Строительство автодорог


1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ  КОМПЛЕКСА   РАБОТ  ПО  ПОДГОТОВКЕ

   ДОРОЖНОЙ ПОЛОСЫ

 

1.1 Технология подготовительных  работ

 

К подготовительным работам  по возведению земляного  полотна относятся:

  1. восстановление и закрепление трассы;
  2. расчистка дорожной полосы;
  3. разбивка земляного полотна;
  4. постройка временных землевозных дорог.

 

1.1.1  Восстановление и закрепление  трассы

 

Восстановление  трассы – это установка на местности  дополнительных геодезических знаков, обозначающих трассу в плане и  профиле.

Заданием  на курсовой проект предусмотрено строительство  дороги III категории с ПК 2 по ПК 19. В соответствии с рабочими отметками назначены типовые поперечные профили земляного полотна (лист 1): с ПК 2 по ПК 3 тип 2, ПК4 тип 3, с ПК 5 по ПК 14 тип 2, с ПК15 по ПК 19 тип 9. Рассматриваемый участок трассы  представляет собой прямую. Ширина земляного полотна поверху составляет 12 м в соответствии с ТКП.

Для закрепления  трассы на местности осуществляется:

  1. вынос всех знаков геодезической разбивочной основы на ГПО;
  2. закрепление всех пикетов и плюсовых точек;
  3. закрепление створных точек на длинных прямых и разбивка промежуточных точек;
  4. продольное нивелирование всех точек линии и при необходимости съемка поперечных профилей;
  5. установка дополнительных реперов у насыпей высотой более 3 м.

  Схема закрепления трассы на прямом участке дороги показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема закрепления оси дороги на прямом участке трассы:

   1 –  выносной столб; 2 – выносные колья; 3 – границы полосы отвода; 4 –  четные пикеты              (точки со сторожками); 5 – ось  дороги; В – ширина полосы отвода.

Параллельно закреплению трассы производится разбивка полосы отвода.

Полоса  отвода – это земли, прилегающие  к трассе и занимаемые для строительства  автомобильной дороги.

Полоса  отвода по ширине включает в себя полотно  строящейся автомобильной дороги и  все сооружения, входящие в комплекс строительства. Ширина постоянной полосы отвода, которая выделяется в бессрочное пользование,  зависит от категории  дороги, количества полос движения, высоты насыпей, крутизны откосов насыпей. Грунт для строящегося участка  автомобильной дороги разрабатывается в карьерах.

 Возведение  насыпей из грунта боковых  резервов нецелесообразно, так  как, во-первых при этом ширина  полосы отвода значительно увеличивается,  во-вторых грунт, получаемый из  боковых резервов, может не соответствовать  требованиям, предъявляемым к  грунту земляного полотна (т.е.  необходимо обогащение грунта, что  связано с дополнительными экономическими  и временными затратами), в-третьих  земли используемые под резервы необходимо будет рекультивировать. В результате такого решения (возведение насыпи из грунта боковых резервов) стоимость земляных работ была бы наименьшей по сравнению с разработкой грунта в карьерах, но если эту задачу (возведение насыпи) рассматривать не с позиции экономии единовременных расходов, то такое решение оказывается нерациональным.

На участке  присутствует два типа насыпи и один тип выемки. Для определения точек перехода одного типа насыпи в другой воспользуемся рисунком 1.2 (ПК3-ПК)и формулой (1).

Рисунок 1.2 – Схема для определения точки перехода одного типа насыпи в другой

 

(1.1)


где x – расстояние, на котором происходит изменение типа поперечного профиля, м;   L – расстояние  между смежными   пикетами, м;    h – отметка земляного полотна, при которой происходит изменение типа поперечного профиля земляного полотна, h=6м;  h2 – рабочая отметка с высотой насыпи менее 6 метров в соответствии с типом 2, h2=2,36м; h1 – рабочая отметка с высотой насыпи более 6 метров в соответствии с типом 3, h1=6,35 м.

В соответствии с рисунком 1.2 по формуле (1.1)

 

Ширину постоянной полосы отвода определим по формуле

                                     (1.2)

где   B   –  ширина земляного полотна поверху, м;  m – крутизна заложения откоса насыпи, м;   Hн –  высота насыпи, м; hк – глубина кювета, м; n  –  крутизна откоса кювета, м.

Расчет  ширины постоянной полосы отвода произведем в  таблице 1.1.

      Таблица 1.1 – Ширина постоянной полосы отвода

ПК

+

Нн,м

m

n

hк,м

B,м

ГПО

Ш пост

2

  

1,22

3

1,5

0,6

12,00

14,36

28,72

2

68

2

3

1,5

0,6

12,00

16,70

33,40

3

  

2,36

1,5

    

12,00

11,54

23,08

3

91

6

1,5

    

12,00

17,00

34,00

4

  

6,35

1,75

    

12,00

19,11

38,23

4

44

6

1,5

    

12,00

17,00

34,00

5

  

5,56

1,5

    

12,00

16,34

32,68

6

  

4,33

1,5

    

12,00

14,50

28,99

6

76

2

3

1,5

0,6

12,00

16,70

33,40

7

  

1,25

3

1,5

0,6

12,00

14,45

28,90

8

  

0,36

3

1,5

0,6

12,00

11,78

23,56

9

  

0,78

3

1,5

0,6

12,00

13,04

26,08

10

  

1,88

3

1,5

0,6

12,00

16,34

32,68

10

15

2

3

1,5

0,6

12,00

16,70

33,40

11

  

2,66

1,5

    

12,00

11,99

23,98

12

  

3,25

1,5

    

12,00

12,88

25,75

12

65

2

3

1,5

0,6

12,00

16,70

33,40

13

  

1,33

3

1,5

0,6

12,00

14,69

29,38

13

50

2

3

1,5

0,6

12,00

16,70

33,40

14

  

2,33

1,5

    

12,00

11,50

22,99

14

50

0

      

12,00

8,00

16,00

15

  

2,55

3

1,5

1,4

12,00

21,95

43,90

16

  

1,23

3

1,5

1,4

12,00

17,99

35,98

17

  

3,56

3

1,5

1,4

12,00

24,98

49,96

18

  

2,55

3

1,5

1,4

12,00

21,95

43,90

19

  

2,33

3

1,5

1,4

12,00

21,29

42,58


 

1.1.2  Расчистка дорожной полосы

В состав работ по расчистке дорожной полосы входят:

  1. удаление мелколесья и кустарника;
  2. срезка растительного слоя;
  3. уборка камней, валунов.

Срезка кустарника и  мелколесья производится на участке  с ПК2 до ПК5. Для срезки кустарника и мелколесья используем кусторез. Срезанный кустарник сгребается и складывается за пределами участка производства работ затем сжигается или вывозится (рисунок 1.3) .

Срезка  кустарника кусторезом производится в  любое время года, но лучшие условия  для этого созданы зимой благодаря  закреплению корней и стволов  кустарника в промерзшей земле. В  этих условиях ножи кустореза хорошо срезают древесную растительность за один проход. Успешно проходит срезка и в начале весны, когда снега  мало а земля еще не оттаяла.

Растительный  слой снимается на ПК 2 – ПК 19 и также укладывается в отвал для последующего использования при укреплении откосов земляного полотна и рекультивации нарушенных земель, составляет 0,2 метра. Срезание растительного слоя производим при помощи бульдозеров (рисунок 1.4).

 

  Рисунок 1.3 – Схемы расчистных работ:

  а – срезка кустарника; б – выкорчевывание пней; 1 – граница просеки; 2 – направление движения кустореза или бульдозера при срезании кустарника и пней мелкого леса; 3 – зона сжигания отходов; 4 – направление движения бульдозера при перемещении хвороста и пней в зону сжигания; 5 – направленное движение трактора при выкорчевывании пней

Рисунок 1.4 – Схема срезки растительного грунта:

  а – челночная В ≤ 25 м (ПК 11,ПК14); b – поперечная В = 25…35 м (ПК2-ПК10,ПК13); с – поперечно-участковая В = 35…45 м (ПК 15-19); B – ширина полосы отвода; О – отвал растительного грунта; m – ширина зоны проезда и маневра машин;   h – толщина срезаемого слоя грунта.

1.1.3 Разбивка земляного полотна

Разбивка  земляного полотна состоит в  нанесении и закреплении на местности  основных точек определяющих поперечные размеры земляного полотна, границы  подошвы насыпей, с учетом уклона местности и  расположения боковых  канав. Эти границы отмечают бороздами  вырезаемыми автогрейдерами или  кольями, забиваемыми через 25-50 м.

На кольях делают затесы, несмываемой  краской указывают номера пикета,

плюса и отметку насыпи. Для сохранения основной разбивки за пределами рабочей зоны устанавливают дополнительные колья, которые, в случае необходимости, позволяют произвести восстановление сбитых точек.

Разбивку границ откосов земляного  полотна производят раздельно на каждом поперечнике, на основных переломных точках местности. Разбивку поперечных профилей ведет с применением  теодолита, контрольного шаблона, уровня, откосного лекала с уровнем и  рейки.

Схема разбивки земляного полотна представлена на рисунке 1.5. Разбивка границ откосов производится на всех переломных участках местности.

Рисунок 1.5 – Схема разбивки насыпи.

  1. Отметка высоты насыпи по оси; 2 – насыпь; 3 – колья; 4 – откосное лекало с уровнем; 5 – шаблон; 6 – поверхность земли; 7 – веха.

 

1.1.4 Постройка  временных землевозных дорог

 

Для транспортирования грунта следует  максимально использовать существующую дорожную сеть, устраивая от нее ответвления в сторону строящейся автодороги. При невозможности или экономической нецелесообразности использования дорог общей сети необходимо предусматривать устройство временных землевозных дорог.


Ширина  проезжей части дорог для автосамосвалов грузоподъемностью до 12 т при  двустороннем движении 7 м, а при  одностороннем движении 3,5 м. Ширина обочин не менее 1 м, в стесненных условиях на выездах и объездах не менее 0,5 м с каждой стороны. На косогорах ширина обочин составляет с нагорной стороны – 0,5 м, с подгорной – 1 м.

Проектирование  плана и продольного профиля  временных землевозных дорог  следует осуществлять в соответствии с требованиями [1] применительно  к дорогам V категории.

На рисунке 1.6 представлен поперечный профиль насыпи временной землевозной дороги.

Рисунок 1.6 – Поперечный профиль землевозной дороги.

1.2 Определение, объемов  и сроков выполнения подготовительных  работ

Объем    определяется    на    основании    графиков    полосы     отвода

представленных  на листе 2. Для расчета продолжительности  той или иной работы, необходимо рассчитать производительность комплекта  машин при выполнении конкретной работы.

 Производительность комплектов машин определяем по формуле

,                      (1.3)

где T' – продолжительность рабочей смены, T' = 8 часов;     – единичный объем (объем в измерителе); Hвр – нормы затрат машинного времени на выполнение единичного объема работ в машино-часах.

Продолжительность работ определяется по формуле:

,                 (1.4)

где  V – объем работ;  П –  производительность комплекта в измерителе; N – количество комплектов принятое  для производства  работ,  N=1;                 К  – коэффициент сменности, К=1.

Подставив численные значения  в формулу (3) и (4) получим для бульдозера ДЗ-28, при Нвр = 0,66 машино-часа:

 

 

Объем подготовительных работ и расчет их производительности сведен в таблицу 1.2.

График  границы полосы отвода представлен в приложении Б.

 

Таблица 1.2 – Объем подготовительных работ и расчет производительности

Продолжительность,ч

10,37

9,06

6,69

13.01

10,37

9,36

  

Машины и механизмы

Автомобиль «Соболь», теодолит, нивелир, рейки, рулетки

Бульдозер ДЗ-28

Кусторез ДЗ-117

Бульдозер ДЗ-28

  

Бульдозер, автогрейдер, каток самоходный, самосвал

  

Состав исполнителей

начальник

техник-пикетажник нивелировщик

бригадир-вешальщик

рабочий

водитель

машинист

машинист

машинист

см. восстановление трассы

машинисты

  

Количество машин

  

1

1

3

  

4

  

Коэффициент сменности

1

1

1

1

1

1

  

Трудозатраты

на объем

10,37

9,06

6,69

39.03

10,37

9,36

  

на единицу

6,1

0,69

0,51

0,66

6,1

0,72

  

Объем работ

1,7

13136

13136

59135

1,7

13000

  

Единица измерения

км

1000м2

1000м2

1000м2

км

1000м2

  

Границы участка производства работ

ПК2-ПК19

ПК2-ПК5

ПК2-ПК5

ПК2-ПК19

ПК2-ПК19

ПК2-ПК19

  

Наименование рабочих процессов

Восстановление трассы

Корчёвка пней

Срезка кустарника

Срезка растительного слоя

Разбивка земляного полотна

Устройство временных землевозных  дорог

  

Обоснование норм выработки

Производственный опыт

Е2-1-5

Е2-1-5

Е2-1-5

Производственный опыт

Е2-1-46

  

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАБОТЫ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСТПОРТНЫХ МАШИН

2.1 Выбор схемы производства работ

Рисунок 2.1 – Условия строительства.

 

На рабочем  участке  ПК5  - ПК19 производим возведение насыпи из грунта выемки. На участке ПК2-ПК5 насыпь возводится из грунта, привезённого из карьера.

Общий объем  насыпи  Vнас=51304,61 м3 , объем выемки Vвыем=21910,03 м3. Объём насыпи на участке ПК2-ПК5 равен 22642,1 м3.

В соответствии с выбранной схемой производства работ и рабочими отметками, и  полученным объемом насыпи и выемки на технологическом участке   ПК2 – ПК19, в качестве ведущей машины для возведения земляного полотна принимаем скрепер самоходный БелАЗ-7422.

Для разработки грунта применять схему движения скрепера по «эллипсу».

 

2.2 Выбор марки ведущей  машины

 

В соответствии с выбранной схемой производства работ и рабочими отметками, и  полученным объемом насыпи на технологическом участке   ПК2 – ПК19, в качестве ведущей машины для возведения земляного полотна принимаем скрепер ДЗ-13Б.

        Технико-эксплуатационные характеристики скрепера ДЗ-13Б представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Технико-эксплуатационные характеристики скрепера ДЗ-13Б

Показатель

Единица измерения

Количество

Базовый тягач

  

БелАЗ-7422

Объем ковша

м3

16

Грузоподъемность

т

30

Мощность двигателя

кВт

265

Способ разгрузки ковша

  

Принудительный

Ширина резания

м

3,41

Глубина резания

м

0,30

Средняя толщина слоя отсыпки

м

0,30

Наибольшая скорость движения

км/ч

45

Радиус разворота

м

9,75

Скорость скрепера при наборе грунта

м/c

0,6

Скорость скрепера с грунтом

м/c

4-6

Скорость скрепера при разгрузке  грунта

м/c

1-3

Скорость порожнего скрепера

м/c

5,5-7

Масса скрепера

т

37,5

Ширина скрепера

м

3,92


 

 

 

2.3 Определение эксплуатационной  производительности ведущей машины

Для определения  производительности самоходного скрепера на разработку грунта необходимо предварительно вычислить длины отдельных элементов  схемы его движения.

Длина пути набора грунта определяется по формуле

 

(2.1)


где   q – вместимость ковша, м3;  kн – коэффициент наполнения ковша, равный 1,0; α – коэффициент, учитывающий неоднородность грунта и потери его при образовании призмы волочения и образовании боковых валиков, α = 2; b – ширина обрезаемой стружки; h – толщина обрезаемой стружки; kр – коэффициент первоначального разрыхления грунта, kp=1,2.

При   q = 16 м3; h = 0,3 м; α = 2; kн = 1; b = 3,41; kp=1,2 по формуле (2.1)

 

 

Длина разгрузки  скрепера

                   (2.2)

где   hр – толщина отсыпаемого слоя.

При  hр = 0,3 м по формуле (2.2)

 

Длины путей  груженого и порожнего скрепера определим по формулам:

 

(2.3)

 

(2.4)


где   lc – средняя дальность транспортировки грунта.

Примем  lc = 700м.

При  lc = 7000 м по формулам (2.3), (2.4)

 

 

Продолжительность цикла работы скрепера определяется по формуле:

 

(2.5)


где     lн – длина пути набора грунта, м; lг  – длина пути груженого скрепера, м;  lр – длина пути разгрузки скрепера, м; lп – длина пути порожнего скрепера, м; υн, υг, υр, υп, –  скорость перемещения скрепера, м/мин, соответственно при наборе,  груженом ходе, разгрузке и порожнем ходе (значения скоростей принимаются по данным, которые равны соответственно 40 м/мин, 300 м/мин, 120 м/мин, 420 м/мин; t – время на переключение передач скрепера за один рабочий цикл,0,4 мин;   tп – время, затрачиваемое скрепером на повороты за один рабочий цикл, 1 мин.

При  lн = 26,1м; lг = 679,13 м; lп = 720,87  м; lр = 15,64 м по формуле (2.5)

 

Производительность  скрепера определяется по формуле:

 

(2.6)


где  480 – усредненная продолжительность рабочей смены, мин; λ – коэффициент, учитывающий технологию производства работ, с учетом принятых  технологических мероприятий, определяется по формуле

 

(2.7)


где λ1 – коэффициент учитывающий использование «клиновой» схемы при   наборе грунта, λ1 = 1,25;    λ2  – коэффициент, учитывающий автоматическое регулирование режима резанья, λ1=1,16.          

 

kв – коэффициент использования скрепера по времени, kв = 0,80;

При   q = 16 м3; kн = 1;   kp=1,15;   tц = 7 мин;  λ =1,45 по формуле (2.6)

 

2.4 Установление состава комплекта землеройно-транспортных   машин

Для расчета  производительности вспомогательных  машин используются нормы времени  ЕНиР [8]. Расчет производительности ведем по формуле (1.3).

Производительность бульдозера ДЗ–19, который используется при разравнивании грунта в теле насыпи при Т’ = 8ч; V’= 100м3;  Нвр= 0,78 маш·ч составит

 

Производительность катка  ДУ – 31А при первоначальном уплотнении грунта в теле насыпи, при  Т’ = 8ч; V’= 100м3;  Нвр= 0,46 маш·ч составит

 

Производительность катка  ДУ – 29 при последующем уплотнении грунта в теле насыпи, при  Т’ = 8ч; V’= 100м3; Нвр= 0,78 маш·ч составит

 

Количество  ведущих машин в отряде назначаем  исходя из схемы производства работ  и объемов работ. В данном случае при возведении насыпи объемом 22642,1 м3   принимаем 3 скрепера ДЗ–13Б.

Производительность комплекта  определяется по формуле

 

(2.8)


где   Пвед – производительность одной ведущей машины; Квед – количество ведущих машин.

 

 

 

Количество вспомогательных машин  в отряде определяем по формуле

.              (2.9)

Количество бульдозеров ДЗ–19 составит

 

Количество самоходных катков ДУ–31А  составит

 

Количество самоходных катков ДУ–29 составит

 

Необходимое число толкачей определяется как частное от деления количества скреперов в комплекте на число  скреперов обслуживаемых одним  толкачом

               (2.10)

           (2.11)

где   t – время работы цикла толкача.

 

(2.12)


где   υ0 – скорость обратного хода толкача, υ0 = 120м/мин; tт – время, затрачиваемое толкачом на переключение передач, маневры и ожидание скрепера, tт = 0,35мин.

 

 

 

Состав скреперного комплекта  приведен в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Состав скреперного комплекта по строительству земляного полотна, землеройно-транспортными машинами

Состав комплекта

Состав бригады

Наименование

машин

Марка

Количество

Профессия

Разряд

Количество

Скрепер самоходный

ДЗ – 13Б

3

Машинист

6

3

Бульдозер-толкач

Д – 384

1

Машинист

6

1

Каток легкий

ДУ – 31А

3

Машинист

6

3

Каток средний

ДУ – 29

4

Машинист

6

4

Бульдозер

ДЗ – 19

4

Машинист

6

4

Электростанция

ГАБ 4т/230

2

Телефонист

5

2

Итого

  

17

    

17


 

Технические характеристики вспомогательных машин приведены в таблице 2.3.

 

Таблица 2.3 – Технические характеристики вспомогательных машин

Показатель

Единица измерения

Количество

Бульдозер ДЗ – 19

Длина отвала

м

3,0

Высота отвала

м

1,3

Мощность

кВт

79

Марка трактора

–

Т–100

Масса

т

17,1

Самоходный каток ДУ – 31А

Ширина уплотняемой полосы

м

1,90

Толщина уплотняемого слоя

м

0,35

Мощность

кВт

66

Масса

т

16

Самоходный каток ДУ – 29

Ширина уплотняемой полосы

м

2,22

Толщина уплотняемого слоя

м

до 0,40

Мощность

кВт

96

Масса

т

30

Бульдозер-толкач Д – 384

Мощность

кВт

228

Марка трактора

–

ДЭТ–250

Масса

т

32,4

Электростанция ГАБ 4т/230

Мощность

кВт

4

Напряжение

В

230

Максимальный ток

А

12,5

Частота тока

Гц

20

Масса

т

0,27


 

2.5       Составление  технологической  карты работы комплекта

2.5.1       Технология производства работ

Технологический процесс производства работ при  сооружении земляного полотна скреперами самоходными Д3-13Б состоит из разработки грунта в выемке, перемещении и укладки его в насыпь, послойного разравнивания и уплотнения.

После отсыпки  слоя грунта уплотнение производим сначала 5 проходами по одному следу пневмокатком ДУ-31А весом 16т, затем 10 проходами  пневмокатка ДУ – 29 весом 30т. Отсыпанный слой планируем бульдозером Д3-19.

При наполнении ковша скрепера набор грунта осуществляем по клиновой схеме.

Набор грунта осуществляем принудительно с помощью  бульдозера-толкача Д–384.

При перемещении  грунта из выемки в насыпь скреперы должны двигаться в пределах контура земляного полотна и разворачиваться на специальных площадках.

Длина площадок для разворота

Lр = 2R + b + 1,          (2.13)

где  R – радиус поворота скрепера, м; b – ширина скрепера, м.

При R = 9,75 м; b = 3,92 м по формуле (2.13)

 

Так как  ширина насыпи поверху меньше (12 м) расчетной величины длины площадки для разворота (25,5м), то площадки для разворота не устраиваются.

Участки отсыпки грунтов делим на две  захватки: на одной захватке производится отсыпка грунтов, на другой – уплотнение.

Расстояния  между площадками для разворота  определяем из равноценности объемов  работ на всех захватках.

Разгрузка скрепера производится при их движении вперед на прямолинейном участке  с малой скоростью (2-3 м/с). Кромку ножа скрепера устанавливают на уровне, обеспечивающем требуемую толщину слоя отсыпки грунта (0,3 м).

Допустимые  отклонения размеров земляного полотна  от проектных значений приведены  в таблице 2.5.

Таблица 2.5 – Предельные отклонения параметров от проектных

Контролируемые параметры

Предельные отклонения

Способ проверки

Отметки бровки или оси земляного  полотна, м

0,05

нивелирование

Ширина земляного полотна

недопустимо уменьшение

промеры через 50 м

Крутизна откосов земляного полотна

недопустимо увеличение

промеры не менее чем на двух поперечниках в пределах одного пикета