Определение длины пути, на котором при увеличении или уменьшении продольного уклона происходит изменение скорости автомобиля от Vi1 до Vi2,, соответствующей новому уклону. 6 страница

7.2. Нормирование продольных уклонов на дорогах

При разработке технических условий на проектирование дорог и нормировании предельных продольных уклонов необходимо учитывать, что поток движения по дорогам состоит из автомобилей разных типов, загруженных в разной степени и имеющих различное техническое состояние. Состав транспортных потоков может меняться в процессе службы дороги. Поэтому возможность нормирования требований к продольным уклонам на дорогах, исходя из конкретных динамических характеристик какого-либо одного типа автомобиля, принятого за расчетный, может возникнуть только в ограниченном числе случаев, например в промышленном транспорте, при открытой разработке полезных ископаемых в карьерах, когда заранее известен типаж используемых автомобилей.

При разработке технических условий на проектирование автомобильных дорог общего пользования исходят из принципа наименьших суммарных затрат для народного хозяйства, оценивая совокупно влияние уклонов на стоимость строительства дорог и на эксплуатационные показатели автомобильного транспорта – скорость движения, расход топлива и использование грузоподъемности автомобилей.

Подход к нормированию продольных уклонов сводится к следующему.

При преодолении какого-либо участка подъема с разными продольными уклонами на стоимость строительства в основном влияют объемы земляных работ, тем большие, чем меньший принимают продольный уклон. Стоимость строительства, отнесенная к одному прошедшему автомобилю за срок, в течение которого должны оправдаться затраты на строительство, будет выражаться в зависимости от значения продольного уклона гиперболическими кривыми (рис. 7.7). Строительные расходы, отнесенные к одному автомобилю, будут тем меньше, чем выше интенсивность движения.

Рис. 7.7. Схема к обоснованию значений продольных уклонов: 1 – строительные расходы на один автомобиль за срок окупаемости; 2 – эксплуатационные расходы на один автомобиль; 3 – суммарные затраты на один автомобиль за срок окупаемости

Эксплуатационные затраты автомобильного транспорта на проезд одного автомобиля, наоборот, возрастают с увеличением продольных уклонов (сплошная линия на графике 7.7), не меняясь в зависимости от принятого срока окупаемости строительных расходов.

Оптимальное значение продольного уклона соответствует минимуму суммарных затрат. Оно тем меньше, чем выше расчетная интенсивность движения.

СНиП 2.05.02-85 установлены следующие максимальные допустимые продольные уклоны при разных расчетных скоростях:

расчетная скорость, км/ч 150 120 100 80 60 50 40 30;

продольный уклон, ‰ 30 40 50 60 70 80 90 100.

СНиП 2.05.02-85 рекомендует проектировать дороги всех категорий с уклонами не более 30‰, если это не связано с чрезмерным удорожанием стоимости строительства.

В особо трудных условиях горной местности ниже 3000 м над уровнем моря разрешается увеличивать продольный уклон на участках длиной до 500 м не более чем на 20 ‰ против приведенных выше норм, если это дает значительное снижение расходов на строительство. Однако применение этого исключения на коротких трудных участках дорог, проходящих на большей части протяженности в относительно благоприятных условиях рельефа, приводит к резкому ухудшению транспортно-эксплуатационных характеристик дороги в целом и к образованию на ней неудобных и опасных для движения участков. Поэтому увеличение продольных уклонов оправдывается лишь в горной местности на участках с особо крутыми склонами, где скорости на всей дороге невелики. Чем больше протяженность подъема, тем сильнее проявляется влияние продольного уклона на условия движения автомобилей.

На основе исследований В.В. Сильянова рекомендуются в равнинной и холмистой местности следующие предельные длины участков с разными уклонами:

продольный уклон, ‰ 20 30 40 50 60 70 80 90 100;

длина подъема, м 2000 1200 600 400 300 250 200 150 150.

Нормы максимальных продольных уклонов в Беларуси мало отличаются от норм, принятых в других странах.

7.3. Вертикальные кривые

Вертикальные кривые на автомобильных дорогах описывают по квадратичной параболе с уравнением

, (7.1)

где R – радиус кривизны в начале координат, расположенном в вершине кривой. Знак «+» соответствует выпуклым кривым, знак «-» – вогнутым.

В связи с большими радиусами вертикальных кривых на автомобильных дорогах абсциссу х можно принимать без сколько-нибудь ощутимых погрешностей, равной длине участка кривой l.

Основные элементы вертикальных кривых (рис. 7.8):

1. Тангенс .

2. Алгебраическая разность уклонов .

3. Длина кривой К=2Т;

4. Биссектриса .

Рис. 7.8. Схема к определению элементов вертикальных кривых на автомобильных дорогах

Существуют следующие схемы переломов проектной линии в продольном профиле:

Переломы проектной линии в продольном профиле при алгебраической разности уклонов 5‰ и более на дорогах I и II категорий, 10‰ и более на дорогах III категории и 20 ‰ и более на дорогах IV и V категорий следует сопрягать вертикальными кривыми.

Расстояние от начала вертикальной кривой до ее вершины , уклон в некоторой точке на кривой , превышение между точкой начала кривой и ее вершиной (см. рис. 7.8).

Значение радиуса выпуклых круговых вставок определяют из условия обеспечения расчетной видимости поверхности дороги водителем автомобиля. При необходимых для этого радиусах вертикальных кривых отрицательное влияние на управляемость и устойчивость автомобиля центробежной силы, возникающей при проезде кривой и уменьшающей сцепной вес автомобиля, весьма невелико.

Минимальный радиус выпуклой кривой для случая видимости встречного автомобиля , при расчете на видимость поверхности дороги , где h₁ – возвышение глаз водителя над поверхностью дороги (1,2 м).

Радиус вогнутых кривых определяют исходя из значения центробежной силы, допустимой по условиям самочувствия пассажира, перегрузки рессор и видимости поверхности дороги ночью на расчетное расстояние видимости.

При допускаемом центробежном ускорении b (в м/с²) имеем , откуда . При разработке норм на проектирование вертикальных кривых принимают b=0,5-0,7 м/с².

Вогнутые кривые малых радиусов неудобны для движения в ночное время, так как свет фар освещает поверхность покрытия вблизи от автомобиля на расстоянии, меньшем расчетной видимости (рис. 7.9).

Рис. 7.9 Видимость вогнутой кривой при свете фар: S – расчетное расстояние видимости;
h_ф – фактическое возвышение центра фары над поверхностью дороги

Минимальный радиус вогнутой кривой для случая видимости встречного автомобиля , при расчете на видимость поверхности дороги , где h_ф – фактическое возвышение центра фары над поверхностью дороги.

СНиП 2.05.02-85 рекомендует, если это возможно по местным условиям и не ведет к удорожанию строительства, применять радиусы вертикальных выпуклых кривых не менее 70000 м (длина кривой более 300 м) и вогнутых кривых – 8000 м (длина кривой не менее 100 м). Минимальные радиусы кривых в продольном профиле приведены в табл. 7.1.

Таблица 7.1. Минимальные радиусы кривых в продольном профиле

V, км/ч
R_вып., м
R_вог., м

7.4. Нанесение проектной линии

При проектировании продольного профиля дороги необходимо предусмотреть продольные уклоны на ней, не превышающие допускаемые, возвышение ее поверхности над источниками увлажнения (грунтовыми водами и местами застоя поверхностных вод), необходимое для создания благоприятного водно-теплового режима грунтового основания, возвышение земляного полотна над уровнем снегового покрова, обеспечивающее незаносимость дороги снегом.

Установление положения поверхности дороги в продольном профиле по отношению к поверхности земли называют проектированием продольного профиля, или нанесением проектной линии.

При нанесении проектной линии необходимо обеспечить:

1) плавность продольного профиля;

2) допустимый продольный уклон;

3) достаточную видимость, позволяющую автомобилям развивать высокие скорости;

4) отвод воды от земляного полотна;

5) отсутствие пилообразности проектной линии, приводящей к «потерянным подъемам» – спускам с последующим подъемом участков, при проезде которых двигатели автомобилей выполняют бесполезную работу;

6) прохождение дороги через контрольные точки, имеющие высотные отметки – примыкания к существующим дорогам в начале и конце трассы, пересечения с дорогами более высоких категорий и с железными дорогами, отметки проезжей части мостов, отметки земляного полотна над уровнем высоких вод в затопляемых местностях.

Возможны два метода проложения проектной линии: обертывающая и секущая проектировки (рис. 7.10).

Рис. 7.10. Проложение проектной линии: 1 – по обертывающей; 2 – по секущей

При проектировании по обертывающей проектная линия по возможности параллельна поверхности земли, отступая от этого правила лишь на пересечениях пониженных мест рельефа и при близком расположении переломов продольного профиля поверхности земли. В условиях равнинного и слабохолмистого рельефов обертывающая проектировка позволяет получить хорошо осушаемое земляное полотно.

В условиях холмистого, сильно пересеченного рельефа при проектировании проектной линии как обертывающей продольный профиль дороги получается неспокойным (1 и i₁ на рис. 7.10). Движение автомобиля по дороге превращается в непрерывное преодоление подъемов с последующим спуском в долины и сопряжено с перерасходом топлива и снижением скорости перевозок.

В этом случае при интенсивном движении и благоприятных грунтово-геологических условиях более рациональна проектная линия, нанесенная как секущая (2 и i₂ на рис. 7.10) со срезкой холмов выемками и использованием грунта из них для отсыпки насыпей в пониженных местах. Положение проектной линии должно по возможности обеспечивать баланс земляных работ в смежных насыпях и выемках, т. е. использование продольного перемещения грунта из выемок для отсыпки насыпей. Такое проложение проектной линии наиболее характерно для железных дорог и автомобильных дорог высоких категорий.

Обертывающая проектировка раньше обычно сочеталась с возведением насыпей из придорожных резервов, что позволяло уменьшить стоимость земляных работ из-за малой дальности перемещения грунта. В настоящее время при ограничении отвода пахотных земель под дороги такой способ, как правило, невозможен, и земляное полотно возводят из грунта, перевозимого на большие расстояния из специально закладываемых на неудобных землях грунтовых карьеров.

7.5. Последовательность проектирования продольного профиля

В общем случае рекомендуется следующая последовательность проектирования продольного профиля.

1. Обозначаются контрольные высотные точки и устанавливаются необходимые возвышения низа дорожной одежды на разных участках в зависимости от грунтовых и гидрологических условий.

2. Предварительно намечается положение проектной линии. При проложении проектной линии по секущей следует стремиться к компенсации объемов смежных насыпей и выемок. Так как при равных значениях рабочих отметок поперечное сечение выемки получается большим, чем сечение насыпи, необходимо располагать проектную линию таким образом, чтобы площадь участков выемок на продольном профиле была на 25-30% меньше площади насыпей. Рабочие отметки не должны превышать более чем на 20-30 см минимальные отметки, требуемые по местным грунтовым и гидрологическим условиям.

Намечая положение проектной линии, следует избегать частых ее переломов, соответствующих микрорельефу местности и не следует искусственно вводить длинные участки с постоянным уклоном, для устройства которых потребовалось бы выполнение излишних земляных работ.

3. Для окончательного нанесения проектной линии в настоящее время наибольшее распространение получил метод проектирования продольного профиля вертикальными кривыми, сопрягающимися непосредственно друг с другом или при помощи прямых вставок ручным расчетом, или на ЭВМ – аналитический, или с помощью шаблонов – графоаналитический. Реже используют метод нанесения проектной линии сопрягающимися прямыми участками проектной линии с последующим вписыванием в их переломы вертикальных кривых и вычислением поправок к рабочим отметкам, найденным по тангенсам – метод тангенсов;

4. Второй этап проектирования заключается в точной взаимной увязке концов элементов проектной линии – определении координат вершин всех вертикальных кривых, точек сопряжения смежных криволинейных и прямолинейных участков, уклонов, прямых, сопрягающих вертикальные кривые, и др. Расчеты ведут последовательно переходя от одного элемента к другому, используя вспомогательные таблицы.

В сложных условиях рельефа при чередующихся больших выемках и насыпях для нахождения лучшего положения проектной линии сравнивают несколько вариантов проектной линии из нескольких взаимно сопрягающихся элементов.

При проектировании без шаблонов прямыми участками, наметив начерно положение проектной линии, вычисляют проектные отметки на переломах продольного профиля и уточняют уклоны, изменяя рабочие отметки таким образом, чтобы уклон проектной линии выражался в целых тысячных. Увязав уклоны и отметки на переломах проектной линии, определяют промежуточные проектные и рабочие отметки и вписывают вертикальные кривые. Если получающиеся рабочие отметки неудачны и, например, в промежуточных точках не соблюдается необходимое возвышение низа дорожной одежды над уровнем источников увлажнения или дорога на значительной протяженности проходит в мелкой выемке, изменяют продольный уклон и начальные рабочие отметки.

В процессе нанесения проектной линии приходится решать следующие частные задачи.

1) Определение места выхода на поверхность проектной линии, имеющей заданный продольный уклон i (рис. 7.11а).

Рис. 7.11. Задачи, решаемые при нанесении проектной линии с постоянным уклоном: а – определение места выхода на поверхность линии, имеющей заданный продольный уклон; б – нахождение точки перехода из выемки в насыпь на прямом участке продольного профиля; в – то же на участке вертикальной кривой; 1– линия продольного профиля; 2 – линия поверхности земли

Вначале вычисляют продольный уклон i_о поверхности грунта на участке, где, судя по продольному профилю, проектная линия выходит на поверхность. Затем находят фиктивную отметку h на продолжении этого уклона в точке А, откуда начинается подъем. Прибавляя к этой отметке требуемое возвышение низа дорожной одежды в наиболее низком месте ее поперечного профиля в точке В определяют протяженность участка с подъемом .

2) Нахождение точки перехода из выемки в насыпь (рис. 7.11б).

Расстояние l от начала участка, на котором проектная линия переходит из выемки в насыпь (или наоборот), определяют из подобия треугольников АВО и ОСD: , откуда .

3) При нанесении линии по вертикальной кривой точка пересечения с поверхностью земли (рис. 7.11в) может быть найдена путем совместного решения уравнения вертикальной кривой и уравнения линии поверхности земли в продольном профиле .

Современные проектные организации ведут проектирование продольного профиля на ЭВМ, используя программный комплекс Credo и другие аналогичные.

7.6. Назначение контрольных точек и руководящих рабочих отметок

Отметки проектной линии над контрольными высотными точками должны быть назначены до начала проектирования продольного профиля. К контрольным отметкам относят пересечения с железными, автомобильными дорогами и водотоками.

Контрольные отметки проектной линии при пересечении дорог в разных уровней , где H_ч – отметка проезжей части по оси пересекаемой автодороги или отметка верха рельса железной дороги, м; Г – габарит автомобиля, принимается 5 м для I-III, 4,5 м – для IV, V или габариты ж/д состава – 6,55 м; C – высота пролетного строения путепровода; «+» – при прохождении проектируемой дороги над существующей, «-» – под существующей.

При пересечении в одном уровне контрольная отметка проектной линии равна отметке проезжей части оси пересекаемой дороги. Если пересекаемая дорога имеет более низкую категорию, то контрольную отметку назначают по условиям проектирования продольного профиля.

Контрольные отметки у труб определяются:

1) по засыпке над трубой – , где H_ч – отметка земли, м, d – внутренний диаметр трубы, м; t – толщина стенки трубы, м; 0,5 м – минимальная высота засыпки над трубой. Минимальная высота засыпки над трубой при безнапорном режиме , где H_л – отметки лога, м; h_тр – высота трубы, м; d – толщина трубы или перекрытия, м; D – толщина засыпки над трубой, м.

2) по возвышению бровки земляного полотна над уровнем подпертой воды – , 0,5 м – при безнапорном режиме, 1,0 м – при напорном.

Контрольные отметки у мостов через несудоходные реки , где РУВВ – расчетный уровень высокой воды (по расчету или на 1,0-2,0 м выше отметки бровки русла), м; Z – расстояние от РУВВ до низа пролетного строения (0,5 м при отсутствия ледохода и 1,0 м при наличии); С – строительная высота пролетного строения, м. Минимальная отметка настила моста , где H_м – высота моста, м; H – напор воды перед мостом, м; D – возвышение низа пролетного строения над уровнем воды, м; h_к – высота пролетного строения моста, м.

Рекомендуемая (руководящая) рабочая отметка – наименьшая высота насыпи, обеспечивающая нормальные условия эксплуатации земляного полотна. Расчет выполняют в зависимости от типа местности по увлажнению, водно-теплового режима земляного полотна, снегонакопления.

Деление территории по характеру и степени увлажнения детально рассмотрены в главе 9 «Проектирование земляного полотна».

Для первого типа местности по условию увлажнения расчеты выполняют по условию снегонезаносимости – , где h_s – расчетная высота снегового покрова 5%-ной обеспеченности, м; Dh – возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова (для I категории -1,2; II-0,7; III-0,6; IV-0,5; V-0,4 м).

Для второго и третьего типа – по условию оптимального водно-теплового режима земляного полотна: для второго типа – , где H_min – минимальное возвышение поверхности покрытия над поверхностью дороги в зависимости от грунта и дорожно-климатической зоны (СНиП 2.05.02-85), м; а – ширина обочины, м; i_o – поперечный уклон, в долях единицы. Для третьего типа – , где H_o – глубина залегания грунтовых вод, м.

В открытых местах, где возможны значительные снежные заносы, для облегчения зимнего содержания при эксплуатации дороги, рекомендуется принимать возвышение бровки земляного полотна на 0,4-1,2 м выше поверхности снегового покрова.

<7 8910 11 12 13 >

Дата добавления: 2015-06-05; просмотров: 1872;