Курсовая работа (т): Проектирование автомобильных дорог и аэродромов

3. Проектирование плана трассы

Положение геометрической оси автомобильной дороги на местности называется трассой. Поскольку трасса при обходе препятствий, на подъемах на холмы и спусках в понижения местности меняет свое направление в плане и продольном профиле, она является пространственной линией.

Графическое изображение проекции трассы на горизонтальную плоскость, выполненное в уменьшенном масштабе, называется планом трассы.

Трасса автомобильной дороги должна проходить в заданном направлении через обозначенные (корреспондирующие) пункты. В данном курсовом проекте эти пункты обозначены точками А и Б. В данном курсовом проекте для сравнения предлагаю принять два варианта трасс: «северный» вариант и «южный» вариант. Каждый из запроектированных вариантов насчитывает три угла поворота. Различают следующие геометрические элементы закругления: угол α, радиус R, тангенс Т, длину кривой К, домер Д, биссектрису Б.

Т= Rtg α/2; К=πRα/180; Д=2Т-К;

По приведенным формулам можно напрямую найти все элементы круговой кривой. Для определения основных геометрических элементов закруглений с переходными кривыми необходимо воспользоваться следующими формулами:

тангенс Т=Т0+ΔТ; , где Т0- тангенс круговой кривой(по формуле; ΔТ-расстояние от начала переходной кривой до начала круговой кривой(табличная величина);

биссектриса Б=Б0+ρ, где Б0- биссектриса круговой кривой(по формуле ; ρ- сдвижка круговой кривой(табличная величина);

длина всей кривой Кз=К0+2L, где К0- длина круговой кривой при угле поворота γ=α-2β, где β- центральный угол круговой кривой, оставшийся после разбивки клотоид, L- длина переходной кривой.

Пикетажное положение главных точек закругления определяют согласно формулам:

ПК НЗ = ПК ВУ - Т;

ПК НКК = ПК НЗ + L;

ПК КЗ = ПК ВУ + Т - Д = ПК НЗ + К;

ПК ККК = ПК КЗ - L.

Проверку выполнения расчетов проводят по формулам:

ПК КТ =ΣК + ΣП;

ПК КТ = ΣS - ΣД;

Σαлев - Σαпр = Азн - Азк,

где: ΣП- сумма длин прямых вставок, м; ΣS- сумма длин всех прямых участков трассы между вершинами углов, м; ΣД- сумма домеров, м; ΣК- сумма длин кривых участков трассы, м; Σαлев- сумма левых углов поворота; Σαпр- сумма правых углов поворота; Азн- азимут начального направления трассы; Азк- азимут конечного направления трассы.

После всех вычислений необходимо провести сравнение по двум вариантам трассы. Сравнение проводят по таким показателям как:

Коэффициент удлинения трассы К= L/L0,

где L - длина трассы по варианту,м.; L0 - длина трассы по воздушной линии, м.

Количество углов поворота на 1 км. трассы находят по формуле

 = n / L,

где n - количество углов поворота по всему варианту трассы; L - длина варианта трассы, км.

Среднее значение угла поворота

где α - значение угла поворота, град.; n - количество углов поворота по варианту трассы.

Кроме этих показателей варианты трасс сравнивают по длине, количеству искусственных сооружений, количеству пересечений в одном уровне.

Трасса№1

Угол№1α=75° R=100м вписываем две симметричные клотоиды (биклотоида)

T=146,654; K=261,799; D=31.509; A=114.411;L=130.900;t=64.526; ρ=7.031

X=125.402;Y=27.696

ПК НЗ = ПК ВУ - Т=444-146.654=297.343

ПК КЗ = ПК ВУ + Т - Д = 444+146.654-31.509=559.14

ПК КЗ = ПК НЗ + К=297.343+261.799=559.14

Угол№2 α=48° R=600м вписываем круговую с двумя переходными

T=267.1372 K=502.4 Б=56,78 Д=31,87

А=268,32

Сдвижкой можно пренебречь

Tк=T+t=267.137+57.196=324.333

Бк=56,78  К0=376,8 Кз=376,8+240=616,8

Д=2Т-К=31,866

ПК НЗ = ПК ВУ - Т=2962,491-324,333=2638,158

ПК НКК=2758,158 ПК КЗ = ПК ВУ + Т - Д = 2962,491+324,333-31,866=3254,958

ПК ККК=3134,958 ПК КЗ = ПК НЗ + К=2638,158+616,8=3254,958
Угол№3α=29° R=600м вписываем круговую кривую с двумя переходными

Т=155,170 К=303,53 Б=19,74 Д=6,81

А=268,328 X0=119,88 Y0=3.99 ρ=0.71 t=57.26

к=T+t=155.170+57.26=212.43

Бк=19,74 γ=29-12=17° К0=177,93 Кз=177,93+240=417,93

Д=2Т-К=6,93

ПК НЗ = ПК ВУ - Т=4360,625-212,43=4148,195

ПК КЗ = ПК ВУ + Т - Д =4360,625+212,43-6,93=4566,125

ПК КЗ = ПК НЗ + К=4148,195+417,93=4566,125

ПК НКК=4268,195

ПК ККК=4446,125

Трасса№2

Угол№1 α=90° вписываем две симметричные клотоиды(биклотоида).

R=200м Кп=2 , Т=374,02 К=628,318 Д=119,722 А=250,662 Б=111,29

t=153.904 ρ=20.116 Xк=295,326 Yк=78,694

ПК НЗ = ПК ВУ - Т=444-374,02=69,98

ПК КЗ = ПК ВУ + Т - Д =444+374,02-119,722=698,298

ПК КЗ = ПК НЗ + К=69,98+628,318=698,298

Угол№2 α=13° R=800м вписываем круговую с двумя переходными

Т=91,148 К=181,422 Б=5,175 Д=0,874 β=4,5° 13°>9°

А=309,83 X0=119.96 Y0=2.998 ρ=0,532 t=57.2

Тк=148,348 Б=Б0=5,175 γ=13-9=4° К0=55,82 Кз=55,82+240=295,82

Д=0,876

ПК НЗ = ПК ВУ - Т=2084,278-148,348=1935,93

ПК НКК=1935,93+120=2055,93

ПК КЗ = ПК НЗ + К=1935,93+295,82=2231,75

ПК КЗ = ПК ВУ + Т - Д =2084,278+148,348-0,876=2231,75

ПК ККК=2055,93+55,82=2111,75

Угол№3 α=53° R=650 вписываем круговую и две переходные кривые

Т=324,078 К=600,961 Б=76,31 Д=47,195 β=5,5° 53°>11°

А=279,284 X0=119.897 Y0=3.69 ρ=0.697 t=57.59 Tк=381,67 Бк=76,31

γ=53-11=42° К0=476,233 Кз=716,233 Д=47,1188

ПК НЗ = ПК ВУ - Т=4331,44-381,67=3949,7641

ПК НКК=4069,7641

ПК КЗ = ПК НЗ + К=3949,7641+716,233=4665,9971

ПК КЗ = ПК ВУ + Т - Д =4331,44+381,6759-471188=4665,9971

ПК ККК=4545,9971

Расчет конца трассы и проверку расчета проведем по формулам ПК КТ =ΣК + ΣП =1640,371+3015,9122=4656,2832 ПК КТ = ΣS - ΣД =4656,2833

Т.е. ПК КТ =46+56

Σαлев - Σαпр =66

Азн - Азк =66

Подсчитаем показатели трассы, необходимые для сравнения по формулам

Коэффициент удлинения трассы К= L/L0 =1,18

Количество углов поворота на 1 км. трассы N = n / L =0,6442

Среднее значение угла поворота

Сравнение вариантов трассы по эксплуатационно-транспортным показателям

После сравнения вариантов трассы второй вариант оказался предпочтительнее.

4. Проектирование продольного профиля автомобильной дороги

Продольным профилем автомобильной дороги называют развернутую в плоскости чертежа проекцию оси дороги на вертикальную плоскость, изображенную в уменьшенном масштабе. Продольный профиль показывает линию фактической поверхности земли и линию проектируемой поверхности дорожного покрытия по оси дороги, линию ординат от точек переломов фактической поверхности земли и точек сопряжения элементов проектной линии продольного профиля.

Нанесение черного профиля производится по отметкам отдельных пикетов. Отметки пикетов определяются методом интерполяции и методом экстраполяции.

Метод интерполяции применяется в том случае, если пикет расположен между двумя соседними горизонталями. Метод экстраполяции используется, когда пикет находится внутри замкнутой горизонтали.

Проектную линию на продольный профиль наносят по обертывающей или по секущей. В данном курсовом проекте применяется смешанный способ нанесения проектной линии из-за сложного рельефа и невозможности использовать какой-то один способ нанесения. Нанесение проектной линии начинают с назначения контрольных, или опорных высотных точек, и установления необходимых возвышений земляного полотна в зависимости от грунтово-гидрологических условий местности и условий снегонезаносимости дороги в зимнее время. Эти возвышения принято называть руководящими рабочими отметками. Поскольку в данном проекте предусмотрено устройство двух безнапорных водопропускных трубы, то для них необходимо определить контрольную отметку по формуле:

 = d + δ + h, (5.1)

где d - высота или диаметр трубы в свету; δ - толщина стенки трубы, принимается 0.2 м.; h - толщина засыпки над трубой (принимается равной толщине дорожной одежды).

Так как диаметр труб одинаковый, то величина контрольной отметки у всех трех труб будет одинаковой и равной:

H = 1 + 0.2 + 0.75 = 1,95 м.

Необходимую высоту насыпей на участках дорог, проходящих по открытой местности, по условию снегонезаносимости зимой во время метелей можно определить по формуле:

 = hн + hсп,

где H - высота незаносимой насыпи; hн - расчетная высота снежного покрова (принята равной 0.67 м.);

hсп - возвышение бровки насыпи над рачетным уровнем снегового покрова, необходимое для ее незаносимости (принята равной 0.6 м.).

H = 0.67 + 0.6 = 1.27м.

Минимальная отметка проезжей части мостов при свободном протекании воды

=РГВ+hб+hр+hдо=146+1+0,5+0,75=148,25

При нанесении проектной линии в дальнейшем будем придерживаться контрольной отметки над трубой, равной 1,95 м., а в качестве руководящей примем отметку, полученную из условия снегонезаносимости, равную 1.27 м.

На продольном профиле данного курсового проекта проектную линию будем наносить методом тангенсов, при котором проектную линию проектируют сопрягающимися прямыми участками с последующим вписыванием в их переломы вертикальных кривых. При определении элементов вертикальной кривой (Т, К, Б) будем использовать формулы:

T = R(i1 - i2) / 2;

К = 2Т;

Б = Т2 / 2R,

где i1 и i2 - уклоны сопрягаемых участков (в тысячных).

Первая вертикальная кривая находится на пикете ПК 33+00 - вогнутая с радиусом R = 3000 м.; i1 = 0.003; i2 = 0.035. Найдем элементы кривой:

T = 3900(0.035 - 0.003) / 2 = 48 м.

К = 96 м.

Б = 21.452 / 2 3900 = 0.384 м.

Вторая вертикальная кривая находится на пикете ПК 10+00 - выпуклая с радиусом R = 10000 м.; i1 = 0.035; i2 = 0.032. Найдем элементы кривой:

T = 10000(0.035 - 0.032) / 2 = 15 м.

К = 30 м.

Б = 15²/ 2 10000= 0.011м.

При переходе проектной линии из выемки в насыпь (или наоборот) необходимо знать пикетажное значение точки перехода (нулевой точки). В случае постоянного продольного уклона проектной линии (на прямом участке) расстояние до нулевой точки от ближайшего пикета находится по формуле:

где НЛЕВ и НПР рабочие отметки земляного полотна предыдущего и последующего пикетов; L - расстояние между рабочими отметками, м.

Исходные данные для определения положения нулевых точек:

НЛЕВ(ПК 10)= 2,02 м.; НПР(ПК 11)= 0,48 м.; L = 100 м.

НЛЕВ(ПК 12)= 1,84 м.; НПР(ПК 13)= 0.68 м.; L = 100 м.

НЛЕВ(ПК 21+11)= 2,3 м.; НПР(ПК 22+31)= 0,39м.; L = 120м.

НЛЕВ(ПК22+31)= 0,39м.; НПР(ПК22+69)=2,38м.; L=38 м

НЛЕВ(ПК27)= 1,5м.; НПР(ПК29)=3,32м.; L=200м

НЛЕВ(ПК31)= 2,79м.; НПР(ПК32)=1,1м.; L=100м

НЛЕВ(ПК39+59)= 2,33м.; НПР(ПК40)=2,63м.; L=41м

НЛЕВ(ПК43)= 1,77м.; НПР(ПК45)=1,5м.; L=200м

При проектировании продольного профиля необходимо обеспечить продольный водоотвод, в систему которого входят боковые канавы (кюветы) и резервы. Отвод воды осуществляется в пониженные места рельефа или в водопропускные искусственные сооружения (трубы, мосты и др.). Продольный уклон кювета равен продольному уклону соответствующего участка проектной линии.

5. Проектирование поперечного профиля автомобильной дороги

Изображение в уменьшенном масштабе сечения земляного полотна вертикальной плоскостью, перпендикулярной к оси дороги, называют поперечным профилем. Для данного курсового проекта были выбраны следующие характерные поперечные профили: для насыпи - ТИП 2, ТИП 3, ТИП 4; для выемки - ТИП 8

Расчет поперечных профилей и их привязка к местности заключаются в нахождении проектных отметок земляного полотна и фактических отметок земли. При расчете отметок подошвы насыпи с учетом поперечного уклона местности особое внимание следует обращать на нахождение расстояния X' и Х1 и Х2. Расстояние X' определяется по формуле:

где hд.од - толщина дорожной одежды; iз - поперечный уклон земляного полотна, принимается равным 0.04; В - ширина проезжей части, м.; b1 - ширина обочины, м.; Iп - уклон проезжей части, в долях единицы; i0 - уклон обочины, в долях единицы; i1 - заложение откоса, в долях единицы.

Расстояние Х1 между подошвой насыпи и бровкой земляного полотна определяется по формуле:

 (6.2)

где i2 - уклон естественной поверхности земли, в долях единицы.

Расстояние Х2 между подошвой насыпи и бровкой земляного полотна определяется по формуле:

Расчет Х1 и Х2 в выемках ведется по следующим формулам:

где ik - внутренний уклон кювета, в долях единицы; hk - высота кювета, м.; bk - ширина кювета, м.

ТИП 2. Исходными данными для нахождения X' являются: hд.од=0.75м. - толщина дорожной одежды; В=8.5 м. - ширина проезжей части; b1=2.5 м. - ширина обочины; iп=0.02 - уклон проезжей части; i0=0.04 - уклон обочины; i1=0.25 - заложение откоса.

Расстояние X' определяется по формуле

Исходными дополнительными данными для нахождения Х1 и Х2 (по формулам являются: рабочая отметка hр=1,37 м.; поперечный уклон местности i2=0.008

ТИП 3. Исходными данными для нахождения X' являются:

hд.од=0.75м. - толщина дорожной одежды; В=8.5 м. - ширина проезжей части; b1=2.5 м. ширина обочины