Проектирование мостовых переходов через водотоки
ВВЕДЕНИЕ
Автомобильные и железные дороги пересекают многочисленные реки, ручьи, периодические водотоки и водохранилища ГЭС.
Для преодоления каждого водного препятствия строят систему сооружений, называемую переходом водотока. В состав перехода через водоток входят: а) искусственное сооружение, служащего для пересечения собственно водотока; б) подходы к искусственному сооружению, устраиваемые обычно в виде земляных насыпей, откосы которых постоянно или периодически омываются водой; в) регуляционные и защитные сооружения, предназначенные для предохранения искусственного сооружения и подходов к нему от возможных повреждений потоком.
Целью данной курсовой работы является:
- Обоснование требований к элементам трассы дороги и их взаимному сочетанию.
- Проектирование искусственных сооружений на малых водотоках.
- Проложение трассы в плане.
- Проектирование мостовых переходов через большие и средние водотоки.
- Получить навыки проектирования автомобильной дороги, проходящей через водоток.
1 Природные условия
1.1 Климат
Климатическая характеристика района изысканий приводится по данным метеорологической станции города Минусинск. Климат пгт. Курагино области континентальный ,относится к II дорожно-климатической зоне. Необходимые для расчётов и проектирования данные приведены в «ведомости климатических показателей». (таблица 1). Все климатические показатели сводим в таблицу 1 и строим дорожно-климатический график (рисунок 2).
Ведомость климатических показателей
Таблица 1
Наименование показателя |
Ед. изм. |
Величина |
1 Абсолютная температура воздуха; max |
0С |
? -50 |
2 Cсредняя температура наиболее холодной пятидневки. Обеспеченностью 0,98 |
0С |
-42 -35 |
3 Преобладающее направление ветра. За декабрь – февраль За июнь – август. |
|
Ю ? |
4 Максимальная скорость ветра за январь |
м/с |
6,8 |
5 Минимальная скорость ветра за июль |
м/с |
12 |
6 Средне месячная влажность воздуха январь июль |
% |
82 57 |
7 Количество осадков : за ноябрь-март За апрель-октябрь |
мм |
405 1327 |
8 Расчетная толщина
снежного покрова |
м |
0,5 |
9 Глубина промерзания. |
м |
0,9 |
таблица 2
Направление ветра |
С |
СВ |
В |
ЮВ |
Ю |
ЮЗ |
З |
СЗ | |
Январь |
Повторяемость, [%] |
15 |
13 |
1 |
2 |
2 |
44 |
13 |
10 |
Скорость, [м/с] |
1,6 |
1,6 |
0,7 |
0,6 |
1,4 |
4,8 |
2,6 |
1,2 | |
Июль |
Повторяемость, [%] |
15 |
19 |
5 |
6 |
4 |
23 |
17 |
11 |
Скорость, [м/с] |
2,7 |
2,2 |
1,8 |
1,9 |
1,6 |
2,7 |
2,5 |
2,8 | |
Январь
|
Июль
|
Рисунок 3. Роза ветров
- – интенсивность ветра, %
- – средняя скорость ветра, м/с
Среднемесячная температура воздуха 0С
Таблица 4
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
IX |
X |
XI |
XII |
-20,8 |
-19 |
-8,9 |
3 |
10,5 |
17,2 |
19,8 |
16,9 |
10 |
1,9 |
-8,9 |
-17,8 |
- Рельеф
Условия местности оцениваются по карте. Рельеф в районе проложения трассы относится к холмистому типу. Дорога проходит через пересеченную местность. С севера на юг протекает река Наумка. По ходу проложения трассы встречаются незначительные перепады высот, максимальная отметка равна 184,05м, а минимальная – 160,00. Участок расположения трассы характеризуется холмистой местностью.
- Растительность и почвы
Растительность района, встречаются участки кустарников и луга. Почвы довольно разнообразны.
- Гидрологические условия
Строительство автомобильной дороги проходит в близи бассейна р.Наумка . Питание реки смешанное, в среднем течении снеговое, дождевое и грунтовое, половодье длиться с апреля по июль, 50 % годового стока приходится на весенний период. Продолжительность ледохода составляет 8-12 дней, замерзает река в середине ноября.
- Инженерно-геологические услови
я
Район изысканий относится к средне холмистой части. В основании равнины лежит древняя платформа. Складчатые комплексы этой платформы - недеформированные или слабодеформированные. В районе проложения трассы встречается песок средней крупности глины и скальные породы.
- Заключение по природным условиям
Исходя из изложенной выше информации, район прокладывания новой трассы находится в III климатической зоне. Большинство осадков выпадает в тёплое время, что требует особого режима уплотнения земляного полотна, это видно из дорожно-климатического графика. Зимой снега выпадает не много, значит, не требуется возведения высокой насыпи из условия заносимости дороги. При проектировании местоположения асфальтобетонных заводов и зданий следует учитывать направление ветра. Условия для строительства трассы благоприятны, строительных материалов хватает, таким образом, местность для строительства автомобильных дорог пригодна.
2 ПЛАН И ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ
2.1 Основные технические нормативы проектируемой дороги
Таблица 4 - Основные технические показатели проектируемой дороги
Наименование показателя |
Единицы измерения |
Величина |
1 Техническая категория |
III | |
2 Расчетная интенсивность движения |
прив. авт./сут |
< 6000 |
3 Расчётная скорость движения |
км/ч |
100 |
4 Число полос движения |
штук |
2 |
5 Ширина одной полосы движения |
м |
3,5 |
6 Ширина проезжей части |
м |
7 |
7 Ширина обочин |
м |
2,5 |
8 Ширина краевой полосы у обочины |
м |
0,5 |
9 Ширина укрепленной части обочины |
м |
1,5 |
10 Ширина неукрепленной части обочины |
м |
0,5 |
11 Ширина земляного полотна |
м |
12 |
12 Наименьшие радиусы кривых в плане |
м |
600 |
13. Расчетное расстояние видимости: - для остановки - для обгона |
м м |
200 350 |
14. Наибольший продольный уклон |
‰ |
50 |
15. Допускаемый наибольший продольный уклон на трудных участках |
‰ |
60 |
16.Предельная длина
участка с затяжным уклоном
(равнинный и слабохолмистый) |
м м |
600
400 |
17. Предельная длина
участка с затяжным уклоном
(сильно пересеченный рельеф) |
м м м |
1500 1200 700 |
18.Наименьший радиус выпуклых кривых в продольном профиле |
м |
10000 |
19. Наименьший радиус выпуклых кривых на трудных участках |
м |
5000 |
20.Наименьшие радиусы вогнутых кривых продольного профиля |
м |
3000 |
21.Поперечный уклон
проезжей части (асфальтобетон) |
‰ |
20 |
22.Поперечный уклон обочины без краевой полосы |
‰ |
40 |
2.2 Трасса дороги
Проектирование по воздушной линии, является невозможным, так как она пересекает р. Наумку и автомобильную дорогу не под прямым углом.
2.2.1 Описание I-го варианта трассы
Трасса проложена методом тангенсов и имеет один угол поворота(72°), на ПК 27+00, принятый с целью и пересечения р. Наумки и автомобильной дороги под углом близким к прямому. Проходит по холмистой местности. Пересекает болота с ПК 43+50 по ПК 47+30. На ПК 43+60 трасса пересекает реку Наумку. На ПК 22+00 трасса пересекает автомобильную дорогу IV категории. Длина трассы – 50+25 метров.
2.2.2 Описание II-го варианта трассы
Трасса проложена методом тангенсов и имеет один угол поворота(68°), на ПК 27+50, пересекат реку Наумки и автомобильной дороги под углом близким к прямому. Проходит по холмистой местности. Пересекает луг с 45+00 по ПК 46+00. На ПК 22+70 трасса пересекает реку Наумку. На ПК39+00 трасса пересекает автомобильную дорогу IV категории. Длина трассы – 52+50метров.
2.2.3 Сравнение вариантов
Таблица 5 - Сравнение вариантов трассы
Показатели |
Ед. измерения |
I вариант |
II вариант |
Преимущество | |
I |
II | ||||
Длина трассы |
м |
5125 |
5250 |
+ |
- |
Коэф. удлинения трассы |
2,95 |
3,39 |
+ |
- | |
Средняя величина угла поворота |
рад/м |
72 |
68 |
+ |
- |
Сред. велич. радиуса |
м |
2000 |
600 |
+ |
- |
Суммарная протяженность пересекаемых трассой участков лесов болот с/х угодий населенных пунктов |
м м м м |
0 370 0 0 |
0 0 0 0 |
= - = = |
= + = = |
Протяженность участков местности с уклоном до 30 ‰ |
м |
550 |
1200 |
+ |
- |
Протяженность участков
местности с уклоном |
м |
0 |
100 |
+ |
- |
Протяженность участка по косогору с i >90 ‰ |
м |
0 |
0 |
= |
= |
Необходимое кол-во искусственных сооружений: Больших и средних мостов Малые искусственные |
шт
шт |
1
1 |
1
1 |
=
= |
=
= |
Число пересечений с автомобильными дорогами |
шт |
1 |
1 |
= |
= |
Число пересечений с железными дорогами |
шт |
0 |
0 |
= |
= |
Вывод: Лучшим вариантом является первый вариант, т.к более экономичный и рельеф спокойный.
2.3 Продольный профиль
Для построения продольного профиля трассы необходимо определить отметки земли. Отметки земли определяем при помощи методов интерполяции и экстраполяции.
Таблица 6 - Ведомость отметок земли по оси дороги
Местоположение точки |
Отметки земли, м |
Примечания | |||
ПК |
+ | ||||
0 |
00 |
182,5 |
Н.Т. | ||
1 |
00 |
184,05 |
|||
2 |
00 |
183,00 |
|||
3 |
00 |
179,00 |
|||
4 |
00 |
176,00 |
|||
5 |
00 |
173,00 |
|||
6 |
00 |
170,88 |
Труба | ||
7 |
00 |
175,00 |
|||
8 |
00 |
176,06 |
|||
9 |
00 |
175,71 |
|||
10 |
00 |
173,75 |
|||
11 |
00 |
171,25 |
|||
12 |
00 |
170,00 |
|||
12 |
48 |
170,00 |
НК | ||
13 |
00 |
170,00 |
|||
14 |
00 |
170,00 |
|||
15 |
00 |
171,00 |
|||
16 |
00 |
173,42 |
|||
17 |
00 |
175,00 |
|||
18 |
00 |
175,50 |
|||
19 |
00 |
174,00 |
|||
20 |
00 |
172,50 |
|||
21 |
00 |
173,00 |
|||
22 |
00 |
172,14 |
|||
23 |
40 |
170,00 |
|||
24 |
50 |
171,00 |
|||
25 |
60 |
170,59 |
|||
26 |
00 |
172,81 |
|||
27 |
00 |
169,75 |
ВУ | ||
28 |
00 |
169,37 |
|||
29 |
00 |
169,44 |
|||
30 |
00 |
170,00 |
|||
31 |
00 |
171,67 |
|||
32 |
00 |
176,67 |
|||
33 |
00 |
177,50 |
|||
34 |
00 |
170,00 |
Труба | ||
35 |
00 |
175,00 |
|||
36 |
00 |
171,50 |
|||
37 |
00 |
175,00 |
Труба | ||
37 |
60 |
175,00 |
КК | ||
38 |
00 |
175,00 |
|||
39 |
00 |
173,00 |
|||
40 |
00 |
172,50 |
|||
41 |
00 |
171,25 |
|||
42 |
00 |
167,50 |
|||
43 |
00 |
160,00 |
|||
43 |
75 |
152,2 |
Р.Наумка | ||
44 |
00 |
160,00 |
|||
45 |
00 |
160,00 |
|||
46 |
00 |
160,00 |
|||
47 |
00 |
160,00 |
|||
48 |
00 |
162,56 |
|||
49 |
00 |
167,50 |
|||
50 |
00 |
170,08 |
|||
51 |
00 |
174,00 |
|||
51 |
25 |
175,00 |
КТ | ||
2.3.1 Обоснование руководящих отметок и контрольных точек
Руководящие отметки необходимы для того, что бы установить оптимальную высоту насыпи, которая обеспечит нормальные условия эксплуатации земляного полотна. По условия увлажнения разделяют три типа местности:
- Сухие участки
- Сырые участки с избыточным увлажнением в отдельные периоды года.
- Мокрые участки, с постоянно избыточным увлажнениям.
Руководящая отметка для
Руководящая отметка для первого типа местности по увлажнению назначается из условия снегонезаносимости дороги. Схема к ее определению показана на рис.4.
Условие снегонезаносимости заключается в том, что отметка бровки насыпи должна быть не менее величины hр, определяется по формуле
hр = hсн + Dh= 0,35+0,6=0,95 м ,
где hсн – расчетная толщина снегового покрова 5%-ой обеспеченности; Dh - возвышение бровки насыпи над уровнем снежного покрова, зависящее от категории дороги.
Величина Dh выбирается из табл. 7.
Таблица 7 - возвышение бровки насыпи в зависимости от категории дороги
Параметры |
Возвышение бровки насыпи над уровнем снежного покрова, м | ||||
Категория |
I |
II |
III |
IV |
V |
Dh |
1,2 |
0,7 |
0,6 |
0,5 |
0,4 |
Полученную отметку
необходимо перевести в руководящую
отметку для линии проектируемо
В первом случае (по оси дороги) руководящая отметка вычисляется по формуле
где b2 – ширина обочины с учётом вычета краевых полос; b1 – ширина проезжей части с учётом краевых полос; iоб – уклон обочины; iпр – поперечный уклон проезжей части.
Руководящая отметка для второго типа местности
Руководящую отметку для второго типа местности по увлажнению определяют от верха покрытия дорожной одежды до поверхности земли или до уровня поверхностных вод. При этом считают, что поверхностный сток воды не обеспечен и вода стоит не более 30 суток. Схема определения отметки показана на рис.5.
При необеспеченном стоке воды от поверхности земли руководящая отметка для построения проектной линии продольного профиля по оси
дороги определится по формуле
где h1норм – возвышение поверхности покрытия дорожной одежды над поверхностью земли; iпр – поперечный уклон проезжей части; b1 – ширина проезжей части с учётом краевых полос.
Значения h1норм и h2норм принимаются по табл. в зависимости от дорожно-климатической зоны и грунта рабочего слоя (данные взяты из таблицы 21 СНиП 2.05.02-85).
Руководящая отметка для третьего типа местности
Руководящую отметку для третьего типа местности по увлажнению определяют от верха покрытия дорожной одежды до уровня грунтовых или поверхностных вод, стоящих более 30 суток (рис. 7).
При необеспеченном стоке поверхностных вод, стоящих более 30 суток, руководящая отметка для построения проектной линии продольного профиля по оси дороги определяется по формуле
где h3норм – возвышение поверхности покрытия дорожной одежды над уровнем поверхностных вод; hпв – толщина слоя воды над поверхностью земли; iпр – уклон проезжей части; bпр – ширина проезжей части.
В случае высокого стояния
грунтовых вод руководящая
где h4норм – возвышение поверхности покрытия дорожной одежды над уровнем грунтовых вод; hгв – расстояние от поверхности земли до уровня грунтовых вод; iпр – уклон проезжей части; bпр – ширина проезжей части.
Значения h3норм и h4норм принимаются по табл.
2.3.2 Описание проектной линии
Проектная линия нанесена по методу Антонова Н.М. , в основном по обертывающей. Отклонения от рекомендуемых руководящих отметок имеются на участках пересечения пониженных мест и водотоков. Радиусы выпуклых кривых 13333-135000 м, вогнутых кривых 13333-140000 м. Продольные уклоны на большей части профиля не превышают 46 ‰. Проектная линия нанесена так, чтобы обеспечить минимальные объёмы земляных работ. На всём протяжении проектной линии видимость в продольном профиле обеспечена.
2.4 Поперечные профили земляного полотна автомобильной дороги
Поперечные профили назначают на основе решений по продольному профилю с учетом высоты насыпей, глубины выемок, рельефа местности, почвенно-грунтовых и гидрологических условий.
Для проектируемой дороги III технической категории характерны следующие типы поперечных профилей:
тип 1а - насыпь до 2,0 м с кюветами, глубиной не менее 0,5 м. Заложение откосов данного типа поперечного профиля принимаем m=1:4;
тип 1б – насыпь от 2,0 м до 3,0 м без кюветов. Заложение откосов данного типа поперечного профиля принимаем m=1:4;
тип 2 - насыпь до 3 м без кюветов. Заложения откосов данного типа поперечного профиля принимаем m=1:4;
тип 3 - насыпь от 3 до 6 м. Заложение откосов данного типа профиля принимаем m=1:1,5
тип 4 - выемка глубиной до 1 м в целях предохранения от снежных заносов необходимо запроектировать раскрытой с крутизной откосов от 1:8.
тип 5 - Выемка глубиной до 5 м с крутизной откосов 1:1,5 без полок.
3 Проектирование переходов через малые водотоки
3.1 Расчет ливневого стока
Сначала на карте с планом трассы карандашом намечаем границы водосборного бассейна для проектирования малого сооружения. Затем определяем следующие параметры:
- Площадь водосборного бассейна F=1,31км2
- Длина бассейна L=1375 м
- Средний уклон бассейна -
‰, (5)
где Hз, Но - отметки дна в вершине бассейна и створе сооружения соответственно;
- Уклон бассейна в створе сооружения - ‰, (6)
где Hв, Нн - отметки дна бассейна на расстоянии 50м от оси дороги вверх и низ по течению соответственно;
5. Значение расхода ливневых вод вычисляется по формуле
м3/с, (7)
где ач - интенсивность ливня часовой продолжительности, мм/мин,
ач =0,89;
Кt - коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности,
Кt =1,93
α - коэффициент потерь стока, α =0,15
φ - коэффициент редукции, при F≥ 0,1 км2 φ =
3.2 Расчет стока талых вод
Максимальный расчет талых вод находится по формуле:
м3/с
где к0
- коэффициент дружности половодья, к0 =0,001
hр - расчетный слой суммарного слоя той же вероятности превышения, что и расчетный расход, мм, hр =160
δ1 - коэффициент заозерности; δ1 =1
δ2 - коэффициент залесенности и заболоченности, δ2 =1
n - показатель степени, n =0,17
Расчетный слой суммарного стока вычисляется по формуле:
hp=h'× Kp=160×2=320 мм
Kр - модульный коэффициент, зависящий от ВП и характеристик закона распределения половодья (коэффициента вариации Cn и коэффициента асимметрии Cs), Kр =2.
Для того чтобы вычислить Kр , необходимо:
- По карте коэффициентов вариации слоев стока талых вод, определить значение коэффициента вариации Cn,карт, Cn,карт=0,2
- Умножить его на поправочный коэффициент кпопр, так как карта составлена для бассейнов площадью более 200 км2, и тем самым получить расчетный коэффициент вариации Cn= Cn,картּ кпопр= 0,2ּ1,25=0,25 (10)
- Выбрать коэффициент асимметрии Cs=0,25(по таблицам)
- По графикам для расчетных величин Р (вероятность превышения), Cs и Cn найти значение модульного коэффициента слоя стока Kр=2
Для водосборов малой площади коэффициенты δ1 и δ2 можно принимать равными 1, т.к. озера встречаются там так редко, а лес часто вырубается во время строительства автомобильной дороги.
3.3 Назначение расчетного максимального расхода воды
Расчетным считают расход воды, на пропуск которого проектируется малое искусственное сооружение. За расчетный принимается максимальный расход ливневых вод Qр = Qm=3,63 м3/с.
3.4 Расчет размеров отверстия малого искусственного сооружения
Так как в курсовом проекте режим протекания воды в трубе безнапорный, при котором входное отверстие не затоплено и на всем протяжении трубы поток имеет свободную поверхность; глубина воды перед трубой , где - высота входного отверстия.
Отверстие проектируемой трубы зависит от расчетного расхода воды , а также от глубины водосборного бассейна у сооружения.
Для значения расчетного расхода размер отверстия трубы подбирают по таблицам гидравлических характеристик типовых труб.
При этом необходимо, чтобы табличное значение расхода воды было равным или немного больше расчетного, а соответствующее ему табличное значение глубины воды перед трубой не превосходило глубину бассейна у сооружения .
Гидравлический расчёт трубы
1. По таблицам пропускной
2. Определяем критическую
Ширина потока по верху:
Смоченный периметр:
Площадь затопленного сечения: (14)
Полученные значения заносим в таблицу 8.
Таблица 8 – Полученные данные
H, м |
b |
l |
w |
|
|
0,2 |
1,20 |
1,29 |
0,16 |
0,00 |
0,4 |
1,60 |
1,85 |
0,44 |
0,05 |
0,6 |
1,83 |
2,30 |
0,78 |
0,26 |
0,8 |
1,96 |
2,69 |
1,15 |
0,78 |
1 |
2,00 |
3,06 |
1,53 |
1,78 |
1,125 |
1,98 |
3,27 |
1,76 |
2,74 |
Рисунок 3 - График для определения критической глубины
.
Делаем проверку, чтобы не получился полунапорный или напорный режим.
Глубина потока в сжатом сечении. м (15)
