Привет студент

Курсовая работа

Проектирование автомабильной дороги II категории в Саратовской области

 

Введение

 

 

Дорожное хозяйство Российской Федерации на современном этапе развития государства является неотъемлемой частью единой транспортной системы страны, призванной содействовать решению общегосударственных и региональных социально-экономических проблем, а также осуществлению исполнения конституционного права граждан Российской Федерации на свободу передвижения. Поэтому строительство новых и реконструкция существующих автодорог является важнейшей отраслью промышленности в Российской Федерации.

Неотъемлемой частью строительства и реконструкции автодорог является проектирование. Стремясь к экономии материальных затрат на строительство дороги, необходимо качественное обоснование эффективности затрат в процессе проектирования. Проектирование современной дороги – это поиск компромисса между рядом противоречивых требований, а именно: минимума строительных работ, наибольшей эффективности и безопасности автомобильных перевозок, использование малоценных земель, охраны природы. Добиться рациональных решений данных требований возможно при максимальном количестве вариантов проектных решений. Необходимо совершенствование научного и технического уровня проектирования.  

Автомобильные дороги подвержены активному воздействию многочисленных природных и климатических факторов (снежным заносам, увлажнению выпадающими осадками, поверхностными и грунтовыми водами и др.). Эти особенности функционирования автомобильных дорог обязательно должны быть учтены при проектировании проектной линии продольного профиля (назначение руководящих рабочих отметок, контрольных отметок водопропускных сооружений) и земляного полотна.

Многообразие природных условий Российской Федерации не допускает использования типовых проектов и трафаретных решений. Поэтому от проектировщиков, прежде всего, требуются творческий подход к проектированию автомобильных дорог, умение находить технически правильные и экономически целесообразные инженерные решения.

В данной пояснительной записке изложено проектирование участка автомобильной дороги, расположенной в Саратовской области.

 

1 Природно-климатические условия района проектирования

 

1.1 Краткая характеристика района проложения трассы

Саратовская область расположена на юго-востоке европейской части России. В области находится 18 городов, 30 поселков городского типа, 607 сельских округов, 1785 сельских населенных пункта. С запада на восток территория области вытянута на 575 км и с севера на юг - 240 км. Река Волга делит область на две части - Правобережную и Левобережную (Заволжье Пограничными районами являются: на севере - Пензенская, Ульяновская области, северо-востоке - Самарская, на востоке - Оренбургская область, юге - Волгоградская, западе - Воронежская и Тамбовская области, на юго-востоке проходит государственная граница с Казахстаном. На территории области сформировались следующие орографические районы: Приволжская возвышенность, Окско-Донская низменность, долина Волги, Сыртовая равнина Заволжья, Общий Сырт и Прикаспийская низменность Область расположена в трех ландшафтных зонах: лесостепной, степной и полупустынной.

 

1.1 Рельеф местности

 

Саратовская область располагается в юго-восточной части Русской равнины и включает несколько крупных орографических единиц: Окско-Донскую и Сыртовую равнины, Приволжскую возвышенность, отроги возвышенности Общий Сырт, долину Волги и Прикаспийскую низменность. Абсолютные высоты возвышенностей изменяются от 180-200 м до 379 м; на равнинах высоты составляют менее 160 м. Наиболее глубоко опущена юго-восточная часть области; её высоты в пределах области от 45-50 м на севере до 20-25 м на юге. Общими чертами строения рельефа являются: широкое развитие ступеней и эрозионных ярусов рельефа, значительное эрозионное расчленение, прямое или обратное выражение геологических структур в рельефе. Чередование возвышенностей и низин происходит на общем фоне падения высот Русской равнины к югу. На территории области широким распространением пользуются разнообразные природные и инженерно-геологические процессы, определяющие основные черты современного рельефа. Наиболее ярко проявляются гравитационные процессы (оползни, осыпи, курумы), эрозионные процессы (овраги, балки, плоскостной смыв, русловая и боковая эрозия), а также процессы переработки береговых водохранилищ: подтопление населения пунктов и значительных участков орошаемых массивов, формирование мощных толщ насыпных грунтов в пределах засыпанных оврагов, крупных балок и терриконов. В области много крупных и мелких карьеров, связанных с добычей известняков, песков, мергелей и глин.

 

 

 

1.2 Климат

 

Характерные особенности климата Саратовской области - континентальность, засушливость, большая изменчивость от года к году - определяются расположением его в зоне континентального климата, умеренных широт и влиянием солнечной радиации, подстилающей поверхности и связанной с ними атмосферной циркуляцией. Засушливые годы повторяются в среднем через два года. В левобережье континентальность климата, засушливость и дефицит осадков выражены намного ярче. Для Саратовского Поволжья характерны достаточно морозные зимы. Средняя температура зимних месяцев колеблется от -10 градусов в правобережье до -14 градусов в Заволжье. Нередки морозы 30-35 градусов. А в отдельные зимы температура переваливала и за -40 градусов. В то же время бывают и оттепели. В связи с этим наблюдаются большие колебания температуры. Нередки снежные зимы, когда высота снежного покрова превышает 50 см. Часты метели. При метелях скорость ветра может достигать больших значений.

Лето длится в среднем 4,5 месяца. В это время года средняя температура колеблется от +21 до +24 градусов. Как правило, погода сухая малооблачная. Часто с конца июня и до середины августа наблюдается сильная продолжительная жара, когда температура не опускается ниже +30 градусов. В левобережье нередки суховеи, достигающие большой силы. Летние осадки довольно неравномерны как во времени, так и в пространственном распре­делении. В связи с небольшими размерами территории области климатические различия несущественны (Таблица 1.1)

 

 

Таблица 1.1 - Среднегодовая температура воздуха

 

Месяц	I	II	III	IV	V	VI
Температура, 0 С	-14,8	-14,2	-7,7	4,7	14,7	19,8
Месяц	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Температура, 0 С	21,9	20	13,3	4,6	-4,4	-11,5

  

Выписываем все параметры, согласно {9;10}:

а) максимальная температура воздуха +42⁰ С, а минимальна -42⁰ С;

б) дата образования устойчивого снежного покрова 20-23 ноября;

в) дата разрушения устойчивого снежного покрова 10-15 апреля;

г) число дней с устойчивым снежным покровом 140 дней;

д) глубина промерзания глинистых и суглинистых грунтов 175 мм;

е) дата перехода температуры через 0⁰ С – 29 сентября и 3 мая.

 

 

 

 

Таблица 1.2 - Зимнее направление ветра (январь)

 

С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ

 

Таблица 1.3 - Летнее направление ветра (июль)

 

С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ

 

 

Таблица 1.4 - Распределение осадков по месяцам

 

Месяц	Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Осадки, мм	36	30	30	31	47	53	79	46	51	43	55	50

 

Таблица 1.5 - Высота снежного покрова

 

Месяц	Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Высота снежного покрова, см	37	42	27	-	-	-	-	-	-	-	4	14

 

Таблица 1.6 - Влажность воздуха по месяцам

 

Месяц	Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Упр. Вод. пара, гПа.	2.7	2.9	3.8	8.7	9.3	12.7	15.1	14.3	10.3	7	4.8	3.6

 

На основании вышеуказанных таблиц строим розу ветров и дорожно-климатический график (Приложение А).

 

1.3 Почвы и грунты

Почвы на территории области крайне неоднородны по своему составу. На долю черноземов приходится 50,4%, каштановых почв – 30%, солонцов – 11,5%, аллювиальных почв – 6,3% и прочих – 1,8%. Из всех земельных ресурсов области почвы тяжелого механического состава занимают 86%, среднесуглинистые почвы – 9%, почвы легкого механического состава – 5%. Содержание гумуса в почвах колеблется от 5,5-8% в типичных и слабовыщелоченных черноземах до 1,5-3% в каштановых и светло-каштановых почвах. Качество почв правобережных районов заметно лучше почв Левобережья.

1.4 Растительность

 

В растительном покрове Саратовской области преобладают многолетние травянистые растения, характерные для степных зон и хорошо приспособленные к засушливому климату. В северной и западной частях Правобережья распространены луговые степи. Большая часть территории Правобережья и север Левобережья заняты разнотравно-типчаково-ковыльными степями, типчаково-ковыльные степи занимают центральную часть Левобережья. На крайнем юго-востоке и юге Левобережья области распространены пустынные степи или полупустыни.

 

1.5 Животный мир

 

Сочетание лесостепных, степных и полупустынных ландшафтов обусловливает богатство и разнообразие животного мира Саратовской области. Здесь насчитывается более  500 видов позвоночных и более 30 тыс. видов беспозвоночных животных. Наряду с узкоспециализированными, характерными для лесных, степных или полупустынных биотопов, видами, в пределах региона обитает большое число таксонов, связанных с интразональными местообитаниями, крупнейшим из которых является пойма реки Волги.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчет плана трассы

 

2.1 Определение технических параметров автомобильной дороги

 

 

Необходимо запроектировать автомобильную дорогу от пункта А до пункта Б на участке в Саратовской области, с перспективной интенсивностью движения   N20 = 4300 авт/сут. Согласно заданной интенсивности движения проектируемая дорога относится к III технической категории. Составим таблицу технических параметров согласно СНиПу 2.05.02.85.

 

Таблица 2.1 – Технические параметры дороги

 

Показатели	Значения
Перспективная интенсивность движения	4300 авт/сут
Расчетная скорость движения	100 км/ч
Число полос движения	2
Ширина полосы движения	3,75 м
Ширина проезжей части	7,5 м
Ширина обочины	3 м
Наименьшая ширина укрепленной полосы обочины	0,5 м
Ширина земляного полотна	13,5 м
Наибольший продольный уклон	40 ‰
Наибольшее расстояние видимости:	250 м
для остановки
встречного автомобиля	450 м
Наименьшие радиусы кривых:	800 м
в плане
в продольном профиле:	15000 м
выпуклых
вогнутых	5000 м

 

 

2.1 Разбивка пикетажа и расчет закруглений

 

Соединяем пункты А и Б воздушной линией. Так как воздушная линия пересекает населенные пункты и лесные массивы, то появляется необходимость отклонения от воздушной линии для преодоления препятствий. Мы рассматриваем два возможных и наиболее выгодных варианта (красного и синего) проектирования трассы.

 

 

Расчет первого (синего) варианта автомобильной дороги

 

 

Первый вариант (синий) проектируемой дороги состоит из трех участков и имеет два угла поворота. Определяем пикетажное положение вершины первого угла. Для этого производим разбивку пикетажа от начального пункта А до вершины первого угла в масштабе карты.

ПК ВУ1 = 27+75,00

Величина угла поворота α1 = 72° 00′

 

Для плавного перехода с одного участка на другой необходимо вписать кривую. Для расчета принимаем радиус R1 = 900 м.

Из таблицы Митина выписываем элементы кривой для R = 1100м:

 

Т1 = 653,89 м

К1 = 1130,98 м

Б1 = 212,46 м

 

На кривых имеющих радиус меньше 2000 м, а именно 900 м предусматриваются переходные кривые, элементы которых, выписываем из таблицы 3.1 – Основные параметры переходных кривых

 

длина переходной кривой L1 = 120 м

добавочный тангенс t1 = 59,99 м.

сдвижка кривой p1=0,66 м

угол 2φ=7° 38′

 

Устанавливаем возможность разбивки переходных кривых из условия:

 

2φ ≤ α1

7° 38′ ≤ 72° 00′

 

то есть разбивка переходных кривых возможна. Определяем длину круговой кривой K0 которая остается после устройства переходных кривых с двух сторон закругления:

 

                                                                  (2.1)

  

 

Для определения К0 необходимо перевести минуты и секунды в градусы согласно таблице 3.4 – Перевод минут и секунд в градусы.

Полная длина закругления определяется по формуле:

                                                                        (2.2)

 

 

При устройстве закругления с переходными кривыми величина домера определяется по формуле:

 

                                                                (2.3)

 

 

Определяем пикетажное положение начала закругления первой кривой по формуле:

 

                                                        (2.4)

- Т1    6+ 53,89

        21+21,11

- t1       0+59,99

                                                 ПК НЗ1 20+61,12   

 

Определяем пикетажное положение конца закругления первой кривой по формуле:

 

                                       ПК КЗ1= ПК НЗ1 +КрЗ1                             (2.5)

 

ПК НЗ1 20+61,12

+ КрЗ1  12+50,56

ПК КЗ1 33+11,68

 

Делаем проверку вычислений по формуле:

 

                                              (2.6)

 

 

 

 

 

 

ПК ВУ1 27+75,00

+Т1         6+53,89

           34+28,89

+t1         0+59,99

               34+88,88

-Д1           1+77,20

ПК КЗ1    33+11,68

Зная контрольные точки, вписываем первую кривую. Производим разбивку пикетажа на кривой и определяем расстояние S1 между началом трассы и вершиной первого угла поворота трассы по формуле:

 

            S1 = ПК ВУ1 или S1 = ПК ВУ1 - ПК Нтр +Д0               (2.7)

 

ПК ВУ1 27+75,00

-ПК Нтр 0+00,00

               27+75,00

+Д0         0+00,00      

S1         27+75,00

 

S1 =2775 м

 

Длину прямой вставки определяем по формуле:

 

                               P1 = ПК НЗ1 – ПК Нтр                               (2.8)

 

ПК НЗ1 20+61,12

-ПК Нтр     0+00,00                            

P1         20+61,12

 

P1 = 2061,12 м

 

От конца первой кривой производим разбивку пикетажа до вершины второго угла в масштабе карты.

 

ПК ВУ2 = 47+50,00

Величина угла поворота α2 = 82° 00′

 

Для плавного перехода с одного участка на другой необходимо вписать кривую. Для расчета принимаем радиус R2 = 900 м.

Из таблицы Митина выписываем элементы кривой для R2 = 900 м:

 

Т2 = 782,36 м

К2 = 1288,05 м

Б2 = 292,51м

 

На кривых имеющих радиус меньше 2000 м, а именно 900 м предусматриваются переходные кривые, элементы которых, выписываем из таблицы 3.1 – Основные параметры переходных кривых

 

 

длина переходной кривой L2 = 120

добавочный тангенс t2 = 59,99 м.

сдвижка кривой p2= 0,66 м

угол 2φ =7° 38′

 

Устанавливаем возможность разбивки переходных кривых из условия:

 

2φ ≤ α2

7° 38′ ≤ 82° 00′

 

то есть разбивка переходных кривых возможна. Определяем длину круговой кривой K0 которая остается после устройства переходных кривых с двух сторон закругления:

 

                                                              (2.1)

  

 

Для определения К0 необходимо перевести минуты и секунды в градусы согласно таблице 3.4 – Перевод минут и секунд в градусы.

Полная длина закругления определяется по формуле:

 

                                                                     (2.2)

 

 

При устройстве закругления с переходными кривыми величина домера определяется по формуле:

 

                                                              (2.3)

 

 

Определяем пикетажное положение начала закругления второй кривой по формуле:

                                                      (2.4)

 

 

- Т2       7+82,36

           39+67,64

- t2        0+59,99

                                                 ПК НЗ2 39+07,65   

 

Определяем пикетажное положение конца закругления второй кривой по формуле:

 

                                   ПК КЗ2= ПК НЗ2 +КрЗ2                               (2.5)

 

ПК НЗ2 39+07,65

+ КрЗ2  14+07,56

ПК КЗ2   53+15,21

 

Делаем проверку вычислений по формуле:

 

                                            (2.6)

 

ПК ВУ2 47+50,00

+Т2           7+82,36

             55+32,36

+t2           0+59,99

            55+92,35

-Д2                  2+77,14

ПК КЗ2 53+15,21  

 

Зная контрольные точки, вписываем вторую кривую. Производим разбивку пикетажа на кривой и определяем расстояние S2 между вершиной первого угла и вершиной второго угла поворота трассы по формуле:

 

                             S2 = ПК ВУ2 - ПК ВУ1 +Д1                           (2.7)

 

 

 

 

ПК ВУ2 47+50,00

-ПК ВУ1 27+75,00

               19+75,00

+Д1         1+77,20      

S2        21+52,20

 

S2 = 2152,20 м

 

Длину прямой вставки между двумя закруглениями определяем по формуле:

 

                               P2 = ПК НЗ2 – ПК КЗ1                               (2.8)

 

ПК НЗ2 39+07,65

-ПК КЗ1 33+11,68                            

P2           5+95,97

 

P2 = 595,97 м

 

От конца второй кривой производим разбивку пикетажа до конца трассы в масштабе карты. Конец трассы соответствует пикету 65+60,00. Таким образом, общая длина трассы равна 6560 м

Определяем расстояние S3 между вершиной второго угла поворота трассы и концом трассы по формуле:

 

                               S3 = ПК Ктр - ПК ВУ2 +Д2                          (2.7)

 

ПК Ктр   65+60,00

-ПК ВУ2 47+50,00

               18+10,00

+Д2        2+77,14      

S3       20+87,14

 

S3 = 2087,14 м

 

Длину прямой вставки от конца второго закругления до конца трассы определяем по формуле:

                               P3 = ПК Ктр – ПК КЗ2                               (2.8)

 

ПК Ктр 65+60,00

-ПК КЗ2 53+15,21                            

P3        12+44,79

 

P3 = 1244,79 м

 

Вычислим величины румбов:

наблюдаемый румб первой прямой r1 = СЗ:53º

вычисляемый румб второй прямой определяем по формуле:

 

                                             r2 = α1 -r1                                (2.9)

 

     r2 = 72º- 53º

     r2 = СВ:19º

 

Вычисляемый румб третей прямой определяем по формуле:

 

                                               r3 = α2-r2                                 (2.10)

 

       r3 = 82º -19º

     r3 = СЗ:63º

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Делаем четырехкратную проверку правильности расчетов:                               1) сумма прямых вставок, а также круговых и переходных кривых равна длине трассы:

 

                                     ∑Р + ∑КрЗ = Lтр                                   (2.11)

 

(2061,12+595,97+1244,79)+(1250,56+1407,56) = 6560

6560 = 6560

                                                                                                                                 2) разность между суммой расстояний между вершинами углов и суммой домеров равна длине трассы:

 

                                       ∑S + ∑Д = Lтр                                   (2.12)

 

(2775+2152,2+2087,14) – (177,2+277,14) = 6560

6560 = 6560

 

                                                                                                                                 3) разность между удвоенной суммой тангенсов и суммой длин закруглений равна сумме домеров:

 

                         2∙∑(T+t) - ∑КрЗ = ∑Д                                   (2.13)

 

2∙(653,89+782,36+59,99+59,99) – (1250,56+1407,56) = 177,2+277,14

454,34 = 454,34

                                                                                                                                 4) разность между суммой углов право и суммой углов лево равно разности начального и конечного румбов:

 

                            ∑ αпр + ∑ αлев = rн - rк                                   (2.14)

 

72+82 = 63-53

10 = 10

 

Все полученные данные заносим в ведомость углов поворота, прямых и кривых.

 

 

Расчет второго (красного) варианта автомобильной дороги

 

Второй вариант проектируемой дороги состоит из двух прямых участков и имеет один угол поворота. Определяем пикетажное положение вершины этого угла. Для этого производим разбивку пикетажа от начального пункта до вершины угла в масштабе карты.

ПК ВУ₁ 38+00

Величина угла поворота = 43°, влево.

Для плавного перехода с одного участка на другой необходимо вписать кривую. Для расчета принимаем R = 3000 м.

По таблицам [4] выписываем значения элементов кривой для R =3000 и умножаем их на величину принимаемого радиуса, тогда:

= 1181,73 м;

= 2251,47 м;

= 111,99 м;

= 224,37 м

 

Определяем пикетажное положение начала закругления кривой, по формуле (2.4):

,                                       (2.4)

 

где ПК H3₁ - пикетажное положение начала закругления кривой;

ПК ВУ₁ - пикетажное положение вершины угла.

 

_ПК ВУ1	38+00,00
Т1	11+81,73
ПК НЗ1	26+18,27

Определяем пикетажное положение конца закругления кривой, согласно формуле (2.5):

                                     (2.5)

 

где ПК КЗ₁- пикетажное положение конца закругления кривой.

 

ПК НЗ1	26+18,27
+К1	22+51,47
ПК КЗ1	48+69,74

 

Делаем проверку вычислений по формуле (2.6):

 

                                     (2.6)

 

ПК ВУ1	38+00,00
+Т1	11+81,73
-Д1	1+11,99
ПК КЗ1	48+69,74

 

Зная контрольные точки начала и конца закругления, вписываем кривую, откладывая от вершины угла вправо и влево величины тангенсов и во внутрь величину биссектрисы.

Далее необходимо определить расстояние между вершинами углов , которое равно пикетажному положению данного угла минус пикетажное положение предыдущего плюс домер предыдущего угла. Так как в нашем случае рассматривается первый угол поворота, то вместо пикетажного положения предыдущего угла принимаем начало трассы.

= ПК , следовательно, =3800 м

Определяем длину прямой между двумя закруглениями , которая равна значению пикетажного положения начала закругления данной кривой минус значение пикетажного положения конца предыдущей кривой (формула 2.7):

 

= ПК -ПК                                              (2.7)

 

_ПК    26+18,27

ПК      0+00.00

         26+18,27

=2618,27м    

 

От конца кривой производим разбивку пикетажа до конца трассы. Конец трассы соответствует пикету 60+50,00. Таким образом, общая длина трассы равна 6050 м.

Определяем расстояние между концом трассы и вершины угла по формуле (2.9):

 

= ПК - ПК + ,                                           (2.9)

 

ПК    60+50,00

ПК      38+00,00

+Д₁           1+11,99

             23+61,99

=2361,99 м.

 

Длина прямой от конца первого закругления до конца трассы определяется по формуле (2.10):

 

= ПК - ПК ,                                           (2.10)

 

_ ПК 60+50,00

ПК 48+69,74

         11+80,26

= 1180,26 м.

 

 

 

Вычисляем величины румбов:

- наблюдаемый румб первой прямой r₁ = СЗ 20˚;

- вычисляемый румб второй прямой r₂ = СЗ 63˚;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Делаем четырех кратную проверку правильности расчетов:

1) сумма прямых вставок, а также круговых и переходных кривых равна длине трассы:

=L                                                   (2.11)

 

где - сумма прямых вставок;

– сумма круговых и переходных кривых;

L – длина трассы.

 

(2618,27+1180,26) + (2251,47) = 6050м

6050м =6050м

 

2) разность между суммой расстояний между вершинами углов и суммой домеров равна длине трассы:

= L                                                  (2.12)

 

где - сумма расстояний между вершинами углов;

- сумма домеров.

 

(3800+2361,99) – 111,99 = 6050м

6050м=6050м

 

3) разность между удвоенной суммой тангенсов и суммой длин закруглений равна сумме домеров:

                                   (2.13)

 

где – удвоенная сумма тангенсов.

 

2(1181,73) – 2251,47 = 111,99

 

111,99м =111,99м

 

4) разность между суммой углов право и суммой углов лево равно разности начального и конечного румбов:

 

= r_H - r_K                                             (2.14)

 

где сумма углов право;

сумма углов лево;

r_H – румб начальный;

r_K – румб конечный.

 

43=20-63

43=43

 

Все полученные данные заносим в ведомость углов поворота, прямых и кривых.

 

2.2 Описание вариантов трассы

 

Проектируемая автомобильная дорога состоит из ряда прямых участков которые должны сопрягаться кривыми обеспечивающими плавные переходы с одного кривого участка на другой. Степень удлинения трассы по отношению к воздушной линии определяется по коэффициенту развития трассы:

 

                                                   (2.15)

 

где L – фактическая длина трассы, м;

L₀ - длина воздушной линии, м

 

 

Вариант 1

 

Проектируемая автомобильная дорога имеет два угла поворота: первый угол расположен на ПК 27+75 поворачивает вправо на 72⁰, второй угол расположен на ПК 47+50 поворот вправо на 82⁰ для прохождения точке трассы. Величины прямых вставок: 2061,12 м, 595,97 м , 1244,79 м. Направление трассы северо-западное. Трасса проходит по пахотным землям, пересекая лесной массив в двух местах. Длина трассы составляет 6560 м. Автомобильная дорога не имеет пересечений с рекой.

 

Вариант 2

 

Проектируемая автомобильная дорога имеет один угол поворота: он расположен на ПК 38+00 поворачивает влево на 43⁰, Величины прямых вставок: 2618,27 м, 1180,26м. Направление трассы северо-западное. Трасса проходит по пахотным землям, не пересекая лесные массивы. Длина трассы составляет 6050 м. Автомобильная дорога не имеет пересечений с рекой.

 

2.3 Сравнение вариантов трассы по эксплуатационно-техническим показателям

 

 

После того как был произведен расчет плана трассы, дорожной одежды, гидравлический расчет искусственных сооружений, расчет руководящей отметки и объемов земляных работ можно произвести сравнение вариантов трассы для выбора наиболее выгодной.

 

Таблица 2.1 - Сравнение эксплуатационно-технических показателей вариантов трассы

 

 

№	Показатели	Вариант №1	Вариант №2	Преимущество
				Вариант №1	Вариант №2
1	Длина трассы, км.	6,56	6,05	-	+
2	Коэффициент развития трассы	1,09	1,008	-	+
3	Количество углов поворота, шт.	2	1	-	+
4	Средняя величина угла поворота	77	43	+	-
5	Минимальный радиус поворота, м	900	3000	-	+
6	Обеспечение видимости в плане	Более 200 м	Более 200 м	=	=
7	Количество пересечений в одном уровне	9	4	-	+
8	Количество пересекаемых водотоков	0	0	=	=
9	Максимальный продольный уклон, %	50	50	=	=
10	Протяженность участков не благоприятных для устойчивого земляного полотна	-	-	=	=
11	Протяженность участков проходящих по лесу, км	0,2	0,05	-	+
12	Объем земляных работ, м3 (насыпь/выемка)	0	0	-	-
13	Длина проектируемых ж/б мостов и путепроводов	-	-	=	=

 

 

Вывод: в данном курсовом проекте наиболее выгодным для проектирования является второй вариант трассы, его и принимаем для дальнейшего проектирования.

 

     4 Выбор типа конструирования и расчет дорожной одежды. Тип дорожной одежды – нежёсткий

 

   К нежестким дорожным одеждам относятся одежды со слоями, устроенными из асфальтобетона, а так же из слабосвязных зернистых материалов, обработанных комплексными и другими вяжущими.

   Различают в дорожной одежде следующие элементы: а) покрытие – верхний, наиболее прочный влагонепроницаемый, относительно других слоев тонкий, хорошо сопротивляющийся истиранию, ударам и сдвигу слой дорожной одежды, самый дорогой слой, но обеспечивает ровность, шероховатость и сцепление на проезжей части, обладая наименьшей толщиной; б) основание – несущая прочная часть дорожной одежды, предназначена для передачи распределения давления на расположенный ниже дополнительный слой, оно должно быть монолитным; в) дополнительный слой основания – проектируется при определенных климатических условиях и конструируется из материалов, устойчивых к внешним воздействиям; г) рабочий слой земляного полотна – часть полотна, располагающаяся в пределах земляного полотна от низа дорожной одежды на 2/3 глубины промерзания, но не менее 1,5 м от поверхности покрытия проезжей части

   Расчетный (проектный) срок службы проектируемой дорожной одежды и требуемый уровень проектной надежности необходимо назначать на основе норм, применяемых административными органами по согласовании с региональными дорожными организациями.

   Задачи и принципы конструирования:

1 Конструкция одежды может быть принятой типовой или разработана для каждого участка или ряда участков дороги отдельно, которые характеризуются сходными природными условиями (грунт земляного полотна, условия увлажнения, дальность перевозки дорожно-строительных материалов)

2 При выборе конструкций дорожной одежды для данных условий предпочтение следует отдавать проверенной на практике в данных условиях типовой конструкции.

   Согласно ОДН 218.046-01 нежесткие дорожные одежды рассчитываются на прочность. Под прочностью дорожной одежды понимают способность сопротивляться процессу развития остаточной деформации и разрушений под воздействием касательных и нормальных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от расчетной нагрузки, приложенной к поверхности покрытия (НК-60, НК-80).

     Оценка прочности конструкции включает оценку прочности в целом (упругий прогиб), так и оценку прочности с учетом напряжений, возникающих в отдельных слоях конструкции.

   Дорожную одежду следует проектировать с требуемым уровнем надежности. Под уровнем надежности понимают вероятность безотказной работы в течении межремонтного периода. Количественным показателем отказа дорожной одежды как элемента инженерного сооружения линейного характера используется предельный коэффициент К_р^пр, представляющий собой отношение суммарной протяженности (или суммарной площади) участков дороги, требующих ремонта из-за недостаточной прочности дорожной одежды к общей протяженности дороги (общей площади) между корреспондирующими пунктами. К_р^пр за последний год службы в зависимости от капитальности дорожной одежды и категории дороги следует принимать по таблице 3.1 ОДН 218.046-01.

     Нежесткие дорожные одежды рассчитываются согласно ОДН с усовершенственно-капитальном и совершенственно-облегченном типом покрытия по 3-м критериям: по величине упругого прогиба, на растяжении при изгибе, по сдвигу в подстилающем слое.

 

     4.1 Расчет конструкции дорожной одежды

 

     Конструкции дорожной одежды согласно СНиПу 2.05-02.85 с усовершенственно-капитальном типом покрытия рассчитывают с перспективным сроком до капитального ремонта – 15 лет, с усовершенственно-облегченном – 10 лет, с переходным – 8 лет.

     Конструкции дорожной одежды назначают с учетом наличия местных материалов и с учетом требуемого модуля упругости Е_тр для данной категории дороги. Согласно СНиПу 2.05.02-85 Е_тр для I категории – 220 Мпа, II – 180 МПа, III – 160 Мпа. Если при расчете Е_тр получается меньше рекомендуемого СНиПом, то к расчету принимаем значение СНиПа.

     При назначении конструктивных слоев дорожной одежды необходимо учитывать, что однослойные асфальтобетонные покрытия удовлетворительно работают только на прочных основаниях из материалов, обработанных органическими или неорганическими вяжущими. На дорогах с тяжелым движением общая толщина слоев из материалов, обработанных органическими вяжущими (асфальтобетон + верхний слой основания) не должен быть меньше 12 см.

     Конструктивные слои дорожной одежды необходимо назначать так, чтобы обеспечить более плавный переход от жестких верхних слоев к низшим слоям с меньшей жесткостью, с тем, чтобы улучшить напряженное состояние на контакте слоев.

   Определим интенсивность движения на расчетный срок эксплуатации:

 

N₁₅ = ·m₁₅,                                                                                                  (4.1)

где m₁₅, m₂₀ – коэффициенты, характеризующие отложение интенсивности данного года к интенсивности 1-го года эксплуатации.

 

N₁₅ = ·1,98 = 3417 авт/сут

 

     Полученный N₁₅ приводим к расчетному автомобилю групп А и Б. Если в составе движения больший процент грузовой – группа А, больший легковых – группа Б.

 

   Таблица 4.1 – Приведенная интенсивность движения N_р

 

Марка автомобиля	Состав, %	Количество	Ккприв	Nр
МАЗ 500	15	420	1	420
ЗиЛ 130	31	868	0,36	313
ГАЗ 53	16	448	0,1	45
Автобус	19	532	0,18	96
Всего				874

 

 

     Прочность конструкции количественно оценивается величиной коэффициента прочности. Табл. 3.1 ОДН К_пр. При оценки прочности конструкции в целом по допускаемому упругому прогибу коэффициент прочности определяется по формулам:

К_пр =                                                                                                          (4.3)

 

К_пр =                                                                                                         (4.4)

 

     При оценке прочности конструкции по слоям по допускаемому напряжению К_пр определяют по формуле:

 

К_пр = ,                                                                                                                (4.5)

 

где L_доп – допустимый общий прогиб конструкции под расчетной нагрузкой;

L – расчетный общий прогиб конструкции под расчетной нагрузкой;

σ_расч – расчетное действующее напряжение (нормальное или касательное) от расчетной нагрузки;

σ_доп. – допустимое напряжение (нормальное или касательное) от расчетной нагрузки;

– требуемый общий модуль упругости конструкции, определяемый при расчетной нагрузки;

- расчетный общий модуль упругости конструкции, определяемый при расчетной нагрузки

     Расчет конструкции нежесткой дорожной одежды сводится к коэффициенту прочности проектируемой прочности, должен быть таким, чтобы в заданный межремонтный период не наступил отказ по прочности с вероятностью более заданной, то есть была бы обеспечена заданная надежность.

 

     Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы [3]:

Для расчета по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости по формуле:

 

                                                                                       (4.6)

 

где К_с – коэффициент суммирования (Приложение 6, табл. П.6.3);

Т_рдг – расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции (Приложение 6, табл. П.6.1) [7];

К_n – коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого (таблица 3.3)

 

1138547 авт/сут

 

 

 

4.2 Вариант 1

 

Расчет конструкции по допускаемому упругому прогибу

 

1. Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:

• для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2 табл. П.2.5, Приложение 3 табл. П.3.2. и Приложение 3 табл. П.3.8) [7];
• для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2 табл.П.2.4, приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.8) [7];
• для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3 табл. П.3.1 и Приложение 3 табл. П.3.8) [7]

Вариант 1

Таблица 3.2 - 1 вариант дорожной одежды

 

№	Материал слоя	h слоя, см	Расчет по допустимому упруг, прогибу, [7] Е, МПа	Расчет по усл. сдвигоустойчивости [7], Е, Па	Расчет на растяжение при изгибе [7]
					Е, МПа	Ro, МПа		m
1	Асфальтобетон мелкозернистый, плотный на БНД марки 60/90	5	3200	1800	4500	9,8	5,2	5,5
2	Асфальтобетон крупнозернистый пористый на БНД марки 60/90	8	2000	1200	2800	8,0	5,9	4,3
3	Гравий (щебень) с легкими заполнителями, обработанные вязким битумом	22	500	500	500	-	-	-
4	Сортированный щебень 1-2 класса	32	290	290	290	-	-	-
5	Суглинки легкие	-	90	90	49	-	-	-

 

2. Расчет по допускаемому упругому ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме (рис. 3.1):

1) ;

По Приложения 1 табл. П. 1.1 р=0,6МПа, D = 37 см

 

;

 

= 0,60·290 = 174 МПа

 

2) = 0,35; ;

 

= 0,54·500 = 270 МПа

 

3) = 0,14; ;

 

= 0,19·2000 = 380МПа

 

4) = 0,12; ;

 

= 0,15·3200 = 480 МПа

5) Определяем     величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции по формуле:

E_min = 98,65[lg( – c]                                                     (4.7)

 

где с – эмпирический параметр, принимаемый равный равным для расчетной нагрузки на ось 100 кН – 3,55

 

E_min = 98,65[lg(1138547)– 3,55] = 247,3 МПа

 

6) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

= 1,94

 

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу 1,20 (табл. 3.1) [7].

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

 

 

 

 

Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости в грунте

 

Действующие в грунте или в песчаном слое активные напряжения сдвига вычисляют по формуле (3.4):

Т = р,                                                           (3.4)

 

где - удельное активное напряжение сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм;

р - расчетное давление от колеса на покрытие.

Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.

 

Вариант 1

 

В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт со следующими характеристиками: (при W_p = 0,57W_т и SN_p = 1138547 авт/cут) Е_н = 90 МПа (табл. П.2.5.) [7]; j = 7° и с = 0,009 МПа (табл. П.2.4) [7].

Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляют как средневзвешенный по формуле (3.5), где значение модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по таблице П.3.2 [7] при расчетной температуре +20 ^оС (табл 3.5) [7]:

: ,                                                      (3.5)

 

где п - число слоев дорожной одежды;

E_i - модуль упругости i-го слоя;

h_i - толщина i-го слоя

 

= 580,3 МПа

 

По отношениям 6,45 и и при j = 7° с помощью номограммы (рис 3.3) [7] находим удельное активное напряжение сдвига:

= 0,035 МПа.

Т = 0,035×0,6 = 0,021 МПа.

 

Предельное активное напряжение сдвига Т_пр в грунте рабочего слоя определяем по формуле (3.6):

T_np = с_Nk_д + 0,1g_срz_опtgj_СТ,                                                    (3.6)

 

где с_N - сцепление в грунте земляного полотна (или в промежуточном песчаном слое), МПа, принимаемое с учетом повторности нагрузки (Приложение 2, табл П.2.6 или табл П.2.8) [7];

k_д - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания. При устройстве нижнего слоя из укрепленных материалов, а также при укладке на границе «основание - песчаный слой» разделяющей геотекстильной прослойки, следует принимать значения k_д равным:

- 4,5 - при использовании в песчаном слое крупного песка;

- 4,0 - при использовании в песчаном слое песка средней крупности;

- 3,0 - при использовании в песчаном слое мелкого песка;

- 1,0 - во всех остальных случаях [7].

z_оп - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость, от верха конструкции, [7] см;

g_ср - средневзвешенный удельный вес конструктивных слоев, расположенных выше проверяемого слоя, [7] кг/см³;

j_СТ - расчетная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки [7]

 

Для расчетов принимаем:

С_N = 0,009 МПа;

К_д = 1,0;

Z_оп = 5+8+22+32 = 67 см;

Т_пр = 0,009 + 0,1×0,003×67×tg 35° = 0,0231 МПа,

где 0,1 - коэффициент для перевода в МПа

 

что больше  

 

Расчет конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе

 

Вариант 1

 

Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме (рис 3.1) [7].

 

Е_н = 270 МПа

 

К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.

Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (3.5):

 

= 3453,8 МПа

 

Модули упругости асфальтобетонных слов назначаем по табл. П.3.1. [7].

По отношениям и по номограмме (рис. 3.4) [7] определяем =   2,0 МПа.

Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.7):

s_r =                                                (3.7)

где s_r - растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку, определяемое по номограмме (рис. 3.4) [7];

к_в - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном. Принимают равным 0,85 (при расчете на однобаллонное колесо к_в = 1,00) [7];

р - расчетное давление [7]

= 2,0· 0,6· 0,85 = 1,02 МПа

Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.8):

 

R_N = R_ok₁k₂(1 - v_R×t),                                        (3.8)

где R_o - нормативное значение предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки, принимаемое по табличным данным (Приложение 3, табл. П.3.1) [7];

k₁ -  коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки (формула 3.9);

k₂ -  коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (табл. 3.6) [7];

v_R -  коэффициент вариации прочности на растяжение (Приложение 4) [7];

t -    коэффициент нормативного отклонения (Приложение 4) [7]

 

при R_o = 8 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. П.3.1) [7] v_R = 0,10 (табл. П.4.1) [7]; t = 1,71 (табл. П.4.2) [7].

                                                                (3.9)

где m – показатель степени, зависящий от свойств материала, рассчитываемого монолитного слоя (приложение 3, табл. П.3.1) [7];

α – коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя влажности (табл. П.3.1) [7].

k₂ = 0,80

R_N = 8×0,23×0,80(1 - 0,1×1,71) = 1,22

 

= 1,19, что больше, чем = 1,0 .

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.

 

4.3Вариант 2

 

Таблица 3.2 - 1 вариант дорожной одежды

 

№	Материал слоя	h слоя, см	Расчет по допустимому упруг, прогибу, [7] Е, МПа	Расчет по усл. сдвигоустойчивости [7], Е, Па	Расчет на растяжение при изгибе [7]
					Е, МПа	Ro, МПа		m
1	Асфальтобетон мелкозернистый, плотный на БНД марки 60/90	5	3200	1800	4500	9,8	5,2	5,5
2	Асфальтобетон крупнозернистый пористый на БНД марки 60/90	8	2000	1200	2800	8,0	5,9	4,3
3	Гравий (щебень) с легкими заполнителями, обработанные вязким битумом	22	500	500	500	-	-	-
4	Сортированный щебень 1-2 класса	32	290	290	290	-	-	-
5	Суглинок	-	49	49	49	-	-	-

 

2. Расчет по допускаемому упругому ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме (рис. 3.1):

1) ;

По Приложения 1 табл. П. 1.1 р=0,6МПа, D = 37 см

 

;

 

= 0,41·290 = 118,9 МПа

 

2) = 0,24; ;

 

= 0,43·500 = 215 МПа

 

3) = 0,108; ;

 

= 0,15·2000 = 300МПа

 

4) = 0,094; ;

 

= 0,12·3200 = 384 МПа

5) Определяем     величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции по формуле:

E_min = 98,65[lg( – c]                                                     (4.7)

 

где с – эмпирический параметр, принимаемый равный равным для расчетной нагрузки на ось 100 кН – 3,55

 

E_min = 98,65[lg(1138547)– 3,55] = 247,3 МПа

 

6) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:

= 1,55

 

Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу 1,20 (табл. 3.1) [7].

Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.

 

 

 

 

 

     Величина минимального требуемого общего модуля упругости конструкции вычисляется по формуле:

E_min = 98,65[lg( – c]                                                                                  (4.7)

 

где с – эмпирический параметр, принимаемый равный равным для расчетной нагрузки на ось 100 кН – 3,55

 

E_min = 98,65[lg(1138547)– 3,55] = 247,3 МПа

 

 ЧЕРТЕЖИ

 

Скачать: izyskanie.rar