Проектирование автомобильной дороги

Проектирование автомобильной дороги

Введение

В проекте выполнено следующее:

-    дано описание природных характеристик района строительства;

-       назначена техническая категория автомобильной дороги;

-       определены нормы проектирования;

-       выполнено камеральное трассирование двух вариантов трассы между контрольными точками;

-       составлена ведомость углов поворота прямых и кривых в плане;

-       произведено сравнение вариантов и выбран наиболее рациональный;

-       составлен план водосборных бассейнов;

-       рассчитаны водопропускные сооружения;

-       запроектирован продольный профиль по выбранному варианту;

-       назначены типовые поперечные профили земляного полотна;

-       выполнен подсчет объемов земляных и укрепительных работ.

1. Краткая характеристика района строительства

.1 Климат

Трасса будет проложена в Ярославской области, климат района проложения трассы умеренно-континентальный.

По дорожно-климатическому районированию район строительства относится к III2 дорожно-климатической зоне.

Средняя температура января -150С, июля +24,40С.

Абсолютный минимум-450С, максимум +370С

Среднегодовая температура +3,70С

Среднегодовое количество осадков 622 мм.

В январе преобладают ветры юго-западного направления, в июле западного и юго-западного направления.

Основные климатические характеристики представлены на графике (рис. 1.1, рис. 1.2, рис.1.3)

Таблица 1.1. Средняя месячная и годовая температура воздуха

Данные, приведенные в таблице, характеризуют условия открытого и ровного места. Влияние местных условий на величину средней суточной температуры особенно значительны зимой.

Рис.1.1 Средняя месячная и годовая температура воздуха

Таблица 1.2. Среднее количество осадков с поправкой на смачивание

Рис.1.2 Среднее количество осадков

Таблица 1.3 Повторяемость направлений ветра и штилей

Для наглядности по данным таблицы 1.3 построена роза ветров (рис.1.3)

Январь (преобладают ветра юго-западного направления)

Июль (преобладают ветра западного направления)

Рис. 1.3 Роза ветров

.2 Рельеф

Поверхность района в целом равнинная, однако, местами встречаются довольно крутые склоны и суходолы, так же на участке строительства встречаются малые реки.

.3 Растительность

В большинстве своем трасса проходит по пашням, реже вдоль леса. По берегам рек располагаются заросли лиственных кустарников.

1.4 Геология

Растительный слой в районе строительства имеет толщину равную 0,2 м, следующий слой - суглинок легкий, который классифицируется как малопригодный для возведения земляного полотна.

2. Определение категории проектируемой дороги

Категория автомобильной дороги на всем протяжении или на отдельных участках назначается в зависимости от народнохозяйственного, административного и социального значения, расчетной интенсивности движения.

Перспективный период (Т) при назначении категорий дорог, а также при проектировании элементов плана, продольного и поперечных профилей следует принимать равным 20 годам.

Согласно Примечанию 1 к Таблице 1 СНиП 2.05.02-85* «Автомобильные дороги. Нормы проектирования»: расчетная интенсивность в транспортных единицах принимается в случаях, когда легковые автомобили будут составлять менее 30% общего транспортного потока. В нашем случае в исходном составе движения доля легковых автомобилей составляет 47%. Исходный состав движения приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Состав движения

Находим интенсивность движения, приведенную к легковому автомобилю, по следующей формуле:

пр = Σn Npi * Ki , ед./сут.

Где: Npi - интенсивность одного i-го транспортного средства, авт./сут.;

Ki - коэффициент приведения i-го типа транспортного средства к легковому автомобилю (определяется по таблице 2.2);

n - количество типов автомобилей в потоке.

Таблица 2.2 Коэффициенты приведения к легковому автомобилю

N 2012 = 317.5*2+254*2.5+63.5*2.67+596.9*1+38.1*2.5=2132 (ед./сут.)

Nпр2031 = 565.15*2+452.12*2,5+113.03*2,67+1062.48*1+67.82*2,5=3794 (ед./сут.)

Перспективная интенсивность движения на 2031 г определяется по формуле:

N= N, авт/сут.

где N=1270 - интенсивность движения на 2012 г,

q=0.039 - ежегодный прирост интенсивности движения,

T=20 - перспективный период,

N= , авт/сут.

N= 2260.6 авт/сут

Таблица 2.3 Интенсивность движения

Согласно СниП 2.05.02-85* «Автомобильные дороги. Нормы проектирования» по расчетной интенсивности движения на перспективу приведенной к легковому автомобилю дорога относится к III-й категории, так как расчетная интенсивность движения на перспективу приведенная к легковому автомобилю (3794.42 ед./сут.) укладывается в рамки 2000ед./сут. - 6000 ед./сут.

Принят класс дороги обычного типа, III-й категории, местного значения.

3. Обоснование параметров и норм проектирования

Параметры и нормы проектирования автомобильной дороги назначаются по данным, приведённым в таблице 2.3, в зависимости от категории дороги и расчётной скорости движения.

Все результаты сводятся в таблицу 3.1.

Таблица 3.1. Основные нормы и параметры проектирования дорог

4. Проектирование дороги в плане

.1 Основные принципы проектирования

Автомобильная дорога определяется в плане контрольными и опорными точками, через которые должна пройти трасса автомобильных дорог. Трасса укладывается между этими точками.

Основная задача - наиболее рациональное расположение трассы на местности. Существует два вида разбивки трассы:

. Тангенсальное трассирование

. Метод гибкой линейки

Виды трассирования:

водораздельный ход;

поперечно водораздельный ход;

Между контрольными точками, указанными в задании, намечаем два конкурирующих варианта трассы дороги. Трассируя варианты, учитываем следующие основные требования:

Трасса дороги должна быть проложена по возможности ближе к воздушной линии, соединяющие контрольные точки.

Трасса дороги должна вписываться в рельеф местности, плавно огибать высотные препятствия, изгибать мест с затруднённым водоотводом (рекомендуемые продольные уклоны до 30).

Трасса дороги проходить по границам территорий, желательно не занимая ценных земель.

Трассируя дорогу, следует стремиться к тому, чтобы количество

искусственных сооружений было минимальным.

Трасса дороги должна пересекать водные препятствия, железные, автомобильные дороги под углом близким к 75- 90.

Учитывая основные требования к проложению вариантов трассы, трассирование двух вариантов дороги выполняем в следующем порядке:

1.   На учебной карте намечаем варианты с таким расчётом, чтоб дорога проходила по наименее ценным землям.

2.      Учитываем желательность соответствия количества углов поворота ритму рельефа.

.        Оба варианта трассы наносим на учебную карту в виде ломанной (полигональное трассирование). Положение вершин углов определяется пересечением прямых участков.

.        Выполняем расчёт горизонтальных кривых с определением пикетажного положения начала и конца закруглений, длины прямых вставок , строительной длины дорого и, после этого, выполняем контрольную проверку.

.        Параллельно с вышеперечисленными действиями заполняем соответствующую ведомость

.        Варианты трассы наносим на учебную карту.

.2. Описание вариантов трассы

I вариант трассы:

Трасса начинается на грунтовой автомобильной дороге близ деревни Крутцы. От ПК0+00 (начало хода) трасса направлена к д. Петровка, углы порота-1,2 позволяют обойти участки леса. Угол поворота-3 выводит трассу на водораздел для обеспечения отвода воды от трассы. Угол поворота - 4 завершает трассу примыканием к автомобильной дороге

II вариант трассы:

Трасса начинается на грунтовой автомобильной дороге близ деревни Крутцы. От ПК0+00 (начало хода) трасса направлена к д. Петровка, углы порота-1,2 позволяют обойти участки леса. Угол поворота-3 необходим для того чтобы обойти участок леса, предотвращая вырубку, а так же трудный участок рельефа. Угол поворота - 4 завершает трассу примыканием к автомобильной дороге.

.3 Расчёт закруглений

.3.1 Расчёт круговой кривой

Основные элементы закругления с переходными кривыми представлены на рис. 4.1

Рис. 4.1 Элементы круговой кривой

-угол поворота трассы; НК- начало круговой кривой; КК- конец круговой кривой; R- радиус кривой; Т-тангенс; Б- биссектриса; К- кривая.

Элементы кривой вычисляются по формулам

где : Т- тангенс, расстояние от вершины угла до начала или конца кривой),м;

К- длина круговой кривой,м;

Б- биссектриса, расстояние от вершины угла до середины кривой),м

Д- домер, м.

Переходными являются кривые с постепенно уменьшающимся радиусом кривизны от бесконечности до значения радиуса круговой кривой.

Они проектируются в целях повышения безопасности движения и удобства управлением автомобилем.

Основные элементы закругления с переходными кривыми представлены на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Элементы закругления с круговой и переходными кривыми где : - угол поворота трассы; R - радиус круговой кривой;  - длина переходной кривой; t - добавочный тангенс; p - сдвижка круговой кривой;  - угол поворота переходной кривой; Т - тангенс круговой кривой радиуса (R+p);  - полный тангенс закругления;  - длина сохраненной части круговой кривой;  - центральный угол сохраненной части круговой кривой;  - биссектриса полной кривой;  - координаты конца переходной кривой;  - длинный тангенс клотоиды; - короткий тангенс клотоиды; НЗ, КЗ - начало и конец закругления; НПК, КПК - начало и конец переходной кривой; НКК,ККК - начало и конец круговой кривой

Последовательность расчета закругления с переходными кривыми:

Определяется длина переходной кривой.

Минимально необходимая длина переходной кривой зависит от величины нарастания центробежного ускорения и рассчитывается по формуле

где: V - расчетная скорость движения автомобиля, км/ч;

J - нарастание центробежного ускорения (рекомендуемые значения находятся в пределах 0,2-0,5 , в зависимости от категории дороги);

R - радиус круговой кривой, м;

- коэффициент размерности.

Наименьшую длину переходной кривой для данного радиуса, в любом случае, следует принимать в соответствии с Табл.11 СНиП 20502-85*

Рассчитывается значение угла поворота переходной кривой (угол, образованный касательной в конце клотоиды и линией тангенсов):

Далее проверяется возможность разбивки закругления с принятыми переходными кривыми. Если , то разбивка закругления возможна. В противном случае следует увеличить радиус круговой кривой или уменьшить длину переходной кривой (предельным значением является ).

Находятся значения абсциссы  и ординаты  конца переходной кривой по формулам:

,

где: С - параметр переходной кривой, определяется по формуле:

С=R*L

Определяется величина добавочного тангенса(расстояние от начала переходной кривой до перпендикуляра, опущенного из центра круговой кривой на линию тангенсов):

Рассчитывается значение сдвижки круговой кривой в сторону ее центра:

Определяется полная длина тангенса закругления:

Вычисляется величина полной биссектрисы:

Определяется центральный угол сохраненной части кривой:

Рассчитывается длина сохраненной части круговой кривой:

Определяется общая длина закругления:

Находится домер:

4.3.3 Расчет симметричной биклотоиды

Элементы закругления в виде симметричной биклотоиды представлены на рис.

Рис. 4.3.закрузгление в виде двух сопряженных симметричных клотоид без круговой вставки между ними

Характерной особенностью биклотоиды является, что:

α=2β

Длина одной клотоиды определяется по формуле:

Находятся значения абсциссы  и ординаты  конца переходной кривой по формулам:

,

где С - параметр переходной кривой, определяется по формуле:

С=R*L

Другие геометрические элементы данного закругления определяются по формулам:

·        Длинный тангенс, м:

·        Короткий тангенс, м:

·        Полный тангенс, м:

Определяется общая длина закругления:

Находится домер:

Вариант трассы

Измерено:

Закругление № 1

Задаемся R=1500 м, =35°

) Определение длины переходной кривой

Рекомендуемая длина переходной кривой по таблице составляет 100м. Для дальнейшего расчета принимаем длину переходной кривой, равную 100м.

) Определение возможности разбивки переходной кривой

 условие выполняется

) Определение координат конца переходной кривой

C=1500*100=150000м

=

Y

) Определение сдвижки начала закругления (добавочный тангенс)

) Определение сдвижки круговой в сторону ее центра

) Полная длина тангенса закругления

) Биссектриса закругления

) Центральный угол сохраненной части круговой кривой

) Длина сохраненной части круговой кривой

) Полная длина закругления

) Домер

Закругление № 2

Задаемся R=4500м, =30°

) Определение тангенса круговой кривой

T=4500*tg30°/2=1205.77 м

) Определение биссектрисы круговой кривой

Б=4500(1/(cos(30°/2)-1)=158.74 м

) Определение длины круговой кривой

К=3,14*4500*30°/180=2355м

) Определение домера круговой кривой

Д=2*1205.77-2355=56.54

Закругление № 3

Задаемся R=2800м, =34°

) Определение тангенса круговой кривой

T=2800*tg34°/2=856.05 м

) Определение биссектрисы круговой кривой

Б=2800(1/(cos(34°/2)-1)=127.94 м

) Определение длины круговой кривой

К=3,14*2800*34°/180=1660.71м

) Определение домера круговой кривой

Д=2*856.05-1660.71=51.39

Закругление № 4

Задаемся R=2000 м, =60°

) Определение длины переходной кривой

Рекомендуемая длина переходной кривой по таблице составляет 100м. Для дальнейшего расчета принимаем длину переходной кривой, равную 100м.

) Определение возможности разбивки переходной кривой

 условие выполняется

) Определение координат конца переходной кривой

C=2000*100=200000м

=

Y

) Определение сдвижки начала закругления (добавочный тангенс)

) Определение сдвижки круговой в сторону ее центра

) Полная длина тангенса закругления

) Биссектриса закругления

) Центральный угол сохраненной части круговой кривой

) Длина сохраненной части круговой кривой

) Полная длина закругления

) Домер

2. Вариант трассы

Измерено:

Закругление № 1

Задаемся R=600, =62°

) Определение длины переходной кривой

) Особенностью симметричной клотоиды является

=62°;  =31°

) Определение координат конца переходной кривой

C=600*648.93=389358м

=

Y

) Определение длинного тангенса закругления

) Определение короткого тангенса закругления

) Определение полного тангенса закругления

) Определение сдвижки круговой в сторону ее центра

) Полная длина закругления

) Домер

Закругление № 2

Задаемся R=700, =63°

) Определение длины переходной кривой

) Особенностью симметричной клотоиды является

=63°;  =31.5°

) Определение координат конца переходной кривой

C=700*769.3=538510м

X=

Y

) Определение длинного тангенса закругления

) Определение короткого тангенса закругления

) Определение полного тангенса закругления

) Определение сдвижки круговой в сторону ее центра

) Полная длина закругления

) Домер

Закругление № 3

Задаемся R=2010м, =75°

) Определение тангенса круговой кривой

T=2010*tg75°/2=1542.33м

) Определение биссектрисы круговой кривой

Б=2010(1/(cos(75°)-1)=523.55м

) Определение длины круговой кривой

К=3,14*2010*75°/180=2629.75м

) Определение домера круговой кривой

Д=2*1542.33-2629.75=454.91 м

Закругление № 4

Задаемся R=1400, =50°

) Определение длины переходной кривой

Рекомендуемая длина переходной кривой по таблице составляет 100м. Для дальнейшего расчета принимаем длину переходной кривой, равную 100м.

) Определение возможности разбивки переходной кривой

 условие выполняется

) Определение координат конца переходной кривой

C=1400*100=140000м

X=

Y

) Определение сдвижки начала закругления (добавочный тангенс)

) Определение сдвижки круговой в сторону ее центра

) Полная длина тангенса закругления

) Биссектриса закругления

) Центральный угол сохраненной части круговой кривой

) Длина сохраненной части круговой кривой

) Полная длина закругления

) Домер

.4 Определение пикетажного положения главных точек трассы и составление ведомости углов поворота, прямых и кривых в плане

Главными точками трассы являются начало и конец трассы, вершины углов поворота, начало и конец кривых.

Пикетажное положение основных точек трассы определяется по формулам:

Пикетажное положение круговой кривой

  =  +

 =

  =

  =  

  =  +

  =  + =  +

Проверка:

Результаты расчетов представлены в Ведомости углов поворота, прямых и кривых.

Рис.4.4 Схема главных точек и элементов: НК, КТ - начало и конец трассы; ВУ-1, ВУ-2 - вершины углов поворота;  - величина угла поворота; НЗ, КЗ - начало и конец закруглений; НКК, ККК - начало и конец круговых кривых; S - расстояние между вершинами углов; Р - прямые вставки; Т - полные тангенсы закруглений; К - полные кривые; L - длина переходных кривых; К - длина сохраненной части круговой кривой.

Трасса 1

НТ ПК 00+00

ПК ВУ1 = ПК 0+00+ 1100= ПК11+00

ПК ВУ2 = ПК11+00+2225-30.18=ПК32+94.82

ПК ВУ3 = ПК32+94.82+2925-56.54=ПК61+63.28

ПК ВУ4 = ПК61+63.28+2975-51.39=ПК90+86.89

ПК НЗ1= ПК11+00-523.03= ПК05+76.97

ПК НЗ2= ПК32+94.82-1205.77= ПК20+89.05

ПК НЗ3= ПК61+63.28-856.05= ПК53+07.23

ПК НЗ4= ПК90+86.89-1204.90= ПК78+81.99

Р1=1100-523.03=576.97

Р2=2225-1205.77-523.03=496.2

Р3=2925-856.05-1205.77=863.18

Р4=2975-1204.90-856.05=914.05

Р5=1775-1204.9=570.1

ПК НКК1=ПК05+76.97+100=ПК06+76.97

ПК НКК2=ПК20+89.05

ПК НКК3=ПК53+07.23

ПК НКК4=ПК78+81.99+100=ПК79+81.99

ПК ККК1=ПК06+76.97+815.88=ПК14+92.85

ПК ККК2=ПК20+89.05+2355=ПК44+44.05

ПК ККК3=ПК53+07.23+1660.71=ПК69+67.94

ПК ККК4=ПК79+81.99+1993.55 = ПК99+75.54

ПК КЗ1=ПК05+76.97+1015.88=ПК15+92.85

ПК КЗ2=ПК20+89.05+2350=ПК44+44.05

ПК КЗ3=ПК53+07.23+1660.71=ПК69+67.94

ПК КЗ4=ПК78+81.99+2193.55=ПК100+75.54

Проверка:

= 3420.5+7225.14=10645.64 м

=11000-354.36=10645.64м

==2*3789.75 - 7225.14=354.36м

Трасса 2

НТ ПК00+00

ПК ВУ1 = ПК 0+00+ 1225= ПК12+25

ПК ВУ2 = ПК12+25+1800-99.68=ПК31+24.68

ПК ВУ3 = ПК31+24.68+3225-122.52=ПК62+27.16

ПК ВУ4 = ПК62+27.16+2900-454.91=ПК86+72.25

ПК НЗ1= ПК12+25-698.77= ПК05+26.23

ПК НЗ2= ПК31+24.68-830.56= ПК22+94.12

ПК НЗ3= ПК62+27.16-1542.33= ПК46+84.83

ПК НЗ4= ПК86+72.25-702.88= ПК79+69.37

Р1=1225-698.77=526.23

Р2=1800-830.56-698.77=270.67

Р3=3225-1542.33-830.56=852.11

Р4=2900-702.88-1542.33=654.79

Р5=1950-702.88=1247.12

ПК НКК1=ПК05+26.23+648.93=ПК11+75.16

ПК НКК2=ПК22+94.12+769.3=ПК30+63.42

ПК НКК3=ПК46+84.83

ПК НКК4=ПК79+69.37+100=ПК80+69.37

ПК ККК1= ПК11+75.16

ПК ККК2= ПК30+63.42

ПК ККК3= ПК46+84.83+2629.75=ПК73+14.58

ПК ККК4= П80+69.37+1120.98=ПК91+90.35

ПК КЗ1=ПК05+26.23+1297.86=ПК18+24.09

ПК КЗ2=ПК22+94.12+1538.6=ПК38+32.72

ПК КЗ3=ПК46+84.83+2629.75=ПК73+14.58

ПК КЗ4=ПК79+69.37+1320.98=ПК92+90.35

Проверка:

= 3550.92+6787.19=10338.11 м

=11100-761.89=10338.11м

==2*3774.54 - 6787.19=761.89м

.5 Детальная разбивка переходной кривой со всеми элементами

Разбивку закругления выполняем в два этапа. На первом этапе производится детальная разбивка переходной кривой.

Рис.4.5 Схема разбивки переходной кривой с круговой вставкой; i - искомая точка на закруглении с координатами ; k + L - расстояние от начала закругления до точки i на сохраненной части круговой кривой

,

Исходными данными для расчета являются длина переходной кривой (L), радиус кривизны в конце кривой (R) и расстояние от начала кривой до заданной точки (S).

Результаты расчетов сводятся в таблицу «Детальная разбивка кривой» (табл. 1).

На втором этапе определяются координаты точек на сохраненной части круговой кривой по формулам:

где:

Таблица 4.1 Детальная разбивка кривой

Рис 4.6 Схема разбивки переходной кривой с круговой вставкой

4.6 Сравнение вариантов трассы

Таблица 4.2. Сравнение вариантов трассы

Показатель ценности земель рассчитывается по формуле:

Пu=(∑li*kцз)/Lтр

Где: li - длина участка дороги, проходящей по данной

территории, м

kцз - коэффициент ценности земель данной территории,

определяется по таблице

Lтр - длина трассы, м

=(9945.64*3.2+500*1.3+250*1 )/10645.64=3.07

=(9948.11*3.2+340*1.9+50*1.3)/10338.11=3.14

где: 3.2 - показатель ценности земли (пашня)

1.9 - показатель ценности земли (лес)

.3 - показатель ценности земли (приречные территории, полоса отвода существующей дороги)

1 - показатель ценности земли (кустарники)

Проведя сравнение двух вариантов трассы, выбираем I вариант для проектирования, т.к. показатель ценности земель меньше чем во втором варианте, так же I вариант проходит по наиболее благоприятным географическим условиям и плавности.

5. Расчет искусственных сооружений

Целью расчета является:

) Определение отверстий трубы;

) Назначение конструкции сооружения.

Проектирование водопропускных труб состоит из следующих этапов:

1.   гидрологический расчет, на основании которого определяем расходы и объемы стока дождевых и талых вод;

2.   гидравлический расчет, при котором определяем отверстие искусственного сооружения;

3.      расчет укрепления русла за водопропускным сооружением;

.        конструирование сооружения.

Теоретической основой расчетов и проектирования являются: «Справочник инженера-дорожника» - для расчета стока дождевых вод с малых водосборов с применением метода предельных интенсивностей и СНиП 2.01.14 - 83 - для расчета ливневых вод. Расчет укрепления русла труб ведем по методике, изложенной в «Методологических указаниях» и «Справочнике инженера-дорожника», в упрощенном варианте. Конструирование выполняем с учетом типовых решений.

.1. План водосборного бассейна

Для расчета талых и дождевых вод определяем характеристики водосборных бассейнов (общую площадь; площадь, занимаемую лесами, болотами и озерами; уклон и длину лога; заложения откосов лога у сооружения).

5.2 Определение расчётных расходов

.2.1 Расчет стока воды дождевых паводков

В соответствии со СП 33-101-2003 «Определение основных расчетных гидрологических характеристик» максимальные мгновенные расходы вод дождевых паводков, м3/с (Qp%) расчетной вероятности превышения для водосборов с площадями менее 100 км2 следует определять по формуле предельной интенсивности стока.

% = A1% · φ · H1% · δ · λp% · F (5.1)

где : A1% - относительный модуль максимального срочного расхода воды ежегодной вероятности превышения 1%;

φ - сборный коэффициент стока;

H1% - максимальный суточный слой осадков вероятности превышения 1%, мм;

δ - коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов проточными озерами. Для курсового проекта допускается принимать равным единице;

λp% - переходный коэффициент от расходов ежегодной вероятности превышении 1% к расходам другой вероятности превышения;

F - площадь водосбора, км2;

Расчет:

-я труба.

Характеристики водосбора:

F = 9.7 км2 L = 3675м I = 8 ‰

 8 ‰- средневзвешенный уклон лога

                                                                                     (5.2)

где: h - сечение горизонталей, м;

li - длина i-ой горизонтали в пределах водосбора, м;

n - количество горизонталей;

F - площадь водосборного бассейна

18‰

Средняя длина склонов:

                                                                                         (5.3)

Сборный коэффициент стока.

                                                                      (5.4)

где : С2 - эмпирический коэффициент, принимаемый для лесостепной зоны равным 1.3;

φ0 - сборный коэффициент стока;

n2 - показатель степени, зависящий от климатической зоны, типа и состава почв;

n3 - показатель степени, принимается равным 0.11 для лесостепной зоны.

                                                       (5.5)

Гидроморфологические характеристики русла (Фp) и склонов (Фск):

                                                     (5.6)

где: mp - гидравлический параметр русла;

                                                            (5.7)

где: nск - коэффициент, характеризующий шероховатость, склонов водосбора;

По карте «Районирование по типам кривых редукции осадков» определяется номер района типовых кривых редукции осадков.

Воротынский район относится к 3 району.

По известному значению Фск и номеру района определяем продолжительность склонового добегания τск = 200 мин.

По известным значениям Фр, τск и номеру района кривых редукции определяем модуль стока А1% = 0.034.

Определяем расход заданной вероятности превышения Qp% по формуле (5.1)

Qp% = 0.034 · 0.26 · 80 · 1 · 0.86 · 9.7 = 5.9 м3/с

-я труба.

Характеристики водосбора:

F = 0.7 км2 L = 1300м I = 18 ‰

Ip = 18 ‰- средневзвешенный уклон лога

20‰ - средний уклон склонов лога

Средняя длина склонов:

Сборный коэффициент стока.

Гидроморфологические характеристики русла (Фp) и склонов (Фск):

По карте «Районирование по типам кривых редукции осадков» определяется номер района типовых кривых редукции осадков.

Воротынский район относится к 3 району.

По известному значению Фск и номеру района определяем продолжительность склонового добегания τск = 60 мин.

По известным значениям Фр, τск и номеру района кривых редукции определяем модуль стока А1% = 0.085.

Определяем расход заданной вероятности превышения Qp% по формуле (5.1)

% = 0.085 · 0.35 · 80 · 1 · 0.86 · 0.7 = 1.4 м3/с

Таблица 5.1 Расчетные характеристики стока ливневых вод

.2.2 Расчет стока дождевых вод через предельную интенсивность

Расход дождевых вод вычисляется по формуле:

л = 16.7 ачас · Кt · F · φ · α, м3/с.                                                  (5.8)

где : ачас - средняя интенсивность ливня часовой продолжительности, мм/ч;

F - площадь водосборного бассейна, км2;

α - коэффициент потери стока, зависящий от вида грунта на поверхности водосбора;

φ - коэффициент редукции, учитывающий неполноту стока, для площадей до 100 км2 он определяется по формуле:

                                                                                      (5.9)

Kt - безразмерная величина, представляющая собой коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к расчетной, определяется по формуле

                                                                               (5.10)

Vдоб - скорость добегания для обычных задернованных поверхностей бассейна, км/мин, определяется по формуле:

доб = 0.21·I1/4

где: I - уклон бассейна в долях от единицы, при продолжительности ливня 5 мин и менее коэффициент Kt принимает предельное значение, равное 5.24.

Объём ливневого стока определяется по формуле:

, м3                                                   (5.11)

Расчет.

-я труба

Исходные данные водопропускной трубы:

F = 9.7 км2 L = 3.675 км I = 8‰

α = 0.8 φ = 0.31

по формуле (5.8)

Qл = 16.7 · 0.89 · 1 · 9.7 · 0.31 · 0.8 = 35.75 м3/с

По формуле (5.11)

Vдоб = 0.21·0.0081/4 = 0.06 м/с

По формуле (5.10)

По формуле (5.12)

м3

-я труба.

Исходные данные водопропускной трубы:

F = 0.7 км2 L = 1.3 км I = 18‰

α = 0.8 φ = 0.61

Gо формуле (5.8)

Qл = 16.7 · 0.89 · 2.39 · 0.7 · 0.61 · 0.8 = 12.13 м3/с

По формуле (5.11)

Vдоб = 0.21·0.0181/4 = 0.08 м/с

По формуле (5.10)

По формуле (5.12)

м3

Таблица 5.2 Расчетные характеристики стока ливневых вод

.2.3 Расчет стока талых вод

Расход стока талых вод определяется по формуле:

, м3/с

где : k0 - коэффициент дружности половодья, для лесостепной зоны - 0.02;

F - площадь водосбора, км2;

n - показатель степени, для лесостепной зоны - 0.25;

δ1 - коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в залесённых бассейнах, определяется по формуле

где: Ал - зелесённость водосбора, %;

n1 - показатель степени, принимаемый для лесостепной зоны - 0.16;

δ2 - коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в заболоченных бассейнах, определяется по формуле:

где : Аб - заболоченность территории, в %;

hp - расчетный слой суммарного стока, мм, той же вероятности превышения, что и искомый максимальный расход, определяется по формуле:

 = h·Kp

где: h - средний многолетний слой стока весеннего половодья, мм;

Kp - модульный коэффициент, зависящий от вероятности превышения паводка, коэффициента вариации СV, который принимается по карте коэффициентов вариации слоя стока половодий, и коэффициента ассиметрии CS=2CV, который определяется по графику. [3]

Расчет.

hр = 80·2.2=176 мм;

-я труба.

F = 9.7 км2

м3/с

-я труба.

F = 0.7 км2

м3/с

Таблица 5.3 Расчетные характеристики стока талых вод

.3 Назначение отверстий водопропускных труб без учёта аккумуляции

Данный расчет выполняется при необходимости обеспечения полного пропуска расчетного расхода в следующей последоватльности:

) Назначается диаметр трубы по таблице 5.4

Таблица 5.4 Разверы отверстий унифицированных труб.

2). Определяется расход в сооружении при Н=1.2d по формуле:

 = φб*ωc*√(gH), м3/с для круглых сечений

Qc = 1.33bH1/3, м3/с для прямоугольных сечений

где: φб -коэффициент скорости, который зависит от формы входного оголовка, принимаемый равным 0,85

- площадь сжатого сечения, м2

g - ускорение свободного падения, 9.81 м2/с

H - подпор воды перед трубой, м

b - ширина трубы, м

Площадь сжатого сечения для круглых сечений определяется по графику, в зависимости от соотношения глубины воды в сжатом сечении к диаметру водопропускной трубы. При безнапорном режиме протекания глубина воды в сжатом сечении равна 0.5Н. Для прямоугольных сечений площадь сжимаемого сечения равна 0.5bH.

) Далее, для назначенного диаметра трубы, определяются расходы при Н = 0.25d, 0.5d, 1.2d и строится график расходной характеристики трубы.

) Определяется скорость на выходе из трубы по формуле

Расчет.

Труба №1.

Принимаем прямоугольную трубу сечения 2х2.

Н=1.2*2=2.4 м,

=0.5*2*2.4 = 1.2 м2

Qc = 1.33*2*2.43/2 = 9.89 м3/с > Qp = 9.6 м3/с .

Рис. 5.5 График расходной характеристики трубы №1.

 = 0.85*√(9.81*2.2) = 3.95 м/с;

Труба №2.

Принимаем круглую трубу диаметром d=1.5м.

Н=1.2*1.5=1.8 м,

=0.8 м2

Qc = 0.85*0.8*√(9.81*1.8) = 2.86 м3/с > Qp = 2.2 м3/с .

Рис. 5.6 График расходной характеристики трубы №2

V = 0.85*√(9.81*1.12) = 2.82 м/с;

Таблица 5.4 Характеристики водопропускных труб

5.4 Расчет укрепления выходного русла водопропускных труб

Труба №1

Длина плоского укрепления на выходе из трубы назначается из условия:

=(3-4)d, м

d=2м

=8м

Ширина укрепления рассчитывается по углу растекания < по формуле:

 м =

Расчет размыва р за укреплением осуществляется по схеме:

Для определения глубины размыва за укреплением при свободном растекании водного потока можно воспользоваться данными: при м

р/Н=0.59 для Н=2.4м и р=1,42м

где:  - угол растекания, определяемый типом выходного оголовка:

р/Н - относительная глубина размыва (в долях глубины воды перед сооружением)

Глубина заложения предохранительного откоса определяется по формуле:

Труба №2

d=1.5м

=6м

При *tg/d=9.2

р/Н=0.424 для Н=1,8 и р=0.763м

Таблица 5.5. Укрепление водоотводного русла водопропускных труб

5.5 Конструирование водопропускных труб

Для того чтобы выполнить конструирование трубы необходимо определить ее длину.

Длина трубы без оголовков при высоте насыпи до 6м определяется по формуле:

Длина трубы без оголовков при высоте насыпи свыше 6м определяется по формуле:

где: В - ширина земляного полотна, м;

m, m1, m2 - коэффициенты заложения откосов земляного полотна;

n - толщина стенки оголовка, м;

 - угол между осью дороги и трубы.

i - уклон трубы для безнапорного режима протекания воды, равен уклону лога у сооружения, но не более:

где n1 =0.017 - коэффициент шероховатости,

Rс - гидравлический радиус.

Полная длина трубы:

тр.п. = Lтр +2М, м

где М - длина оголовков, м.

Труба №1

Труба №2

=24.41 м.

=24.41 +2*3.2=30.81

6. Проектирование продольного профиля

Проектирование ведется в следующем порядке:

1.   Составляется профиль поверхности земли по оси трассы (черный профиль).

2.      на основе анализа плана трассы и профиля земли назначают контрольные отметки и определяют их величину.

.        Выделяют участки с необеспеченным водоотводом и снегонезаносимые участки, для которых вычисляют рекомендуемые рабочие отметки по условиям снегонезаносимости и увлажнению верхней части дорожного полотна.

.        С учетом контрольных и рекомендуемых отметок наносят проектную линию и вычисляют проектные отметки.

.        Проектируются водоотводные каналы.

.        По типовому назначают поперечные профили земляного полотна и выполняют их привязку к местности.

.        Рассчитывают объемы земляных работ.

6.1 Черный профиль

Отметки пикетов и промежуточных точек определяются по горизонталям топографической карты для выбранного варианта трассы и заносятся в таблицу. По данным таблицы на миллиметровой бумаге вычерчивается продольный профиль, наносится грунтовый профиль.

Ведомость отметок земли по оси дороги:

6.1.2 Определение контрольных отметок

К контрольным отметкам, ограничивающим положение автомобильной дороги, относятся:

·  отметки НТ и КТ, если они зафиксированы на высоте

·        минимальные отметки земляного полотна над водопропускными трубами и верха проезжей части и путепроводов

·        отметки оголовка рельса и проезжей части на пересечениях с железной дорогой и автомобильной дорогой.

Минимальную отметку над водопропускными трубами следует определять исходя из следующих условий:

) Обеспечение бровки земляного полотна над расчетным уровнем воды;

) Высота грунтовой засыпки над трубой, обеспечивающей ее нормальную работу, должна быть не менее 0,5м.

, м

, м

где : Н - отметка земли перед трубой, м;

h - расчетная глубина воды, м;

 - гарантийный запас, принимаемый для безнапорных труб 0,5м;

d - отверстие трубы, м;

 - толщина стенок, м;

,5 - грунтовая засыпка перед трубой, м;

 - толщина дорожной одежды, м.

Труба 1 на ПК 14+00

 111.6 +2.0+0.23+0.5+0.7=115.03м.

Труба 2 на ПК 33+50

 127.5+1.5+0.23+0.5+0.7=130.43

6.1.3 Определение рекомендуемых отметок

Рекомендуемые рабочие отметки земляного полотна назначаются из условия снегонезаносимости и недопущения переувлажнения грунтов рабочего слоя земляного полотна.

На снегонезаносимых участках трассы высота насыпи должна быть не менее:

, м

где:  - высота снегового покрова 5% вероятности превышения - 0.56м (г. Лысково)

 - гарантийный запас, зависящий от категории дороги - 0.6 (III кат)

Н=0.56+0.6=1.16≈1.2 м

Возвышение поверхности покрытия, исходя из условий снегонезаносимости и недопущения переувлажнения грунтов, для дорог расположенных в пределах III1 дорожно-климатической зоны 1.2/1.0    м.

В числителе - длительно стоящие воды более 30- суток

В знаменателе - кратковременно стоящие воды менее 30 суток

Аналитический метод проектирования вертикальных кривых. Кривые вписываются в переломы проектной линии.

Элементы кривой: тангенс (Т), кривая (К), биссектриса (Б), определяются по формулам:

, м

К=2*Т, м

Б=Т/2R, м

Перед расчетом кривых, на продольный профиль наносятся контрольные отметки. Проектирование ведется слева на право, от первой контрольной точки на ПК0+00. Сначала определяются отметки связующих точек профиля и уклоны между ними. Связующие точки или точки перелома проектной линии назначаются с учетом рельефа местности, контрольных и рекомендуемых отметок. При этом нужно учитывать, что после разбивки вертикальной кривой проектная линия изменит свое положение.

Зная отметку начальной точки трассы  и определив по масштабу отметку первой связующей точки , вычисляют уклон между ними.

где: L - расстояние между точками.

После этого проводим увязку уклонов по формуле

При этом , полученная отметка конца трассы должна совпасть с заданной.

Отметки произвольной точки на кривой определяются от начала кривой по формуле:

, м

где:  - отметка искомой точки, м;

 - отметка начала кривой, м;

i - уклон в начале кривой, в долях от единицы;

 - расстояние от начала кривой до точки (а), м.

Знак «+» принимается перед вторым слагаемым формулы, если уклон в начале кривой положительный, а перед третьим - если кривая вогнутая. Места перехода выемок в насыпь называются точками «нулевых работ». Положение их определяется по формулам:

, м - на прямых

, м - на кривых

Пример расчета вертикальной кривой

Рассчитаем кривую с вершиной в ПК 00+50. Задаемся R=100000м

Т=[(-0.006-(-0.009))/2]*100000=150м

К=(-0.006-(-0.009))*100000=300м

Б=100/(2*20000)=0,11м

Определяем положение вершины кривой:

Расстояние  от вершины кривой до точки 1 с уклоном =0.006 равно:

м

Расстояние  от вершины кривой до точки 2 с уклоном =0.009 равно:

м

Расстояние L между точками с уклонами  и  равно:

L=(- 0.006 + 0.009)*100000=300м

Превышение точки над вершиной кривой определяется по формулам:

м

м

Определяем отметку положения вершины угла на кривой:

м

.1.4 Проектирование водоотводных канав

После нанесения проектной линии проектируем водоотводные канавы. Проектирование боковых водоотводных канав производим по следующему принципу:

Кюветы проектируются при высоте насыпи до 2 метров. Если местность имеет большой поперечный уклон, то канавы располагают только с верховой стороны. При водонепроницаемых грунтах и неудовлетворительных условиях поверхностного стока сечение канав принимается трапецеидальным. В сухих местах с обеспеченным стоком боковые канавы устраивают треугольного сечения.

Максимальная глубина канав не должна превышать 0,7-0,8м, считая от уровня земли, а минимальная глубина - 0,3м. В выемках глубина канав назначается таким образом, чтобы ее дно было ниже низа дорожной одежды не менее чем на 0,2м. Крутизну откосов водоотводных канав следует принимать не более 1:1,5. Продольные уклоны канав надо назначать не менее 3‰

Дну канавы придаем уклон примерно равный уклону земли, по которому на ближайшей плюсовой точке или пикете вычисляем отметку дна, при этом следует учитывать предыдущие требования.

трасса профиль земляной водопропускной

6.1.5 Поперечные профили земляного полотна

Проектируем характерные поперечные профили земляного полотна. Конструкция поперечного профиля выбирается по типовому проекту в следующей последовательности:

На продольном профиле выделяются однородные по условиям проектирования участки (по высоте насыпи и глубине выемки, условиям увлажнения виду грунта, снегонезаносимости и т.д.). Протяженность участков должна быть по возможности максимальной.

Границы выделенных участков привязываются к пикетам.

Зная категорию дороги, высоту насыпи или глубину выемки, с учетом вида грунтов, условий по снегонезаносимости и увлажнению по типовому проекту подбирают поперечный профиль.

В данном курсовом проекте используются типы поперечных профилей:

участок ПК0+0 - ПК11+80- тип поперченного профиля №2, принят на основании типового проекта: при высоте насыпи до 3-х метров и крутизне откосов 1:4 для дорог III технической категории. В нашем случае, максимальная высота насыпи 2.30 м.

участок ПК11+80 - ПК13+11- тип поперченного профиля №3, принят на основании типового проекта: при высоте насыпи до 3-х метров и крутизне откосов 1:1.5 для дорог III технической категории. В нашем случае, максимальная высота насыпи 6.0 м.

участок ПК13+11- ПК14+89 -тип поперченного профиля № 4, принят на основании типового проекта: при высоте насыпи до 12-ти метров. В нашем случае, максимальная высота насыпи 7.7м., n=1.2, m=1.75

участок ПК14+89 - ПК16+80- тип поперченного профиля №3, принят на основании типового проекта: при высоте насыпи до 3-х метров и крутизне откосов 1:1.5 для дорог III технической категории. В нашем случае, максимальная высота насыпи 6.0 м.

участок ПК16+80 - ПК32+50 - тип поперечного профиля №2, принят на основании типового проекта: при высоте насыпи до 3-х метров и крутизне откосов 1:4 для дорог III технической категории. В нашем случае, максимальная высота насыпи 2.30 м.

участок ПК32+50- ПК35+45 -тип поперченного профиля № 3, принят на основании типового проекта: при высоте насыпи до 6-ти метров. В нашем случае, максимальная высота насыпи 5.8 м., m=1.5

участок ПК35+45 - ПК50+00 - тип поперечного профиля №2, принят на основании типового проекта: при высоте насыпи до 3-х метров и крутизне откосов 1:4 для дорог III технической категории. В нашем случае, максимальная высота насыпи 2.50 м.

7. Подсчёт объемов земляных работ

При проектировании автомобильной дороги необходимо определить:

объем основных земляных работ при отсыпке насыпей и разработке выемок;

возможные источники получения грунта, а также среднюю дальность транспортировки;

объем дополнительных земляных работ по устройству присыпных обочин, водоотводных и нагорных канав, искусственных русел, отсыпки конусов у мостов и путепроводов, съездов с дороги, и т.п.

Подсчет объемов насыпей и выемок ведется по рабочим отметкам с учетом принятых типов поперечного профиля земляного полотна.

В курсовом проекте производится подсчет объемов насыпей.

Объемы для насыпей (VH) определяются по формуле:

= (Vпр+Vрс-Vдо)*kотн, м3

Где: Vпр - профильный объем земляного полотна, м3

Vрс - объем снимаемого растительного слоя грунта, м3

Vдо - поправка на устройство дорожной одежды, м3

kотн - коэффициент относительного уплотнения грунта (отношение требуемой плотности грунта в насыпи к его плотности в резерве), ориентировочные значения принимаются по таблице 4.7 (1). Котн=1.0

Профильный объем определяется по следующей зависимости:

Где: m - коэффициент заложения откосов земляного полотна;

L - длина участка, м;

F1, F2 - площадь поперечного сечения земляного полотна в начале и конце участка (поперечный уклон местности учитывается в том случае, если он больше 1:10), м2;

H1,H2 - рабочие отметки в этих же сечениях, м;

В насыпи площадь поперечного сечения определяется по формуле:

 = B*H + mH2, м2

Где: В - ширина земляного полотна поверху, м

m - коэффициент заложения откоса выемки, м.

Поправка на снятие растительного слоя равна:

рс=((F1рс + F2рс)/2)*L, м3

Где: Fiрс = (B + 2*Hi - m)*hрс, м2

hрс - толщина снимаемого растительного слоя грунта, м.

Поправка на устройство дорожной одежды рассчитывается по формуле:

до = Fдо*L, м3

где: Fдо - поперечная площадь дорожной одежды, м2

Fдо = (h1+h2)*(a-b/2)+m(h2)2, м2=Hдо-a*iоб-0.5*b*iпч, м2=h1+0.03*(a+0.5*b), м

Пикетная ведомость основных объемов земляных работ

Заключение

В результате проведенных работ была запроектирована автомобильная дорога III технической категории.

Расчетная интенсивность движения 3794 единиц в сутки.

Расчетная скорость дороги 100 км/ч.

Строительная длина трассы 10645.64 м.

Ширина проезжей части 7м, ширина обочины 2.5м.

Также были рассчитаны малые водопропускные сооружения:

прямоугольная водопропускная труба размерами 2х2м

круглая водопропускная труба диаметром 1.5м

Были назначены типовые поперечные профили (тип 2,3,4) и рассчитаны объемы строительных работ.

В целом в результате проделанных работ мы приобрели навыки работы с техническими документами, а так же разработки и оформления документации на строительство автомобильных дорог.