Проектирование автомобильной дороги

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общая часть

2. Общая характеристика района проектирования

3. Основы тягового расчета движения автомобилей

4. Обоснование технической категории автомобильной дороги и назначение основных геометрических параметров

4.1. Определение минимальных радиусов кривых в плане

4.2 Определение расчетного расстояния видимости

4.3 Определение минимальных радиусов вертикальных кривых

4.4 Определение величины срезки откоса выемки на кривой минимального радиуса

5. Обоснование ширины проезжей части и земляного полотна

6. Пропускная способность полосы движения и загрузка дороги движением

7. Обоснование выбора типа и конструкции поперечных профилей

8. Расчет составной кривой

9. Определение величины уширения проезжей части на кривой

10. Расчет отгона виража

11. Обеспечение видимости на кривых в закрытой местности

12. Трассировка плана на карте

12.1. План трассы

12.2. Продольный профиль

1. Общая часть

Учебный проект «Проектирование автомобильной дороги» по предмету «Основы проектирования транспортных сооружений» разработан на основании задания на проектирование.

Исходными данными для проектирования послужили:

- карта масштаба 1:10 000

- задание на проектирование.

Автомобильные дороги являются дорогами общего пользования и доступны подвижному составу (транспортным средствам) всех учреждений, организаций и отдельных граждан при условии соблюдения правил, что их транспортные средства удовлетворяют определенным требованиям.

Целью данного курсового проекта является освоение и закрепление норм проектирования автомобильных дорог на карте и построение продольного профиля автомобильной дороги.

2. Общая характеристика района проектирования

Климат района строительства автодороги резко континентальный.

Нормативная сезонная глубина промерзания глинистых грунтов, согласно СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» - 1,4м.

Рельеф поверхности имеет уклон в северо-западном направлении и характеризуется перепадом отметок от 215.00 до 170,0.

Местность пересеченная, овражная зона.

Площадка свободна от застройки и проходит по границе земель сельхозназначения и пересекает лесополосу.

Зеленые насаждения по трассе отсутствуют, имеется только степная растительность.

Район строительства по климатическим условиям, согласно СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» по схематической карте климатического районирования для строительства, относится к IB зоне.

Преобладающее направление ветра - северо-восточное.

Согласно задания на проектирование преобладающие грунты на трассе проектируемого участка дороги: глины.

Уровень залегания грунтовых вод колеблется от 8,40 до 8,65 м от уровня земли.

3.Основы тягового расчета движения автомобилей

Тяговый баланс автомобиля

При движении по дороге автомобиль преодолевает сопротивления:

качению автомобиля на горизонтальном участке

воздушной среды

движению на подъем

инерции при разгоне

Сопротивление качению вызывается затратой мощности на деформацию дороги и шины, на преодоление трения между шиной и дорогой, потерей мощности при ударах колес на неровностях дороги и на трение в подшипниках ведомых колес и выражается зависимостью

где f-- коэффициент сопротивления качению;

G -- вес автомобиля.

В задании на проектирование для расчетного типа подвижного состава нам был представлен автомобиль КАМАЗ-35320. Сведем его основные характеристики в таблицу.

Коэффициент сопротивления качению f зависит от механических свойств колеса, свойств и состояния покрытия и скорости движения. Так как по заданию на м дано асфальтобетонное покрытие, тогда:

Коэффициент сопротивления качению

Сопротивление воздуха P_w складывается из давления встречной массы воздуха, разряжения воздуха за автомобилем и трения воздуха о поверхность автомобиля. Наличие попутного ветра уменьшает, а встречного увеличивает со-противление воздуха. Сопротивление воздуха тем больше, чем больше площадь поперечного сечения (лобовая площадь) автомобиля F, м² и чем больше плотность воздуха, и определяется по формуле

где k -- коэффициент сопротивления воздуха, равный произведению коэффициента обтекаемости автомобиля с на плотность воздуха с;

V-- скорость движения автомобиля, м/с;

Лобовую площадь F с точностью до 20% можно принять равной произведе-нию ширины колеи автомобиля на его максимальную высоту.

Коэффициенты сопротивления воздуха устанавливаются на основе лабораторных и дорожных испытаний; для тяжелых грузовых автомобилей k = 0,065--0,075, для средних грузовых k = 0,055--0,07, для автобусов k=0,04--0,05 и для легковых k=0,025--0,030.

Площадь проекции грузовых автомобилей ориентировочно равна:

В нашем случае

Тогда

Максимально допустимый продольный уклон на дороге должен преодолеваться автомобилями на постоянной скорости не ниже расчетной. В проекте величину допустимого продольного уклона определим по формуле:

где f - коэффициент сопротивления качению;

i - продольный уклон дороги;

д - коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс автомобиля; j - относительное ускорение.

Так как расчет продольного уклона мы ведем для равномерного движения автомобиля с постоянной скоростью, то j=0, тогда

Величину f определяют…, где она приводится для скорости автомобиля до 50 км/ч. Так как расчетная скорость 80км/ч , определяем скорректированное значение коэффициента по выражению:

Где V - расчетная скорость движения соответствующего автомобиля, км/ч.

Полученное значение допускаемого уклона должно обеспечивать движение автомобиля на подъем без пробуксовывания. Для этого определяется величина динамического фактора из условия сцепления шин автомобиля с поверхностью дороги.

Где - коэффициент продольного сцепления автомобильных шин с поверхностью дородного покрытия, принимаем 0,5;

- часть веса приходящаяся на ведущую ось автомобиля;

- полный вес автомобиля;

- сопротивление воздушной среды движению автомобиля.

Продольный уклон, который автомобиль может преодолеть без буксования,

Согласно табл.10 СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» максимальный продольный уклон при скорости 80 км/ч равен 60‰. Автомобиль КамАЗ-35320, принятый для расчета преодолевает без буксования 50‰, значит принятые максимальные уклоны по СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» необходимо снизить и при разработке продольного профиля принять максимальный продольный уклон 50 ‰.

4. Обоснование технической категории автомобильной дороги и назначение основных геометрических параметров

Проектируемая автомобильная дорога из пункта А в пунтк Б размещается на территории Челябинской области. Проектируемая дорога является дорогой местного значения, III-технической категории. Категория дороги принята согласно п.1.1. табл.1 СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги», так как перспективная интенсивность движения согласно задания на проектирование равна 4700 авт/сут.

Дорога расположена в Челябинской области.

Согласно задания на проектирование и норм СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» (п.4.4, табл.4 и п.4.14, табл.7) приняты следующие основные технические параметры проектируемой трассы:

4.1 Определение минимальных радиусов кривых в плане

Наименьший радиус кривой в плане, обеспечивающий безопасное движение по кривой с расчетной скоростью, определяется по условию устойчивости автомобиля, по формуле

где V - расчетная скорость движения автомобиля для данной категории дороги, км/ч, согласно талб.3 СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» V=80км/ч для дороги категории III по пересеченной местности.;

µ - коэффициент поперечной силы, из условия устойчивости против заноса µ=0,12;

- поперечный уклон проезжей части.

На сложных участках трассы могут быть приняты меньшие радиусы. В этом случае обязательно проведение дополнительных мероприятий (переходные кривые, виражи и уширения проезжей части), обеспечивающих большую безопасность движения. Наименьший радиус кривых в плане, который может быть применен на особо сложных участках, с устройством виража определяют по формуле:

где - расчетная скорость движения автомобиля для трудных участков пересеченной местности, км/ч, согласно талб.3 СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» V=60км/ч для дороги категории IV.;

µ - коэффициент поперечной силы, из условия устойчивости против заноса µ=0,15?0,17; - поперечный уклон проезжей части на вираже Согласно п.4.17 и табл.8 равен 40‰. Не в чем .

Эти радиусы являются минимальными. Для обеспечения плавности и комфортности движения во всех случаях, когда это возможно, следует принимать величину радиуса не менее 3000м.

4.2 Определение расчетного расстояния видимости дороги в плане

Видимость на дороге называется минимально необходимое расстояние, на котором водитель должен видеть впереди дорогу или препятствие с ней. Величина расчетного расстояния видимости (S) определяется расчетной скоростью движения и принятой схемой видимости, под которой подразумевается взаимное расположение автомобиля и препятствия на дороге.

Схема 1 . Автомобиль встречает препятствие на той же полосе, и требуется полная остановка до препятствия (рис. 1).

Рис.1.Схема к определению расстояния видимости из условия остановки перед препятствием

где - расстояние, которое проходит автомобиль за время реакции водителя, м;

- тормозной путь автомобиля, м;

- расстояние безопасности, 5?10м.

V - скорость автомобиля, м/с;

к - коэффициент эксплуатационных условий торможения, в среднем к=1,4;

ц - коэффициент продольного сцепления шины с дорогой, принимаемый при расчете пропускной способности в нормальных условиях эксплуатации равным 0,5;

i - продольный уклон, рассматриваемого участка. При расчете условно примем за ноль.

Так как в курсовом проекте мы расчет ведем по автомобилю КамАЗ 35320, то его максимальная скорость 80км/4=22,2м/с. Значение округляем кратно 25.

Значит, расстояние видимости для рассматриваемого транспортного средства в данных условиях будет составлять 125м. Для скорости 80 км/ч наименьшее расстояние видимости согласно табл.10 СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» составляет 150м. Значит требуемое расстояние видимости обеспечивается и ограничений по скорости не требуется.

Схема II. Автомобиль А обгоняет автомобиль Б с выездом на соседнюю полосу движения, по которой двигается встречный автомобиль В. Водитель автомобиля А должен увидеть автомобиль Б на таком расстоянии, чтобы успеть сделать обгон и возвратиться на свою полосу до встречи с автомобилем В.

Рис.2.Схема к определению расстояния видимости из условия обгона

Имеется в виду, что в момент начала обгона автомобиля А и Б находятся на расстоянии, равном разности тормозных путей S_а- S_б. Пока автомобиль А пройдет со скоростью V₁ путь l₂, за это время обгоняемый автомобиль Б пройдет путь, равный l₂-( S_а- S_б ), т.е.

;

За время, в течение которого автомобиль А пройдет расстояние 2l₂ со скоростью V₁, встречный автомобиль В пройдет путь l₂ со скоростью V₃, т.е.

Отсюда

Наибольшее расстояние видимости получается при расчете на встречный легковой автомобиль (V₃=V₁), поэтому в расчете примем, что скорость первого и третьего автомобиля равны.

Значит, расстояние видимости для рассматриваемого транспортного средства в данных условиях будет составлять 150м. Для скорости 80 км/ч наименьшее расстояние видимости согласно табл.10 СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» составляет 250м.

Требуемое для данной скорости расстояние видимости в данном месте дороги обеспечено, ограничение скорости не требуется.

4.3 Определение наименьших радиусов кривых в продольном профиле

Для улучшения условий движения и обеспечения видимости переломы продольного профиля смягчают введением выпуклых и вогнутых кривых.

Минимальные радиусы выпуклых кривых определяют из условия обеспечения видимости поверхности дороги . Для расчета принимаем значения полученные расчетным путем, а не принятые по СНиП и округляем кратно 25.

R_вып =…..

для обеспечения видимости встречного автомобиля -

R_вып = …..

где S_n - расстояние видимости поверхности дороги, определенное ранее.

S_b - расстояние видимости встречного автомобиля

d - величина возвышения глаз водителя над поверхностью дороги, здесь принимается равной 1,2м.

Радиус вогнутой кривой назначается на условия допустимой перегрузки рессор, возникающей при движении автомобиля по вогнутой кривой

R_вогн = …..

где V - расчетная скорость движения автомобиля, м/с;

- допустимое центробежное ускорение, дающее перегрузку рессор до 5% и равное 0,5 м/с?.

R_вогн =

где S_n - расстояние видимости поверхности дороги, определенное ранее.

h_ф - высота фар над поверхностью дороги, принимают равной 0,7м;

б - угол рассеивания света фар, обычно а=2°

Согласно табл.10 СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» , . Следовательно необходимая видимость на дороге нормативными радиусами не обеспечивается. При построении продольного профиля необходимо учитывать полученные при расчетах радиусы кривых.

4.4 Определение величины срезки откоса на кривой

Расчет производится по формуле:

где - средняя площадь поперечного сечения насыпи (выемки);

b - ширина проезжей части;

L - расчетная длина отрезка (630м по заданию);

- толщина дорожной одежды

Определим среднюю площадь поперечного сечения графическим способом. На рисунке представлен типовой поперечный профиль в выемке с глубиной выемки 5,7м, глубиной бокового лотка 0,8 м. Площадь выемки по профилю равна S=234,4м?.

Объем выемки на кривой длиной 630 м, равен

Но этот подсчет приблизительный. Более точные объемы получают с помощью расчетов на ЭВМ. Или на протяжении всей длины строятся поперечники с шагом 50м и расчет ведется на каждом, а затем объемы суммируются.

5. Ширина полосы движения

Необходимая ширина полосы движения складывается из ширины кузова автомобиля (в) и расстояний от кузова до края смежной полосы движения (х) и от колеса до кромки проезжей части (у).

При встречном движении автомобилей по соседним полосам

Где - расчетная скорость легкового автомобиля, км/ч;

- расчетная скорость грузового автомобиля, км/ч;

Величина зазора до кромки проезжей части

Ширину полосы движения определяют по выражению

Где с - колея колес автомобиля, м.

5.1 Ширина проезжей части и земляного полотна

Ширину проезжей части назначают в зависимости от числа полос движения на дороге и ширины одной полосы. Так как дорога IV категории, то число полос движения - 2. Ширину проезжей части (Вп.ч.) при двух полосах движения определяют по формуле

Вп.ч.=2П=в+с+2у+2х

Рис.3 Схема к определению ширины проезжей части и земляного полотна

По сторонам проезжей части устраиваем обочины, предназначенные для временной стоянки автомобилей, требующих устранения неисправностей и для временного складирования материалов, необходимых для ремонтных работ на дороге. В нашем случае ширина обочины будет 2.5 м, согласно табл.4 СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги».

Ширину укрепленной обочины принимаем 0.5м, согласно табл.4 СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги».

Ширину земляного полотна (В) устанавливают по ширине проезжей части и обочин (а):

Поперечный уклон проезжей части принимаем 20‰, а поперечнй уклон обочин 40‰, согласно п.4.16 и табл.7 СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги».

6. Пропускная способность полосы движения и загрузка дороги движением

Пропускная способность одной полосы зависит от большого числа факторов, связанных с дорожными условиями, составом потока автомобилей и др. Для ее расчета будем использовать метод динамической модели. Эта модель применяется в предположении, что автомобили двигаются друг за другом примерно с одинаковой скоростью и на расстоянии друг от друга, достаточном для полного торможения данного автомобиля при остановке впереди идущего. При движении автомобиль как бы занимает на дороге не длину, а (динамический габарит автомобиля).

Где - путь, проходимый автомобилем за время реакции водителя, м;

- минимальное расстояние, на которое задний автомобиль может приблизиться к переднему, обычно принимают равным тормозному пути автомобиля, м;

- запас расстояния между остановившимися автомобилями, принимаемый 5?10м;

- длина автомобиля.

Тогда пропускную способность полосы движения определяем по выражению.

Где V - расчетная скорость движения автомобиля, км/ч;

к - коэффициент эксплуатационного состояния тормозного заднего автомобиля;

- коэффициент продольного сцепления;

i - уклон на рассматриваемом участке дороги, в проекте принимают i=0;

f - коэффициент сопротивления качению.

Согласно табл.1 СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» для III категории интенсивность движения составляет св.100 до1000 автомобилей в обоих направлениях. Тогда пропускная способность обоих полос будет 116авт, что соответствует выбранной нами категории дороги.

Технические нормативы проектируемой дороги

7. Обоснование выбора типа и конструкции поперечных профилей

На разработанном продольном профиле выбираем места (пикеты) для подбора типовых поперечных профилей.

Для обеспечения устойчивости и прочности верхней части земляного полотна и дорожной одежды возвышение поверхности покрытия над поверхностью земли с необеспеченным поверхностным стоком должно быть не менее 1.1м, в соответствии со СНиП 2.05.02-85 п.6.10 (табл.21).

На поперечном профиле указаны проектные отметки верха дорожной одежды, водоотводных сооружений.

Поперечные профили земляного полотна приведены на чертеже.

Земляное полотно запроектировано в соответствии со СНиП 2.05.02-85.

Типы поперечных профилей приняты в соответствии с типовыми материалами для проектирования 503-0-48.87 «Земляное полотно автомобильных дорог общего пользования»:

- тип 1, в насыпи до 3-х метров с одним и двумя боковыми резервами;

- тип 2, в насыпи до 2-х метров с одним и двумя боковыми резервами;

- тип 7, выемка до 1 метра с двумя боковыми резервами;

- тип 10, выемка глубиной до 2 м с двумя боковыми резервами.

Заложение откосов насыпи и выемки принято 1:3, заложение откосов насыпи над водопропускными трубами 1:1,5.

Крутизна откосов резервов принята 1:1.5, согласно СНиП2.05.02-85, табл.23. Дну резерва придается поперечный уклон от дороги 20‰.

Отвод воды с поверхности покрытия дороги осуществляется с помощью резервов и кюветов, устраиваемых вдоль кромки проезжей части, шириной до 5м, а так же за счет естественного стока воды на прилегающую территорию и в водопропускные трубы.

Конструкция дорожной одежды

Проектом предусматривается конструкция дорожной одежды одного типа.

Толщина конструктивных слоев принята по серии 3.503-71/88 «Дорожные одежды автомобильных дорог общего пользования», с учетом климатической зоны и грунтовых условий.

Дорожная одежда принята толщиной 53см, из них:

1 слой - асфальтобетон плотный из горячей мелкозернистой смеси, марка II, тип Б, ГОСТ 9128-97*, толщиной 4см;

2 слой - асфальтобетон пористый из горячей крупнозернистой смеси, марка II, ГОСТ 9128-97*, толщиной 6см;

3 слой - розлив битума 2 л/м²

4 слой - щебень фракционированный уложенный по способу заклинки ГОСТ 8267-93*, толщиной 28 см;

5 слой - песок средний по ГОСТ 8736-93*, толщиной 15 см.

8. Расчет составной кривой

Согласно задания нам дан угол поворота 47°40` и радиус кривой 630м, начало круговой кривой соответствует ПК5+00. Сделаем расчет для этого случая. В качестве переходных кривых применяют различные кривые с постепенно уменьшающимся радиусом кривизны от бесконечности до радиуса круговой кривой. Наиболее часто используется клотоида - (радиоидальная спираль).

Разбивку переходной кривой начинаем с того, что с помощью таблиц Митина находим данные для круговой кривой. Для угла 47°40` по таблице определяем тангенс, домен, биссектрису и кривую для радиуса единица и умножаем на наш радиус:

Проверка Д=2*Т-К=2*278,303-524,122=32,483 Условие выполняется.

Далее по таблицам для разбивки переходных кривых по клотоиде выбираем координаты по х и у. Там же определяем t=59,98 и р=0,80. Длина переходной кривой для радиуса 630, 120 м. От начала закругления по линии тангенса по направлению к вершине угла откладывают абсциссы и из полученных точек восстанавливают соответствующие ординаты.

Вычисляем длину круговой кривой, в которую будет переходить переходная кривая:

,

9. Определение величины уширения проезжей части на кривой

Согласно п.4.19 СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» при радиусах кривых в плане менее 1000м необходимо предусмотреть уширение проезжей части с внутренней стороны за счет обочин, с тем чтобы ширина обочин была не менее 1 м для дорог III технической категории.

Величина уширения для радиуса 630 - 0,43 метра (по интерполяции).

10. Расчет отгона виража

Для обеспечения устойчивости автомобиля при движении по кривым малого радиуса устраивается вираж.

Виражем называется проезжая часть на кривой с односкатным поперечным профилем с уклоном внутрь кривой.

Односкатный профиль устраивается на всем протяжении основной круговой кривой. На переходных кривых устраивается постепенный переход от двускатного поперечного профиля к односкатному, называемый отгоном виража.

Поперечный уклон виража принимаем по табл. 8 СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги». Так как Челябинская область область относится к районам с частыми гололедами, тогда поперечный уклон примем 40‰.

Так как отгон виража мы будем осуществлять на протяжении переходной кривой начало отгона принимаем на 10 м ранее это кривой. Уширение по внутренней стороне кривой и уклон распределяем равномерно до начала круговой кривой. На круговой кривой поперечник будет одинаковый (ПК 5+60.02 см. чертеж, приложение 1).

11. Обеспечение видимости на кривых в закрытой местности

Видимость дороги в плане обеспечена, если водитель легкового автомобиля при высоте глаз около 1,2 м над проезжей частью видит поверхность дороги или встречный автомобиль на расстоянии, обеспечивающем возможность остановки автомобиля.

На кривой минимальное расстояние видимости должно быть такое, чтобы водитель, находясь в точке А (рис) , мог увидеть по лучу зрения АБ дорогу или препятствие в точке Б, причем расстояние от А до Б по дороге должно составлять установленную для дороги видимость.

Пусть линия препятствий находится на расстоянии от траектории автомобиля, а линия видимости в данном поперечном профиле отстоит от этой траектории на z. В случае видимость обеспечена, а при требуется устранение препятствий на заштрихованной площади.

12. Трассировка дороги на карте

12.1 План трассы

Трасса запроектирована от пункта А до пункта Б на территории Челябинской области, что соответствует ПК0, до ПК 28+81.61 (или ПК0- ПК29+21,81), в соответствии с рельефом местности.

Согласно схеме проектируемой дороги, дорога имеет 3 угла поворота в первом случае и 2 угла поворота во втором. Радиусы кривой в плане первой дороги принимаем 3000м, что обеспечивает ее плавность и не требует устройства переходных кривых и виражей;1000м, 500м, что требует устройства переходных кривых. На протяжении этой трассы требуется устройство трех мостов через протоки и реку. Трасса проходит по болотистым местам и через лесополосы. Согласно продольного профиля на этой трассе очень большие объемы работ и много участков с продольным уклоном превышающем допустимые для этой категории дороги, что требует ограничений по скорости. Радиусы кривых в плане дороги второго варианта 3000 и 1000м. Радиусы больших диаметров не возможно вписать из-за ситуации на местности. На протяжении этой трассы требуется устройство трех мостов. Так же на протяжении этой трассы есть пересечение с существующей автодорогой. Согласно продольного профиля на этой трассе объемы работ меньше, чем в первом варианте и участков с продольным уклоном превышающем допустимые для этой категории дороги, что требует ограничений по скорости меньше, чем в первом случае.

Поэтому, сравнивая эти варианты принимаем второй вариант трассы.

12.2 Продольный профиль

Продольный профиль проектируемой дороги составлен в Балтийской системе высот.

На продольном профиле показаны отметки на каждом пикете и на переломах продольного уклона по оси проезжей части.

Продольный профиль построен с по обоим вариантам трассировки для их лучшего сравнения. Наименьший продольный уклон по профилю дороги составляет 20‰, а наибольший - 98‰.

Продольный профиль выполнен на чертеже.

Список литературы

1. Бабков В.Ф., Андреев О.В. «Проектирование автомобильных дорог» ч.1 Транспорт, 1987

2. СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» М.1986г.

3. Методические указания к курсовому проекту «Основы проектирования автомобильных дорог»

4. Митин Н.А. «Таблицы для разбивки кривых на автомобильных дорогах». М., «Недра» 1978г.

5. Краткий автомобильный справочник. М, «Транспорт» 1978г.