Выбор и разработка методов и способов выполнения геодезических разбивочных работ

ГЛАВА II

Выбор и разработка методов и способов выполнения геодезических разбивочных работ, используемых входе изыскании и строительстве автомобильных дорог

2.1. Особенности выбора и выполнения разбивки трассы автомобильных дорог в горных условиях

      Трассирование и строительство горных дорог связанны с значительными трудностями. Из-за сложного рельефа местности, крутых и неустойчивых склонов

и необходимости преодоления больших разностей высот, выбор трассы дороги требует большого внимания. Часто небольшое смещение трассы по склону резко меняет объёмы земляных работ.

      При строительстве дорог в горных местностях приходится выполнять большие объёмы земляных работ, устраивать подпорные и одевающие стенки. При неблагоприятных грунто-геологических условиях – оползнях, осыпях, селевых выносах, необходима постройка специальных сооружений, обеспечивающих устойчивость земляного полотна.

      Направления проложения дорог в горной местности определяются расположением горных хребтов, являющихся водоразделами бассейнов рек. Переход дороги из одного речного бассейна в другой возможен только через пониженные участки горных хребтов – седловины. Для проложения дорог в таких местах необходимо принимать вынимание требования ландшафтного проектирования, уменьшения протяжённости трассы и объём земляных работ с учетом проектного уклона, а также избежания значительных сложных участков с не устойчивыми высокими или насыпями, или глубями выемками. По мере возможности трассу прокладывают по долине горной реки вверх к её истокам, затем поднимают по горным склонам к седловине и переходят на перевальном участке в долину другой реки.

      Температура горных склонов зависит от их экспозиции по сторонам света. Южные и юго-западные склоны, хорошо прогреваемые солнцем, являются наиболее целесообразными для прокладывания трассы. На северных и северо-восточных склонах в неблагоприятных условиях откосы земляного полотна находятся в менее благоприятных условиях. Количество осадков возрастает по мере возвышения над уровнем моря 40-70 мм на каждые 100 м высоты, достигая максимума в зоне интенсивного образования облаков. В летние месяцы в горах выпадают ливни большой интенсивности.

      Для выполнения разбивочных работы трассы в горных раинах с целю обеспечения устойчивости земляного полотна и расчетных параметров дороги


1

необходимо детально изучать рельеф, характерное особенности почвенно-грунтовых и коренных горных пород местности.

2.1.1 Устойчивость горных склонов

       В горных районах страны почвенный покров имеет незначительную толщину, а на крутых склонах коренные горные породы выходят на дневную поверхность и бывают покрыты сверху продуктами выветривания.

       Для перехода трассы из долины горной реки к перевалам, необходимо развить трассу по склонам. которые называются переходными участками. Они характеризуются большими уклонами местности, значительно превышающие допустимые продольные уклоны для автомобильной дороги. Поэтому для преодоления значительного перепада высот на небольших расстояниях применяют более сложные способы развития трассы. К ним относятся:

а) проложение трассы по спирали с устройством туннелей;

      б) проложение трассы по спирали с устройством эстакад или защитных галерей;

в) развитие трассы по склону зигзагами – проектирование серпантин.

Проектирования серпантин характеризуется:

1. большими продольными уклонами;

2. большим числом кривых малого радиуса в плане;

3. наличием обратных кривых;

4. большими объёмами земляных работ (в основном скальных);

5. значительной сложностью выполнения самих работ;

      6. наличием специальных инженерных сооружений (лавинозащитные галереи, улавливающие стенки, туннели и так далее);

      Перевальные участки имеют сравнительно спокойный рельеф и меньшие продольные уклоны чем на переходных участках. При этом на перевальных участках проявляются особенности высокогорных районов и климатических факторов.

      Проектирование геометрических элементов, принимая во внимание этих факторов, осуществляется с учётом работы двигателей автомобилей. На высоте над уровнем моря более 1500 – 2000 метров мощность двигателя значительно снижается. Это происходит из-за снижения количества кислорода в воздухе в результате чего ухудшаются процессы сгорания топлива. Чем выше дорога над



2

уровнем моря, тем больше расход топлива из-з чего и происходит снижение эффективности работы двигателя при наборе высоты.

      На перевальных участках назначают предельно допустимый уклон на 10– 20 промилле меньше чем для участков трассы.

      2.1.2. Особенности трассирования автомобильных дорог на перевальных участках:

      Основными особенностями трассирования автомобильных дороги на перевальных участках является:

1. Искусственное удлинение трассы;

           2. Выбор перевала с наименьшими высотами или седловины (понижения в горных хребтах), которые имеют удобные подходы для развития трассы при пересечении горных хребтов;

           3. Разбивка трассы по склону по руководящему уклону (уклон, который меньше предельно допустимого на 10-15 промилле). Чем сложнее рельеф, тем выше требование к плавности трассы и тем больше приходится снижать значение продольных уклонов;

           4. Трассирование дорог на перевальных участках ведётся от перевала к долине. Последовательно между двумя смежными горизонталями строят ломанную линию с заданным уклоном. Далее увязывают геометрические параметры в соответствий с требованием [4].

           5. Предварительное трассирование ведут по крупномасштабным картам, топографическим планам и по материалам аэрофотосъёмки. На местности ориентировочно намечают направление трассы, затем прокладывают по склону магистральный теодолитный ход и снимают подробный план в горизонталях для полосы шириной 100 – 150 метров. В пределах этой же полосы выполняют детальную инженерно-геологическую съёмку, с учетом рельефа именно для выполнения геодезических разбивочных работ в плане кривых и других параметров дороги.

2.1.3	Продольный профиль земляного полотна горных дорог

      Основная особенность проектирования продольного профиля горных дорог заключается в необходимости строго последовательной увязки рабочих отметок с поперечным профилем земляного полотна на косогоре. В зависимости от поперечного уклона косогора, при одной и той же рабочей отметке по оси земляного полотна по краям его могут быть большие выемки или насыпи и даже может потребоваться устройство подпорных стен. Поэтому продольный профиль,

3

составленный по отметкам оси полотна, не может полностью характеризовать конструкцию земляного полотна и объём земляных работ.

      При трассировании необходимо достигнуть такого продольного профиля, при котором трасса проходила бы с допускаемыми уклонами, а поперечные профили обеспечивали минимальный объём земляных работ или наиболее устойчивое расположение земляного полотна дороги по возможности без устройства дорогостоящих подпорных стен.

      В зависимости от характера поперечного профиля земляного полотна, отметки продольного профиля (продольный уклон дороги) корректируют как правило следующими способами:

         a) смещением трассы в плане в нужную сторону на плане в горизонталях, который может быть построен по данным поперечных профилей;

         b) изменением величины уклонов и шага проектирования в продольном профиле.

      Первый способ связан с изменением числа и местоположения углов поворота. В стеснённых условиях плана при смещении трассы появляется необходимость изменения и прилегающих к ней участков следовательно и способам выполнения разбивки участков.

      Изменение проектной линии по второму способу – без изменения плана трассы – также очень сложная задача, особенно при стеснённом ходе.

      В сложных условиях очертание серпантины зависит исключительно от конфигурации и геологического строения горного склона. Поэтому необходимо его выбрать так, чтобы устойчивость полотна и условия движения были наилучшим образом обеспечены при наименьшем объёме строительных работ. Для устройства серпантин выбирают пологие участки устойчивых склонов, стремясь обеспечить разбивку основной кривой серпантины по возможности большим радиусом. На участке серпантины нужно снять местность в горизонталях, чтобы камеральным путём найти наиболее целесообразное положение серпантины, смещая её в соответствии с особенностями рельефа. Наивыгоднейшее расположение и форму серпантины устанавливают путём сравнения вариантов.

2.1.4Поперечные профили горных дорог

      Поперечный профиль земляного полотна горной дороги в значительной мере определяется круизной откоса. В изверженных породах более крутые откосы назначают при сложении из плитообразных отдельностей при сравнительно густой сети горизонтальных и редкой сети вертикальных трещин, а также при столбчатых отдельностях, встречающихся в базальтах. Если пласты имеют наклон

к дороге откосы выемок должны соответствовать наклону пластов. При наклоне пластов в сторону от дороги или при горизонтальном расположении слоёв, откосы можно назначать близкими к вертикальным.

4

В основном применяют следующие типы поперечных профилей на горных

склонах:

   a) Полунасыпь-полувыемка. Устраивается при крутизне косогора более 20 %. Для устойчивости насыпи на поверхности косогора делают уступы шириной до 2

м с откосом 1:0,25 и уклоном площадок в сторону косогора 30 – 40 ‰ с учётом категории дорог. Расположение дороги на косогоре в полунасыпи-полувыемке соответствует минимальным объёмам работ. Однако при отсыпке насыпной части земляного полотна на крутых горных склонах теряется большое количество грунта, бесполезно скатывающегося вниз. Уплотнять его довольно трудно. Разделка склона ступенями часто не обеспечивает достаточно надёжной связи насыпи с естественным склоном. В результате осадки насыпной части земляного полотна, в покрытии иногда появляются продольные трещины.

     b) Насыпи с подпорной стенкой. При крутых склонах – более 30 – 35о – при устройстве насыпи на косогоре объём земляных работ резко увеличивается, так как её откос располагается под небольшим углом к склону. Поэтому прибегают к устройству подпорных стен, поддерживающих насыпь. Для защиты откосных выемок, состоящих прежде всего из мергеля и сланцевых пород от воздействия атмосферных осадков и ветра, устраивают защитные или одевающие стены, которые прикрывают откос и имеют меньшие размеры.

     c) Балконы из сборных железобетонных элементов. Устраиваются на обрывистых склонах, где смещение трассы в сторону горы вызывает значительные скальные работы на большом протяжении.

      В итоге от выбранного типа поперечного профиля земляного полотна в горной местности зависит технология выполнения разбивочных работ на косогорах.

2.2 Вынесение проектного угла и расстояния на пересечённой и горной

местности

    При проложении направления трассы относительно исходного направления, создании различных базисных линий в горных условиях местностей для выполнения различных разбивочных работ в ходе изысканий и строительства автомобильных дорог на сложных участках с мостовыми переходами, путепроводами и другими инженерными сооружениями приходится откладывать проектный угол и расстояние на местности от заданной точки исходного направления с высокой точностью. Например, в горных и пересечённых местностях вслед за вынесением проектного угла в заданном направлении приходится откладывать проектную длину линии по участкам наклонной поверхности под большими углами наклона с разными уклонами. В этих случаях сначала выносят

5

проектный угол с заданной точностью и по полученному направлению откладывают горизонтальную проекцию линии заданной длины.

2.2.1 Вынесение проектного угла в натуру

Наиболее целесообразный приём решения данной задачи можно представить

в следующей последовательности:

1) Установив теодолит (тахеометр) в рабочее положение над заданной точкой В (рис2.1) при основном положении прибора, центрируют его надлежащим образом;

2) Ориентировав прибор на точку А исходного направления АВ (рис.2.1) и сняв

отсчёт по горизонтальному кругу, прибавляют значение проектного угла к этому отсчёту;

3) Открепив  алидаду,  поворачивают  зрительную  трубу  по  ходу  оцифровки

лимба угломерного прибора до установления нужного отсчета с учётом откладываемого угла (?пр);

4) По перекрестью сетки зрительной трубы в створе полученного направления забивают веху в точке с? (рис.2.1) как можно дальше от стоянки прибора (к примеру, в конце односкатного склона) с условием обеспечения видимости низа вехи;


Р




С??
С

С?
пр













Рис. 2.1. Схема к вынесению проектного угла на местности

6

5) Переводив зрительную трубу через зенит, снова выполняют указание действие при другом положения прибора и забивают веху (шпильку) в точке С??;

6) Если С? и С?? совпадают, то требуемое проектное направление определено;

7) Для убеждения выполняют контрольное измерение угла (?пр)полным приёмом;

8) При несовпадении точек С? и С?? измеряют расстояние С?С??,

 с помощью линейки с точностью до 1 мм и поделив его пополам, фиксируют точку С в середине между С? и С?? (рис. 2.1) ;

9) Снова измеряют откладываемый угол одним полным приёмом и сверяют его

с проектным значением ?пр. Если полученный угол расходится с проектным значением, то смещают веху (шпильку) в нужную сторону на длину l, вычисляя её по формуле:

                         l = Dср tg??, (2.1) где Dср – среднее расстояние от точки В до точки С двойным измерением; ?? – расхождение между измеренным и проектным значениями угла;

10) Отмерив l линейкой от ранее фиксированной точки в нужную сторону с точностью до 1мм, фиксируют новую точку;

11) Продолжая эту технологию измерения угла, добываются полного совпадения с его проектным значением и окончательно закрепляют точку С.

2.3. Вынесение проектной длины линии в натуру

      Наиболее целесообразный способ решения данной задачи в горных местностях можно представить в следующей последовательности:

1) устанавливают теодолит в рабочее положение над исходной точкой B;

      2) Наводят перекрестие сетки нитей зрительной трубы на низ вехи, установленной в точке С на изломе поверхности (см.рис.2.2). Хорошо закрепляя горизонтальный круг теодолита, открепляют зрительную трубу;








7


i ?1

В

D1ср
i

С



d1

D2с  

D


d ?3
Е?
Е



d2
?D?3





D3ср


d                  d3


Рис.2.2.Схема вынесения проектного расстояния на местности


      3) В полученном направлении дважды (в прямом и обратном направлениях) измеряют расстояние ВС по наклонной поверхности (до центра колышка С ) с заданной точностью, створяя линию перекрестием сетки нитей, и определяют его среднее значение по формуле
      
D

1
(D
D
),






1ср
2
1пр
1об



(2.2)

где, D1пр и D1об – измеренная в прямом и обратном направлениях длина наклонной линии ВС. При этом должно выполняться условие по формуле (2.3)


D1пр   D1об

?D


1


1
;
(2.3)






















D1ср
D1ср
D1ср


Nдоп






?D







8










где Nдоп-допустимая величина знаменателя точности

            4) измеряем высоту прибора iв и отмеряв её по вертикально установленной вехе С от поверхности земли, отмечают точку, (см. рис. 2.2);

      5) скрупулёзно наводят перекрестие сетки нитей угломерного прибора на эту точку по вехе и, взяв отсчёты Л по вертикальному кругу прибора (когда основное положение круг «Лево») и П при круге «Право», определяют место нуля М0 по формуле
      

М 0

      6) вычисляют угол наклона ?1 контроль по другой
?1




1
Л   П ;
(2.4)





2











по одной из следующих формул, выполняя
= Л – М0;

{
?

=
Л – П
;
};
(2.5)









1
2











?1
= М0 – П;


7) Вычисляют горизонтальную проекцию длины линии ВС по формуле

d1ВС = D1срcos ?1;
(2.6)

           8) Устанавливают теодолит над точкой С, измеряв высоту прибора с отмечают её по вехе В и наводят зрительную трубу на высоту iС;

      9) Аналогично предыдущему случаю измеряют обратный угол наклона линии СВ и вычисляют горизонтальную проекцию длины d1СВ;

      10) Сравнивают проекции линии в прямом и обратном направлениях d1ВС и d1СВ. В результате они должны быть в переделах допустимости. Если расхождение между ними недопустимо, то линейно-угловые измерения участка ВС нужно повторить. Если оно допустимо, то вычисляют среднюю проекцию отрезка АС По формуле:
      

d1 =


1


2


(d1ВС + d1СВ);


(2.7)


11) Определяют остаток d?2 проектного расстояния по формуле:

d?2 = dпр – d1;
(2.8)

      12) Со станции над точкой С наводят зрительную трубу теодолита при круге «Лево» на низ вехи В. Выполняют точное наведение перекрестия сетки нитей на точку В, Переводя зрительную трубу через зенит и находя точку D в конце односкатного склона СD – на изломе рельефа (строго по створу линии) фиксируют
9

точку D?. Аналогично фиксируют точку D? при круге «Право» и, определив середину между этими точками, надлежащим образом закрепляем точку D колышком и сторожком;

13) В полученном направлении мерным прибором измеряют наклонное

расстояние между точками С и D (от центра колышка С до центра D) с заданной точностью, и определяем его среднее значение D2ср;

      14) Измеряют угол наклона ?2 в прямом и обратном направлениях аналогично предыдущему случаю (отметив соответствующие высоты наведения

по вехе, равные новым высотам прибора), определяют горизонтальные проекции d2СD и d2DС отрезка линии с заданной точностью и получают проекцию d2


d2 =


1


2


(d2СD + d2DС);


(2.9)

      15) Сравнивают остаток d?2 с d2. Если d?2 > d2, то вычислив остаток d?3 проектного расстояния, исходя из уже отмеренного и общего проектного

расстояния dпр  по формуле

d?3 = dпр – (d1 + d2);
(2.10)

      16) устанавливая теодолит над точкой D и, наводя зрительную трубу на низ вехи С, аналогично предыдущим случим находят точку Е в конце склона DЕ, и должным образом закрепляют её;

      17) В полученном направлении DЕ аналогично вышеизложенному алгоритму измеряют наклонное расстояние D3ср, угол наклона ?3 и определяют d3:
      18) Если d3? > d3, то, вычислив d?4 = dпр – (d1 + d2 + d3), продолжают все вышеизложенные действия, пока не оказывается d?i < di;

      19) Если же d?3 < d3 то сначала по наклонной поверхности в направлении DЕ отмеряют от точки D расстояние, равное d?3 и фиксируют точку шпилькой;
20) Чтобы получить проектное расстояние  dпр  необходимо добавить от

полученной точки такое дополнительное расстояние по наклонной поверхности, чтобы вместе отмеренным наклонным расстоянием d3? получилось. Для этого вычисляют поправку за наклон по формуле

?D?3 = d?3 (sec ?3 – 1);
(2.11)
      21) Откладывая полученное расстояние ?D?3ср вперёд от отмеченной шпилькой точки по наклонной поверхности в направлении линии DE, фиксируем

10

точку E? и закрепляют её колышком и сторожком. Таким образом сумма всех отложенных горизонтальных проложении будет равно заданному проектному расстоянию, т.е. dпр = d1 + d2 + d3.

2.4. Разбивка горизонтальных круговых кривых способов описанного и вписанного многоугольников

    Для разбивки горизонтальных кривых в сложных условиях сильно пересеченной, горной и лесистой местности, на существующих насыпях и выемках наиболее целесообразными являются способы описанного и вписанного многоугольников с небольшими ординатами. Такой подход связан с одной стороны с ограниченностью возможности применения способов прямоугольных координат, углов и тангенсов, продолженных хорд или тангенсов применительно

к общему радиусу кривой, а с другой стороны необходимостью повышения точности разбивки в указанных условиях. Для достижения такой цели

необходимо разбить общую кривую на множество участков описанного или вписанного многоугольника и выполнять последующую разбивку в пределах каждой малой вершины кривой и её тангенсов.

2.4.1. Способ описанного многоугольника

Для	разбивки	кривой	данным	способом	последовательно	выполняют

следующие действие:

      1) По заданным значениям радиуса R и угла поворота ? (если он определен) вычисляют элементы круговой кривой и определяют положения начала (НК) и конца кривой (КК);

      2) Выбирают подходящую длину кривой к (обычно к?10м) с учётом радиуса, угла поворота и длины кривой и вычисляют:

a) центральный угол ? по формуле, стягивающую длину кривой к

? = 1800К;

?R

b) стрелу провеса h по формуле:


h = R (1 ? cos
?
) ;



2














c)
тангенс
t = Rtg
?

;















2






d)
биссектрису
б = Rtg
?
tg

?

;






4





2








e)
хорду
а =

;











2







(2.12)



(2.13)

(2.14)

(2.15)

(2.16)








11








х2





х1























х3










Ву




?










?/2
хi









К



в3





?
в3
















р3

рi


?




























в2	р2

?

р1	?

в1	?


?


НК

Рис. 2.3. Схема описанного многоугольника


3)

фиксируют точку В1;


в направлении НК-Ву откладывают тангенс t и


      4) Установив теодолит в рабочее положение над полученной точкой В1, откладывают центральный угол ? от направления Ву и по полученному направлению выставляют веху х1 на расстоянии, превышающем 2t;

5) По полученном направлению отмеряют от точки В1 длину тангенса t
и фиксируют точку р1, как конец первой частной кривой;
6) Далее, в этом же направлении откладывают ещё длину t от точки p1
и закрепив точку В2 как вершину угла 2;
      7) Устанавливая теодолит над точкой В2, аналогичным образом откладывают угол ?, получив точки P2, В3 и т.д;

      8) Для получения более точного закругления от каждой из вершин углов поворота ?i откладывают соответствующие биссектрисы в направления, полученных при отложении углов (180 - ?i )/2 от передней вершины Вi+1 в сторону кривой, описываемой многоугольником и фиксируют соответствующие середины частных кривых Сi;



12

      9) Если принятая длина дуги К значительна (обычно когда К>20м), то разбивку каждой частной кривой выполняются подходящим из числа известных способов;

      10) Когда остаток ?? после вычёта от угла поворота ? (если он задан) суммы отложенных углов поворота станет меньше частного угла поворота ?, т.е. когда ??=(?– ??)