Пример выполнения контрольной работы по теме «Камеральное трассирование автомобильной дороги IV категории»

Проектирование инфраструктурных объектов, таких как автомобильные дороги, начинается задолго до выхода техники на местность. Фундаментом для любого строительного проекта служат точные инженерные изыскания, которые делятся на полевые и камеральные работы. Именно камеральное трассирование — процесс выбора оптимального маршрута дороги на основе топографических карт и нормативных требований — является первым и одним из ключевых этапов проектирования. Это фундаментальный навык инженера, позволяющий с минимальными затратами вписать объект в существующий рельеф.

Цель данной контрольной работы, и этого подробного руководства, — спроектировать участок автомобильной дороги IV категории, пройдя все стадии от анализа исходных данных до расчета объемов земляных работ и оформления чертежей. Мы последовательно разберем каждый шаг, превратив сложную комплексную задачу в понятный алгоритм действий.

Раздел 1. Анализ и систематизация исходных данных

Любой проект начинается с внимательного изучения задания. Правильная интерпретация исходных данных — залог того, что все последующие расчеты и построения будут корректными. Каждый параметр несет в себе важные ограничения и напрямую влияет на принимаемые проектные решения.

В рамках нашей задачи мы имеем следующий набор данных:

• Топографическая карта: Основа всей работы. Обычно используется масштаб 1:10000 с заданным сечением рельефа, что позволяет детально оценить местность.
• Опорные пункты: На карте заданы обязательные точки «Начало трассы» и «Конец трассы», которые необходимо соединить.
• Предельно допустимый уклон: Ключевое ограничение, которое определяет максимально возможную крутизну подъемов и спусков дороги.
• Нормативные радиусы кривых: Устанавливают минимально допустимые радиусы для обеспечения безопасности движения. Для IV категории они, как правило, стандартизированы.
• Параметры земляного полотна: Определяют габариты будущей дороги.

Для удобства дальнейшей работы сведем ключевые нормативные показатели в единую таблицу.

Сводная таблица основных проектных параметров

Параметр	Значение	Примечание
Наименьший радиус кривой в плане	300 м	Для сопряжения прямых участков трассы.
Наименьший радиус выпуклой верт. кривой	5000 м	Для сглаживания «вершин» в продольном профиле.
Наименьший радиус вогнутой верт. кривой	2000 м	Для сглаживания «низин» в продольном профиле.
Ширина земляного полотна	10 м	Включает проезжую часть и обочины.
Ширина проезжей части	6 м	Основная часть для движения транспорта.

Теперь, когда все исходные данные понятны и систематизированы, мы можем приступить к первому практическому этапу — выбору оптимального маршрута будущей дороги на карте.

Раздел 2. Технология камерального трассирования дороги на карте

Цель этого этапа — проложить на топографической карте ось будущей дороги между заданными точками, максимально учитывая рельеф местности и нормативные ограничения по уклону. Логика выбора маршрута проста: минимизировать объемы земляных работ и обойти сложные для строительства участки (болота, овраги, скальные грунты).

Процесс выполняется в несколько шагов:

1. Визуальный анализ. В первую очередь необходимо внимательно изучить карту между начальной и конечной точками, чтобы выявить очевидные препятствия и, наоборот, благоприятные участки (например, водоразделы или пологие склоны).
2. Прокладка «линии нулевых работ». Это линия с постоянным, предельно допустимым уклоном. Ее строят с помощью циркуля-измерителя. Рассчитывается раствор циркуля, соответствующий расстоянию на карте, на котором перепад высот будет равен одной горизонтали при заданном уклоне. Переставляя ножку циркуля с одной горизонтали на другую, получают цепочку точек, образующих траекторию с постоянным уклоном.
3. Нанесение прямых участков (тангенсов). Полученная ломаная линия является идеализированной. На практике ее аппроксимируют (приближают) набором прямых отрезков, которые проводят максимально близко к «линии нулевых работ». Эти прямые называются тангенсами.
4. Обозначение вершин углов. Точки пересечения прямых участков-тангенсов отмечаются как вершины углов поворота трассы. Они нумеруются по порядку, начиная с ВУ1.

В результате этого этапа на карте появляется «скелет» будущей трассы, состоящий из прямых отрезков, которые пересекаются под определенными углами.

Раздел 3. Как рассчитать элементы горизонтальных кривых для построения трассы

Движение по трассе с резкими поворотами небезопасно и некомфортно. Поэтому прямые участки (тангенсы) сопрягаются плавными дугами — круговыми кривыми. Наша задача — рассчитать все параметры этих кривых для каждого угла поворота.

Сначала с помощью транспортира измеряются углы поворота трассы для каждой вершины. Далее, зная заданный радиус кривой (R = 300 м), по стандартным геодезическим формулам вычисляют ее основные элементы:

• Тангенс (Т): Расстояние от вершины угла до начала (НК) или конца (КК) кривой.
• Кривая (К): Длина самой дуги окружности.
• Биссектриса (Б): Расстояние от вершины угла до середины кривой.
• Домер (Д): Разница между суммой длин двух тангенсов и длиной кривой (2Т — К). Этот элемент критически важен для последующей разбивки пикетажа.

Пример расчета для угла поворота φ:
Т = R * tg(φ/2)
К = (π * R * φ) / 180°
Б = R * (1/cos(φ/2) — 1)
Д = 2Т — К

Все полученные результаты для каждого угла поворота аккуратно сводятся в специальный документ — «Ведомость углов поворота, прямых и кривых». Эта ведомость станет основой для дальнейшей детальной разбивки трассы на плане.

Раздел 4. Методика разбивки пикетажа и ее отображение на плане

Пикетаж — это система разметки трассы на стометровые отрезки, называемые пикетами (ПК). Он служит единой системой координат для всех последующих работ: от геологических изысканий до строительства. Нулевой пикет (ПК 0) обычно совпадает с точкой «Начало трассы».

Последовательность действий такова:

1. Разбивка на прямых участках. От ПК 0 вдоль оси трассы циркулем-измерителем откладываются отрезки по 100 метров (в масштабе карты). Каждая точка отмечается и подписывается (ПК 1, ПК 2 и т.д.). Для уменьшения загруженности чертежа часто на плане отмечают только четные пикеты.
2. Определение положения НК и КК. Для каждого угла поворота вычисляется пикетажное положение начала кривой (НК) и конца кривой (КК). Например, положение НК = (Пикетаж вершины угла) — (Длина тангенса Т).
3. Разбивка на кривых. Важнейший нюанс: разбивка пикетажа на кривых ведется не по дуге, а по тангенсам с учетом домера. Это означает, что пикеты продолжают откладывать по прямой до конца тангенса, а накопленная разница в длине (домер) «компенсируется» при переходе к следующему прямому участку после кривой. Фактически, после прохождения кривой нумерация пикетов продолжается так, как будто поворота не было, но с учетом длины самой кривой.

После выполнения этого этапа на плане трассы появляется полная разметка оси: пикеты, а также точки начала и конца всех кривых с их пикетажными значениями.

Раздел 5. Составление ведомости отметок земли по пикетам и плюсовым точкам

Когда плановое положение трассы определено, необходимо получить информацию о рельефе вдоль ее оси. Для этого определяют высотные отметки поверхности земли во всех ключевых точках.

Основным методом является интерполяция по горизонталям на топографической карте. Для каждой точки (пикета, начала и конца кривой, а также характерных точек перегиба рельефа — «плюсовых» точек) находят ее положение между двумя соседними горизонталями. Зная расстояние до каждой из горизонталей и их высотные отметки, по пропорции вычисляют точную отметку земли в искомой точке. Это скрупулезный процесс, требующий высокой точности и внимательности.

Все полученные данные заносятся в «Ведомость отметок земли», которая будет содержать пикетажное положение каждой точки и соответствующую ей «черную» (фактическую) отметку.

Раздел 6. Построение продольного профиля трассы по черной земле

Продольный профиль — это графическое изображение вертикального разреза местности вдоль оси трассы. Он позволяет наглядно увидеть все взлеты и падения рельефа и является основным документом для вертикального проектирования дороги.

Построение начинается с вычерчивания стандартной сетки профиля. Она имеет сложную структуру и содержит множество граф, главные из которых:

• Расстояния: Расстояния между точками.
• Пикеты: Пикетажное положение точек.
• Отметки земли (черные): Фактические высоты поверхности.
• Проектные отметки (красные): Проектные высоты оси дороги.
• Рабочие отметки: Разница между красными и черными отметками.
• План трассы (схематично): Прямые и кривые участки.

Для наглядности профиль вычерчивается в разных масштабах: горизонтальный обычно соответствует масштабу плана (или крупнее, например, 1:5000), а вертикальный принимается в 10 раз крупнее (например, 1:500). Это позволяет визуально «усилить» рельеф. На эту сетку из ведомости переносятся отметки земли, и полученные точки соединяются плавной линией, которая и называется «черным профилем».

Раздел 7. Проектирование проектной линии (красного профиля)

Имея перед глазами «черный профиль», инженер приступает к проектированию «красной линии» — оси будущей дороги в вертикальной плоскости. Это творческий и ответственный этап, который подчиняется нескольким ключевым принципам:

• Соблюдение нормативного уклона: Уклоны проектной линии не должны превышать предельно допустимых значений для данной категории дороги.
• Минимизация объемов земляных работ: Идеальная проектная линия — та, при которой объем выемки грунта примерно равен объему насыпи (принцип «нулевого баланса»).
• Обеспечение водоотвода: Продольный уклон должен быть достаточным для стока воды с проезжей части.

Проектная линия наносится на профиль в виде прямых отрезков, соединяющих точки перелома. Для каждого отрезка рассчитывается его уклон и длина. Затем вычисляются проектные («красные») отметки на всех пикетах и в точках перелома. Эта линия показывает, где дорога пройдет в насыпи (выше земли), а где — в выемке (ниже земли).

Раздел 8. Расчет и построение вертикальных кривых

Так же, как и в плане, резкие переломы проектной линии в профиле недопустимы. Для плавного перехода между участками с разными уклонами проектируются вертикальные кривые. Они бывают двух типов:

• Выпуклые: На «вершинах» профиля. Для них нормативный радиус составляет 5000 м.
• Вогнутые: В «низинах» профиля. Их радиус, как правило, меньше — 2000 м.

Вертикальная кривая (по форме парабола) строится путем внесения поправок в проектные отметки на прямолинейных уклонах. Для каждой точки внутри кривой рассчитывается небольшая вертикальная поправка, которая «сдвигает» ее с прямой на кривую. В результате на профиле получается плавная, сглаженная проектная линия, обеспечивающая комфорт и безопасность движения.

Раздел 9. Вычисление рабочих отметок и проектирование земляного полотна

Когда «черная» и «красная» линии нанесены на профиль, можно определить объем предстоящих земляных работ в каждой точке. Для этого вычисляются рабочие отметки.

Рабочая отметка = Проектная («красная») отметка — Отметка земли («черная»)

Результат вычислений заносится в соответствующую графу профиля:

• Если рабочая отметка положительная (+), это означает, что дорога проходит выше земли, и здесь требуется устройство насыпи.
• Если рабочая отметка отрицательная (-), дорога идет ниже земли, и необходима разработка выемки.

Особое внимание уделяется точкам, где рабочая отметка равна нулю. Это «точки нулевых работ» — места перехода от насыпи к выемке или наоборот. Их точное положение необходимо для правильного подсчета объемов.

Раздел 10. Методика расчета объемов земляных работ

Расчет объемов земляных работ — один из важнейших экономических этапов проектирования. Он позволяет оценить стоимость и трудоемкость строительства. Наиболее распространенный метод основан на данных о рабочих отметках и параметрах земляного полотна (ширина 10 м).

Алгоритм расчета следующий:

1. Для каждого пикета по его рабочей отметке и заложению откосов вычисляется площадь поперечного сечения насыпи или выемки.
2. Объем грунта между двумя соседними пикетами вычисляется как произведение средней площади поперечного сечения на расстояние между ними (обычно 100 м).
3. Объемы выемки и насыпи подсчитываются раздельно.

Все расчеты сводятся в «Ведомость объемов земляных работ», которая показывает итоговые значения по всей трассе. Сравнение общего объема выемки и насыпи показывает, насколько удалось соблюсти баланс земляных масс.

Раздел 11. Оформление графической части. План и продольный профиль

Качество контрольной работы во многом определяется качеством ее графического оформления. Все чертежи должны быть выполнены аккуратно и в строгом соответствии с требованиями ГОСТ.

План трассы должен содержать:

• Ось трассы с пикетажной разметкой.
• Все элементы горизонтальных кривых (вершины углов, НК, КК, радиусы).
• Горизонтали рельефа и условные обозначения ситуации на местности.
• Рамку и штамп установленного образца.

Продольный профиль должен иметь полностью заполненную сетку, включая:

• Черную и красную линии с отметками.
• Построенные вертикальные кривые.
• Значения уклонов и длин всех элементов проектной линии.
• Заполненные графы рабочих отметок, расстояний и пикетажа.
• Схематичный план трассы в соответствующей графе.

Современные системы автоматизированного проектирования, такие как AutoCAD Civil 3D или Credo-Dat, позволяют значительно ускорить и автоматизировать процесс вычерчивания, но понимание ручных методов построения остается обязательным.

Раздел 12. Структура и написание пояснительной записки

Пояснительная записка (ПЗ) — это текстовый документ, который описывает и обосновывает все принятые в ходе работы решения. Она дополняет графическую часть и демонстрирует теоретические знания исполнителя. Стандартная структура ПЗ выглядит следующим образом:

1. Титульный лист.
2. Задание на контрольную работу.
3. Введение: Описывается цель и задачи работы.
4. Основная часть: Детально, в соответствии с этапами проектирования, излагается ход выполнения работы. Здесь приводятся все расчетные формулы, промежуточные и итоговые вычисления, а также все составленные ведомости (углов поворота, отметок, объемов).
5. Заключение: Формулируются краткие выводы по итогам работы.
6. Список использованной литературы.

Раздел 13. Формулирование выводов по проделанной работе

Выводы — это концентрированное изложение главных результатов вашего проекта. Они должны быть краткими, четкими и опираться на полученные данные. Здесь не нужно рассуждений, только факты.

Примеры формулировок для выводов:
«В ходе выполнения контрольной работы была спроектирована трасса автомобильной дороги IV категории протяженностью 3.2 км, соединяющая заданные начальную и конечную точки.»
«Были рассчитаны объемы земляных работ, которые составили: V насыпи = 15 200 м³, V выемки = 12 800 м³.»
«Все спроектированные элементы трассы (уклоны, радиусы кривых) соответствуют заданным нормативным требованиям.»

Хорошо сформулированные выводы показывают, что вы не просто выполнили набор операций, а понимаете конечный результат и можете его оценить. Ведь качество построенной дороги напрямую зависит от точности и обоснованности проектных работ.

В заключение хочется подчеркнуть, что камеральное трассирование и проектирование дороги — задача, которая на первый взгляд кажется громоздкой. Однако, как мы убедились, при строгом соблюдении последовательности действий и понимании логики каждого этапа она превращается в выполнимый и интересный инженерный процесс.

При подготовке к защите работы уделите особое внимание следующим моментам:

• Вы должны свободно ориентироваться в своих чертежах: уметь быстро найти любой пикет на плане и профиле.
• Будьте готовы объяснить любой расчет и любую цифру в ведомостях.
• Понимайте теоретические основы принятых решений: почему выбран именно такой радиус или почему проектная линия проведена именно так.

Успешной защиты!

Список использованной литературы

1. Авакян В.В., Максимова М.В. Программа и методические указания по курсу «Прикладная геодезия». Часть 1. Изд. МИИГАиК. УПП «Репрография», 2012 г., с. 70.
2. Инженерная геодезия. Под ред. Михелева Д.Ш., М., Академия, 2009.
3. Авакян В.В. Прикладная геодезия: Геодезическое обеспечение строительного производства. М.: Вузовская книга, 2011.-256 с.: ил.
4. СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для строительства.
5. Левчук Г.П., Новак В.Е., Конусов В.Г. Прикладная геодезия: Основные методы и принципы инженерно-геодезических работ. — М., Недра, 1981.
6. Левчук Г.П., Новак В.Е., Лебедев Н.Н. Прикладная геодезия. Геодезические работы при изысканиях и строительстве инженерных сооружений. Под ред. Г.П. Левчука. Учебник для вузов. М., Недра, 1983.
7. ГОСТ 21779-82. Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Технологические допуски.
8. Дементьев В.Е. Современная геодезическая техника и её применение. Тверь, ООО ИПП «АЛЕН», 2006.
9. Тревого И.С., Шевчук П.М. Городская полигонометрия. – М., Недра, 1986. – 199 с., с ил.
10. Шануров Г.А., Мельников С.Р. Геотроника. Наземные и спутниковые радиоэлектронные системы и методы выполнения геодезических работ: Учебное пособие – М.; УПП «Репрография», МИИГАиК, 2001, — 136 с.; ил.
11. Клюшин Е.Б., Маркелова Е.Ю., Шлапак В.В. Методические указания по подготовке выпускных квалификационных работ. Изд. МИИГАиК. УПП «Репрография», 2006, 52.