Проектирование автомобильной дороги в Челябинской области

Проектирование автомобильной дороги в Челябинской области

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно - Уральский государственный университет»

(Национальный исследовательский университет)

Заочный инженерно-экономический факультет

Кафедра «Строительные конструкции и инженерные сооружения»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Изыскания и проектирование автомобильных дорог»

Выполнил: Личидов В.А.

Проверил: Кондратенко Т.А.

Челябинск 2012г.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

. Общая часть

1.1 Характеристика природных условий и экономика района проектирования

.1.1 Климатические условия

.1.2 Рельеф местности

.1.3 Растительность

.1.4 Почвенно-грунтовые условия

.1.5 Гидрологические и гидрогеологические условия

.1.6 Экономическая характеристика района проектирования автомобильной дороги

.2 Обоснование технической категории автомобильной дороги

.3 Технические нормативы проектируемой автомобильной дороги

2. Проектирование продольного профиля автомобильной дороги

2.1 Исходные данные

.2 Определение контрольных и руководящих отметок

.3 Расчет элементов проектной линии

.4 Расчет проектных, рабочих отметок и точек нулевых работ

.5 Поверхностный водоотвод

3. Проектирование поперечного профиля автомобильной дороги

3.1 Насыпь

.2 Выемка

4. Расчет объемов земляных работ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

В народном хозяйстве все виды транспорта образуют единую транспортную систему и работают во взаимной увязке. Транспорт является неотъемлемым элементом любого производства, обеспечивая связь между промышленными, сельскохозяйственными и другими отраслями народного хозяйства. Он влияет на все процессы развития экономики нашей страны, на размещение производительных сил, освоение новых районов и природных богатств, способствует повышению жизненного уровня народа и его культуры, имеет огромное значение в укреплении обороноспособности страны, но без качественных и безопасных дорог это не возможно.

При хорошем состоянии дорожной сети экономически целесообразно перевозить грузы автомобильным транспортом на большие расстояния. Дорожные условия характеризуются соблюдением ширины проезжей части и обочин, продольных и поперечных уклонов. Дорожные условия существенно влияют на основные показатели работы автомобилей. Улучшение дорожных условий ускоряет перемещение грузов и пассажиров, изменяет экономические связи.

Так образуется сеть автомобильных дорог. Она обеспечивает административные, хозяйственные и культурные связи между экономическими районами.

При выполнении задач дорожного строительства большая роль отведена проектным организациям, которые должны предусматривать в проектах всё новое в области проектирования современных автомобильных дорог. В задачи проектирования входит проектирование таких дорог, которые бы обеспечивали безопасность, т.е. были снегонезаносимыми, с максимальными радиусами закругления, оптимальными продольными уклонами, с обеспеченным водоотводом и экономически эффективными.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

.1 Характеристика природных условий и экономика района проектирования

.1.1 Климатические условия

Челябинская область расположена в зоне континентального климата с холодными и длинными зимами, теплым летом и относится к II-III дорожно-климатическим зонам Российской Федерации. Средняя температура в январе составляет - 15 -17 0С, в июле +16 +18 0С. Среднегодовое количество осадков по области 350 - 375 мм. В западной части выпадает до 700мм осадков, в восточной 300 - 400мм. Среднемесячные tº воздуха, количество осадков, повторяемость ветра в январе и июле представлены в таблицах №1.1.1.1 - 1.1.1.4, розы ветров января и июля показаны на рис. 1.1.1.1.

Таблица №1.1.1.1 Среднемесячные температуры воздуха

Таблица №1.1.1.2 Среднемесячное количество осадков

Таблица №1.1.1.3 Повторяемость ветра в январе

Январь                                                      июль

Рис. 1.1.1.1 Розы ветров

По собранным климатическим данным строится дорожно-климатический график района проектирования дороги (рис. 1.1.1.2). На графике отображаются периоды строительства искусственных сооружений, земляного полотна и дорожной одежды. Периоды строительства назначаются исходя из специфики работ и в зависимости от температуры воздуха. Работы по устройству искусственных сооружений не ограничиваются температурой (0гр.). Возведение земляного полотна и дорожных оснований начинается при 0ºС и заканчивается при 0ºС (Iгр.). Период строительства дорожной одежды начинается при +5ºС и выше весной и заканчивается за 2 недели до дождливого периода или при +10 ºС осенью (IIгр.). При устройстве облегченных покрытий с органическими вяжущими период строительства от +15ºС и выше (IIIгр.). При устройстве поверхностной обработке период строительства от +15ºС и выше (IVгр.).

Рис. 1.1.1.2 Дорожно-климатический график

.1.2 Рельеф местности

Рельеф Челябинской области отличается большим разнообразием. Он формировался на протяжении миллионов лет. В пределах Челябинской области имеются различные формы рельефа - от низменности и холмистых равнин до горных хребтов, вершины которых превышают 1000 метров. Высочайшая точка области - гора Нургуш (1406 метров).

На территории Челябинской области находятся Западно-Сибирская низменность, которая ограничена с запада горизонталью (отметка 190 метров над уровнем моря), что проходит через села Багаряк, Кунашак и далее через Челябинск - на юг. Низменность слабо наклонена на северо-восток, понижаясь до 130 метров у восточной границы области. Низменность расчленена широкими долинами рек. Зауральская холмистая возвышенная равнина занимает центральную часть территории области и простирается полосой вдоль восточных склонов Уральских гор от 50 км на севере до 150 км. На юго-западной окраине равнины Уральский мелкосопочник, включающий Карагайские горы и возвышенность Куйбас. Поверхность равнины испещрена котловинами озер и речными равнинами с пологими склонами.

.1.3 Растительность

Растительность Челябинской области можно подразделить на 3 зоны:

. Растительность горнолесной зоны, включая западные и северо-западные районы области (смешанные хвойно-широколиственные леса, светлохвойные сосновые и лиственничные леса, темнохвойные елово-пихтовые леса, подгольцовые луга и редколесья, гольцы (горные тундры)).

. Растительность лесостепной зоны, включающую центральную и северо-восточную, восточную части области (от реки Уй на север), с преобладанием лесов из березы и осины, участков луговой степи и остепненных лугов, в настоящее время почти полностью распаханных и ленточных островных боров.

. Растительность степной зоны (южнее реки Уй), включающую разнотравно-ковыльные, луговые степи, кустарниковую растительность по балкам и низинам, островные боры, каменистые степи

.1.4 Почвенно-грунтовые условия

Почвы в Челябинской области расположены зонально. Челябинская область расположена в пределах трех природных зон: лесной, лесостепной и степной. В лесной зоне распространены темно-серые лесные оподзоленные, серые лесные оподзоленные и светло-серые лесные оподзоленные почвы.

В лесостепной зоне преобладают выщелоченные черноземы и светло-серые лесные оподзоленные почвы. На севере и востоке основное место занимают оподзоленные черноземы, солонцы, солончаки и солончаковые черноземы. Между Чебаркулем и Верхнеуральском расположены тучные черноземы с высоким содержанием гумуса. В степной зоне преобладают черноземы: в Верхнеуральском районе - южные и темно-каштановые почвы, выщелоченные и солонцеватые черноземы и солонцы.

Грунт земляного полотна проектируемой автомобильной дороги - суглинок легкий. Уровень грунтовых вод отмечен на глубине НУГВ = 10,0м.

.1.5 Гидрогеологические и гидрологические условия

В пределах области берут начало многочисленные реки, принадлежащие к бассейну Камы, Тобола и Урала. Так как здесь, в основном, их верховья, поэтому они маловодны. Рек длиной более 10 км насчитывается в области 348, их суммарная длина составляет 10235 км. Протяженность свыше 100 км имеют всего 17 рек. И только 7 рек: Миасс, Уй, Урал, Ай, Уфа, Увелька, Гумбейка - имеют в пределах области длину более 200км. Большая часть территории области относится к Обскому бассейну. На восток, в Тобол и его притоки, течет большинство рек Челябинского Зауралья: Синара, Теча, Миасс, Увелька, Уй, Тогузак, Карталы-Аят, Синташта и другие.

.1.6 Экономическая характеристика района проектирования автомобильной дороги

Челябинская область является одной из наиболее индустриально развитых территорий России.

Определяют развитие области такие отраслевые комплексы, как металлургический, машиностроительный, топливно-энергетический, строительный, аграрно-промышленный. Отраслевые комплексы включают более 2-х тысяч только крупных и средних предприятий. Наибольшее значение имеют металлургический и машиностроительный комплексы, где сосредоточено более 80% основных производственных фондов области, более 40% трудовых ресурсов и где расходуется основная часть топливно-энергетических и материальных ресурсов. Ведущая отрасль экономики области - металлургия. Здесь сосредоточено 35% промышленных производственных фондов. В общем объеме производимой продукции доля машиностроения составляет 30%. В общем объеме валовой промышленности области доля топливно-энергетического комплекса составляет около 5%. Предприятия строительного комплекса обеспечивают потребности не только области, но и других регионах страны. Площадь сельскохозяйственных угодий в области составляет 5,1 млн. га.

.2 Определение технической категории автомобильной дороги

 = 2520 авт/сут - фактическая общая интенсивность движения на 20-ый год эксплуатации автомобильной дороги, q = 1,02 - коэффициент ежегодного прироста интенсивности движения.

Определим расчётную интенсивность, приведённую к легковому автомобилю:

 (1.2.1)

где:  - интенсивность, приведённая к легковому автомобилю- доля автомобиля в потоке

К_пр - коэффициент приведения к легковому автомобилю

Согласно СНиП 2.05.02-85* [2] автомобильная дорога с интенсивностью 4998 пр.авт/сут относится к III технической категории. Согласно ГОСТ Р 52398-2005 [3] дорога принадлежит к III классу, т.е. дорога обычного типа (нескоростная дорога).

.3 Технические нормативы проектируемой автомобильной дороги

Таблица №1.3.1 Технические нормативы проектируемой автомобильной дороги

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ

автомобильный дорога климатический земляной

2.1 Исходные данные

Исходными данными для проектирования продольного профиля являются: III категория автомобильной дороги, , , ‰, ‰, ,  , ведомость углов поворота прямых и кривых, грунтовые условия: суглинки легкий и тяжелый, наличие реперов.

Определение отметок поверхности земли производиться по карте масштабом 1:10000 методами интерполяции, когда пикет или плюсовая точка расположены между двумя соседними горизонталями и экстраполяции, когда пикет находится внутри замкнутой горизонтали. Полученные отметки заносятся в таблицу №3.1.1.

Таблица №3.1.1 Ведомость отметок земли

.2 Определение контрольных и руководящих отметок

Контрольные отметки фиксируют положение оси земляного полотна по высоте.

К ним относятся отметки НТ и КТ, пересечения с другими автомобильными и железными дорогами, минимальные отметки проезжей части мостов и над водопропускными трубами.

Рекомендуемая рабочая отметка определяется по следующим формулам:

) Для участков с наличием грунтовых вод:

  (2.1)

где: h - минимальное возвышение поверхности покрытия, принимаемое по СНиП 2.05.02−85*[2] в зависимости от грунта рабочего слоя насыпи и дорожно-климатической зоны, м;- ширина проезжей части, м;_поп. - поперечный уклон, ‰;_гв - глубина залегания грунтовых вод, м.

 м

) Для участков с необеспеченным поверхностным стоком при глубоком залегании грунтовых вод:

 (2.2)

где: h' - минимальное возвышение поверхности покрытия, принимаемое по СНиП 2.05.02−85*[2] в зависимости от грунта рабочего слоя насыпи и дорожно-климатической зоны, м.

 м

) Для участков, проходящих по открытой местности, по условию снегонезаносимости зимой во время метелей:

 (2.3)

где: h_сн - расчётная высота снежного покрова с вероятностью превышения 5%, м;

∆H - возвышение бровки насыпи над расчётным уровнем снежного покрова, необходимое для снегонезаносимости автомобильной дороги, м.

 м

Принимаем  м.

Для определения минимальной высоты насыпи над трубой воспользуемся следующей формулой:

 (2.4)

где: d - диаметр трубы, м δ - толщина стенки трубы, м- минимальная засыпка над трубой (0,5 м) с учётом монолитных слоев дорожной одежды.

ПК 16+30 d = 1,0 м  м

ПК 18+65 d = 1,0 м  м

ПК 23+00 d = 1,0 м  м

2.3 Расчёт элементов проектной линии

Проектная линия наносится методом тангенсов, при котором её проектируют сопрягающимися прямыми участками с последующим вписыванием в их переломы вертикальных кривых.

Элементы вертикальных кривых определяются по формулам:

Тангенс

 (3.1)

где:- радиус вертикальной кривой, м;₁, i₂ - уклоны прямых. Биссектриса

 (3.2)

Кривая

 (3.3)

.4 Расчет проектных, рабочих отметок и точек нулевых работ

Проектные отметки определяются по формуле:

 (4.1)

где:  - проектная отметка предыдущего пикета, м; - уклон прямой линии;

ℓ - расстояние между пикетами, м.

Пример:

 м

Остальные проектные отметки приведены в таблице №3.4.1:

Таблица №3.4.1 Ведомость проектных отметок

Рабочие отметки определяются по формуле:

 (4.2)

где:  - проектная отметка пикета, м;

 - отметка земли (существующая отметка), м.

Например:

 м

Остальные проектные отметки приведены в таблице №3.4.2:

Таблица №3.4.2 Ведомость рабочих отметок

Определение точек нулевых работ:

При переходе проектной линии из выемки в насыпь (или наоборот) необходимо знать пикетажное значение точки перехода (Т.Н.Р.). Расстояние до Т.Н.Р. от ближайшего пикета находится из подобия треугольников по формуле:

 (4.3)

Точек нулевых работ по трассе нет, т.к. продольный профиль выполнен в насыпи.

.5 Поверхностный водоотвод

При проектировании продольного профиля необходимо обеспечить продольный водоотвод, в систему которого входят боковые канавы (кюветы) и резервы. Отвод воды осуществляется в пониженные места или в водопропускные сооружения (трубы, мосты и др.). Кюветы устраивают в выемках и у невысоких насыпей (до 1…1,2 м) треугольного или трапецеидального сечения. Треугольные сечения канав принимаются в сухих местах с быстрым стоком поверхностных и глубоким залеганием грунтовых вод. Глубина таких канав не менее 0,3 м от поверхности земли.

Ширина по дну принимается равной 0,6 м для нагорных водоотводных и 0,4 м для кюветов. Бровка канавы должна быть не менее чем 0,2 м выше поверхности воды в канаве.

Во избежание размыва требуется укрепление водоотводных канав, которое назначают в зависимости от продольного уклона. При продольном уклоне до 10 ⁰/₀₀ в песчаных грунтах и до 20 ⁰/₀₀ в глинистых - без укрепления; при уклоне до 30 ⁰/₀₀ - одерновка, от 30 до 50 ⁰/₀₀ - мощение; более 50 ⁰/₀₀ - бетонированные лотки, быстротоки, водобойные колодцы.

В курсовом проекте принимаются треугольные водоотводные канавы c обеих сторон от дороги глубиной 0,5 м в районах с необеспеченной рекомендуемой отметкой: ПК 05+50 - ПК 07+75 - без укрепления, ПК 12+25 - ПК 13+75 - без укрепления, ПК 28+25 - ПК 29+75 - без укрепления.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ

.1 Насыпь

Коэффициенты заложения земляного полотна в насыпях принимают: не круче 1:4 для насыпей высотой до 3 м на дорогах I-III категории и не круче 1:3 для насыпей высотой до 2 м на дорогах остальных категорий. Более высокие насыпи, а также насыпи на ценных плодородных землях, строящиеся из привозного грунта, допускается возводить с более крутыми откосами 1:1,5 при обязательной установки ограждений на высоких насыпях.

Для устойчивости высоких насыпей, кроме случая отсыпки их из валунных, гравелистых и щебеночных грунтов, которым можно придавать постоянную крутизну до высоты 12 м, нижнюю часть откосов, начиная с 6 м от бровки земляного полотна, делают более пологим 1:1,75.

Если дорогу прокладывают по малоценным землям, грунт для насыпи берут из устраиваемых рядом с насыпью боковых резервов. Размеры резервов определяют исходя из количества грунта, необходимого для возведения земляного полотна. Глубина резерва должна быть не более 1,5 м и не менее 0,3 м. На участках с поперечным уклоном местности резервы располагают с нагорной стороны, на горизонтальных - с одной или с двух сторон в зависимости от необходимого грунта и местных условий.

Расчет поперечных профилей и их привязка заключается в нахождении проектных отметок земляного полотна и фактических отметок земли.

Рис 4.1.1 Расчетная схема поперечного профиля насыпи

Расстояние между бровкой обочины и бровкой земляного полотна в проекции на горизонтальную плоскость определяется по формуле:

 (4.1.1)

где: - толщина дорожной одежды, 0,87 м;- ширина проезжей части, 7 м;

- ширина обочины, 2,5 м;₁ - заложение откоса в долях единицы;₃ - поперечный уклон земляного полотна, 0,03;_п - уклон проезжей части, 0,02;_о - уклон обочины, 0,04.

Расстояние между подошвой насыпи и бровкой земляного полотна в проекции на горизонтальную плоскость определяется по формуле:

 (4.1.2)

где: - рабочая отметка, м;₂ - поперечный уклон местности.

Расстояние между подошвой насыпи и бровкой земляного полотна в проекции на горизонтальную плоскость с нагорной стороны определяется по формуле:

 (4.1.3)

Тип 1. Насыпь до 3 м

Расчёт поперечного профиля на ПК 13+00; h_раб = 1,45 м; заложение откоса 1:1,5 (i₁ = 0,667); i₂ = 0,003

 м

 м

 м

.2 Выемка

На снегозаносимых участках местности для дорог I-III категории выемки глубиной до 1 м рекомендуется устраивать обтекаемого поперечного профиля, обеспечивающего незаносимость их снегом.

В местности с интенсивными метелями и снегопадами выемки глубиной до 5 м устраивают с откосами 1:1,5 − 1:2 с дополнительными полками шириной не менее 4 м. При большой глубине для откосов выемок, устраиваемых на песчаных и однородных глинистых грунтах принимают заложение 1:1,5; в крупнообломочных - до 1:1. Для улучшения обтекаемости внешние кромки откосов округляют.

Рис. 4.2.1 Расчётная схема поперечного профиля выемки

Расстояние Х₁ определяется по формуле:

 (4.2.1)

 (4.2.2)

где: - глубина канавы, 1,0 м; b_К - ширина канавы, 0,40 м;

i_К - внутренний уклон откоса выемки, 0,25

Выемка по трассе не предусмотрена.

4. РАСЧЕТ ОБЪЕМОВ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

Для составления проекта организации работ, выбора типов дорожных машин и оценки стоимости строительства автомобильной дороги должны быть определены объёмы земляных работ, которые требуется выполнить при возведении земляного полотна. Объёмы земляных работ определяются с использованием таблиц Н.А. Митина [6] для подсчёта объёмов земляных работ автомобильной дороги.

Объём земляных работ определяется по формуле:

 (5.1)

где: V_р.р.о. - поправка на разницу рабочих отметок;_п - профильный объем.

Рассчитанные объемы приведены в ведомости объемов земляных работ.

Таблица №5.1 Ведомость объёмов земляных работ

Объём земляных работ с учётом коэффициента уплотнения:

_{з/р насыпь} = Σ V_{з/р насыпь} · К_упл = 105100 1,05 = 110355м³

ПК 03+00 - вогнутая R = 10000 ПК 08+00 - вогнутая R = 15000

м  м

 м  м

 м  м

ПК 14+00 - вогнутая R = 20000 ПК 19+00 - выпуклая R = 50000

 м  м

 м  м

 м  м

ПК 23+00 - вогнутая R = 30000 ПК 28+00 - вогнутая R = 25000

 м  м

 м  м

 м  м

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проектируемая автомобильная дорога находится в третий дорожно-климатической зоне. По СНиП 2.05.02-85^* автомобильная дорога относится к III технической категории. Выбран оптимальный вариант проложения трассы, исходя из безопасности движения и экономичности строительства автомобильной дороги.

Принятый вариант трассы имеет два угла поворота, запроектированных с учетом обхода высотных и других препятствий.

В вершины углов поворота для безопасности движения вписаны максимально возможные радиусы кривых.

Проектная продольного профиля линия запроектирована, исходя из значений контрольных и опорных высотных точек и установления необходимого возвышения земляного полотна в зависимости от конкретных условий местности. Проектная линия проложена методом тангенсов, при котором её проектируют сопряжёнными прямыми участками с последующим вписыванием вертикальных кривых согласно СНиП 2.05.02-85* [2].

Для отвода поверхностных вод от земляного полотна в насыпях типа 1 (места с необеспеченной рекомендуемой рабочей отметкой) запроектированы треугольные водоотводные канавы.

Произведён расчёт объёмов земляных работ с учётом поправок на разность рабочих отметок.

ЛИТЕРАТУРА

1.      Большая русская энциклопедия: в 30 т. М.: Наука, 1970.

.        СНиП 2.05.02-85*. Автомобильные дороги / Госстрой СССР. М.: Транспорт,1974.

.        ГОСТ Р 52398-2005. Классификация автомобильных дорог. Основные параметры и требования. - М., 2006.

.        Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. Часть I. - М.: Транспорт, 1987.

.        Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. Часть II. - М.: Транспорт, 1987.

.        Митин Н.А. Таблицы для разбивки горизонтальных и вертикальных круговых кривых и закруглений с переходными кривыми на автомобильных дорогах. М.:Транспорт,1983.

.        Митин Н.А. Таблицы для подсчета объемов земляного полотна автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1977.

.        Антонов Н. М., Боровков Н. А., Бычков Н. Н. Проектирование и разбивка вертикальных кривых на автомобильных дорогах (описание и таблицы). М.: Транспорт, 1986.

.        Кудрявцев М. Н., Каганович В. К. Изыскания и проектирование автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1973.

.        Автомобильные дороги (Примеры проектирования) Под редакцией В.С.Порожникова. - М.: Транспорт, 1983. - 303с.