Грандизные масштабы строительства автомобильных дорог

   СОДЕРЖАНИЕ
   Введение……………………………………………………………………………………..
   Глава 1. Характеристика природных условий …………………… ……………...…стр. 2-5
   Глава 2. Основные параметры проектируемой дороги ……………………………..…стр 5
   Глава 3. Проектирование плана трассы ………………… …………………..…………
   Глава 4. Проектирование дорожной одежды……………………………..……….…..….
   Глава 5. Проектирование продольного профиля…………………………………………..
   Глава 6. Проектирование поперечных профилей ……………………………………………
   Глава 7. Проектирование малых водопропускных сооружений……………………..
   Глава 8. Оборудование постов взимания платы…………………………………………….
   Глава 9. Оборудование шумозащитных экранов…………………………………………..
   Глава 10. Расчет элемента развязки……………………………………………………
   Глава 11. Экономическая эффективность строительства……………………………..
   Заключение……………………………………………………………………………………
   Список использованной литературы…………………………………………………………
   Графическая часть курсового проекта:	
   - План трассы;				
   - Продольный профиль;	
   -Оборудование постов взимания платы;
   -Элементы обустройства дороги;	
    -Схема организации движения;
   - Схемы транспортных развязок.
   
  
  
  
  
  
  
  Введение 
  Грандизные масштабы строительства автомобильных дорог 


  
  
  ГЛАВА 1.  ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ
  
   . РЕЛЬЕФ,ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
  Территория республики расположена на востоке крупнейшей тектонической структуры – Русской платформы, в пределах Волго-Уральской антеклизы. Основными тектоническими элементами являются Татарский свод с северным (Кукморский) и южным (Альметьевский) выступами, Мелекесская впадина и южная часть Казанско-Кажимского прогиба. Западная часть территории относится к восточному склону Токмовского свода. В основе платформы – кристаллический фундамент из древних архей-протерозойских пород. Сверху он перекрыт значительным по мощности чехлом осадочных пород морского и континентального происхождения, мощностью 1500–2000 м.
  На поверхности фундамента залегают породы девона, внизу – терригенные (песчаники, алевриты, аргиллиты), выше – карбонатные (известняки, доломиты с прослоями гипса и ангидрита). Мощность девонских отложений до 700 м. Выше залегают породы каменноугольной системы (карбона). Преобладают карбонатные породы (известняки и доломиты) с прослоями глин, песчаников, гипсов и ангидритов. Мощность толщи от 600 до 1000 м. Пермские отложения представлены нижним и верхним отделами. Нижнепермские породы представлены доломитами, известняками с прослоями гипсов, ангидритов и мергелей. Наибольшая мощность этих отложений на востоке республики (до 300 м), где они местами выходят на дневную поверхность.
  Преобладающую площадь поверхности республики слагают верхнепермские отложения. Они практически повсеместно выходят на дневную поверхность в долинах рек, вскрываются оврагами. На западе республики в нижней части преобладают карбонатные породы морского происхождения – доломиты и известняки с прослоями гипсов. Выше залегают континентальные образования – красноцветные глины, песчаники и мергели, слагающие водораздельные поверхности. Мощность отложений достигает 280-350 м. На востоке в нижней части преобладают песчано-глинистые породы с прослоями известняков и мергелей, выше залегают глинисто-песчаные отложения, сменяющиеся залегающими на самых высоких водоразделах песчаными, алевритовыми, глинистыми континентальными образованиями с тонкими прослоями мергелей, известняков и доломитов (фото). Общая мощность отложений достигает 200-300 м.
  Мезозойские отложения развиты на крайнем юго-западе республики. Образования юрской системы представлены глинами, алевролитами, мергелями с прослоями песчаников, горючих сланцев и галек фосфоритов. Мощность достигает 70-80 м. Меловые отложения – серые, темно-серые глины, песчаники с тонкими прослоями фосфоритов, мергелей, известняков, общей мощностью до 120-160 м.
  Кайнозойские отложения представлены отложениями неогена и четвертичной системы, которые образовались в континентальных условиях. Неогеновые образования приурочены к долинам крупных и средних рек. Это отложения, сложенные темно-серыми алеврито-глинистыми породами с прослоями и линзами песков, галечников общей мощностью 200-300 м. Самые молодые четвертичные отложения повсеместно перекрывают всю территорию республики. В долинах Волги, Камы мощность аллювиальных отложений террасового комплекса достигает 70-120 м, их состав преимущественно песчаный с прослоями гальки, глин, суглинков и супесей. Склоновые отложения достигают мощности 15-20 м у подошвы склонов, уменьшаясь вверх по склону. На водоразделах мощность отложений составляет 1,5-2,0 м. Состав преимущественно суглинистый, супесчаный со щебнем. Территория Республики Татарстан представляет равнину с возвышенностями и низменностями, которые сформировались в течение геологически длительного времени. Средняя высота территории РТ составляет 150–160 м, 90 % территории лежит на высоте не более 200 м над уровнем моря. Наибольшие высоты в юго-восточной части республики в пределах Бугульминско-Белебеевской возвышенности. Самая высокая точка – 381 м. Минимальные высоты приурочены к левобережью рек Волги и Камы, самая низкая отметка – 53 м (урез воды Куйбышевского водохранилища).
  
  1.2 КЛИМАТ
  Климат умеренно-континентальный, отличается тёплым летом и умеренно-холодной зимой. Средняя температура января (самый холодный месяц) -16 °C, июля (самый теплый месяц) +25 °C. Среднее количество осадков от 460 до 520 мм. Вегетационный период составляет около 170 суток. Климатические различия в пределах Татарстана невелики. Число часов солнечного сияния в течение года колеблется от 1763 (Бугульма) до 2066 (Мензелинск). Наиболее солнечный период - с апреля по август. Суммарная солнечная радиация за год составляет примерно 3900 Мдж/кв.м. Средняя годовая температура составляет примерно 2-3,1 °C. Самый тёплый месяц года - июль (+18-20 °C), самый холодный - январь (-13-14 °C). Абсолютный минимум температуры составляет -44-48 °C (в Казани -46,8 °C в 1942 году). Максимальные температуры достигают +37-40 °C. Абсолютная годовая амплитуда достигает 80-90 °C. Устойчивый переход среднесуточной температуры через 0 °C происходит в начале апреля и в конце октября. Продолжительность периода с температурой выше 0 °C - 198-209 дней, ниже 0 °C - 156-157 дней. Среднегодовое количество осадков составляет 460-540 мм. В тёплый период (выше 0 °C) выпадает 65-75 % годовой суммы осадков. Максимум осадков приходится на июль (51-65 мм), минимум - на февраль (21-27 мм). Больше всего увлажняется осадками Предкамье и Предволжье, меньше всего - запад Закамья. Снежный покров образуется после середины ноября, его таяние происходит в первой половине апреля. Продолжительность снежного покрова составляет 140-150 дней в году, средняя высота - 35-45 см.
  
  

   ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ДОРОГИ
  Табл. 2.1 «Основные технические нормативы»
  
  
  

  ГЛАВА 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАНА ТРАССЫ
  После нанесения чернового варианта плана трассы на карту (прил. 1), производится приведение всех геометрических параметров к нормативным, так же производится оформление плана трассы. 
  При вписывании кривых в местах излома трассы производят расчеты ее геометрический параметров: кривой К, тангенса Т, биссектрисы Б и домера Д по следующим формулам:
  K=?R ?/180, м
  (3.1)
  
  T=R*tg ?/2, м
  (3.2)
  
  Б=R(sec ?/2-1), м
  (3.3)
  
  Д=2T-K, м
  (3.4)
  Где R – радиус кривой в плане;
  ? – угол поворота трассы.
  Рекомендуемый радиус кривых в плане, согласно [1] равен 3000 м, для своей трассы принимаем радиус равный 3000м.
  Трасса:
  Первый угол поворота                                           
K=3,14*1500*35/180=916,298м
  T=1500*tg 35/2=472,95 м
  Б=1500*(sec 35/2-1)=72,795 м
  Д=2*472,9-916,298=29,602 м
  Второй угол поворота
  K=3,14*1200*92/180=1926,843 м
  T=1200*tg 92/2=1242,636 м
  Б=1200*(sec 92/2-1)=527,472 м
  Д=2*1242,636-1926,843=558,428 м
  
  
  

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

  ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ.
  Требуется запроектировать дорожную одежду с асфальтобетонным покрытием на дороге Iа категории.
  4.1 Исходные данные
  Местоположение – Республика Татарстан;
  Категория автомобильной дороги – Iа;
  Количество полос движения – 4;
  Показатель изменения интенсивности движения по годам – q=1,05 (ежегодный 5 процентный прирост интенсивности движения);
  Тип грунта земляного полотна – суглинок; 
  Перспективная интенсивность движения (на 15-й год) – 20000 авт./сут;
  Ширина проезжей части для движения в одном направлении – 7.5 м;
  Ширина земляного полотна (с учетом обочин) – 30 м;
  Расчетный срок службы покрытия – 15 лет;
  Расчетная нагрузка на дорожную одежду типа А1 = 115 кН;
  Статическая нагрузка на поверхность покрытия от колеса расчетного автомобиля – Qк = 115 кН;
  Давление в шинах – 0,6 МПа;
  Расчетный диаметр отпечатка колеса: движущегося – D = 40 см; неподвижного – D = 37 см;
  Дорожно-климатическая зона – III, подзона – 1;
  Глубина промерзания – 1,15м;
  Схема увлажнения рабочего слоя – 2;
  Коэффициент фильтрации дренирующего материала (песка) – Кф = 5 м/сут;
  Состав транспортного потока
  Табл. 4.1
  Тип автомобиля 
  Доля автомобилей данного типа 
  Интенсивность,авт/сут
  Легковые автомобили
  ГАЗ 3110
  50
  10000
  Грузовые автомобили
  ГАЗ 53
  5
  1000
  ЗИЛ 130
  15
  3000
  МАЗ 503
  15
  3000
  КАМАЗ 5320
  10
  2000
  Автобусы
  ЛИАЗ-677
  5
  1000
  Требуемый уровень надежности (заданная надежность) по табл. 3.1 [3] – Кн = 0,95;
   Требуемый коэффициент прочности по критерию упругого прогиба по табл. 3.1 [3] – КТрпр=1,3; 
  Требуемый коэффициент прочности по критерию сдвига и растяжения при изгибе по табл. 3.1 [3] – КТрпр =1,00.
  4.2 Определение общего (требуемого) модуля упругости дорожной одежды
   Определяем величину приведённой интенсивности на последний год срока службы по следующей формуле:
  ед./сут,					(4.1)
  где fпол – коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним (для четырехполосных дорог f = 0,35);
        n – общее число различных марок транспортных средств в составе транспортного потока;
        Nm – число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m-й марки;
        Sm сум – суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства  m-й марки к расчётной нагрузке Qрасч, принимаемый в соответствии с ОДН 218.046-01 приложение 1. 
   Результаты расчёта суммарной приведённой интенсивности движения транспортного потока сведём в таблицу:
  Тип 
  автомобиля 
  Суммарный коэффицент приведения
  Перспективная интенсивность,авт/сут
  Приведенная  интенсивность, авт/сут 
                               Грузовые автомобили
  ГАЗ 53
  0,055
  1000
  55
  ЗИЛ 130
  0,111
  3000
  333
  МАЗ 50ОА
  0,563
  3000
  1689
  КАМАЗ 5511
  0,498
  2000
  996
                                         Автобусы
  ЛИАЗ-677
  0,288
  1000
  288
    Таблица 4. 2
  
  Приведённая интенсивность движения Nпр.общ.=3361 авт./сут.
  3.   Рассчитаем приведённую интенсивность движения:
  
  Nр=f · Nпр.общ.=0,35·3361=1176,35 авт./сут.
  4.  Вычисляем суммарное расчётное количество приложений расчётной нагрузки за срок службы.
  Для расчёта по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости воспользуемся формулой:
  ,				       (4.2)
  где   Трдг – расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному                  состоянию деформируемости конструкции (Тргд=125 дней);
  Kп – коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от
  среднего ожидаемого (Kп=1,49);
  Кс – коэффициент суммирования определяем по формуле: 								       (4.3)
  Тсл – расчетный срок службы 15 лет;
  q – показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам.
  
  5.   Определяем требуемый модуль упругости по формуле:
  Еmin = 98,65?[lg(SNp) - С], МПа,						(4.4)
  С - эмпирический параметр, для расчетной нагрузки на ось 115 кН С =3,20; 
  Еmin = 98,65?[lg(1999203,12) – 3,20]=306 МПа.
   где  - требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надёжности. Требуемый уровень надёжности равен 0,95, следовательно, для автомобильной дороги II категории = 1,20.
  Таким образом, расчётный (общий) модуль упругости составляет Еобщ.=367,2 МПа.
  
  4.3 Определение расчетных характеристик грунта
  Основными показателями грунта земляного полотна при расчете дорожной одежды на прочность служат следующие прочностные характеристики: модуль упругости Е, сцепление грунта С, угол внутреннего трения ?.
  Для определения данных характеристик необходимо определить расчетную влажность грунта Wр.
  Расчетная влажность грунта Wр – максимальное значение средней влажности грунта Wср в пределах активной зоны земляного полотна, наблюдающееся в наиболее неблагоприятный период года (когда грунт активной зоны наиболее увлажнен) хотя бы в одном году за срок между капитальным ремонтом одежды.
  Расчетную влажность дисперсного грунта Wp (в долях от влажности на границе текучести Wm)  определяют по формуле П.3.1 [2]:
  Wp = (Wтаб + ?1W - ?2W )(1 + 0,1t) - ?3,
  (4.5)
  
  где Wтаб – среднее многолетнее значение относительной (в долях от границы текучести) влажности грунта, наблюдавшееся в наиболее неблагоприятный (весенний) период года в рабочем слое земляного полотна, отвечающего нормам СНиП по возвышению над источниками увлажнения, на дорогах с усовершенствованными покрытиями и традиционными основаниями дорожных одежд (щебень, гравий и т.п.), определяемое по табл. П.2.1[2] в зависимости от дорожно-климатической зоны и подзоны (рис. П.2.2 [2]), схемы увлажнения земляного полотна и типа грунта;
  ?1W – поправка на особенности рельефа территории, устанавливаемая по табл. П.2.2 [2];
  ?2W – поправка на конструктивные особенности проезжей части и обочин, устанавливаемая по табл. П.3.3 [2];
  ?3 – поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоев дорожной одежды, устанавливаемая по графику рис. П.3.1 [2];
  t – коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности по табл. П.4.2 [3].
  Wp = (0,65+ 0,00 – 0,05)(1 + 0,1*2,19) – 0,002 = 0,73
  По таблице П.3.4, 3.5 [2] методом интерполяции определяем, что при Wp  = 0,73, суглинке и суммарном числе приложений нагрузки 4.562.068:
  Сгр=0,005МПа; ?гр=4,5°; Егр=39 МПа.
  
  
  
  4.4 Назначение материалов дорожной одежды и их расчётные характеристик 
  Табл 4.3
  
  4.4 Расчет толщины дренирующего слоя.
  Полная толщина дренирующего слоя, работающего по принципу поглощения, определяется по формуле:
  hп = (Q/(1000n) + 0,3hзап):(1 - ?зим)        
  (4.6)
  
  где Q – расчетное количество воды в л/м2, накапливающейся в дренирующем слое за весь расчетный период, по табл. 5.3 [3]  Q=10 л/м2;
  ?зим – коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания, по табл. 5.6 [3] ?зим = 0,28;
  n – пористость материала, в долях единицы.
  hзап – дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала и равная для песков средней крупности 0,14-0,15 м.
  hп = (10/(1000*0,4) + 0,3*0,15):(1 – 0,28) = 0,1 м.
  Полную толщину дренирующего слоя, работающего по принципу осушения с периодом запаздывания отвода воды, достаточную для временного размещения в его порах поступающей в конструкцию в начальный период ее оттаивания воды, определяют по формуле:
  hп = (qрТзап/n + 0,3hзап):(1 - ?зим)
  (4.7)
  
  где Тзап – средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств, принимаемая для II дорожно-климатической зоны равной 4-6 сут, для III дорожно-климатической зоны равной 3-4 сут (большее значение – для мелких песков);
  qp – расчетное значение воды, поступающей за сутки, определяется по формуле:
  qp = q*Кп*Кг*Квог*Кр : 1000,
  (4.8)
  
  где q – осредненное (табличное) значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, отнесенное к 1 м2 проезжей части, м3/м2, по табл. 5.3 [3] q=1.5 м3/м2;
  Кп – коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков, по табл. 5.4 [3] Кп = 1,4;
  Кг – коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги, по табл. 5.4 [3] Кг = 1,0; 
  Квог – коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона, определяемый при одинаковом направлении участков профиля у перелома по номограмме, по рис. 5.3 [3] Квог=1,5;
  Кр – коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима по табл. 5.5 [3] Кр =0,10
  qp = 1.5*1,4*1,0*1,5*0,1:1000 = 0,003 м3/м2
  hп = (0,003*4/0,4 + 0,3*0,15):(1 – 0,5)=0,3м.
  Толщина дренирующего слоя должна быть не менее 30 см.
  
  
  
  
  
  
  4.5 Конструирование и расчёт дорожной одежды.
  Табл. 4.4
   Выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
  После расчёта дорожной одежды необходимо выполнить ряд проверок.
   
  Проверка №1. Расчёт конструкции по условию сдвигоустойчивости в грунте.
  Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле:
  , где
  ?н – удельное активное сопротивление сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм ОДН 218.046-01;
  р – расчётное давление от колеса на покрытие.
  Для определения ?н предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.
  В качестве ее нижнего слоя принимаем грунт (суглинок тяжёлый) со следующими характеристиками: Сгр=0,005МПа; ?гр=4,5°; Егр=39 МПа.
  Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле, в которой значения модуля упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре 20 °C (табл. 3.5):
   
  По отношениям и при j =4,5° с помощью номограммы (рис. 3.3) определяю активное удельное напряжение сдвига от единичной нагрузки н = 0,0017 МПа => Т = 0,0017?0,6 = 0,001 МПа.
  Предельное активное напряжение сдвига Тпр. в грунте рабочего слоя определяем по формуле: , где
  CN = 0,004 МПа;
  Кд = 1,0;
  Zоп = 75 см;
  jст = 4,5°;
  gср = 0,002 кг/см3;
  0,1 - коэффициент для перевода в МПа;
  
  , что больше = 1,00 
  Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в грунте.
  
  Проверка №2. Расчет конструкции по условию сдвигоустойчивости в песчаном слое основания.
  Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле:
  , где
  ?н – удельное активное сопротивление сдвига от единичной нагрузки, определяемое с помощью номограмм ОДН 218.046-01;
  р – расчётное давление от колеса на покрытие.
  Для определения ?н предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.
  Нижнему слою модели присваиваем следующие характеристики: при ; j= 33° и с = 0,002 МПа.
  Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле, в которой значения модуля упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре 20 °C (табл. 3.5):
  
   
  По отношениям и при j =33° с помощью номограммы (рис. 3.3) определяем активное удельное напряжение сдвига от единичной нагрузки н = 0,018 МПа => Т = 0,018?0,6 = 0,0108 МПа.
  Предельное активное напряжение сдвига Тпр. в грунте рабочего слоя определяем по формуле: , где
  CN = 0,002 МПа;
  Кд = 1,0;
  Zоп = 45 см;
  jст = 33°;
  gср = 0,002 кг/см3;
  0,1 - коэффициент для перевода в МПа;
  
  , что больше = 1,00 (табл.3.1)
  Следовательно, конструкция удовлетворяет условию прочности по сдвигу в грунте.
  
  Проверка №3. Рассчитываю конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
  Расчет выполняю в следующем порядке:
  а) конструкцию представляю двухслойной моделью, в которой нижний слой - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев. 
  Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме рис. 3.1:      
  К верхнему слою относятся все асфальтобетонные слои.
  Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле:
  
  б) по отношениям   по номограмме рис. 3.4 определяю = 2,1.
  Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле: , где
    - растягивающее напряжение от единичной нагрузки при расчетных диаметрах площадки, передающей нагрузку;
  Кв - коэффициент, учитывающий особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном, кв = 0,
  Р - расчетное давление. 
  = 2,1?0,6?0,85 = 1,071 МПа.
  в) рассчитываем предельное растягивающее напряжение по формуле:
  
  где	Rо - нормативное значение предельного сопротивления растяжению при изгибе для расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки. R0 = 8,00 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл.П.3.1);
  k1 - коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки;
  k2 - то же, под воздействием погодно-климатических факторов k2 = 0,95 (табл.3.6);
  vR - коэффициент вариации прочности на растяжение vR =0,10(табл.П.4.1);
  t - коэффициент нормативного отклонения t = 1,71(табл.П.4.2).
   	
  где	SNp – расчетное суммарное число приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия;
  т –  показатель степени, зависящий от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя т  = 4,3(табл.П.3.1);
  a – коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения во времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности a = 5,9(табл.П.3.1).
  
  
  
  г) , что больше, чем .
  Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.
  
  
  
  

  Слой
  hсл, см
  Асфальтобетон плотный м/з, марка I, тип А на БНД 60/90
  6
  Асфальтобетон пористый  к/з, марка I  на БНД 60/90
  8
  Асфальтобетон высокопористый к/з, марка I на БНД 60/90
  9
  Щебень, устроенный по способу заклинки 
  22
  Песок среднезернистый
  30
  ДОРОЖНАЯ ОДЕЖДА
  
  
  
  
  


ГЛАВА 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ТРАССЫ
  
  Продольный профиль  - представляет собой изображение в уменьшенном масштабе проекции дороги на вертикальную поверхность, проходящую через её ось.
  5.1 Обоснование руководящей рабочей отметки
  Руководящую рабочую отметку назначаем с учетом: возвышения покрытия над уровнем грунтовых вод (УГВ) и минимальной высоты насыпи из условий снегонезаносимости.
  По табл. 7.2 [1] для суглинка высота возвышения покрытия над УГВ – 2,2 метра.
  Высота снежного покрова из п.1.1.– 0,50 метра. По формуле п. 7.34 [1] вычисляем минимальную высоту насыпи из условий снегонезаносимости:
    h = hs + ?h
    (5.1)
     где h – высота незаносимой насыпи, м;
           hs – расчетная высота снегового покрова;	
          ?h – возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового   покрова, необходимое для обеспечения ее незаносимости, м.
     Возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снегового покрова:
1,2  – для дорог – категории I, п. 7.34, [1]
h = 0,71 + 1,2 = 1,91 м
Так как мы проектируем продолжение платной дороги, то руководящую точку поднимем на 5 м.
Руководящая отметка – 5 м.
5.2 Проектирование красной линии методом тангенсов
    По методу «тангенсов» нанесенный на чертеж вариант проектной линии заменяется ломаной (полигональной) линией, выполняется расчет проектных (красных) и рабочих отметок, подбираются параметры вертикальных кривых, в пределах которых рабочие отметки корректируются, определяется положение сечений нулевых работ.
    Математически вертикальная кривая в случае метода «тангенсов» представлена двумя параболами имеющие вершины в точках начала и конца вертикальной кривой, находящихся от вершины перелома на расстоянии равном тангенсу кривой. Вертикальные кривые симметричны относительно вершин перелома полигональной линии.
    На участках с постоянным уклоном проектные отметки вычисляются через относительное превышение: 
    ?h = l*i
    (5.2)
    Задавшись отметкой какой либо точки вычисляется отметки любой другой точки:
    Hi+1 = Hi ± ?h
    (5.3)
    
    На участках вертикальных кривых абсолютные проектные отметки бровки земполотна не вычисляют, но после вписывания кривых вводятся поправки к рабочим отметкам, рассчитанным относительно тангенсов (ломаной линии).
     Исходными данными для расчета являются:
     R – радиус вертикальной кривой, м;
     i1 и i2 – продольные уклоны, выраженные в долях единицы.
     В результате расчетов определяются следующие параметры вертикальной кривой:
    К = R*?
    (5.4)

    ? = |i1-i2|
    (5.5)

    T = К / 2
    (5.6)

    В = Т2 / 2*R
    (5.7)
     K – длина кривой, принимаемая при расчете равной ее горизонтальной проекции м;
    T – тангенс вертикальной кривой, горизонтальная проекция расстояния от вершины до начала или конца кривой, м;
    B – биссектриса, кратчайшее расстояние от вершины перелома до кривой, м;
    ? – алгебраическая разность уклонов, в долях единицы;
    ~ – плюсовые пикетажные значения начала и конца кривой, м.

     Величина алгебраической разности уклонов зависит от их направления (подъем или спуск) и величины. При сочетаниях «спуск – подъем» и «подъем – спуск» это сумма абсолютных величин уклонов. При сочетаниях «спуск – спуск», «подъем – подъем» - разность между большим и меньшим значениями уклонов. Ее можно определить, руководствуясь схемами: 

     Отметки и превышения вычисляются по формулам: 
    а = Hк - Hч
    (5.8)
    
    a' = a ± ?h
    (5.9)

    ?h = l2 / 2*R
    (5.10)
     Hк – проектная отметка (как правило, бровка земляного полотна) по тангенсу, м;
     Hч – Отметка земли по оси дороги, м;
     a – неисправленная рабочая отметка по тангенсу, м. Положительная рабочая отметка (высота насыпи) выписывается над проектной линией, отрицательная (глубина выемки) выписывается под проектной линией, без учета знака. После ее исправления указывается в скобках.
     a' – исправленная рабочая отметка, м. Показывается рядом с неисправленной отметкой.
     l – расстояние от начала или конца вертикальной кривой до пикета или плюсовой точки, м. 
     ?h – поправка к рабочей отметке в пределах кривой, м. На участках выпуклых вертикальных кривых в выемке и вогнутых на участках насыпей прибавляется. В пределах выпуклых кривых в насыпи и вогнутых в выемке – вычитается. 
    
     Проектирование вертикальных вогнутых кривых в выемках приводит к существенному усложнению, а иногда и к невозможности отвода поверхностных вод. Применять такие решения при проектировании автомобильных дорог запрещено.

  ГЛАВА 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ ПРОФИЛЕЙ

  Изображение в уменьшенном масштабе сечения дороги вертикальной плоскостью, перпендикулярной к оси дороги, называют поперечным профилем. 
  Полоса поверхности дороги, в пределах которой происходит движение автомобилей, представляет собой проезжую часть. Её укрепляют прочными каменными материалами, устраивая дорожную одежду, верхний слой которой называется покрытием.  
  Сбоку от проезжей  части расположены обочины. Их используют для временной стоянки автомобилей. 
  Для расположения проезжей части на необходимом уровне  от поверхности грунта сооружают земляное полотно (насыпь или выемку) с боковыми канавами, предназначенными для осушения дороги и отвода от нее воды.  К земляному полотну также относят резервы – неглубокие выработки вдоль дороги, из которых был взят грунт для отсыпки насыпи, и кавальеры -  параллельные дороге валы, в которые укладывают грунт из выемок, не потребовавшийся для отсыпки смежных участков насыпей. 
  Проезжая часть и обочины отделяются от прилегающей местности правильно спланированными наклонными плоскостями – откосами.  
  При проектировании поперечного профиля выдерживают следующие общие требование:
  - обеспечение безопасности дорожного движения;
  - сохранение геометрических размеров и требуемой прочности в течение заданного срока службы;
  - устойчивость к просадкам и морозному пучению;
  - незаносимость снегом и песком;
  - вписываемость в ландшафт  местности.
  Используя данные таб. 2.1. и СП 34.13330.2012 проектируются поперечные профили для нашей дороги. В данном проекте 3 вида типовых поперечных профиля для категории Iа (тип 1,тип 2, тип 3).
  

  	ГЛАВА 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАЛЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ. 
	
 Расчет трубы.
  Исходные данные 
Расположение: ПК 89+00;
Категория дороги: Ia ;
Расчетная вероятность превышения Р= 1%( I категория – 1%, II и III – 2%, IV и V – 3%);
Номер ливневого района 5 [1, c. 159];
Площадь бассейна F = 18 км2;
Средний уклон лога бассейна iл = 11 ;
Уклон лога у сооружения iсоор = 10;
Длина лога бассейна L= 2.8 км;
Заложение склонов лога у сооружения m1 =10, m2 =6;
Залесенность бассейна Ал = 0 %;
Озерность и заболоченность бассейна Аб=1%;
Тип почвы суглинок
  7.2. Определение расчетного расхода 
7.2.1  Расчет максимального расхода ливневых вод
		Максимальный расход ливневых вод определяется по формуле 
Qл=16.7*ач*F*Kt*?*?,м3/с																		(7.1)
Где ач – интенсивность ливня часовой продолжительности [1,c.160],
ач=0,97 мм/мин;
Kt  - коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности [1,c.161],
Kt = 1.21;
? – коэффициент стока[1,c.158],
?=0,5;
? – коэффициент редукции, 
определяется по формуле 
?=1/?(10*F )=0,86;																					(7.2)
Qл =16.7*0,97*1.21*0,5*0,86 = 8,42 м3/с.
Максимальный расход ливневых вод составляет Qл =45,38 м3/с.
Объем ливневого стока определяется по формуле:
W=(6000*ач*F*?*?)/?Kt=409.516 м3    															(7.3)
7.2.2. Расчет максимального расхода талых вод 
Максимальный расход талых вод определяется по формуле 
Qт=(Ко*hp*F)/((1+F))*?1*?2, м3/с																	(7.4)
где К0 – коэффициент дружности половодья, [1,c.162]
К0= 0,02;
n-показатель степени, [1,c.162],
n=0,25;
hp-расчетный слой стока, определяется по формуле 
hp= hсp*Кр ,мм																							(7.5)
где hсp-средний слой стока, [1,c.164]
hсp=105 мм;
Кр-модульный коэффициент, значение которого определяется по графику [1,c.166] в зависимости от следующих параметров:
Коэффициента вариации Сv(расчитывается путеи умножения взятого по карте изолиний Сvh [1,c.165] на 1.25);
Расчетной вероятности превышения Р;
Коэффициента асимметрии Сs,значение которого для равнинных водосборов принимают Сs= 2*Сv. 
Сvh=0,4; 
Сv=1.25* Сvh																							(7.6)
Сv =1.25*0.4=0.5; 
Сs=2*Сv																									(7.7)
Сs =2*0.5=1;
Кр =2.9;
hp =105*2.9=304,5 мм;
?1-коэффициент,учитывающий снижение расхода в зависимости от залесенности бассейна [1,c.163](при отсутствии залесенности бассейна ?1=1),
?1=1;
?2-коэффициент,учитывающий снижение расхода в зависимости от озерности и заболоченности бассейна[1,c.163],определяется по значению ?
?=5*Ал/100+10* Аб/100+1																					(7.8)	
? = 1.1;
?2 = 0,94;
Qт = 1,06 м3/с

Максимальный расход талых вод составляет Qт = 1,06 м3/с.
7.2.3 Определение расчетного расхода
	В качестве расчетного принимается наибольштй расход из максимального расхода ливневых вод Qл=8.42 м3/с  и максимального расхода талых вод Qт=1.06 м3/с.
Qрасч=8,42 м3/с
7.3 Расчет отверстия трубы
Производится расчет нескольких вариантов круглых труб, в том числе двухочковых, с целью их дальнейшего сравнения выбора наиболее рационального варианта. 
	В качестве расходного расхода принят максимальный расход ливневых вод, расчет отверстия трубы ведется с учетом аккумуляции и накладывается на график пропускной способности труб. Кривая аккумуляции строится по точкам ее пересечения с осями координат и изображается ломанной линией,состоящей из двух отрезков. Координаты для построения верхнего отрезка:
1-я точка:Н3 = 0;Q=Qл*0.62=5.22 м3/с;
2-я точка: Н3=а =30,4  м3; Q=0
Где ат =   (6*iсоор*W)/(m1+m2) =30,4 м3
Координаты для построения нижнего отрезка
1-я точка:Н3=0; Q=Qл=8,42 м3/с;
2-я точка: Н3=0.7*а = 21,28 м3; Q=0;
Для одноочковой трубы:
Н1.0=2.46 м
Н1.25=2.35 м
Н1.5= 2.15 м
Н2.0=1.81 м
Для двухочковой:
Н1.0=1.81м
Н1.25=1.7 м
Н1.5= 1.58 м
Н2.0=1.35 м

Рис. 7.1 График пропускной способности труб 


7.4 Определение режима работы труб
При / Н?1.2*hт / - безнапорный режим работы, где hт – высота(диаметр) трубы;
При / Н›1.2*hт / - полунапорный режим работы.
Для одноочковой трубы:
Н1.0=2.46 м –полунапорный режим
Н1.25=2.35 м - полунапорный режим
Н1.5= 2.15 м - полунапорный режим
Н2.0=1.81 м – безнапорный режим
Для двухочковой:
Н1.0=1.81м - полунапорный режим
Н1.25=1.7 м - полунапорный режим
Н1.5= 1.58 м - безнапорный режим
Н2.0=1.35 м - безнапорный режим
7.5 Расчет скорости протекания 
Расчет скорости протекания воды в трубе производится в зависимости от режима работы трубы по следующим формулам: 
При безнапорном режиме
V = 0,82*?(2*g*(H-hc)) , м/с 														(7.8)	
Где g – ускорение свободного падения(g=9.81м/с2)
hc – потока с сжатом сечении (hc =0.5*Н);
При полунапорном режиме 
V = 0,85*?(2*g*(H-0.6*hт)) , м/с 												(7.9)	
Результаты расчета приведены в таблицах 5.1 и 5.2




Табл 7.1 расчеты для одноочковой трубы
№ вар
Отверстие трубы
Расход с учетом аккумуляции, Q ,м3/с
Подпор, Н,м
Режим работы
Скорость воды, v,м/с
1
1.0
8.42
2.46
полунапор
5,13
2
1.25

2.35
полунапор
5,6
3
1.5

2.15
полунапор
4,2
4
2.0

1.81
безнапор
3,45

  Табл 7.2 расчеты для двухочковой трубы
№ вар
Отверстие трубы
Расход с учетом аккумуляции, Q ,м3/с
Подпор, Н,м
Режим работы
Скорость воды, v,м/с
1
1.0
8.42
1.81
полунапор
4.14
   2
1.25

1.7
полунапор
3,66
3
1.5

1.58
безнапор
3,22
4
2.0

1.35
безнапор
2,98
 
7.6 Выбор отверстия трубы
Вывод: для дальнейших расчетов и проектирования принимаем трубу отверстием  dт = 1.5 м, работающую в полунапорном режиме.
7.7   Расчет минимальной высоты насыпи у трубы 
Расчет минимальной высоты у насыпи у трубы производится в зависимости от режима работы трубы по следующей формуле: 
hmin= Н+1 =2.15+1=3.15 м
Минимальная высота у насыпи составляет 
hmin=3.15 м
7.8 Проектирование укрепления за трубой
Длина плоского укрепления за трубой:
Lукр=2 *bt =2*1.5=3 м																				(7.10)
где  bt –ширина трубы
Ширина плоского укрепления за трубой: 
Вукр=3* bt=4.5 м																						(7.11)
Толщина укрепления у выходного оголовка:
S=0,35*H=0.75 м 																					(7.12)
Скорость потока в зоне растекания
Vp=1.5*v=1.5 *4.2=6.3 м/с.																	(7.13)
В соответствии со скоростью потока в зоне растекания принимаем тип укрепления[1,c.149]: бетонные плиты.
Для определения глубины заложения предохранительного откоса hп необходимо определить губину размыва ?р. Воспользуемся для этих целей данными [1,c.178], в которых значение  относительной глубины размыва ?р/Н приводится в зависимости от величины (Lукр*tg?.......................