Введение и анализ исходных данных
Основная задача данной контрольной работы — выполнить камеральное трассирование автомобильной дороги IV категории. Этот процесс представляет собой проектирование оси будущей дороги на топографической карте с учетом рельефа местности и нормативных требований. Для успешного выполнения работы мы располагаем следующим набором исходных данных:
- Топографическая карта масштаба 1:10000 с высотой сечения рельефа.
- Заданные опорные пункты: «Начало трассы» и «Конец трассы».
- Предельно допустимый продольный уклон дороги.
- Нормативные радиусы кривых: наименьший в плане — 300 м, в продольном профиле — 5000 м для выпуклых и 2000 м для вогнутых кривых.
- Параметры земляного полотна: общая ширина — 10 м.
Все проектные решения должны строго соответствовать действующим нормативам, в первую очередь — СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги». Для дорог IV категории данный документ устанавливает расчетную осевую нагрузку в 60 кН (6 тс). Понимание этих начальных условий является фундаментом для всех последующих расчетов. Теперь, когда мы полностью понимаем условия задачи и нормативные рамки, можно приступать к первому практическому шагу — проложению предварительного маршрута на карте.
Этап 1. Как проложить линию нулевых работ на топографической карте
Первый шаг в трассировании — это построение так называемой «линии нулевых работ». Это предварительная трасса, проложенная с постоянным, предельно допустимым уклоном. Ее главное свойство в том, что теоретически она не требует значительных земляных работ (выемок и насыпей), так как повторяет рельеф с заданным уклоном. Ключевым инструментом на этом этапе является циркуль-измеритель и простая формула для расчета заложения:
d = (h / i_mp) * M
Где:
- d — искомое расстояние на карте (заложение), мм;
- h — высота сечения рельефа (разница высот между соседними горизонталями), м;
- i_mp — предельно допустимый уклон, ‰ (промилле);
- M — знаменатель масштаба карты (в нашем случае 10000).
Рассчитав значение d, мы выставляем его на циркуле-измерителе. Процесс прокладки линии выглядит как последовательность шагов: устанавливаем одну ножку циркуля на начальную точку, а второй находим точку пересечения с соседней горизонталью. Это и будет следующий участок нашей трассы. Мы повторяем эту операцию, «шагая» от горизонтали к горизонтали в направлении конечной точки. В местах, где рельеф оказывается круче нашего проектного уклона, возникают так называемые участки «напряженного хода». На таких участках приходится прокладывать трассу с уклоном, превышающим допустимый, чтобы обойти препятствие, с последующей компенсацией на более пологих отрезках. Полученная ломаная линия является лишь черновым наброском. Чтобы превратить ее в плавную ось будущей дороги, необходимо спрямить участки и вписать в углы поворота нормативные кривые.
Этап 2. Проектирование элементов трассы в плане, или спрямление маршрута
Линия нулевых работ — это ломаная, не пригодная для движения автомобиля. Следующая задача — «спрямить» ее, то есть заменить набором прямых участков, соединенных плавными кривыми. Этот процесс превращает черновой набросок в полноценную ось трассы. Сначала мы прокладываем прямые линии (тангесы) так, чтобы они максимально близко следовали маршруту нулевой линии, минимизируя отклонения.
В точках пересечения этих прямых образуются углы поворота. После их измерения мы приступаем к вписыванию горизонтальных круговых кривых. Согласно заданию, минимально допустимый радиус для дороги IV категории составляет 300 метров. Выбор конкретного радиуса зависит от величины угла поворота — чем он меньше, тем больший радиус можно использовать для обеспечения плавности.
Для современных дорог, даже IV категории, простого сопряжения прямой и круговой кривой недостаточно. Для обеспечения плавного и безопасного входа в поворот используются переходные кривые, чаще всего в виде клотоиды. На этих участках происходит постепенное изменение кривизны от бесконечности (на прямой) до радиуса основной кривой. Именно на длине переходной кривой выполняется отгон виража — плавное изменение поперечного уклона проезжей части от двускатного к односкатному для компенсации центробежной силы. Теперь, когда ось трассы окончательно зафиксирована в плане, необходимо разбить ее на измерительные отрезки для последующего построения продольного профиля.
Этап 3. Разбивка пикетажа для создания основы продольного профиля
После окончательного утверждения трассы в плане необходимо подготовить данные для ее вертикальной проработки. Для этого выполняется пикетаж — разбивка оси дороги на отрезки длиной 100 метров. Начальная точка трассы обозначается как «ПК0» (пикет нулевой). Далее по всей длине трассы с помощью циркуля или курвиметра откладываются пикеты: ПК1, ПК2 и так далее.
Однако рельеф редко меняется равномерно. Между пикетами могут находиться важные точки, которые необходимо зафиксировать. Это так называемые «плюсовые» точки:
- Вершины холмов и дно лощин.
- Места пересечения с реками, оврагами, дорогами.
- Точки начала и конца кривых.
Для каждой пикетной и плюсовой точки необходимо определить ее высотную отметку. Это делается методом интерполяции между горизонталями на топографической карте. Зная высоту двух соседних горизонталей и расстояние между ними, можно с достаточной точностью вычислить высоту любой точки, находящейся между ними. Все эти данные — номера пикетов, расстояния до плюсовых точек и их высотные отметки — тщательно записываются в ведомость. Мы собрали все данные о рельефе вдоль нашей трассы. Следующий шаг — визуализировать эти данные, построив график продольного профиля земли.
Этап 4. Построение сетки и нанесение «черного» профиля земли
Продольный профиль — это чертеж, представляющий собой вертикальный разрез местности вдоль оси спроектированной трассы. Он является главным документом для дальнейшего вертикального проектирования. Чертеж выполняется на миллиметровой бумаге и имеет строго определенную структуру. Для наглядности профиль строится в разных масштабах: горизонтальный обычно соответствует масштабу карты (1:10000), а вертикальный принимается в 10 раз крупнее (1:1000) для более четкого отображения перепадов высот.
Основой чертежа является профильная сетка, или «подвал». В ее строках в строго установленном порядке заносятся все данные, полученные на этапе разбивки пикетажа:
- Расстояния между точками
- Номера пикетов и плюсовых точек
- Фактические отметки поверхности земли
- Проектные отметки (заполняются позже)
- Рабочие отметки (разница между проектной и фактической)
- Уклоны и расстояния
На основе данных о фактических отметках земли на сетке выстраивается линия рельефа — так называемый «черный профиль». Эта линия наглядно демонстрирует все неровности местности, которые предстоит сгладить будущей дорогой. Имея перед глазами неровности естественного рельефа, мы можем приступить к самой ответственной части — проектированию плавного и экономичного пути для автомобиля, то есть «красной линии».
Этап 5. Проектирование «красной линии» и расчет вертикальных кривых
Проектная, или «красная линия», — это и есть продольный профиль самой автомобильной дороги, который мы наносим поверх «черного профиля». Главная цель ее проектирования — найти оптимальный баланс между двумя ключевыми требованиями. С одной стороны, она должна быть максимально плавной, без резких переломов и с уклонами, не превышающими нормативные. С другой стороны, она должна проходить как можно ближе к линии земли, чтобы минимизировать объемы земляных работ — выемок (срезка грунта) и насыпей (подсыпка грунта), так как это одна из самых затратных частей строительства.
Проектная линия состоит из прямых отрезков с постоянными уклонами. В точках их пересечения (вершинах углов) образуются изломы. Для обеспечения плавности движения и необходимой видимости эти изломы сопрягаются вертикальными кривыми. Согласно заданию, для их проектирования используются следующие минимальные радиусы:
- Для выпуклых кривых (на вершинах) — 5000 м.
- Для вогнутых кривых (в низинах) — 2000 м.
Для каждой вертикальной кривой рассчитываются ее основные элементы (тангенс, биссектриса, сама кривая) по стандартным формулам. После вписывания всех вертикальных кривых мы получаем окончательное положение проектной линии. Далее для каждого пикета и плюсовой точки вычисляются проектные отметки (высота оси дороги) и рабочие отметки — разница между проектной и фактической высотой. Положительная рабочая отметка означает насыпь, отрицательная — выемку. Когда проектные решения приняты и все расчеты выполнены, остается лишь грамотно оформить результаты работы в соответствии с требованиями.
Этап 6. Финальное оформление и компоновка контрольной работы
Завершающий этап работы — это грамотная компоновка всех полученных материалов в единый проект. Готовая контрольная работа по камеральному трассированию, как правило, состоит из двух основных частей: графической и текстовой.
Графическая часть включает в себя:
- Топографическую карту (план) с нанесенной на нее окончательной трассой, с указанием пикетажа, углов поворота и элементов горизонтальных кривых.
- Детально вычерченный продольный профиль трассы с нанесенными «черной» (фактической) и «красной» (проектной) линиями, а также полностью заполненной профильной сеткой («подвалом»).
Текстовая часть оформляется в виде пояснительной записки. В ней должны быть отражены все ключевые этапы проектирования: перечень исходных данных, обоснование выбора трассы, расчеты заложения для построения линии нулевых работ, а также все вычисления по элементам горизонтальных и вертикальных кривых. Комплексное выполнение всех описанных шагов гарантирует качественный и полный ответ на задание. Подведем итоги проделанной работы.
Заключение
Камеральное трассирование автомобильной дороги — это комплексный, многоэтапный инженерный процесс, где каждый следующий шаг логически опирается на результаты предыдущего. От точности анализа исходных данных зависит корректность построения линии нулевых работ, которая, в свою очередь, определяет оптимальность плана трассы и, в конечном счете, объемы земляных работ на продольном профиле.
Ключевой вывод, который можно сделать по итогам работы, заключается в том, что успешное проектирование — это всегда компромисс. Инженер постоянно ищет баланс между соблюдением строгих нормативных требований (предельные уклоны, минимальные радиусы) и стремлением к максимальной экономической эффективности, которая выражается в минимизации объемов выемок и насыпей. Освоение этого навыка поиска оптимальных решений является одной из ключевых и фундаментальных компетенций для любого будущего специалиста в области геодезии и дорожного строительства.
Список использованной литературы
- Авакян В.В. Прикладная геодезия: Геодезическое обеспечение строительного производства. М., «Амалданик», 2013.-432 с., ил.
- Авакян В.В., Куприянов А.О., Максимова М.В. Методические указания к курсовому проекту по прикладной геодезии. Электронная книга, стр. 49 формата А4, 2014 г.
- Митин Н.А. Таблицы для разбивки кривых на автомобильных дорогах. Изд. 2, перераб. и доп. М. «Недра», 1978, 469 с.
- Бабков В.Ф., Андреев О.В., Замахаев М.С. «Проектирование автомобильных дорог» «Транспорт» 1970 г., стр. 1-316.
- СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85.