Методика выполнения контрольной работы: Камеральное трассирование и проектирование автомобильной дороги IV категории

Что нужно знать перед началом проектирования дороги

Камеральное трассирование — это, по своей сути, интеллектуальное проектирование на карте, которое предшествует любым полевым работам. Это не просто соединение двух точек линией, а поиск оптимального маршрута будущей автомобильной дороги. Главная цель этого этапа — найти такое положение трассы, которое будет одновременно экономичным в строительстве, безопасным для движения и полностью соответствующим строгим государственным нормативам.

Чтобы говорить на одном языке с инженерами, важно понимать несколько ключевых терминов:

• План трассы — это вид дороги сверху, ее проекция на горизонтальную плоскость.
• Продольный профиль — это вертикальный разрез местности вдоль оси трассы, который показывает все ее подъемы и спуски.
• Поперечный профиль — это разрез дороги в поперечном направлении, показывающий ее конструкцию: ширину проезжей части, обочины, откосы.
• Пикеты — это отрезки по 100 метров, на которые разбивается вся длина трассы для удобства расчетов и строительства.
• Проектная «красная» линия — это и есть проектируемая ось дороги на продольном профиле, которую мы будем создавать.

Проектирование дороги именно IV категории имеет свои особенности. Такие дороги не рассчитаны на высокоскоростное движение, поэтому нормативы к ним предъявляют специфические требования по уклонам и радиусам поворотов, которые необходимо неукоснительно соблюдать. Понимание этих основ превращает сложную задачу в выполнимую последовательность шагов.

Шаг 1. Собираем и анализируем исходные данные для работы

Перед тем как приступить к чертежам и расчетам, необходимо убедиться, что у вас на руках есть полный комплект исходных данных. Это ваш фундамент, и от его полноты зависит качество всей работы. Вот что вам понадобится:

1. Топографическая карта. Это ваш главный рабочий инструмент. На ней изображен рельеф местности с помощью горизонталей (линий равных высот), а также нанесены все существующие препятствия: реки, овраги, строения, леса. Важно внимательно изучить масштаб карты и высоту сечения рельефа — от этого зависит точность ваших построений. В нашем примере используются карты, созданные в Балтийской системе высот и местной системе координат МСК-10.
2. Техническое задание. Это документ или набор условий, которые определяют рамки вашего проекта. Он включает:
   • Опорные пункты: точные точки «Начало трассы» и «Конец трассы».
   • Предельно допустимый уклон дороги, который нельзя превышать.
   • Нормативы по геометрии трассы: наименьший радиус кривых в плане (в нашем случае — 300 м) и в продольном профиле (5000 м для выпуклых и 2000 м для вогнутых кривых).
   • Параметры конструкции дороги: ширина земляного полотна (10 м) и ширина проезжей части (6 м).

Крайне важно понимать, что все эти цифры — не рекомендации, а жесткие ограничения. Ваша задача как проектировщика — найти оптимальное решение, не нарушив ни одного из этих требований. Именно анализ этих данных диктует всю дальнейшую логику проектирования.

Шаг 2. Прокладываем ось трассы на топографической карте

Этот этап можно назвать творческим, но подчиненным строгой инженерной логике. Ваша задача — проложить на карте будущую ось дороги, соединив начальную и конечную точки. Главный принцип здесь — минимизация земляных работ. Чтобы этого достичь, трасса должна по возможности следовать рельефу, то есть идти параллельно горизонталям. Когда пересечение горизонталей неизбежно, его следует делать под углом, близким к прямому, — это означает более плавный уклон.

В процессе необходимо аккуратно обходить все препятствия: населенные пункты, ценные сельскохозяйственные угодья, болота, овраги и водные преграды. Каждый такой обход усложняет и удорожает проект, поэтому здесь важен баланс.

Практика камерального трассирования предполагает разработку нескольких, обычно 2-3, «черновых» вариантов трассы. С помощью циркуля-измерителя и линейки на карту наносятся предварительные линии. Это позволяет визуально сравнить их по длине, плавности и сложности прохождения рельефа. После сравнительного анализа выбирается один, наиболее удачный вариант, который и пойдет в дальнейшую, детальную проработку. Этот выбор — одно из ключевых решений во всем проекте.

Шаг 3. Детализируем план трассы и разбиваем его на пикеты

После того как оптимальный вариант оси трассы выбран, его необходимо превратить из плавной линии в точный инженерный чертеж. Любая автомобильная трасса состоит из двух основных элементов: прямых участков и сопрягающих их горизонтальных кривых. Точки, где пересекаются оси прямых участков, называются вершинами углов (ВУ).

Для каждой кривой необходимо рассчитать ее ключевые элементы. Расчет ведется по стандартным геодезическим формулам, где основной параметр — это радиус кривой R (в нашем случае R=300 м) и угол поворота трассы.

1. Тангенс (Т) — расстояние от вершины угла до начала или конца кривой.
2. Кривая (К) — длина самой дуги окружности.
3. Биссектриса (Б) — расстояние от вершины угла до середины кривой.
4. Домер (Д) — разница между длиной двух тангенсов и длиной кривой.

После расчета элементов кривых всю трассу разбивают на пикеты — отрезки по 100 метров, начиная от нулевого пикета (ПК 0) в начале трассы. Это позволяет создать единую систему координат по всей ее длине. Для каждой кривой вычисляются пикетажные значения ее характерных точек: начала кривой (НК), середины кривой (СК) и конца кривой (КК). Все эти вычисления сводятся в специальную «Ведомость элементов плана трассы», которая становится одним из главных итоговых документов этого этапа.

Шаг 4. Строим продольный профиль по черной земле

Теперь, когда у нас есть точный план трассы, мы можем «разрезать» землю вдоль этой линии и посмотреть на нее в вертикальном сечении. Этот процесс называется построением продольного профиля и является основой для всех последующих высотных расчетов. Профиль чертится на специальной миллиметровой бумаге («профильной сетке») с разным горизонтальным и вертикальным масштабом для наглядности.

Сетка профиля имеет строгую структуру, включающую такие графы, как «Расстояния», «Фактические отметки земли», «Проектные отметки», «Рабочие отметки», «Уклоны» и «План трассы».

Процесс построения линии «черной земли» (фактического рельефа) выглядит так: для каждого пикета на плане трассы определяется его высотная отметка по горизонталям на карте. Если пикет попадает точно на горизонталь, его отметка равна отметке этой горизонтали. Если же он находится между горизонталями, его высота определяется методом интерполяции. Кроме пикетов, на профиль обязательно наносят «плюсовые» точки — места резкого перелома рельефа (дно оврага, вершина холма), чтобы максимально точно отразить реальную картину местности. В результате у нас появляется плавная кривая, которая и является точным отображением рельефа под нашей будущей дорогой.

Шаг 5. Проектируем красную линию и вертикальные кривые

Имея перед глазами профиль рельефа, мы приступаем к самой ответственной части — проектированию «красной линии». Так инженеры называют проектную ось дороги в вертикальной плоскости, то есть ту линию, по которой в будущем поедут автомобили. Главная задача здесь — найти идеальный баланс между несколькими противоречивыми требованиями.

Во-первых, уклоны проектной линии не должны превышать предельно допустимых значений для дороги IV категории. Во-вторых, необходимо стремиться к нулевому балансу земляных работ. Это означает, что объем грунта, вынимаемого из выемок («срезаемых» холмов), должен быть примерно равен объему грунта, необходимому для возведения насыпей (засыпки низин). Этот принцип позволяет избежать дорогостоящей перевозки грунта со стороны.

Практический совет: проектная линия должна плавно «срезать» вершины холмов и «подсыпать» впадины, как бы усредняя рельеф местности.

Там, где проектная линия меняет свой уклон, образуются острые переломы. Для обеспечения плавности и безопасности движения эти переломы сглаживаются с помощью вертикальных кривых. Они бывают двух типов:

• Выпуклые (на вершинах холмов), с нормативным радиусом не менее 5000 м.
• Вогнутые (в низинах), с нормативным радиусом не менее 2000 м.

Для каждой вертикальной кривой рассчитываются поправки к проектным отметкам, что обеспечивает плавное сопряжение участков с разным уклоном. Этот этап требует вдумчивости и нескольких итераций, чтобы найти то самое оптимальное положение «красной линии».

Шаг 6. Вычисляем объемы земляных работ

Когда проектная линия («красная линия») нанесена на профиль, в каждой точке трассы у нас есть две отметки: фактическая (по «черной земле») и проектная. Разница между ними называется рабочей отметкой. Этот показатель является ключевым для расчета объемов работ.

• Если проектная отметка выше фактической (Hпроект > Hфакт), рабочая отметка положительна, и в этом месте требуется насыпь.
• Если проектная отметка ниже фактической (Hпроект < Hфакт), рабочая отметка отрицательна, и здесь будет выемка.

Объемы земляных работ (в кубических метрах) подсчитываются для каждого участка между соседними пикетами. Наиболее распространенный метод использует среднее арифметическое площадей поперечных сечений на двух пикетах, умноженное на расстояние между ними. Площадь же сечения зависит от рабочей отметки и ширины земляного полотна (в нашем случае — 10 м). Все вычисления методично заносятся в «Ведомость объемов земляных работ», где отдельно суммируются объемы насыпи и выемки. Эти итоговые цифры — один из главных экономических показателей всего проекта, напрямую влияющий на его стоимость.

Шаг 7. Проектируем поперечный профиль дороги

Если продольный профиль — это вид дороги сбоку, то поперечный профиль (или «поперечник») — это ее вид в разрезе в конкретной точке. Он показывает конструкцию дорожной одежды и земляного полотна. Для автомобильной дороги IV категории поперечный профиль включает несколько обязательных элементов:

• Проезжая часть: общая ширина составляет 6 метров. Для обеспечения стока дождевой воды ей придается двускатный профиль с уклоном от центра к краям.
• Обочины: примыкают к проезжей части с обеих сторон. Вместе с проезжей частью они образуют земляное полотно шириной 10 метров. Обочины также имеют уклон для водоотвода.
• Откосы: это наклонные поверхности, которые соединяют земляное полотно с поверхностью земли. В насыпях они идут вниз, в выемках — вверх. Крутизна (заложение) откосов зависит от высоты насыпи/глубины выемки и типа грунта.
• Кюветы: специальные канавы трапецеидальной формы, которые устраиваются в выемках для сбора и отвода воды от дороги.

Обычно вычерчивается как минимум два типовых поперечных профиля: один для участка в насыпи, другой — для участка в выемке. Эти чертежи наглядно демонстрируют, как именно будет устроена дорога и как она будет вписана в существующий рельеф.

Шаг 8. Оформляем и комплектуем готовую контрольную работу

Когда все расчеты и чертежи готовы, наступает финальный этап — правильная компоновка всех материалов в единый документ, соответствующий академическим стандартам. Готовая контрольная работа, как правило, имеет четкую структуру, аналогичную техническому отчету.

1. Титульный лист: оформляется по образцу, предоставленному вашим учебным заведением (например, МИИГАиК).
2. Введение: кратко описываются цели и задачи выполненной работы, а также исходные данные.
3. Основная (расчетная) часть: сюда подшиваются все ведомости, полученные в ходе расчетов: ведомость элементов плана трассы, ведомость расчета вертикальных кривых, ведомость объемов земляных работ и другие.
4. Графическая часть: это ключевые чертежи проекта. Обычно она включает план трассы, продольный профиль и поперечные профили.
5. Заключение: здесь приводятся основные результаты работы (например, итоговые объемы работ) и делаются выводы о соответствии проекта заданным нормативам.
6. Список использованной литературы: в этом разделе обязательно нужно указать все нормативные документы (например, СНиП), на которые вы опирались при проектировании.

Тщательное и аккуратное оформление работы не менее важно, чем правильность расчетов, так как оно демонстрирует вашу инженерную культуру и внимание к деталям.

Заключение. Какие ключевые навыки вы приобрели

Пройдя весь путь от анализа карты до сшивания готовой работы, вы не просто выполнили учебное задание. Вы на практике освоили полный цикл камерального проектирования реального линейного объекта. Это дало вам набор фундаментальных инженерных компетенций.

Вы научились:

• Читать и анализировать топографические карты.
• Применять на практике нормативные документы и технические требования.
• Выполнять комплексные геодезические и инженерные расчеты.
• Работать с основной проектной документацией (план, профили, ведомости).

В современной практике большинство этих процессов автоматизированы с помощью специализированного ПО, такого как AutoCAD Civil 3D. Однако ручной расчет, который вы проделали, дает бесценное понимание логики и сути каждого этапа проектирования. Это тот фундамент, без которого невозможно стать грамотным и думающим инженером.

Список использованной литературы

1. Авакян В.В. Прикладная геодезия: Геодезическое обеспечение строительного производства. М., «Амалданик», 2013.-432 с., ил.
2. 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.
3. Митин Н.А. Таблицы для разбивки кривых на автомобильных дорогах. Изд. 2, перераб. и доп. М. «Недра» , 1978, 469 с.
4. Бабков В.Ф., Андреев О.В., Замахаев М.С. «Проектирование автомобильных дорог» «Транспорт» 1970 г., стр. 1-316.
5. СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85.