Инженерное обустройство территории. 3

Введение. 

     С позиции системного подхода процесс  проектирования автомобильных дорог  осуществляется по блочно-иерархическому принципу. И первый блок проектных  задач, который, во многом, предопределяет потребительские качества будущей  дороги, это - блок трассирования автомобильных дорог в плане и продольном профиле.

     Независимо  от стадии проектирования (обоснование  инвестиций, инженерный проект, рабочая  документация) и вида дорожных проектных  работ (строительство, реконструкция, ремонт) процесс трассирования создает основные предпосылки к тому, чтобы проектируемая дорога обеспечивала возможность интенсивных перевозок грузов с высокими скоростями при минимальных затратах, была безопасной и комфортной как для водителей, так и для пассажиров.

     Для того, чтобы процесс трассирования совершенствовался и реализовывал вышеперечисленные условия, необходимо: понимание и учет условий функционирования системы «водитель - автомобиль - дорога - окружающая среда»; знание и понимание современной нормативной базы, технологий и методов проектирования; исследование и применение вычислительных и инструментальных возможностей прикладной математики и компьютерной техники.

     Проф. В.Ф. Бабков писал: «...Нельзя забывать, что выбранная трасса закрепляет положение дороги и влияет на развитие прилегающей к ней территории на многие годы... Ошибку при строительстве дороги можно исправить в процессе ремонтов. Изменить неудачно выбранную трассу значительно труднее, а иногда и вообще невозможно, так как придорожная полоса быстро осваивается и застраивается».

     В данной работе я приведу пример проектирования отрезка автодороги IV класса. 

1. Трассирование автомобильной дороги. 

      При трассировании дорог учитывают  следующие рекомендации:

      дороги  трассируют в обход высотных и контурных препятствий, особо полезных и ценных угодий, по границам землепользований, полей и других с.-х. участков;

      не  допускают затопления полезных земель и заболачивания пойм путем создания постоянных подпоров воды у сооружений или преграждения стока воды из пониженных мест;

      существующие автомобильные и железные дороги пересекают на прямом участке, по возможности под прямым углом, но, во всяком случае, не меньше 45°;

      большие водотоки пересекают в самом узком месте, нормально течению, где пойма не заболочена;

      положение трассы не подчиняют удобству пересечения небольших оврагов, малых рек и ложбин;

      пересечения и примыкания сельскохозяйственных дорог проектируют в одном  уровне и располагают на ровных площадках  и прямых участках дорог.

      Проектирование  внутрихозяйственной сети начинают с размещения полевых дорог, совмещая их с границами полей севооборота. Для рационального выполнения механизированных агротехнических работ поля севооборота проектируют в форме прямоугольников. Длину поля принимают в зависимости от вида выращиваемых культур и техники полива. Расположение дорог согласовывают с размещением защитных лесополос.

      Размещение  внутрихозяйственных дорог, соединяющих  населенные пункты с сельскохозяйственными  предприятиями, полевыми станами, складами и т.п., ведется аналогично внехозяйственной дорожной сети.

Сеть  полевых дорог связывается с  населенными пунктами и внехозяйственными  дорогами посредством внутрихозяйственных  подъездных дорог.

      В нашем случае трасса меняет направление, в этом случае необходимо вписать в угол круговую кривую. Основные элементы кривой рассчитываются по формулам;

тангенс T=R*tg*

длина кривой K=

биссектриса Б=

α=74^◦; R=700 – отсюда

Т=700*tg*

K=

Б=

2. Поперечный профиль дороги. 

      Согласно  техническим условиям сельскохозяйственные дороги первой группы проектируют однополосными  с шириной проезжей части 4,5 м, шириной обочин - 1,75 м; дороги второй группы должны быть шириной проезжей части 4,5-3,5 м, шириной обочин - по 1,75-1,5 м. Иногда одну из обочин проектируют уширенной до 3 - 4 м для движения тракторных агрегатов.

      Величина  поперечного уклона проезжей части  дороги зависит от типа покрытия. Асфальто- и цементобетонные покрытия устраивают с уклоном 1,5-2,0 %, мостовые, грунтовые и покрытия из местных материалов - с уклоном 3-4 %. Поперечный уклон обочин принимают на 1-3 % больше уклона проезжей части.

      Рациональный  поперечный  профиль  земляного  полотна выбирается по типовым проектным решениям в зависимости от климатических, геологических и гидрогеологических условий района.

      Высоту  насыпи рекомендуется принимать  с учетом дорожно – климатической зоны, типа местности и почвенно-грунтовых условий.

      Дорожно-климатическая зона определяется по схеме деления территории России на дорожно климатические зоны.

      Независимо  от дорожно-климатической зоны в  сухих местах без избыточного  увлажнения (1-й тип местности) земляное 
полотно рекомендуется устраивать в насыпи высотой 0,2—0,3 м 
(в нулевых отметках).

      В сырых местах с избыточным увлажнением  в отдельные периоды года (2-й  тип местности) и в мокрых местах с постоянным избыточным увлажнением (3-й тип местности) минимальную  высоту бровки земляного полотна  принимают по табличным значениям.

      Грунтовые профилированные дороги в сухих  местах и в пределах населенных пунктах  устраивают насыпью, высота которой  до 0,6 м, с треугольными кюветами.

      В не дренирующих грунтах (глины, суглинки, пески пылеватые) при интенсивных осадках и высоком уровне грунтовых вод насыпи высотой до 0,8 м устраивают с трапецеидальными кюветами.

      При высоте насыпи до 1,5 м применяют кювет-резервный  профиль. При возведении насыпи из привозных грунтов, а также на подходах к мостам и трубам при высоте насыпи до 1 м применяют бескюветный профиль .

      При пересечении пониженных мест и на подходах к искусственным сооружениям  насыпи высотой от 1,0 до 6-10 м выполняют с бермами. Насыпи высотой от 6 до 12 м обычно устраивают с откосами переменной крутизны.

     При проектировании дороги на косогоре с нагорной стороны необходимо предусмотреть нагорную канаву.

     Анализ  грунтового профиля показывает, что  его верхняя часть сложена  суглинком лёгким пылеватым, поэтому для возведения земляного полотна в насыпях в качестве грунта принят суглинок лёгкий пылеватый.

     Согласно  табличным значениям высота дорожной насыпи будет = 0,5м. уклон откоса составит 1:1,5. 

3. Продольный профиль дороги. 

     Продольный  профиль представляет собой проекцию оси дороги на параллельную ей вертикальную поверхность. На продольном профиле фиксируются координаты всех пикетных и плюсовых точек, лежащих на оси дороги. При построении продольного профиля употребляются различные масштабы для расстояний и высот (масштаб расстояний: 100 м=2 см; масштаб высот: 5 м=1 см).

     В результате того, что масштаб высот в 10 раз крупнее масштаба расстояний, на продольном профиле изображение рельефа более наглядно.

В соответствии с требованиями стандарта на продольный профиль наносятся следующие  элементы : -графа пикетов и расстояний (шириной 2 см); графа черных отметок ; в нее заносятся отметки (высоты) поверхности земли , проведенной через ось дороги; -графа красных отметок , в которую заносятся отметки бровок дорожного полотна; -графа уклонов красной (проектной) линии ; в нее заносятся значения продольных уклонов от перелома до перелома красной линии в вертикальной плоскости. Запись осуществляется в виде дроби, у которой числитель - величина продольного уклона данного элемента красной линии (т. е. отношение разности высот двух крайних точек к расстоянию между этими точками), а знаменатель - расстояние.

     Ординаты точек, откладываемые в соответствии с черными и красными отметками начиная от оси абсцисс, условная отметка которой избрана с таким расчетом, чтобы ординаты не были слишком растянуты; 
-черная линия, соединяющая верхние точки ординат соответственно черным отметкам; 
-красная линия, соединяющая верхние точки ординат соответственно красным отметкам;

-рабочие  отметки, представляющие собой  алгебраическую разность между  красными и черными отметками;  если эта разность положительная, то рабочие отметки соответствуют высоте насыпи и выписываются над красной линией; если разность отрицательная, то рабочие отметки соответствуют глубине выемки и выписываются под красной линией; 
-условный план трассы с указанием расположения всех прямых и кривых участков и характеризующих их данных; этот план, условно вытянутый в одну прямую линию, размещается несколько ниже графы пикетов. 
Кроме перечисленных элементов, на продольном профиле обычно помещают:

- сведения  об искусственных сооружениях;

- ситуацию  местности (в пределах по 50 м от оси дороги в каждую сторону);  
- почвенно-грунтовую характеристику; данные о кюветах и типе проезжей части.

     При стандартном расположении элементов  продольного профиля единицы  измерения не проставляют, а также не помещают координатную сетку и шкалу высот. Величины черных отметок, необходимые для нанесения на продольный профиль черной линии, характеризующей естественный рельеф местности, получают с большой степенью точности, прибегая к инструментальной съемке в условиях полевых изысканий. 
Приближенно черные отметки можно получить и не выезжая на местность, а пользуясь топографической картой, на которой рельеф показан с помощью горизонталей, т. е. условных линий, все точки которых лежат на одной и той же высоте, а следовательно, имеют одинаковые отметки. Искомую черную отметку заданной точки получают путем интерполяции, ориентируясь на отметки ближайших к этой точке горизонталей (между которыми она находится). Для иллюстрации этого положения приведен рис., изображающий пространственную фигуру с двумя коническими вершинами и разделяющих их седлом и проекцию этой фигуры на горизонтальную плоскость с нанесенными точечным пунктиром горизонталями. Именно с этой проекции, как бы представляющей собой топографическую карту, взяты черные отметки, использованные при построении продольного профиля.

     Наибольшую  сложность при построении продольного  профиля представляет нанесение  красной линии.

     Для дорог IV-V категорий эта задача несколько  упрощается, так как при их проектировании разрешается придерживаться относительно большого продольного уклона (7-9%). Поэтому красная линия на продольном профиле дорог низкой стоимости строится обычно по принципу обертывающей, т. е. полностью или на большом протяжении как бы сливается с черной линией (трасса проходит «в нулевых условиях»).                                                   
                                    
 
 
 
 

4. Расчёт водопропускного сооружения. 

     Малые водоотводные сооружения устраиваются в местах пересечения автомобильной  дороги с ручьями, оврагами или балками, по которым стекает вода от дождей или таяния снега.

     Количество  водопропускных сооружений зависит  от климатических условий и рельефа, а стоимость их составляет 8-15% от общей стоимости автомобильной  дороги с усовершенствованным покрытием. Поэтому правильный выбор типа и  рациональное проектирование водопропускных сооружений имеют большое значение для снижения стоимости строительства автомобильной дороги. Большую часть водопропускных сооружений, строящихся на автомобильных дорогах, составляют трубы. Водопропускные трубы — это искусственные сооружения, предназначенные для пропуска под насыпями дорог небольших постоянных или периодически действующих водотоков. Они не меняют условий движения автомобилей, поскольку их можно располагать при любых сочетаниях плана и профиля дороги. Они практически не чувствительны к возрастанию временной нагрузки и динамическим ударам, требуют меньшего расхода материала на постройку и меньших затрат на содержание и ремонт, допускают более высокие скорости течения воды в сооружении по сравнению с мостами, а поэтому при разных размерах пропускная способность их выше. Для увеличения водопропускной способности наряду с одноочковыми трубами применяются и многоочковые. Трубы не стесняют проезжую часть и обочины, а также не требуют изменения типа дорожного покрытия. Кроме того, трубы строятся полностью сборными из железобетонных и бетонных элементов небольшой массы, что позволяет пользоваться кранами малой грузоподъемности. Труба состоит из средней части, входного и выходного оголовков. Средняя часть трубы обычно разделена на звенья, установленные на фундамент, объединяющий их в секции, или на грунтовую подушку. Между секциями устраивают сквозные деформационные швы для предотвращения трещин или других повреждений трубы от воздействия неравномерной осадки. Нижнюю часть отверстия или дно трубы оформляют в виде лотка, которому придают продольный уклон с учетом уклона лога на месте устройства трубы. Уклон трубы обеспечивают путем ступенчатого расположения ее секций. Трубы под насыпями можно классифицировать по следующим признакам: по характеру протекания воды; по форме поперечного сечения трубы; по конструкции входной части трубы; по материалу труб. По характеру протекания воды различают трубы напорные, безнапорные и полунапорные. В напорных трубах вода заполняет все сечение трубы. В трубах безнапорных поток на всем протяжении трубы имеет свободную поверхность. В полунапорных трубах входное сечение трубы затоплено, а на остальном протяжении поток имеет свободную поверхность. По форме поперечного сечения трубы бывают круглые, овальные, трапецеидальные, прямоугольные, треугольные.

     По  конструкции входной части различают  трубы: с портальным оголовком; с раструбным оголовком; с воротниковым оголовком; при воротниковом оголовке трубы срезаны в плоскости откоса насыпи, а потому их иногда называют трубами со скошенными оголовками; с коридорным оголовком; с обтекаемым оголовком. По материалу трубы бывают железобетонные, металлические, деревянные, бетонные, каменные и др.  

      Определяем  наибольший ливневый расход для водосборной  площади по формуле;

      Где;

            φ – геоморфологический параметр характеристики рельефа бассейна=0,06.

            h – сой стока, зависящий от ливневого района (1-й район) от процента обеспеченности (3%) от категории почвогрунтов (каштановые) =17мм.

            z – слой осадков на смачивание растительности=0,6

            m – 3/2

            n – 2/3

            F – водосборная площадь=0,45км²

      Отсюда;

      Согласно  табличным данным принимаем трубу  диаметром = 1,25м. при этом глубина  воды перед трубой будет 1,09м., а скорость воды в трубе 2,3м/с Определяем высоту насыпи у трубы по формуле;

H=d_тр+C+0.5м

      где;

            d_тр – диаметр трубы = 1.25м.

            C – толщина стенки трубы = 0.10м.

            0.5м – высота дорожного полотна.

      Отсюда;

H=1,25+0,10+0,5=1,85м.

      Определяем  длину трубы по формуле;

L_т=B+2mH

      где;

            B – ширина дорожного полотна = 10.50м.

            m – коэффициент уклона = 1.5.

            H – высота насыпи у трубы = 1.85м.

      Отсюда;

L_т=10,50+2*1,5*1,85=12м.

5. Дорожная одежда. 

     Дорожная  одежда – это совокупность конструктивных слоёв дорожного покрытия, выполненных из различных материалов.

     Дорожную одежду укладывают на подготовленное земляное полотно, обычно на ширину проезжей части. Основное назначение дорожной одежды - - придать проезжей части дороги на весь межремонтный срок ровность и шероховатость, необходимые для обеспечения расчётной скорости и условий безопасности движения автомобилей, прочности и долговечности, соответствующих ожидаемому составу и интенсивности движения, а также достаточной устойчивости против влияния климатических факторов.

     Различают слои покрытия, придающие Дорожной одежде требуемые транспортно-эксплуатационные свойства, и слои основания, предназначенные для обеспечения необходимой прочности и устойчивости дорожной одежды. По совокупности эксплуатационных характеристик и технико-экономических показателей дорожных покрытий дорожные одежды могут быть разделены на четыре группы: с покрытиями капитального типа (жёсткими и нежёсткими), с облегчёнными покрытиями, с покрытиями простейших технических типов и низшего технического типа, по которым движение может прерываться в весенний период.

     Дорожная  одежда воспринимает нагрузку от транспортных средств и передает ее на земляное полотно в рассредоточенном виде. Она должна обладать достаточной устойчивостью против влияния климатических факторов (температуры, атмосферных осадков, ветра и т. п.).

     В зависимости от толщины и применяемых  материалов дорожную одежду строят серповидного, полу корытного, корытного или бескорытного профиля.

     Прочность дорожной одежды обеспечивается на однородном тщательно уплотненном земляном полотне при хорошем водоотводе. Дорожная одежда должна быть экономичной и надежной. Дорожная одежда, как правило, состоит из нескольких конструктивных слоев:

     покрытие   — верхний слой, непосредственно воспринимающий усилия от колес транспортных средств и подверженный воздействию климатических факторов. Покрытие должно иметь высокое сопротивление износу и противостоять появлению пластических деформаций от горизонтальных и вертикальных усилий. Поверхность покрытия должна быть ровной и шероховатой. На покрытии устраивают слой износа и периодически возобновляют его по мере истирания в процессе эксплуатации. При недостаточной водонепроницаемости на покрытиях устраивают тонкие защитные слои в виде поверхностной обработки;

     основание  — несущая часть дорожной одежды, которая совместно с покрытием обеспечивает передачу нагрузок на грунт земляного полотна. Основание обычно состоит из нескольких слоев: верхние делают из более прочных материалов, нижние — из менее прочных и морозостойких, но водоустойчивых и не размокаемых;

     дополнительный  слой основания  — нижний слой дорожной одежды, который, кроме передачи нагрузок на земляное полотно, выполняет и функции морозозащитного, дренирующего, выравнивающего и т. д.

     Основания дорожных одежд капитального и облегченного типов в зависимости от требуемой прочности и наличия местных дорожно-строительных материалов можно устраивать из каменных материалов, обработанных вяжущими, из щебня, шлаков, отходов горнорудной промышленности, бетона.

     Дорожные  одежды переходных и низших типов укладывают непосредственно на грунт, за исключением щебеночных покрытий, для которых основанием являются грунт, укрепленный вяжущими материалами, шлаки и другие местные материалы.

6. Эксплуатационные мероприятия. 

     Разновидности ремонтно-эксплуатационных работ обусловливает характер специализации подразделений дорожно-ремонтных (ДРП) и дорожно-эксплуатационных предприятий (ДЭП). Необходимость капитального ремонта связана с физическим и моральным износом дорог (моральный износ обусловливается постоянным ростом технических параметров транспортных средств). Необходимость устранения дорожно-транспортных происшествий, сокращения транспортных издержек требует не только капитального ремонта, но и реконструкции, связанной с расширением проезжей части дорог, усилением конструкции дорожной одежды, увеличением проезжей части дорог, увеличением или выпрямлением радиуса поворота, изменением размера стоянок автомашин. Причиной создания подразделений по эксплуатации является необходимость постоянной чистки дорог от снега и грязи, их поливки, озеленения, содержания и ремонта дорожных знаков, очистки люков ливневой канализации и т.д.

     Наиболее  сложным периодом эксплуатации дорог  является зимний, так как появляется наличие снежных отложений и гололедица, приводящиу к резкому снижению сцепных качеств дороги, увеличению сопротивления качению, ухудшению ровности, а также к изменению ширины проезжей части и обочин. В результате в зимний период снижаются скорости автомобилей, увеличивается количество ДТП.

     Главная задача зимнего содержания – обеспечить максимально возможную величину сцепных качеств дороги и минимальное сопротивление качению путем предотвращения образования снежных отложений и ликвидации гололедицы на дороге.

     Для выполнения этих требований дорожно-эксплуатационные службы проводят следующие мероприятия:

     -профилактические, цель которых предупредить или  не допустить образование снежных  и ледяных отложений на дороге, ослабить сцепление слоя снежно-ледяных  отложений с покрытием; повысить  сцепные качества дорожных покрытий при образовании на них снежно-ледяных отложений, уплотненного снега или гололедной пленки за счет создания искусственной шероховатости (профилактическая обработка покрытий химическими противогололедными веществами и др.);

     - защитные меры, с помощью которых преграждают доступ к дороге снега, приносимого метелями: применение защиты от метелевого переноса и снежных лавин; главным критерием качества снегозащиты считают исключение отложений метелевого снега на дорогах;

     -удаление  уже возникших снежных и ледяных отложений (очистка дорог от снега и ликвидация зимней скользкости), а также меры по уменьшению воздействия отложений на движение (посыпка обледеневшей поверхности дороги фрикционными материалами).

Список  литературы. 

1. Бабков  В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. Ч.1. – М.: Транспорт, 1987. – 368 с.
2. ГОСТ 21.101-97.СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации. – М.: ГП ЦНС Госстроя России, 1998. – 41с.
3. ГОСТ Р 50597-93. Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному, состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения. - М. : Госстандарт РФ, 1994.
4. Интернет: http://www.rosavtodor.ru
5. Проектирование автомобильных дорог: Справочник инженера дорожника /Под ред. Г.А. Федотова. – М.: Транспорт, 1989. – 437 с.