ПОЛЬОВІ І КАМЕРАЛЬНІРОБОТИ ПРИ ТРАСУВАННІ АВТОМОБІЛЬНИХ ДОРІГ
План
1.Основні елементи автомобільних доріг
2.Трасування лінійних споруд та закріплення осі траси на місцевості
3.Складання та розмічування пікетажу по осі автомобільної дороги
4.Польові роботи при технічному нівелюванні
5.Камеральна обробка результатів технічного нівелювання
6.Складання поздовжнього і поперечного профілів
7. Побудовапроектної лінії
8.Визначення об‘ємів земляних робіт
1.Основні елементи автомобільних доріг
Автомобільною дорогою називається комплекс споруд, призначених длязручного, безпечного цілорічного руху автомобілів з розрахунковими швидкостямиі навантаженнями. Автомобільна дорога включає в себе земляне полотно і дорожнюодежу (рис.1). Крім того, до дороги відносяться відповідні споруди:шляхопроводи, тунелі, підпірні стінки, підземні і надземні переходи. Длябезпечного руху дороги облаштовують дорожніми знаками і відповідною огорожею.Поблизу населених пунктів разом з дорогою будують автовокзали, станціїзаправки, готелі, медичні пункти, ремонтно-експлуатаційні служби.
Трасою називається вісь проектної лінії споруди, яка закріпленана місцевості, або нанесена на топографічну карту чи матеріалиаерофотознімання. Основними елементами траси є: план – його проекція нагоризонтальну площину і поздовжній профіль — вертикальний розріз запроектною лінією.
В плані траса складається із прямихділянок різного напрямку, сполучених між собою горизонтальними кривимипостійного і змінного радіусу кривизни.
В поздовжньому профілі трасаскладається з ліній різноманітних ухилів, при необхідності з‘єднаних між собоювертикальними круговими кривими.
Оскільки ухили трас бувають невеликими,то для наочності їх зображення на профілі вертикальний масштабі приймають вдесять разів крупнішим, ніж горизонтальний наприклад, горизонтальний масштаб1:5000, вертикальний 1:500.
Для характеристики місцевості іпроектної лінійної споруди в напрямках, перпендикулярних до траси, складаютьпоперечні профілі в однаковому горизонтальному і вертикальному масштабах.
/>
а) з однією проїжджою частиною
/>
б) з двома проїжджими частинами і розподільчою смугою
Рис. 1. Елементи поперечного профілюдороги 1 – закріпляюча смуга, 2 – вісь дороги, 3 –край проїжджої
частини, 4 – бровка земляного полотна, 5 –обочина, 6– проїжджа частина, 7 – земляне полотно, 8 – вісь проїжджоїчастини, 9 – укіс насипу,10 – смуга поділу.
В залежності від народногосподарськогозначення, характеру перевезень і інтенсивності руху, тобто, сумарної кількостіавтомобілів, які проходять на даній ділянці в одиницю часу (година, доба),дороги поділяють на п‘ять категорій.
Дороги різних категорій мають різнуступінь технічного вдосконалення. В міру збільшення інтенсивності рухуавтомобілів підвищуються вимоги до технічних елементів і якості дороги.
До I і IIкатегорій відносять автомобільні дороги загальнодержавного значення, основнімагістральні дороги державного значення, під’їзди від великих міст доаеропортів, річним і морським портам. Дороги I категоріїрозраховують на перспективну середньодобову інтенсивність руху більше 7000автомобілів, II категорії – 3000 ...7000.
До III категоріївідносять дороги загальнодержавного значення (окрім доріг I і IIкатегорій), основні дороги обласного і районного значення, під’їзди до населенихпунктів, залізнодорожних вузлів, річних і морських портів, в тому числі.З'єднання окремих підприємств або їх груп між собою, з залізничними станціями,річковими і морськими порталами, основні між промислові дороги. Перспективнасередньодобова інтенсивність руху на дорогах цієї категорії – 1000… 3000автомобілів.
До IV категоріївіднесені дороги обласного або районного значення (окрім доріг IIIкатегорії), дороги місцевого значення, під'їзні дороги загальної мережі,промислових підприємств, великих будівельних об'єктів, фермерських господарств.Середньодобова інтенсивність – 200… 1000 автомобілів.
До V категоріївідносять дороги місцевого значення (окрім доріг IV категорій),внутрішні промислові дороги і під'їзди, постійні внутрішні дороги фермерськихгосподарств та службові. Середньодобова інтенсивність руху – менше 200автомобілів.
Дороги різних категорій мають різнустепінь технічного вдосконалення. В міру збільшення інтенсивності рухуавтомобілів підвищуються і вимоги до технічних елементів і якості дороги.
Параметри доріг приведені в табл..
Таблиця
Параметри доріг
Категорія
дороги
Земляне
полотно
Проїжджа
частина Обочина
Смуга
поділу Закріпляючі смуги
Тверде
покриття на обочині (смуга зупинки)
на смузі
поділу
на
обочині I
27,5...
43,5 3,75×4 3,75×2 5...12,5 1,0 0,75 2,5 II 15,0 3,75×2 3,75×2 - - 0,75 2,5 III 12,0 3,5×2 2,5×2 - - 0,5 - IV 10,0 3,0×2 2,0×2 - - - - V 8,0 2,25×2 1,75×2 - - - - 2. Трасуваннялінійних споруд та закріплення осі траси на місцевості
Трасуванням називається комплекс інженерно-вишукувальних робіт,призначений для визначення положення лінійної смуги місцевості, яка відповідаєвсім технічним і економічним вимогам до побудови будь-якої лінійної споруди.Трасування поділяють на камеральне і польове.
Коли траса проектується затопографічним планом, або картою та матеріалами аерофотознімання місцевості, тотрасування називають камеральним; якщо трасу визначають на місцевості, — то польовим.
Трасування розрізняють:
а) за висотними параметрами, колиголовна увага приділяється забезпеченню допустимих ухилів траси (самопливнітрубопроводи, канали);
б) за азимутальними параметрами, колиухили місцевості мало впливають на проектування траси (напірні трубопроводи,лінії електропередач та зв‘язку);
в) за висотно-азимутальнимипараметрами, (автомобільні і залізні дороги, судноплавні канали), де необхідновитримати допустимі ухили і правильне поєднання прямих і кривих ділянок тому,що вони є найбільш складними. В останньому випадку трасування виконують зазмішаними параметрами.
Трасування в рівнинній місцевості. Положення траси в рівнинних районах визначаєтьсяконтурними перешкодами, тобто ситуацією. В цих випадках ухил місцевості меншийдопустимого, а тому намагаються мати пряму трасу, і виконують трасування зазаданим напрямком. Проте, зустрічаються перешкоди, такі як водотоки, болота,великі яри, населені пункти, цінні сільськогосподарські угіддя і інші, яківимагають відхилення траси в той чи інший бік (рис. 2).Кожний кут поворотудає деяке подовження траси. Для отримання найбільш короткої траси в рівниннихрайонах дотримуються наступних правил трасування:
1.Трасу прокладають за прямою від одноїконтурної перешкоди до іншої (рис.2). Необхідність відхилення траси від прямоїі призначення кута повороту повинні бути обґрунтовані.
/>
Рис.2. До правила трасування
2. Вершини кутів повороту вибираютьнапроти середини перешкоди з таким розрахунком, щоб траса огинала цю перешкоду.
3. Кути повороту прагнуть призначати поможливості не більше 200-300, щоб помітно не подовжувати трасу.
Трасування в гірській місцевості. Положення траси в гірських районах визначаєтьсявисотними перешкодами, тобто рельєфом. Оскільки ухили гірської місцевостізначно перевищують допустимі ухили траси, то трасування виконують ''напруженимходом'', коли кожна лінія задається граничним ухилом. Щоб витримати такий ухил,штучно подовжують трасу, відхиляючи її на великі кути від прямої. Тому вгірських умовах траса в плані має складну конфігурацію.
Таким чином, при трасуванні в гірськихумовах дотримуються наступних правил:
1. Трасу проектують з граничним ухилом,дотримуючись лінії нульових робіт. Ухил зменшують (або приймають рівним нулю)на окремих ділянках, заданих технічними умовами.
2. Елементи плану траси і висотихарактерних точок осі лінійної споруди підбирають з урахуванням заздалегідьскладеного профілю і вимог поєднання кривих і прямих.
3. Кути повороту і їх величинипризначають, виходячи із умов збереження ухилу трасування; при цьому прагнутьуникнути малих радіусів кривих, на яких необхідне значне зменшення допустимогоухилу.
Польове трасування. Проект траси, розроблений в камеральних умовах,виноситься в натуру за даними прив‘язки вершин кутів повороту до пунктівгеодезичної основи, або до найближчих чітких контурів. Вихідні елементи дляприв‘язки осі лінійної споруди найчастіше отримують графічно.
Польове трасування починають зрекогностування місцевості. Його виконують невеликими ділянками в залежностівід просування вишукувальних робіт.
Коли визначені в натурі положення сусідніх кутівповороту, то встановлюють в створі ряд віх, обстежують визначений напрямок,особливо перешкоди через водотоки і яри, перетин існуючих магістралей і іншіскладні місця. Інколи доводиться дещо зміщувати провішену лінію і пересуватикути повороту, щоб більш зручно розмістити елементи плану і профілю траси ізабезпечити мінімальний об‘єм будівельних робіт. Кінцеве положення вершин кутівповороту закріплюють на місцевості.
Кутові вимірювання. При трасуванні часто вимірюють праві кути за ходом, однимприйомом з середньою квадратичною похибкою mb= 0¢,5.
/>
Рис.3. Кутові вимірювання по осі траси
Кути повороту траси визначають, як доповнення до1800 правого кута за ходом, при повороті лінії вправо за формулою
φпр=180º — β1. (1)
При повороті лінії вліво кут повороту траси обчислюютьза формулою
φлів= β2 — 180º (2)
Одночасно з вимірюванням кутів визначають прямі ізворотні румби сторін траси. На прямих ділянках великої довжини (500 — 800 м)встановлюють створні точки, які не повинні відхилятися від створної лініїбільше ніж на 1¢.
Лінійні вимірювання. Вимірювання довжин ліній між точками повороту трасивиконуються одночасно з кутовими вимірами. За результатами кутових і лінійнихвимірів обчислюють прямокутні координати кутів повороту траси. При ухилахмісцевості більше 20 в дожини ліній вводять поправки за ухил (із знаком“мінус”). В залежності від умов місцевості граничну відносну похибку привимірювані довжин ліній допускають 1:1000 – 1:2000. Довжини ліній вимірюютьстальною стрічкою, або світловіддалеміром.3. Складання тарозмічування пікетажу по осі автомобільної дороги
Друге вимірювання довжин ліній між кутами поворотувиконують при розмічуванні пікетажу, елементів кривих і поперечних профілів, атакож для промірів до точок ситуації, розташованих поблизу траси.
Одночасно з розмічуванням пікетажу ведетьсяпікетажний журнал (рис.4). В журналі показують вісь траси у вигляді прямоїлінії посередині сторінки, на якій в наближеному масштабі наносять всі пікетніі плюсові точки, кути повороту, поперечники, границі перешкод і ситуаціюприблизно на 50 метрів в обидві сторони від осі.
Запис в пікетажному журналі ведеться знизу вверхтак, щоб права і ліва сторони сторінки відповідали правій і лівій стороні трасиза ходом розмічування пікетажу. Кути повороту в журналі показують у виглядістрілок, направлених вправо чи вліво від осьової лінії в залежності від того, вяку сторону повертає траса. Біля кутів повороту виписують обчислені елементикривих: кут повороту з показом правий чи лівий, радіус, тангенс, криву,бісектрису, домір; тут же виконують розрахунки пікетажу.
Одночасно з веденням пікетажного журналу, виконуютьрозрахунок пікетажних значень основних точок кривих та пікетажних значеньвершин кутів повороту траси і кінця траси.
/>
Рис. 4. Пікетажний журнал
Найпростішим варіантом створення повороту траси єкругова крива, яка сполучає прямі відрізки осі споруди (рис.5). Тому намісцевості закріплюють основні точки кривої: початок кривої (ПК),середину кривої (СК) і кінець кривої (КК). Для того щоб закріпитиці точки на місцевості, необхідно визначити елементи кривої. Розглядаючи(рис.5), видно, що основними елементами кривої є: кут повороту осі споруди q, радіус R,тангенс Т, бісектриса Б і домір Д, які обчислюються заформулами нижче приведеними формулами.
/>
Рис.5 Елементи кругової кривої
T=R tg(q/2), (3)
Б=R(1/cos(q/2)-1), (4)
K=πRq/180º,(5)
Д=2Т – К. (6)
Визначені основні елементи кривої q, R, Т,К, Б, і Д записують в пікетажний журнал. Пікетажне значення кожноївершини кута повороту та кінця споруди визначають за формулою:
/>
/>
/> (7)
..........................................
/>
де ВК.1, ВК.2, ВК.3, ..., ВК.(n-1) – вершини кутів повороту лінійної споруди; d1, d2,…,dn– довжини прямих ланок лінійної споруди; Д1, Д2,..., Д(n-1) – доміри в відповідних вершинах кута поворотутраси; КТ – кінець траси.
Виконують розрахунок пікетажних значень основнихточок кривої за формулою
/>
/> (8)
/>
Контроль обчислень виконують за формулою
/> (9)
Розходження можуть бути не більше 0,01 м зарахунок заокруглення числа.4. Польовіроботи при технічному нівелюванні
Геометричне нівелювання, яке виконується длябудь-яких інженерно-технічних задач, називається технічним нівелюванням.Часто технічне нівелювання виконують при побудові поздовжніх профілів осейлінійних об‘єктів: автодоріг, ліній електропередач і зв‘язку, каналів, траншейі т. ін. В цьому випадку вирішується питання визначення висотного і плановогоположення точок, розташованих вздовж осі споруди через певні інтервали (50 — 100 м) і додаткових точок, які відтворюють особливості рельєфу місцевості.
Польові роботи при технічному нівелюванніскладаються з: підготовчих робіт, рекогностування місцевості, розмічуванняпікетажу та знімання ситуації вздовж траси, розмічування заокруглень,перенесення пікету на криву, нівелювання пікетів.
Нівелювання пікетів. Всі точки, які закріплені на місцевості по осі споруди,при технічному нівелюванні ділять на зв‘язуючі і проміжні. Зв’язуючі точки єзагальними для всіх суміжних станцій і використовуються для передачі висот наточки ходу. Всі інші точки нівелірного ходу називаються проміжними. Дляпередачі абсолютних висот від найближчого репера на нульовий пікет прокладаютьнівелірний хід. Такий вид робіт називають прив‘язкою нівелірного ходу довисотної мережі старших класів. Нівелювання зв‘язуючих точок, виконують ізсередини, використовуючи технічні нівеліри з відповідними додатковимиприладдями. Хід прокладають в одному напрямку з встановленням рейки надерев‘яні кілочки, забиті в землю, металеві башмаки або костилі, коли точкиходу не закріплюються на місцевості.
При нівелюванні траси необхідно дотримуватисянаступних умов:
— нерівність віддалей від нівеліра до задньої іпередньої рейок на станції не повинна перевищувати 10 м;
— віддаль від нівеліра до зв‘язуючих точок неповинна перевищувати 150 м;
— візирний промінь нівеліра повинен проходити надповерхнею землі не менше ніж 0,2 м;
— контролювати перевищення на станції повторнимвимірюванням. В тих випадках, коли використовують односторонні рейки, другийраз вимірювання перевищення виконують при зміні висоти приладу не менше ніж на 0,1м. При використуванні двосторонніх рейок, відліки знімають з двох сторінрейки та обчислюють двічі перевищення за відліками, знятими з чорної і червоноїсторін рейки. Різниця перевищень не повинна бути більшою 5 мм;
— проміжні точки нівелюють один раз (відлікизнімають з чорної сторони) без дотримання рівностей плеч.5. Камеральнаобробка результатів технічного нівелювання
Камеральна обробка результатів технічногонівелювання полягає в тому, що виконують перевірку правильності запису чисел,польових обчислень, урівнювання нівелірного ходу, обчислення висот точок таскладають поздовжній і поперечні профілі траси.
Урівнювання нівелірного ходу виконують так:
1. Обчислюють суму виміряних перевищеньміж зв‘язуючими точками ходу за формулою:
/> (10)
де /> - виміряні перевищення міжзв'язуючими точками.
2. Обчислюють теоретичну суму перевищень в ході:
а) коли нівелірний хід замкнений, за формулою
/>, (11)
б) коли нівелірний хід розімкнений, за формулою,
/> (12)
де Нк і Нп – відомі висоти кінцевої іпочаткової точок ходу.
Знаходять нев‘язку в нівелірному ході за формулою
/> (13)
Обчислюють допустиму нев‘язку в нівелірному ході заформулою
/> (14)
де L – довжина ходу в км.
Якщо виконується нерівність /> то обчислюють поправкудо виміряного перевищення за формулою
/> (15)
де n – кількість перевищень.
Для того, щоб отримати виправлене перевищення,необхідно до виміряного перевищення додати поправку, обчислену за формулою(15), тобто
/> (16)
Висоти зв‘язуючих точок обчислюють за формулою:
/> (17)
Висоти проміжних точок, обчислюють через горизонтприладу, обчислюють, за формулою
/> (18)
де Н0 – висота задньої або передньоїзв‘язуючої точки на станції; a – відлік чорної сторони рейки, встановленої на ційточці.
Висота проміжної точки обчислюється за формулою
/> (19)
де С – відлік по чорній стороні рейки, встановленоїна проміжній точці С.
6. Складанняпоздовжнього і поперечного профілів
Поздовжній профіль земної поверхні складають івикреслюють за результатами обробки польових журналів нівелірного ходу,вимірювання горизонтальних кутів та пікетажного. Оскільки різниця висот точокземної поверхні набагато менша ніж відстань між цими точками, то профілівикреслюють в різних масштабах, тобто відношення масштабів часто приймають 1:10(рис. 6).
В зв‘язку з тим, що вертикальний масштаб невідповідає горизонтальному, то профіль не буде подібний натурі, але рельєфмісцевості на ньому буде відтворюватися більш різко та краще будуть виглядатиперегини (підйоми і спуски), що забезпечує кращу його оглядність.
Побудову поздовжнього профілю починають з нанесеннясітки, згідно встановленого взірця (рис. 6). Довжини горизонтальних ліній сіткивідповідають довжині самої траси в даному масштабі. Викреслювати профіль слідзліва на право.
В рядку “Віддалі” наносять пікети і плюсовіточки, зберігаючи відстані між ними згідно масштабу. Відстань між точкамидублюють цифровим записом з точністю до 0,01 м.
В рядку “Кілометри” від лінії пікетажупроводять вниз пряму лінію довжиною 5 мм, кінець якої закінчується кружечкомдіаметром 5 мм, праву половину якого тушують.
В рядку “План траси” умовними знакаминаносять ситуацію за результатами пікетажного журналу. Вісь дороги проводятьпосередині рядка лінією товщиною 0,7 — 0,8 мм, а стрілками показують напрямокухилу місцевості.
Верхню горизонтальну лінію приймають за умовнийгоризонт. Висоту умовного горизонту обчислюють за правилом від найменшої висотиточки в журналі відняти кількість метрів що відповідає 8 – 12 сантиметрам повертикалі вертикального масштабу профілю. Кінцевий результат заокруглюють доцілих метрів
/>
Рис.6.
Поздовжнійпрофіль
В рядку “Висоти поверхні землі” виписуютьвисоти пікетів та характерних точок, так як підписано на (рис.6).
По середині рядка “Прямі і криві” проводятьумовний план траси у вигляді прямих і кривих товщиною 0,7 — 0,8 мм. Кривіпозначають дугами, які повернуті догори, або до низу, в залежності від того, вяку сторону повертає траса. Дуга зверху вказує на поворот направо, а знизу –наліво. Початок і кінець кожної кривої відмічають перпендикуляром, проведенимвід лінії пікетажу до траси, з однієї сторони вздовж перпендикуляру підписуютьвідстань до найближчого молодшого пікету в цілих метрах.
На умовному плані траси виписують числове значенняосновних елементів:q, R, T, K, Б і Д.
Поперечні профілі земної поверхні будують воднакових масштабах, як для горизонтальних відстаней, так і для вертикальних.Це дає можливість проектувати на них земляні та інші споруди, а також легковизначити об‘єми земляних робіт (рис. 7).
/>
Рис.7. Поперечний профіль
Поперечні профілі будують в характерних місцяхтраси. Спочатку наносять пікетну, або плюсову точку, яка одночасно відноситьсядо поздовжнього і поперечного профілів. В нашому випадку такою точкою є ПК-1з висотою 164,93 м. В нижньому рядку від осі вліво і вправо відкладаютьвідстань, яка належить поперечному профілю і точці зламу земної поверхні.Відстань між точками записують до цілих метрів.
У верхньому рядку підписують висоти земної поверхнінапроти відповідних ординат, з точністю до 1 см. Побудова поперечного профілювиконується так само, як і поздовжнього.
7. Побудовапроектної лінії
На профіль наносять проектну лінію, яка відповідаєвідповідному положенню майбутньої споруди і задовольняє наступні умови:
1) об‘єм земляних робіт при побудові спорудиповинен бути мінімальним;
2) проектна лінія не повинна перевищуватимаксимальний ухил;
3) об‘єми земляних робіт по насипах і виїмкахповинні бути приблизно рівні, тобто, щоб землю із виїмки можна було використатидля сусіднього насипу.
Ухил і є тангенс кута нахилу n лінії, який обчислюють за формулою
/> (20)
де h –перевищення одного кінця проектної лінії над другим. Висоти кінців проектноїлінії визначаються графічно за профілем.
Для кожної пікетної, або проміжної точки профілюнаходять відповідні теоретичні висоти проектної лінії.
Висота Ні будь–якої точки проектної лінії АВобчислюється за формулою:
/> (21)
де hAj – теоретичне перевищення міжпочатковою точкою А і кінцевою точкоюj, якеобчислюється за формулою
/> (22)
де /> віддаль між початковою і кінцевоюточками; />ухил.
Таким чином, висота будь-якої точки проектної лініїдорівнює висоті початкової точки цієї лінії плюс добуток ухилу на горизонтальнепрокладання між початковою точкою і точкою визначення.8. Визначенняоб‘ємів земляних робіт
Для визначення об‘ємів земляних робіт обчислюютьрізниці між проектними і фактичними висотами одних і тих самих точок, якіназивають робочими висотами і обчислюють за формулою
/> (23)
де Нпр і Нф– висоти точок, відповідно проектна і фактична. Робочі висоти показують насип,або виїмку в різних точках профілю. При насипі їх виписують на профілі вище, апри виїмках — нижче проектної лінії.
Точка О утворена перетином проектної лінії СD злінією АВ фізичної поверхні землі, називається точкою нульових робіт(рис.8).
Віддаль Х від пікету до точки нульових робітвизначають на основі подібності трикутників СОА і ВОD.Для цього складають відношення:
/>
Рис.8. Визначення точки нульових робіт
/> (24)
звідки:
/> (25)
де ê-h1ê і ê+h2ê- абсолютні значення робочих висот в точках, відповідно Аі В; S – віддаль між пікетами.
Абсолютні висоти точок нульових робіт обчислюють заформулою
/> (26)
де НПК – проектна висота пікету в точці А;і – ухил проектної лінії.