интенсивности движения в течение заданных межремонтных сроков.

2. Конструкция дорожной одежды может быть типовой или разработанной индивидуально. При выборе конструкции дорожной одежды предпочтение следует отдавать проверенной на практике в данных условиях.

3. В районах, недостаточно обеспеченных стандартными каменными материалами, допускается применять местные каменные материалы, побочные продукты промышленности и грунты, свойства которых могут быть улучшены обработкой их вяжущими веществами. Одновременно надо стремиться к созданию конструкции по возможности наименее материалоемкой;

4. Конструкция должна быть технологичной и обеспечивать возможность максимальной механизации и индустриализации дорожно-строи-тельных процессов.

Последовательность расчета дорожных одежд, согласно ОДН 218.046-01, следующая:

1. Расчет дорожной одежды по критерию упругого прогиба на основе зависимости требуемого модуля упругости конструкции от суммарного числа приложений нагрузки.

2. Расчет дорожной одежды, отвечающей критерию упругого прогиба с учетом механизма нарушения прочности, должен соответствовать двум независимым критериям:

критерию соответствия сдвигоустойчивости материалов конструктивных слоев и грунта возникающим в них касательным напряжениям, отражающим условия ограничения накопления сдвиговых остаточных деформаций под воздействием многократных нагрузок;

критерию соответствия сопротивления материалов монолитных конструктивных слоев возникающим в них растягивающим напряжениям от подвижной многократной нагрузки, отражающему сопротивление этих слоев усталостным процессам, обуславливающим развитие микротрещин в монолитных слоях, потерю их плотности и снижение распределяющей способности.

3. Расчет дорожной одежды по критерию тепло- и морозоустойчивости и по критерию пучинообразования.

Дорожные одежды переходного и низшего типов рассчитывают по упругому прогибу и по сдвигоустойчивости. Более подробно с расчетом дорожных одежд можно ознакомиться в ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд».

Примерные конструкции дорожных одежд приведены на рисунках 108-110.