Проектирование участка автомобильной дороги

 

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Тамбовский государственный технический университет»

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра: ” Городское строительство и автомобильные дороги”

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

к курсовому проекту

на тему: ”Проектирование участка  автомобильной дороги “

по дисциплине:

“Основы проектирования автомобильных  дорог ”

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил : студент группы САД-31

Атсутсула Б.А.

                                                                                                 Проверил преподаватель :

                      Андрианов К.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тамбов 2011

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Задание на выполнение курсового проекта

   Введение

1. Климатические характеристики района проектирования                            4
2. Обоснование расчётом технических нормативов                                       8
3. Проектирование вариантов трассы дороги в плане                                     18
4. Проектирование продольного профиля                                                   23
5. Проектирование поперечных профилей                                                      24
6. Назначение конструкции дорожной одежды                                                25
7. Определение объемов земляных работ                                                         26

Список используемой литературы

Приложения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

   В данном курсовом проекте запроектирован участок автомобильной дороги I I I технической категории. Проект разработан в соответствии с заданием на проектирование. Разработка проекта осуществлялась на основании действующих типовых каталогов, а так же с учетом требований ЕСКД, СНиП, ГОСТ и норм проектирования. Проект состоит из пояснительной записки и графической части. Записка выполнена на страницах формата А4 с угловыми штампами, содержит 29 страниц и по содержанию соответствует последовательности изложения, приведённого в задании на проектирование, 19 наименований литературы. Графическая часть выполнена на одном листе формата А1 и двух листах формата А2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     1 -  Климатические характеристики района проектирования

    Тамбовская область — субъект Российской Федерации, входит в состав Центрального федерального округа. Административный центр — Тамбов.

   Географическое положение:

  Тамбовская область лежит в южной части Восточно-Европейской равнины , в центральной части Окско-Донской равнины. Граничит с Рязанской, Пензеской, Саратовской, Воронежской и Липецкой областями.

   Рельеф и природные условия:

Область занимает центральную часть  Окско-Донской (Тамбовской) равнины (высота до 219 м). Рельеф полого-волнистый, расчлененный балкам и оврагами.

   Климат:

Климат  Тамбовской области — умеренно континентальный.

Средняя месячная температура и годовая  температура воздуха приведена в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

  Таблица 1 -  Средняя температура по месяцам, ˚С.

 

I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	Год
-10,8	-10,2	-5,1	5,1	13,9	18	20,2	18,5	12,2	5,3	-2	-7,7	4,8

 

Климатические параметры холодного и теплого  периодов года приведены в таблицах 2 и 3.

 

 Таблица 2 - Климатические параметры холодного периода года.

                                          

Наименование параметра				Значения
Температура воздуха наиболее холодных суток, ˚С, обеспеченностью			0,98	-34
			0,92	-32
Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, ˚С, обеспеченностью			0,98	-30
			0,92	-28
Температура воздуха, ˚С, обеспеченностью 0,94				-16
Абсолютная минимальная температура  воздуха, ˚С				-39
Средняя суточная амплитуда температуры  воздуха наиболее холодного и  наиболее тёплого месяца, ˚С				6,7
Продолжительность, сут, и средняя  температура воздуха, ˚С, периода со средней суточной температурой воздуха	≤ 0˚С	Продолжительность		140
		Средняя температура		-7
	≤ 8˚С	Продолжительность		201
		Средняя температура		-3,7
	≤ 10˚С	Продолжительность		217
		Средняя температура		-2,7
Средняя месячная относительная влажность  воздуха наиболее холодного месяца, %				84
Средняя месячная относительная влажность  воздуха в 15 ч наиболее холодного  месяца, %				83
Количество осадков за ноябрь –  март, мм				194
Преобладающее направление  ветра  за декабрь – февраль				ЮВ
Максимальная из средних скоростей  ветра по румбам за январь, м/с				4,7
Средняя скорость ветра, м/с, за период со средней суточной температурой воздуха  ≤ 8˚С				4

Таблица 3 - Климатические параметры тёплого периода года.

 

Наименование параметра	Значения
Барометрическое давление, гПа	995
Температура воздуха, ˚С, обеспеченностью 0,95	23,2
Температура воздуха, ˚С, обеспеченностью 0,99	27,3
Средняя максимальная температура воздуха  наиболее тёплого месяца, ˚С	25,6
Абсолютная максимальная температура  воздуха, ˚С	38
Средняя суточная амплитуда температуры  воздуха наиболее тёплого месяца, ˚С	11,2
Средняя месячная относительная влажность  воздуха наиболее тёплого месяца, %	67
Средняя месячная относительная влажность  воздуха в 15 ч наиболее тёплого  месяца, %	49
Количество осадков за апрель –  октябрь, мм	366
Преобладающее направление  ветра  за июнь – август	С
Минимальная из средних скоростей  ветра по румбам за июль, м/с	2,8

 

Характеристика  движения воздушных масс по скорости и повторяемости представлена в виде розы ветров (рисунок 1). Составлен дорожно-климатический график (рисунок 2).

 

 

 

 

 2 - Обоснование расчётом технических нормативов проектируемой          автомобильной дороги

Согласно  исходным данным имеем интенсивность  движения преобладающих транспортных средств по проектируемой дороге в перспективе на 20 лет:

 

Таблица 4 - Интенсивность движения транспортных средств.

Преобладающие транспортные средства		Интенсивность движения, авт/сут.
Автомобили легковые	ВАЗ	1173
	ГАЗ	391
Автомобили грузовые	ГАЗ	1173
	ЗИЛ	391
	МАЗ	391
	КамАЗ	391
Автобусы	ЗИЛ	-

Для выбора технической категории проектируемой  дороги приводим расчетную интенсивность  движения автомобилей каждого типа к эквивалентному количеству легковых автомобилей. Для этого используем коэффициенты приведения, промежуточные коэффициенты находим путем интерполяции.

, прив. ед./сут,

где N₁-N_n – заданная интенсивность движения отдельных типов автомобилей,

k₁-k_n – коэффициенты приведения отдельных типов автомобилей к легковому [11, Табл.2]

Для данного случая имеем:

Легковые  автомобили:

ВАЗ                      N₁ k₁=1173*1=1173 авт/сут;

ГАЗ                                   N₂ k₂=391*1=391 авт/сут;

Грузовые  автомобили:

ГАЗ                  N₃ k₃=1173*1,75=2052,75 авт/сут;

ЗИЛ                   N₄ k₄=391*2 =782 авт/сут;

МАЗ   N₅ k₅=391*2,65=1036,15 авт/сут;

КамАЗ   N₆ k₆=391*2,5=977,5 авт/сут;

 

                 N_р= 1173+391+2052,5+782+1036,15+977,5=6412,4 авт/сут.

 

По  полученному значению N_р по [9, табл. 1] и [11, табл. 1*] принимаем IIIтехническую категорию дороги и класс - дорога местного значения.

 

 

Определяем  ширину проезжей части с обоснованием необходимого числа полос движения.

Необходимое число полос движения определяется по формуле

 

где α - коэффициент перехода от суточной интенсивности движения к часовой (α = 0,1);

K_п N_р – приведенная интенсивность движения, прив. ед./сут. (K_п N_р = );

ε – коэффициент сезонной неравномерности  изменения интенсивности движения (ε = 1);

z – расчетный коэффициент загрузки дороги движением, зависящий от уровня удобства движения (z = 0,3 … 0,5);

γ – коэффициент, зависящий от рельефа  местности (для равнинного рельефа  – 1,0; пересеченного – 0,8; сильно пересеченного  – 0,6);

Р – пропускная способность одной полосы движения определяется по формуле

P = BP_max = 2000, авт./ч

 

   Принимаем число полос движения для III технической категории = 2.

Ширина  полосы движения определяется отдельно для грузовых и легковых автомобилей, преобладающих в составе транспортного  потока из условия встречного движения автомобилей, движущихся с расчетной  скоростью.

Ширина  полосы движения зависит от ширины кузова автомобиля а, его колеи с, величины предохранительной полосы между колесом автомобиля и кромкой проезжей части y, величины зазора безопасности между кузовом автомобиля и границей полосы х (рис. 1):

x = y = 0,5 + 0,005V_р, м.

Тогда для двухполосной дороги с двусторонним движением ширина одной полосы движения определяется по формуле:

, м,

 

 

а общая ширина проезжей части:

b_п.ч = П_г + П_л, м,

b_п.ч = 3,84 + 3,82 = 8

где П_г, П_л – ширина полосы движения для грузового и легкового автомобилей соответственно, м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 - Расчетная схема для определения геометрических элементов проезжей части и земляного полотна автомобильной дороги.

 

Определение ширины земляного полотна с обоснованием ширины обочин

Ширина  земляного полотна автомобильной  дороги (рис. 2) определяется по формуле:

В_з.п = b_п.ч + 2b_об, м,

В_з.п = 8 + 23,75 =15,5

где b_об – ширина обочины, м, определяется в зависимости от категории дороги по [10, табл. 3 и 11, табл. 4*].

Данные  расчётов заносим в таблицу 5.

 Таблица 5 - Геометрические элементы автомобильной дороги

 

Элементы автомобильной дороги	Показатель
	число полос движения, n, шт	ширина проезжей части, bп.ч, м	ширина обочины, bоб, м	ширина земляного полотна, Вз.п,м
	2	8	3,75	15,5

 

 

Определение предельных продольных уклонов.

Предельные  продольные уклоны, преодолеваемые автомобилями, определяются графоаналитическим методом  по динамическому фактору автомобиля Д, выражающему удельную силу тяги автомобиля, которая может расходоваться  на преодоление дорожных сопротивлений:

Д = f ± i ± δ j, Н/м,

где f – коэффициент сопротивления качению (f = f₀ [1 + 0,01 (V_р – 50)]);

i – продольный уклон дороги;

δ – коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс автомобиля (δ = 1,04 + n, где n = 0,03 … 0,05; i_к – передаточное число коробки передач);

j – относительное ускорение (j = (1/g) (dV/d t), где g – ускорение свободного падения; dV/dt – ускорение автомобиля).

f_л = 0,01[1 + 0,01 (120 – 50)]= 0,017

f_г = 0,01[1 + 0,01 (80 – 50)]= 0,013

Расчет  продольного уклона ведется для  равномерного движения автомобиля с  постоянной скоростью (δ j=0), в этом случае динамический фактор определяется по формуле

Д = f ± i,

Д_л= 0,035

Д_г=0,07

а предельный уклон

i _max = Д- f

i _{max л}=(0,035-0,017)1000 = 18

i _{max г}=(0,07-0,013)1000 = 57

   Значения динамического фактора Д для легковых и грузовых автомобилей находятся по графикам динамических характеристик [3, рис. 1.4 – 1.6] в зависимости от марки и расчетной скорости. Расчеты предельных продольных уклонов выполняются в табличной форме (табица 6) .

Таблица 6 - Расчеты предельных продольных уклонов,преодолеваемых автомобилями .

 

Тип и марка автомобиля	Динамический фактор, Д, Н/Н	Расчетная скорость, Vр, км/ч	Коэффициент сопротивления качению, f	Предельный прдольный уклон, i max,‰
Легковой автомобиль	0,035	120	0,017	18
Грузовой автомобиль	0,07	80	0,013	57

 

Полученные  значения предельных продольных уклонов  проверяются по условиям сцепления. Динамический фактор по условиям сцепления  рассчитывается при неблагоприятном  для движения автомобилей мокром и грязном состоянии покрытия по формуле 

,

 

 

Где -коэффициент продоольного сцепления автомобильной шины с поверхностью     покрытия ( =0,18…0,20);- часть веса, приходящаяся на ведущую ось автомобиля, Н;    - полный вес автомобиля, Н;  Р_{в -} сопротивление воздуха, определяется по формуле:

Р_в= K F / 13, Н.

 

 

Продольный уклон, который может  преодолеть автомобиль без пробуксовывания

 

i` _max= Д_сц –f

i` _maxл =( 0,058-0,017)1000 = 41

i` _maxг= (0,123-0,013)1000 = 110

Расчеты выполняются в табличной  форме (таблица 7).

 Таблица 7 -  Расчеты предельных продольных уклонов, преодолеваемых автомобилями по условиям сцепления .

 

Тип и марка автомобиля	Gсц /G	Сопротивление воздуха, Рв ,Н	Рв/ G	Динамический фактор по условиям сцепления  Дсц, Н/Н	Предельный прдольный уклон, i` max,‰
Легковой автомобиль	0,506	721,11	0,038	0,058	41
Грузовой автомобиль	0,755	1207,83	0,016	0,123	110

 

Для движения автомобиля без пробуксовывания  необходимо, чтобы выполнялось условие

i` _max> i _max

Для легкового автомобиля- 41‰>18‰; для грузового автомобиля- 110‰>57‰. Условие выполняется.

Определение расстояния видимости.

Расчетное расстояние видимости на проектируемой  дороге определяется, исходя из трех «схем  видимости».

1. Остановка автомобиля перед препятствием (расстояние видимости поверхности дороги). Расчет выполняется для горизонтального участка дороги:

, м

 

 

где V_р – расчетная скорость движения наиболее скоростного автомобиля, км/ч;

K_э – коэффициент, учитывающий эффективность действия тормозов (1,3 – для легковых автомобилей; 1,85 – для грузовых автомобилей, автобусов и автопоездов);

φ₁ – коэффициент продольного сцепления при торможении на чистых покрытиях (φ₁ = 0,50);

l_з.б – зазор безопасности (l_з.б = 5 … 10 м).

2. Торможение двух автомобилей, двигающихся навстречу друг другу. Расчет ведется из предположения, что скорости автомобилей одинаковы, участок дороги горизонтальный, коэффициенты, учитывающие эффективность действия тормозов, одинаковые и равны Kэ = 1,3. Расстояние видимости будет равно сумме тормозных путей автомобилей, двигающихся навстречу друг другу, двух расстояний, которые пройдут автомобили за время реакции водителей и зазора безопасности между остановившимися автомобилями:

, м

 

3. Обгон легковым автомобилем грузового  автомобиля при наличии встречного движения. Расчет ведется из предположения, что легковой автомобиль, двигающийся  со скоростью                                                                                    V_л = V_р обгоняет грузовой автомобиль, двигающийся со скоростью V_г (скорость движения грузового автомобиля принимается равной минимальной расчетной скорости грузовых автомобилей в составе транспортного потока) с выездом на полосу встречного движения. При этом принимается, что участок дороги горизонтальный, скорость движения встречного автомобиля V_в больше расчетной скорости грузового автомобиля на 5 км/ч (V_в = V_г + 5). Расстояние видимости из условия обгона определяется по формуле

S₃ = L₁ + L₂ + L₃, м,

где L₁ – путь, который пройдет легковой автомобиль, когда нагонит грузовой автомобиль и поравняется с ним, м:

,

 

где – расстояние между легковым и грузовым автомобилями в момент начала заезда на полосу встречного движения;

 = = 33,33– расстояние, которое пройдет легковой автомобиль за время принятия решения водителем об обгоне;

l_а – длина грузового автомобиля (l_а = 3 м);

L₂ – путь, который пройдет грузовой автомобиль за время обгона его легковым автомобилем, м:

,

 

Где расстояние, на котором легковой автомобиль должен возвратиться на свою полосу движения;

L₃ – путь, который проходит встречный автомобиль за период обгона, м:

 

На  участках в пределах населенных пунктов  необходимо определить минимальное  расстояние боковой видимости

 , м,

 

где V_п – скорость бегущего пешехода, км/ч (V_п = 10 км/ч);

V_а – скорость движения автомобиля, км/ч (V_а = 60 км/ч);

S₁ – расчетное расстояние видимости, определенное из условия остановки перед препятствием, м.

Результаты  расчёта видимости сводятся в  таблице 8.

    Таблица 8 - Расчётное расстояния видимости.

 

Тип и марка автомобиля	Остановка автомобиля перед препятствием, S1, м	Торможение двух автомобилей, двигающихся  навстречу друг другу, S2, м	Расстояние видимости из условия  обгона, S3, м	Расстояние боковой видимости, Sбок, м
Легковой автомобиль	190	370	1000	114

 

Определение минимальных радиусов кривых в плане

 

Радиус  кривой в плане без виража определяется для движения автомобиля по наружной относительно центра кривой полосе движения по формуле

, м

где φ₂ = 0,05 … 0,10;

 

i_п.ч – принимается по [11, табл. 7] в зависимости от категории дороги, дорожно-климатической зоны и типа покрытия дорожной одежды.

Радиус  кривой в плане с виражом  определяется по формуле

, м

 

 

где φ₂ = 0,15 … 0,20; i_п.ч – принимается по [11, табл. 8] в зависимости от категории дороги и радиуса кривой в плане.

Минимальная длина переходной кривой определяется по формуле

, м

 

где V_р – расчетная скорость движения автомобиля, км/ч; I – нарастание центробежного ускорения при движении автомобиля на участке переходной кривой (I = 0,5 м/с³);

 – минимальный радиус кривой в плане с виражом, м.

Радиус, при котором видимость поверхности проезжей части будет соответствовать расчетному расстоянию видимости в ночное время, определяется по формуле

, м,

 

где S₁ – расстояние видимости поверхности дороги, м; α – угол рассеивания пучка света фар, градусы (α = 2°).

Все рассчитанные значения радиусов кривых в плане сводятся в таблицу 9.

 

    Таблица 9 - Минимальные радиусы кривых в плане.

 

Тип и марка автомобиля	Радиус кривой в плане без виража, , м	Радиус кривой в плане с виражом, , м	Длина отгона виража, Lотг,м	Длина переходной кривой, , м	Радиус кривой в плане, обеспечивающий видимость в ночное время, , м
Легковой автомобиль	2270	665	32	110	2850

Технические нормативы для данной категории дороги заносим в таблицу технических нормативов.

 

 

 

Таблица 10 - Технические нормативы элементов трассы.

 

№ п/п	Технические нормативы	Ед. изм.	По расчёту	По [9-11]	Приняты при проектировании
1	Категория дороги.	-	III	III	III
2	Расчётная скорость.	км/ч	100	100	100
3	Ширина: - полосы движения; - проезжей части; - обочин; - разделительной полосы; - укрепительной полосы обочины; - укрепительной полосы на разделительной  полосе.	м	4 8 - - -   -	3,75 7,5 3,75 - 0,75   -	4 8 3,75 - 0,75   -
4	Количество полос движения.	шт	2	2	2
5	Ширина земляного полотна.	м	15,5	15	15,2
6	Предельный продольный уклон.	‰	18	40	18
7	Минимальные радиусы кривых: - без устройства виража; - с устройством виража; - из условия видимости в ночное  время.	м	2270 667 2850	800 800 800	2900
8	Минимальный параметр переходной кривой.	м	110	120	130
9	Наименьшее расстояние видимости  дороги: - для остановки; - для торможения; - для обгона; - боковая.	м	190 370 1000 114	250 450 - -	250 450 1000 114
10	Наименьшие радиусы вертикальных кривых в продольном профиле: - выпуклых; - вогнутых, из условия видимости  в ночное время.	м	15040   8880	15000   5000	15000   5000
11	Наименьшие длины кривых в продольном профиле: - выпуклых; - вогнутых	м	- -	- 360	- 360

  

 

 

 

  3 - Проектирование трассы дороги в плане

По исходным данным на проектирование имеется карта  участка местности в масштабе 1:10000 с сечением горизонталей через 2,5 м и технические нормативы  элементов плана и продольного  профиля проектируемой автодороги, определенных во 2 пункте проекта.

При проложении трассы дороги по карте  в горизонталях учитываем, что нормируемыми элементами трассы в плане являются наименьшие радиусы кривых, наименьшие параметры переходных кривых и длина  прямолинейных участков. Перечисленные  нормируемые элементы необходимо применять  в увязке с ландшафтом местности  и друг с другом.

Длину прямолинейных участков трассы назначаем  исходя из условия недопущения притупления  внимания водителей и прогрессирующей  их усталости при движении по длинным  прямым, особенно в условиях монотонного  ландшафта. Поэтому прямые участки  трассы ограничиваем длиной = 2 км.

Параметры круговой кривой – тангенс Т, длина  кривой К, биссектриса Б, домер Д  вычисляем по формулам:

Т = Rtg(α/2);

Б = R[sec(α/2)-1];

K = (Rπα)/180;

Д = 2T – К.

где R, м; α, град.

Рисунок 4- Схема разбивки трассы дороги.

Для первого варианта дороги:

Т₁ = 2700tg(20/2)=476,083

Б₁ = 2700[sec(20/2)-1]=41,652

K₁ = (27003,1420)/180=942

Д₁ = 2T₁ – К₁=2476,083-942=10,16

 

Для второго варианта дороги:

Т₂ = 2700tg(12,5/2)=295,7

Б₂ = 2700[sec(12,5/2)-1]=16,144

K₂ = (27003,1412,5)/180=588,75

Д₂ = 2T₂ – К₂=2295,7-588,75=2,65

 

Элементы  закругления приведены на рисунке  5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5 - Элементы закругления:

а) элементы круговой кривой;

б) элементы круговой кривой с переходными  кривыми

 

 

Пикетажное  значение начала НК₁ и конца КК₁ первого закругления определяется по схеме:

ПК ВУ №1 – Т₁ = ПК НК₁;

ПК НК₁ + К = ПК КК₁.

Для первого варианта дороги:

ПК НК₁ = 2036-476,083 = 1560

ПК КК₁ = 1560+942 = 2502

Для второго варианта дороги:

ПК НК₁ = 1119,5-295,7 = 824

ПК КК₁ =  824+588,75 = 1413

Геометрическое  положение точки начала кривой НК на трассе можно определить, если отложить от вершины угла поворота ВУ величину тангенса Т назад по ходу пикетажа, а положение точки конца кривой КК – вперед по ходу трассы. Пропущенные пикеты в пределах закругления расставляются по кривой с учетом масштаба карты.