Проектирование автомагистрали в Барнауле
Содержание
1 Анализ исходных данных
- Экономо-географическоеположени
е района проектирования
Барнау́л — город в России, административный центр Алтайского края (с 1937 года). Расположен на юге Западной Сибири в месте впадения реки Барнаулки в Обь. Площадь города — 321 км², население — 612,7 тыс. человек (2011), город является 21-м по численности населения в России. Вместе с подчинёнными населёнными пунктами, в границах городского округа, население Барнаула составляет 670,9 тыс. человек. Крупный промышленный, культурный и образовательный центр Сибири.
- Природно-климатические условия района проектирования
(используемая литература СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика.)
Континентальный климат Барнаула определяется своеобразным географическим положением на юге Западной Сибири. Открытость воздействию одновременно со стороныАлтайских гор, Северного Ледовитого океана и полупустынных районов Средней Азии создаёт возможность поступления различных по свойствам воздушных масс, что способствует значительной контрастности погодных условий. Для Барнаула характерна морозная, умеренно-суровая и малоснежная зима и тёплое лето.
Самый холодный месяц года — январь (средняя температура −17,5 °C), самый тёплый — июль (+19,8 °C). Абсолютный максимум (температура воздуха в тени) наблюдался в июле 1953 года и августе 2002 года (+38,2 °C). Абсолютный минимум — в январе 1951 года (−51,1 °C). Средняя дата последнего заморозка в воздухе — 19 мая, дата первого заморозка — 17 сентября.
Относительная влажность в холодный период года варьируется в пределах 73—76 %, а в тёплый период составляет около 62 %. Среднегодовое количество осадковсоставляет 539 мм, во время тёплого сезона (апрель — октябрь) выпадает 65 % от общего их числа. Среднее количество дней с выпадением осадков составляет 180, из них 113 приходится на осенне-зимний период.
Количество пасмурных, ясных и полуясных дней в году — 130, 49 и 186 соответственно. Суммарная продолжительность солнечного сияния за год — 2180 часов.
Дорожно-климатическая зона III.
Средняя температура по месяцам приведена в таблице 1.1 :
таблица 1.1
месяц |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
темп. |
−15,5 |
−14,3 |
−7,6 |
3,7 |
12,1 |
17,7 |
19,9 |
17,0 |
10,8 |
3,1 |
−6,9 |
−12,7 |
0 гр |
------------------------------ |
1 гр |
05.04------------------------- |
2 гр |
17.04------------------------- |
3 гр |
27.04------------------------- |
4 гр |
01.06----------------------- |
Рис. 1.1 Дорожно-климатический график
В розе ветров Барнаула наблюдается преобладание юго-западных, западных и южных ветров. Повторяемость направлений ветра приведена в таблице 1.2.
таблица 1.2
С |
СВ |
В |
ЮВ |
Ю |
ЮЗ |
3 |
ЗВ | |
январь |
4 |
14 |
3 |
8 |
17 |
37 |
14 |
3 |
июль |
10 |
17 |
8 |
12 |
13 |
16 |
14 |
10 |
Согласно табл. 1.2. построены розы ветров (рис 1.2, рис1.3)
1.3 Анализ рельефа местности и растительности
Местность участка проектирования холмистая, имеются небольшие водотоки и овраги. Растительность представлена лесами, кустарниками, в пойме реки травянистая растительность.
1.4 Описание грунтовых условий
Грунт местности представлен песком мелким. Этот грунт пригоден для отсыпки земляного полотна, т.к. имеет не высокий коэффициент морозного пучения.
1.5 Описание гидрогеологических условий района проектирования
В районе проектирования автомагистрали протекает р. Ауэ с притоком.
Пойма реки местами заболочена.
1.6 Анализ наличия и пригодности местных ДСМ для строительства автодороги
Из ДСМ имеющихся в районе проектирования, для строительства автомагистрали может применятся грунт (песок мелкий).
2 Обоснование технических
2.1 Обоснование категории дороги
Согласно СНиП 2.05.02-85 “Автомобильные дороги” в соответствии с перспективной интенсивностью движения в 8000 авт/сут проектируемая автомобильная дорога относится к технической категории I-а с числом полос движения – 2 одном направлении .
2.2 Обоснование геометрических параметров автомагистрали
таблица 2.1
Основные технические нормативы
|
Наименование норматива |
Ед. Изм. |
Значение нормативов | ||
Рекомендуемое |
Предельное |
Принятое в проекте | ||
|
1. Расчётная скорость движения
2. Число полос движения
3. Ширина проезжей части
4. Ширина обочин
5. Ширина разделительной полосы
6. Ширина земляного полотна
7. Наибольший продольный уклон
8. Расстояние видимости
9. Наименьший радиус закругления в плане
10. Наименьшие радиусы вертикаль- ных кривых: выпуклых
вогнутых |
км/ч
шт
М
М
М
М
Пром.
М
М
М
М |
150
4
2х7,5
3,75
6,0
28,50
30
450
3000
70000
8000 |
120
4
2х7,5
3,75
6,0
28,50
30
300
1200
30000
8000 |
150
4
2х7,5
3,75
6,0
28,50
30
300
1750
30000
8000 |
2.3 Обоснование руководящей отметки
а) для обеспечения устойчивости
и прочности верхней части
земляного полотна и дорожной
одежды, возвышение поверхности покрытия
над расчетным уровнем
б) высоту насыпи на участках дорог, проходящих по открытой местности, по условиям снегозаносимости определяем по формуле:
h=hs+Dh,
где hs – расчетная высота снежного покрова в месте, где возводится насыпь с вероятностью превышения 5% в районе г. Барнаул равна 0,30 м.
Dh – возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова, равная 1,2 м для дорог I-а технической категории (СниП 2.05.02-85 п.6.33).
h=0,30+1,20=1,50 м;
в) Условие возвышения дорожной одежды над уровнем грунтовых вод.
где hmin - минимальное возвышение дорожной одежды над УГВ,
hгв - уровень грунтовых вод.
hвозв = hmin – hгв = 0,9-2,4= -1,5
Из трёх расчетов принимаем большую:
Принимаем руководящую отметку равной h рук = 1,50 м;
2.4 Обоснование габаритов
искусственных сооружений и
Габарит проезжей части путепроводов принимаем на 1 м шире габарита проезжей части дороги (Г-22). Высотный габарит моста для несудоходных рек равен не менее 1 м над расчетным уровнем высоких вод, (Справочник инженера-дорожника. Проектирование автомобильных дорог. - М., Транспорт 1989 г.).
Габариты приближения
Для уменьшения помех от местного движения, повышения скоростей, удобства и безопасности движения основных потоков – количество пересечений, съездов и въездов должно быть меньше. Пересечения магистрали с дорогами I, II и III категории следует проектировать в разных уровнях.
3 Проектирование вариантов плана трассы
3.1 Определение параметров закругления вариантов плана трассы
По заданию план трассы состоит из симметричной и не симметричной клотоиды а также прямых вставок. Исходя из технических нормативов приведённых в СНиП 2.05.02-85* наименьший радиус закругления должен превышать 1200 м.
3.2 Описание вариантов плана трассы
1-й вариант.
Данный вариант трассы автомагистрали длиной 5483,32 м проходит в пересеченной местности, для лучшего огибания форм рельефа используем закругления в виде биклотоиды, и имеет два угла поворота. Пересечения с рекой Ауэ и её притоком предусматривает устройство мостов длиной 46 и 12м на ПК 12+50 и ПК 38+00 соответственно. На ПК 27+00, ПК 46+00 предусмотрено устройство круглых железобетонных труб.
2-й вариант.
Данный вариант автомагистрали длиной 5574,83 м с двумя углами поворота. Мост устраиваются на ПК 17+40 длиной 56 м. Устройство водопропускных железобетонные труб предусматривается на ПК 9+00, ПК 14+00, ПК 29+00, ПК 36+00, ПК 52+00.
3.3 Ведомость углов поворота
Ведомость углов поворота, прямых, переходных и круговых кривых, радиусов вычисляется по учебному пособию «Таблицы для клотойдного проектирования и разбивки плана и профиля автомобильных дорог» Ксенодохов В.И. (см. приложение 1).
4 Проектирование сокращенных
Для сравнения вариантов
Проектная линия на сокращённом профиле наноситься по принципу минимума объёма земляных работ. Вертикальные кривые не вписываются. Над сокращённым продольным профилем размещаются: эпюра скоростей, эпюра расхода горючего и график коэффициентов аварийности.
Для этого составляем таблицу для определения расхода горючего и скорости движения автомобиля. В таблице также определяем дорожное сцепление - y, которое приравнивается к динамическому фактору – Д находится по (Порожняков B.C. «Автомобильные дороги. Примеры проектирования»).
где j - коэффициент сопротивления качению, равный 0,02;
i – уклон дороги, (подъёмы – со знаком плюс, спуски – со знаком минус).
- скорость движения на участке , величину которой находят по динамической характеристике [8, стр.42] для характерного автомобиля в данном транспортном потоке. В качестве расчётного автомобиля принимаем ЗИЛ-130
Qk – расход топлива на участке, определяется по вспомогательному графику для определения расхода топлива (график разработан Б.М. Архиповым) [3, приложение 6].
Приложение 6
Вспомогательный график для определения расхода топлива
(график разработан Б.М.
Цифры на кривых соответствуют значениям ψ = f ± i
Пример расчёта:
Прямое направление
y=0,02-0,002=0,018
определяем Vк по графику зависимости скорости от динамической характеристики [8, стр.42] . при y=0,018 для 4 передачи Vк=72 км/ч
определяем Qk по вспомогательному графику для определения расхода топлива [3, приложение 6]. при y=0,018 и Vк=72 км/ч, Qk=41л/100км
график зависимости скорости от динамической характеристики [8, стр.42]
таблица 4. 1
Определение скорости движения и расхода горючего для автомобиля
(1 вариант).
Пикетажное значение |
Расстояние, м |
Уклон (в прямом направлении), ‰ |
Прямое направление |
Обратное направление | |||||||||
y |
Vк |
Lk/Vk |
Qk |
QkLk |
y |
Vk |
Lk/Vk |
Qk |
QkLk | ||||
|
от |
до | ||||||||||||
0+00 |
4+00 |
400 |
-2 |
0,018 |
72 |
5,56 |
41 |
16,4 |
0,022 |
70 |
5,71 |
44 |
17,6 |
4+00 |
13+00 |
900 |
-19 |
0,001 |
88 |
10,23 |
27 |
24,3 |
0,039 |
56 |
16,07 |
60 |
54 |
13+00 |
20+00 |
700 |
18 |
0,038 |
57 |
12,28 |
59 |
41,3 |
0,002 |
87 |
8,05 |
28 |
19,6 |
20+00 |
26+00 |
600 |
-15 |
0,005 |
82 |
7,32 |
31 |
18,6 |
0,035 |
58 |
10,34 |
57 |
34,2 |
26+00 |
32+00 |
600 |
1 |
0,021 |
71 |
8,45 |
43 |
25,8 |
0,019 |
72 |
8,33 |
41 |
24,6 |
32+00 |
36+00 |
400 |
-8 |
0,012 |
77 |
5,19 |
36 |
14,4 |
0,028 |
65 |
6,15 |
50 |
20 |
36+00 |
43+00 |
700 |
19 |
0,039 |
56 |
12,50 |
60 |
42,0 |
0,001 |
88 |
7,95 |
27 |
18,9 |
43+00 |
54+83 |
1183 |
4 |
0,024 |
68 |
17,40 |
46 |
54,4 |
0,016 |
74 |
15,99 |
38 |
45,0 |
S=5,488км S=78,92 S=237,2
таблица 4. 2
Определение скорости движения и расхода горючего для автомобиля
(2 вариант).
Пикетажное значение |
Расстояние, м |
Уклон (в прямом направлении), ‰ |
Прямое направление |
Обратное направление | |||||||||
y |
Vк |
Lk/Vk |
Qk |
QkLk |
y |
Vк |
Lk/Vk |
Qk |
QkLk | ||||
|
от |
до | ||||||||||||
0+00 |
4+00 |
400 |
0 |
0,020 |
72 |
5,56 |
42 |
16,8 |
0,020 |
72 |
5,56 |
42 |
16,8 |
4+00 |
19+00 |
1500 |
-12 |
0,008 |
79 |
18,99 |
33 |
49,5 |
0,032 |
62 |
24,19 |
55 |
82,5 |
19+00 |
28+00 |
900 |
30 |
0,050 |
56 |
16,07 |
71 |
63,9 |
-0,010 |
90 |
10,00 |
25 |
22,5 |
28+00 |
37+00 |
900 |
-12 |
0,008 |
79 |
11,39 |
33 |
29,7 |
0,032 |
62 |
14,52 |
55 |
49,5 |
37+00 |
45+00 |
800 |
22 |
0,042 |
56 |
14,29 |
63 |
50,4 |
-0,002 |
90 |
8,89 |
25 |
20 |
45+00 |
50+00 |
500 |
-26 |
-0,006 |
90 |
5,56 |
25 |
12,5 |
0,046 |
53 |
9,43 |
66 |
33 |
50+00 |
55+75 |
575 |
0 |
0,020 |
72 |
7,99 |
42 |
24,2 |
0,020 |
72 |
7,99 |
42 |
24,2 |
S=5,575 км S=79,83 S=247,0
Метод «коэффициентов аварийности». Метод основан на обобщении данных статистики дорожно-транспортных происшествий. Степень опасности участков дороги характеризуют «итоговым коэффициентом аварийности», который представляет собой произведение частных коэффициентов, учитывающих влияния отдельных элементов плана и профиля:
Анализируя графики
5 Сравнение вариантов автомагистрали
5.1 Сравнение по физико-географическим условиям
Оба варианта проходят в сложных условиях, т. к. проходят по склону г. Хейде. Из-за ограничения продольного уклона 30%0 и необходимости обеспечивать видимость дороги на склонах горы имеются выемки и высокие насыпи.
5.2 Сравнение по технико-эксплутационным показателям
а. По общей длине трассы
1 вариант – 5483,32 м
2 вариант – 5574,83 м
б. По коэффициенту удлинения трассы
(5. 1)
где - длина варианта, м
- длина воздушной линии, соединяющей пункты трассы, м
в. По средней величине угла поворота трассы
(5. 2)
где - сумма всех углов поворота в радианах (1°= ).
- количество углов поворота.
1 вариант:
2 вариант:
г. По среднему радиусу закругления
где - общая длина всех кривых варианта.
д. По относительной длине участков с близкими предельными уклонами.
Относительная длина участков с близкими к предельным уклонами определяется по формуле 4.4, (для уклонов, отличающихся от предельных до 10 0/00) в прямом и обратном направлении:
где Lпред – сумма длин участков с уклонами, близкими к предельным, т.е. отличающимися от предельных до 10 0/00;
Относительная длина участков с уклонами близкими к предельным составляет:
1-й вариант:
2-й вариант:
е. По условному среднему уклону дороги в прямом и обратном направлениях
где lk, iк – соответственно длины и уклон "к" - го участка (при подсчете берутся только подъемы).
Условный средний уклон дороги в прямом и обратном направлениях составляет:
1-й вариант
Прямое направление: 0/00;
Обратное направление: 0/00;
2-й вариант
Прямое направление: 0/00;
Обратное направление: 0/00.
5.3 Сравнение по транспортно-эксплутационным показателям
5.3.1 Сравнение по средней скорости движения
Сравнения производятся по таблицам 4.4.1 и 4.4.2 и продольным профилям (приложение 1,2).
Средняя скорость движения потока по вариантам вычисляется по формуле:
где Vk – скорость движения расчётного автомобиля, км/ч;
1-й вариант:
Прямое направление: км/ч;
Обратное направление: км/ ч;
2-й вариант:
Прямое направление: км/ч;
Обратное направление: км/ч.
5.3.2 Сравнение по минимальному времени пробега автомобиля по дороге
Осуществляется по формуле:
Минимальное время пробега автомобиля по дороге составляет:
1-й вариант:
Прямое направление: ч;
Обратное направление: ч;
2-й вариант:
Прямое направление: ч;
Обратное направление: ч.
5.3.3 Сравнение по виртуальной длине трассы по скорости движения
Осуществляется по формуле:
(5.8)
где Vmax – максимально возможная скорость движения расчетного автомобиля (90 км/ ч).
Виртуальная длина трассы по скорости движения составляет:
1-й вариант:
Прямое направление: км;
Обратное направление: км;
2-й вариант:
Прямое направление: км;
Обратное направление: км.
5.3.4 Сравнение по виртуальной длине трассы по расходу горючего
Осуществляется по данным из таблиц 4.4.1 и 4.4.2 и продольным профилям (приложение 1,2) по формуле 4.4.4.1:
(5.9)
где Qmin – наименьший расход горючего при движении с максимальной скоростью, л/км;
Qk – расход горючего на "к" - ом участке, определяемый по экономической характеристике автомобиля.
Виртуальная длина трассы по расходу горючего составляет:
1-й вариант:
Прямое направление: км;
Обратное направление: км;
2-й вариант:
Прямое направление: км;
Обратное направление: км.
5.3.5 Сравнение по показателю расхода горючего
Осуществляется по формуле:
(5.10)
Показатель расхода горючего составляет:
1-й вариант:
Прямое направление:
Обратное направление:
2-й вариант:
Прямое направление:
Обратное направление:
5.3.6 Сравнение по показателю скорости движения
Осуществляется по формуле:
(5.11)
Показатель скорости движения составляет:
1-й вариант:
Прямое направление:
Обратное направление:
2-й вариант:
Прямое направление:
Обратное направление:
5.4 Сравнение по общестроительным показателям
5.4.1 Сравнение по объему земляных работ и их стоимости
Для определения объёмов земляных работ для обоих вариантов составляем сводную таблицу объёмов земляных работ. Объёмы земляных работ на каждом пикете вычисляем с помощью ЭВМ.
Результаты расчета сводим в таблицы 4.5.1.1 и 4.5.1.2.
П1–поправка на разность отметок, вводится, если разность рабочих отметок больше 1 м, вычисляем по формуле:
(5.12)
где m – коэффициент заложения откоса.
П2 – поправка на дорожную одежду, вычисляем по формуле:
(5.13)
где А – объем сточной призмы, вычисляется по формуле 4.15
В – объем дорожной одежды, вычисляется по формуле 4.16
(5.14)
где а – ширина обочины,
- уклон обочины,
- уклон проезжей части,
