Реферат

В данном курсовом проекте на тему «Проектирование реконструкции автомобильной дороги» производится перевод автомобильной дороги в районе Ставропольского края из V в III техническую категорию с изменением плана, продольного профиля, разработкой поперечных профилей, уширением дорожной одежды и усилением покрытия, выполнена оценка проектных решений до и после реконструкции дороги с построением графиков коэффициентов безопасности, аварийности, пропускной способности. Разработана технология работ по реконструкции автомобильной дороги.

При выполнении курсового проекта соблюдены требования метрологии и стандартизации при оформлении чертежей и пояснительной записки, а так же действующие стандарты и нормы проектирования.

Необходимость реконструкции дороги возникает тогда, когда её транспортные качества перестают соответствовать требованиям возросшего движения. При этом появляются задачи переустройства всей дороги или её отдельных участков по более высоким техническим нормативам. Обоснованием необходимости реконструкции дороги являются результаты экономических изысканий для расчёта перспективной интенсивности движения, наблюдения за скоростями и интенсивностью движения, данные учёта количества ДТП. Разработка проектов реконструкции должна быть направлена на увеличение пропускной способности дороги. Повышение скорости движение автомобилей и обеспечение безопасности движения.

Цель данного курсового проекта «Проектирование реконструкции участка автомобильной дороги» — приобретение студентами навыков практического использования теоретических основ реконструкции плана трассы, продольного и поперечного профилей, и дорожных одежд.

Как правило, реконструкция автомобильной дороги предполагает повышение её технической категории, улучшение транспортно-эксплуатационных качеств, приведение параметров автомобильной дороги в соответствие с техническими нормами для более высокой категории. Поэтому перед разработкой проекта необходимо тщательно проанализировать исходные данные, выявить все недостатки существующей дороги.

В данном курсовом проекте произведена реконструкция автомобильной дороги в Ставропольском крае из V в III техническую категорию, в плане, продольном профиле, а также анализ проектных решений (графики коэффициентов безопасности, аварийности, пропускной способности), а также разработана технология строительства по уширению дорожной одежды и усилению покрытия.

1. Характеристика и анализ природных условий района проложения трассы и состояния существующего участка дороги

1.1 Характеристика и анализ природных условий района проложения дороги

Климат, дорожно-климатическая зона

На основании СНиП 2.05.02−85 «Автомобильные дороги» [1], прил.1, табл.1 район отнесен к 4 дорожно-климатической зоне, к первому типу местности по условиям увлажнения.

Климат рассматриваемого района умеренно-континентальный теплый, мягкий, с нежарким летом, с более теплой осенью, чем весна, и неустойчивой зимой. Главные факторы, влияющие на климат: широта, непосредственная близость моря и защитная роль хребтов, препятствующих постоянному притоку на побережье холодного воздуха севера.

Осадки в виде дождя и снега выпадают, в основном, в осенне-зимний период. Снег не задерживается и быстро тает. Снежный покров в среднем сохраняется не более 8−16 дней при высоте 5−8 см. Характерной особенностью климата является почти полное отсутствие туманов и наличие северо-восточного ветра (норд-ост или Бора), особенно часто дующего зимой, очень сильного, сухого и холодного. Средняя месячная и годовая температура наружного воздуха в С приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Среднемесячные показатели температур.

Средняя температура наиболее холодных суток -19С, наиболее холодной пятидневки — -13С; наиболее холодного месяца (в 13 часов) 1,5С, наиболее жаркого месяца (в 13 часов) 27,1С.

Среднегодовая сумма осадков составляет 700−720 мм (таблица 1.2). По количеству выпадающих осадков описываемый район относится к зоне нормальной влажности со сравнительно равномерным распределением осадков в течение всего года.

Таблица 1.2-Среднее количество осадков, мм.

На рисунке 1.1 в графическом виде представлено распределение температуры воздуха и осадков по месяцам.

Рисунок 1.1-Дорожно-климатический график.

Продолжительность безморозного периода 215 — 265 дней.

Максимальное суточное количество осадков — 153 мм. Согласно СНиП 23−01−99 [2], средняя относительная влажность наружного воздуха в 13 часов наиболее холодного месяца года — 75%, наиболее жаркого месяца — 53% .

В таблице 1.3 даны значения повторяемости направлений ветра (числитель) в процентах, средняя скорость ветра по направлениям (знаменатель) в м/с, повторяемость штилей в процентах, максимальная и минимальная скорость ветра в м/с.

Таблица 1.3-Повторяемость направлений и средняя скорость ветра.

Среднегодовая скорость ветра составляет 2,8 м/с, преобладающее направление ветра — восточное. Максимальное число с сильным (более 15 м/с)

ветром — 40 дней. Наибольшая скорость ветра, возможная один раз за число лет — 1 год — 28 м/с., 5 лет — 30 м/с., 20 лет — 33 м/с. Число дней в году с неблагоприятными явлениями погоды: метель — 3,0, гололед — 2,0, туман — 10.

Рельеф

Участок дороги проходит в центральной части Предкавказья и на северном склоне Большого Кавказа

Большая часть территории Ставропольского края занята Ставропольской возвышенностью, переходящей на востоке в Терско-Кумскую низменность (Ногайская степь). На севере возвышенность сливается с Кумо-Манычской впадиной. В полосе предгорий выделяется район Кавказских Минеральных Вод с горами-лакколитами, высотой до 1401 м (г. Бештау).

Согласно таблице П. 2.1 рассматриваемый район по характеру и степени увлажнения относится к I типу местности по увлажнению (поверхностный сток обеспечен, грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи, почвы без признаков заболачивания).

Растительность и почвы

Растительность развита в виде кустарника и деревьев, заросших лианами и колючим вьюном (рисунок 2.1). Большая часть территории покрыта густым лесом преимущественно хвойных и лиственных пород (рисунок 3.1).

В пределах описываемого района на территории занятой лесами развиты серые и бурые почвы, мощностью до 0,2 — 0,3 м. В предгорьях встречаются подзолисто-глеевые почвы. На склонах горных хребтов распространены бурыелесные почвы, среди которых попадаются перегнойно-карбонатные.

Геоморфология

В геоморфологическом отношении описываемый район находится на южном склоне Главного Кавказского хребта. Горы слагают различные породы. Среди них известняки, мергели, песчаники, аргиллиты. Преобладающие высоты 400−800метров. Гребни хребтов широкие, вершины округлые, склоны гор покрыты растительностью, скальные уступы лишь на отдельных вершинах и местами по речным долинам. Склоны гор 10−15 градусов, сильно рассечены глубокими промоинами. Речные долины узкие, глубоко врезанные. Горы вне дорог для транспорта непроходимы. Глубина до 6 метров.

Инженерно-геологические и гидрогеологические условия

В геологическом строении рассматриваемого района принимают участие отложения меловой и четвертичной систем.

Четвертичная система представлена техногенными (tQIV) и элювиально-делювиальными (edQIV) отложениями. К техногенным грунтам относятся насыпные грунты дорожной одежды. Элювиально-делювиальные отложения распространены выше и ниже по склону, вдоль дороги, в виде перемещенной коры выветривания флишевых отложений, и представлены суглинком, содержащим щебень и дресву осадочных пород (до 20%).

По результатам полевых работ, с учётом условий залегания, генезиса и геологического возраста все грунты, встречаемые на исследуемом участке дороги, объединены в следующие инженерно-геологические элементы: ИГЭ-1 (техногенные грунты), ИГЭ-2 (суглинки твердые), ИГЭ-3 (элювий коренных пород).

Гидрогеологические условия описываемого района тесно связаны с его геологическим строением, литологическим составом коренных пород и значительным количеством выпадающих осадков.

В связи с тем, что дорога проходит по водораздельному склону, который является областью питания подземных вод, то водонесущими горизонтами могут быть зоны трещиноватости, дробления пород.

Характер распространения подземных вод спорадический, то есть уровень подземных вод может меняться от 0 до 10 м и более от поверхности земли.

1.2 Краткая характеристика существующей дороги в районе проложения трассы

1.2.1 Характеристика общего направления дороги, ее народнохозяйственное значение

Реконструируемая автомобильная дорога является дорогой общего пользования, относится к V технической категории.

Дорога в целом проходит в сложном горном рельефе. На значительном протяжении она огибает озеро Соленое. Недостаточная ширина земляного полотна и проезжей части в сочетании с малыми радиусами кривых и значительными продольными уклонами обуславливают напряженные условия движения с низкими скоростями.

Транспортно-эксплуатационные качества существующей дороги не обеспечивают требуемого уровня и безопасности дорожного движения.

1.2.2 Характеристика плана, продольного профиля, земляного полотна и дорожной одежды

Основные технические нормативы для участка существующей автомобильной дороги V категории приняты в соответствии с таблицами 3, 4, 7, 10. Основные параметры дороги приведены в таблице 1.5

Таблица 1.5 — Параметры существующей автомобильной дороги V категории

На основе параметров ситуационного плана (приложение 1), продольного профиля (приложение 2) и поперечного профиля (приложение 3) выполняем оценку соответствия существующего участка автомобильной дороги нормам, приведенным ниже:

1.Ситуационный план

— Минимальный радиус кривой в плане составляет — 30 м;

— Максимальный радиус кривой в плане составляет — 2000 м.

2. Продольный профиль

Минимальные радиусы вертикальных кривых в продольном профиле составляют:

— для вогнутых кривых 200 м;

— для выпуклых кривых 600 м.

Максимальный продольный уклон на участке дороги длиной 2000 м составляет 130‰.

3. Земляное полотно и дорожная одежда

Земляное полотно запроектировано с учётом грунто-геологических условий по типовому проекту «Земляное полотно автомобильных дорог общей сети Союза ССР», серии 503−0-48.87* с привязкой к местным условиям.

Существующий поперечный профиль земляного полотна соответствует параметрам дороги V категории: средняя ширина — 8. Состояние земляного полотна удовлетворительное.

Типовой поперечный профиль существующей дороги приведен на рисунке 1.5

Рисунок 1.5 — Типовой поперечный профиль существующей дороги

4.Дорожная одежда

Покрытие: щебень фракции 40 — 80 мм.

1.2.3 Условия прохождения существующей дороги по населённым пунктам

Данный участок автомобильной дороги III технической категории 21+00- 25+00 на основе ситуационного плана трассы и продольного профиля проходи по Ставропольскому краю.

1.2.4 Административный район проложения трассы дороги

Район проложения трассы по своему географическому положению находится в Ставропольском крае. Транспортная сеть района составляет около 154 км дорог с покрытием и около 162 км — без покрытия. Главная роль в осуществлении грузопассажирских перевозок принадлежит автомобильному транспорту.

1.2.5 Общая протяженность дороги, длина проектируемого сооружения

Общая протяженность участка существующей автомобильной дороги V технической категории составляет 2909,268 м. Реконструкция предусматривается на всём протяжении участка автомобильной дороги с ПК 0+00 по ПК 29+09,268 .

Вывод: Территория района проложения трассы относится к 4 дорожно-климатической зоне; тип местности по условиям увлажнения — 1-й: поверхностный сток обеспечен, грунтовые воды не влияют на увлажнение верхней толщи; категория сложности рельефа местности — 1-й (горный).

Климатические условия района проложения реконструируемой автомобильной дороги обеспечивают достаточный срок для проведения дорожно-строительных работ, предусматриваемых при реконструкции.

2. Обоснование новой технической категории и основных параметров реконструируемой дороги

В процессе службы дороги спустя некоторое время после открытия по ней движения на отдельных участках начинают создаваться затруднения для беспрепятственного пропуска транспортного потока, увеличивающиеся по мере роста интенсивности движения. Также ввиду природных и других факторов происходит разрушение покрытия автомобильной дороги, что снижает безопасность движения, пропускную способность и является причиной ДТП. Чтобы восстановить нормальные условия движения, снизить аварийность и повысить эффективность использования автомобильного транспорта производят перестройку отдельных мест или дороги в целом, придавая дороге новые качества. Зная среднесуточную интенсивность движения в исходном году и показатель ежегодного прироста интенсивности движения, рассчитывают перспективную интенсивность на 20 лет, таким образом, определяя новую техническую категорию автомобильной дороги и её параметры.

2.1 Прогнозирование интенсивности движения на реконструируемой дороге

Для установления новой технической категории и основных параметров реконструируемой дороги выполним прогноз интенсивности движения на перспективу 20 лет.

Так как дорога проходит в быстро развивающемся районе, то возрастающие темпы роста интенсивности движения связаны с быстрым хозяйственным освоением обслуживаемой дорогой территории. Эти темпы опережают развитие дорожной сети. Поэтому в расчетах перспективной интенсивности движения используем следующую зависимость:

(2.1)

где N_t — интенсивность движения в расчетный год через t лет, авт/сут;

N₀ — начальная интенсивность движения в исходном году, авт/сут;

р — годовой прирост интенсивности движения в долях от начальной.

Интенсивность в исходном году составила 1950 авт/сут. Согласно прогнозным данным коэффициент ежегодного прироста интенсивности движения составляет 3,5%.

В виду сложности строительства реконструкцию участка дороги планируется завершить через 1 года. Интенсивность движения после завершения строительства реконструкции составит:

В первые 7 лет после завершения строительства реконструкции коэффициент ежегодного прироста интенсивности составит 3,0%. В последующие 3 года коэффициент прироста снизится до 2,5%, а в последующие 10 лет до 2,0%. Таким образом, интенсивности движения составят:

1)

2)

3)

На реконструируемом участке дороги наблюдается сезонная неравномерность движения. Это, прежде всего, связано с сезонным ведением народного хозяйства, а также курортным сезоном. Выделяют три максимума графика интенсивности движения: весенний — в апреле (1980 авт/сут), летний — в июле (2250 авт/сут) и осенний — в сентябре (2100 авт/сут).

Вычислим коэффициент сезонной неравномерности движения по следующей зависимости:

(2.2)

где N_MAX — максимальная в году суточная интенсивность движения.

Отсюда, .

Для расчета прочности дорожных одежд определим коэффициент сезонности весеннего периода:

(2.3)

где N_ВЕС — интенсивность движения в весенний период.

Отсюда, .

Максимальную летнюю интенсивность движения на двадцатилетнюю перспективность определяем по формуле:

(2.4)

Отсюда, .

Эта интенсивность может быть положена в основу определения пропускной способности дороги, ширины проезжей части и земляного полотна.

Максимальную весеннюю интенсивность движения, которую можно использовать при расчете дорожной одежды, определяем по формуле:

(2.5)

Отсюда, .

2.2 Обоснование новой технической категории дороги

Полученное значение перспективной интенсивности необходимо привести к легковому автомобилю:

Техническую категорию для реконструируемой автомобильной дороги назначаем в соответствии с таблицей 1 СНиП 2.05.02−85 «Автомобильные дороги». По данным прогноза интенсивности движения на расчетный срок 20 лет: 3179 авт/сут — приведенная интенсивности движения находятся в интервале от 2000 до 6000 авт/сут, что соответствует дороге III категории.

2.3 Определение основных параметров реконструируемой дороги

Определим основные параметры плана, продольного и поперечного профилей реконструируемой дороги. Поскольку анализом исходных данных (продольного профиля существующей дороги) выявлено, что дорога проходит в районе со сложным рельефом местности (горный район), то согласно таблице 3 расчетная скорость для реконструируемой дороги составит 50 км/ч. Тогда по таблицам 4 и 10 определим геометрические параметры автомобильной дороги, а полученные данные сведем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 — Основные параметры реконструируемой дороги.

2.4 Краткие выводы по разделу

В данной главе был выполнен расчёт прогнозируемой интенсивности движения на рассматриваемом участке автомобильной дороги, было дано обоснование новой технической категории реконструируемого участка трассы и определены основные параметры будущей автомобильной дороги на основании требований нормативной документации. Ввиду того, что рассматриваемый участок дороги проходит в тяжёлых условиях горного рельефа принята минимально допустимая расчётная скорость для данной категории автомобильной дороги — 50 км/ч, остальные технические параметры были определены на основании расчётной скорости движения.

3. Проектирование реконструкции трассы дороги в плане

3.1 Общие положения

При проектировании плана трассы реконструируемой дороги следует стремиться к устранению необоснованной извилистости дороги и к увеличению радиусов кривых, если они не удовлетворяют требованиям норм, а также обеспечению видимости на участках, где она не достаточна. Для этого, прежде всего, следует сравнить радиусы кривых в плане на существующей дороге с нормативными для данной категории. Если в результате такого сравнения выявились закругления с недостаточными радиусами кривизны, то необходимо для данного угла поворота выполнить разбивку другой кривой с увеличенным радиусом. При этом необходимо применять принципы ландшафтного проектирования, для чего наиболее целесообразно использовать метод клотоидного трассирования.

При частом расположении кривых в плане с неудовлетворительными радиусами и чрезмерной извилистостью необходимо рассматривать варианты кардинального изменения положения трассы в плане с существенным спрямлением участков дороги большой протяженности. Длина таких спрямлённых участков может достигать нескольких километров в зависимости от новой категории дороги и рельефа местности.

Рекомендуется брошенные участки старой дороги, если они не могут быть использованы как площадки отдыха, разбирать и после рекультивации занимаемую ими площадь возвращать землевладельцам.

3.2 Описание изменения положения трассы дороги в плане

Существующая дорога проходит в горной местности, огибая возвышенности. Имеет 14 углов поворота. Дорога создавалась с учётом существующего уровня коммуникаций данного района и интенсивности движения на тот момент. При переводе дороги в III техническую категорию будет изменён план трассы для вписывания радиусов закруглений требуемой новой категории.

Первый вариант реконструкции плана автомобильной дороги предусматривает спрямление трассы существующей дороги на участках ПК 15+80 — ПК 22+80 и ПК 26+80 — ПК 28+24. Это позволяет вписать большие радиусы, что позволяет улучшить условия безопасности дорожного движения. В ходе реконструкции этого варианта уменьшено количество углов поворота до 10. Минимальный радиус составляет 100 м, что соответствует нормативу. Длина трассы уменьшилась до 2684,5 м

Второй вариант реконструкции плана автомобильной дороги предусматривает менее радикальное изменение плана трассы. Изменение происходит на участке ПК 21+00 — ПК 24+40. В ходе реконструкции этого варианта уменьшено количество углов поворота до 11. Минимальный радиус составляет 100 м, что соответствует нормативу. Длина трассы уменьшилась до 2820 м

3.3 Расчёт параметров закруглений

При разработке вариантов реконструкции существующей автомобильной дороги были применены круговые и составные кривые. Их расчетные схемы приведены на рис. 3.1 и 3.2 соответственно.

Рис. 3.1 Схема круговой кривой Рис. 3.2 Схема составной кривой

В случае применения составной кривой определяют величины элементов:

Тангенса круговой кривой Т, дополнительного тангенса t, биссектрисы Б круговой кривой, сдвижки круговой кривой р, длины L переходной кривой клотоиды, угла в, образуемого касательной к клотоиде в точке ее сопряжения с круговой кривой и направлением тангенса, круговой кривой К, полной кривой К_П, полного тангенса Т_П, полной биссектрисы Б_П и полного домера Д_П.

Эти величины могут быть вычислены по формулам:

Тангенс круговой кривой:

(3.1)

Биссектриса круговой кривой:

(3.2)

Дополнительный тангенс:

(3.3)

проложение трасса дорога полотно Сдвижка круговой кривой:

(3.4)

Угол в, образуемый касательной к клотоиде в точке ее сопряжения с круговой кривой и направлением тангенса:

(3.5)

(3.6)

Круговая кривая:

(3.7)

Полный тангенс:

(3.8)

Полная длина круговой кривой:

(3.9)

Полная биссектриса:

(3.10)

Полный домер:

(3.11)

Пикетажное положение начала (НЗ) и конца (КЗ) закругления определяют по формулам:

Начало переходной кривой:

НПК = ВУ — Т_{П ,} (3.12)

Начало круговой кривой:

НКК = НПК + L, (3.13)

Конец круговой кривой:

ККК = НКК + К₁, (3.14)

Конец переходной кривой:

КПК = ККК + L, (3.15)

Длины S_2i прямых вставок вычисляют по формуле:

S_2i = HЗ_i+1 — КЗ_i, (3.16)

Расстояния между вершинами углов S_1i:

(3.17)

Румб каждой последующей прямой вычисляют по румбу предыдущей прямой и величине угла поворота трассы:

(3.18)

или

(3.19)

где: А_з.посл. — азимут последующей линии;

А_з.пред. — азимут предыдущей линии;

б_прав — угол поворота трассы вправо;

б_лев — угол поворота трассы влево.

Общая длина трассы, после реконструкции, определяется по формуле:

(3.20)

где L_сущ — длина существующей дороги, м, L_сущ=2909,268 м;

L_рек — длина реконструируемой дороги, м.

По формуле (3.20) общая длина трассы вариант 1, после реконструкции составит:

По формуле (3.20) общая длина трассы вариант 2, после реконструкции составит:

3.4 Краткие выводы

Итак, помимо снижения извилистости трассы, увеличения радиусов кривых с учетом требования движения с постоянной скоростью (клотоидные кривые), произошло уменьшение длины трассы (К₁=0,92 и К₂=0,97). Основное направление трассы в плане сохранено. Для дальнейшего проектирования реконструкции выбираем вариант 1.

Спроектированный план реконструируемой дороги представлен в графическом приложении данного курсового проекта на листе 1.

4. Проектирование реконструкции продольного профиля дороги

4.1 Общие положения

Реконструкция дороги в продольном профиле заключается в улучшении условий осушения земляного полотна с неблагоприятными гидрологическими условиями, в уменьшении больших продольных уклонов, в увеличении радиусов вертикальных кривых.

Реконструкция продольного профиля полагает перестройку существующей дорожной одежды. Любое изменение проектной линии вызывает необходимость перестройки проезжей части на значительном протяжении, что связано с дополнительными затратами. Поэтому если дорожная одежда обладает значительной прочностью и легко может быть усилена, а земляное полотно не подвержено пучинообразованию, то должно быть рассмотрены варианты улучшения водного режима путем поверхностного водоотвода, а снижение снегозаносимости — посадкой насаждений. Определим рекомендуемую рабочую отметку насыпи, исходя из условия:

— низ дорожной одежды должен возвышаться над уровнем грунтовых вод на минимальную допустимую величину, нормируемую СНиП:

Н_рек=h₁ + hg + ai₀ — h_г, (4.1)

где h₁ — допустимое минимальное возвышение низа дорожной одежды над уровнем грунтовых вод (для III категории дороги h₁=1,8 м);

h_g — толщина дорожной одежды, м, hg=0,55 м;

а — ширина обочины, м, а=2 м;

i₀ — уклон обочины, i₀=0,04;

h_г — глубина залегания расчётного уровня грунтовых вод, h_г = 2,6 м.

Рисунок 4.1 — Расчётная схема для определения рекомендуемой рабочей отметки насыпи.

H_рек = 1,8 + 0,55 + 2,5•0,04 — 2,6 = -0,15 (м)

В данном проекте высота насыпи с точки зрения подтопления не лимитирована.

4.2 Описание продольного профиля

Проанализируем продольный профиль существующей дороги. На протяжении всего проектируемого участка продольный профиль представлен прямыми и кривыми малых радиусов. Для уменьшения коэффициента аварийности и улучшения условий движения транспорта продольный профиль был полностью изменен, за исключением участка ПК0+00 — ПК 1+40 и ПК6+80 — ПК 13+80 с учетом условий удовлетворяющих требованиям табл. 10 норм. Продольный профиль реконструируемой дороги представлен в графическом приложении данного курсового проекта на листе 2.

Проектная линия продольного профиля проходит по секущей. При построении продольного профиля на всем протяжении участка руководствовались следующими принципами:

1) на участках, где ось дороги до реконструкции и ось дороги после реконструкции совпадают, элементы продольного профиля, если они удовлетворяют нормам, немного изменяли с учетом общего направления проектной линии.

2) на остальных участках предусмотрено наращивание старого (повышение насыпей) и устройство нового земляного полотна и дорожной одежды.

В результате спрямления плана трассы существующей дороги появилась необходимость разборки старого и устройства нового земляного полотна.

Продольный профиль проектировался с использованием САПР IndorCAD 8.0.

Ведомость проектных отметок для реконструируемой дороги представлена в таблице 4.1.

Таблица 4.1-Ведомость отметок продольного профиля по оси проезжей части (Вариант 1).

4.3 Краткий вывод по разделу

В данной главе были разработаны продольные профили автомобильных дорог III категории. Для выбранного варианта № 1 максимальный продольный уклон составил 74 ‰; наименьший радиус выпуклой вертикальной кривой — 1500 м;

В графической части на листе 1 представлен чертеж продольного профиля реконструируемой автомобильной дороги (Вариант 1).

5. Проектирование уширения дорожной одежды и земляного полотна

5.1 Общие положения

При реконструкции дороги в поперечном профиле положение новой оси дороги устанавливают в зависимости от ширины земляного полотна существующей дороги. Если ширина земляного полотна существующей дороги превышает проектную или равна ей, проектную ось совмещают с осью существующей дороги. В этом случае следует проектировать засыпку с двух сторон дороги канав или резервов, досыпку насыпи или срезку откосов выемок.

При ширине земляного полотна меньше проектной рекомендуется смещать новую ось в сторону по отношению к оси существующей дороги с таким расчетом, чтобы потребовалось лишь одностороннее уширение земляного полотна. Этот способ особенно эффективен в глубоких выемках с устойчивыми, укрепленными откосами и при проложении трассы по высоким насыпям.

5.2 Описание проектных решений по уширению земляного полотна

Существующее земляное полотно необходимо уширить на 2 метра. Откосы насыпей до 2 м при уширении достаточно рыхлить на глубину 0,20 — 0,25 м, а при насыпях более 2 метров устраиваются уступы высотой до 2 м. При этом нужно учесть габариты бульдозера, нарезающего уступы. Учитывая эти требования, а также то, что при высоте насыпи до 2 м уклон откосов составляет 1: 3, наилучшим решением является назначение двухстороннего симметричного уширения земляного полотна и дорожной одежды.

В данном курсовом проекте было запроектировано уширение земляного полотна с усилением существующей дорожной одежды для реконструированного плана трассы вариант № 1. Типовые поперечные профили, а также их привязка представлены в графической части на листе 3.

5.4 Краткий вывод по разделу

В данной главе разработаны основные типовые и индивидуальные поперечные профили автомобильной дороги и определены участки для конкретных типов поперечников.

Выбранный способ уширения существующей дороги применим при наличии невысоких насыпей и неглубоких выемок. Использование существующей дорожной одежды позволяет проектировать новую дорожную одежду с меньшими величинами толщин конструктивных слоев. Это условие позволяет сэкономить средства на строительстве дорожной одежды.

6. Проектирование усиления дорожной одежды на существующей проезжей части и новой дорожной одежды на уширении

6.1 Расчетные параметры подвижной нагрузки

Назначаем облегченный тип дорожной одежды. Тогда согласно таблицы п. 6.2 срок её службы в III дорожно-климатической зоне составит 10 лет.

Определим приведенную интенсивность движения по формуле:

ед/сут, (6.1)

где — коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним;

n — общее число различных марок транспортных средств в составе транспортного потока;

N_m — число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m-й марки;

S_m cум — суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства к расчетной нагрузке Qрасч;

Так как N_вес=1980 авт/сут, то

N_лег=0,45· 1980=891 авт/сут;

N_авт=0,05· 1980=99 авт/сут;

N_гр.4=0,20· 1980=396 авт/сут;

N_гр.6=0,20· 1980=396 авт/сут;

N_гр.8=0,10· 1980=198 авт/сут.

Учитывая, что S₁=0.005; S₂=0,7; S₃=0,20; S₄=0,70 S₅=1,25 и f_пол=0,55, получим N_p=0,55· (0,005·891+0,7·99+0,20·396+0.70·396+1,25·198)=374

Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за срок службы определим по формуле:

(6.2)

где п — число марок автомобилей;

n_1m — суточная интенсивность движения автомобилей m-й марки в первый год службы (в обоих направлениях), авт/сут;

N_p — приведенная интенсивность на последний год срока службы, авт/сут;

Т_рдг — расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции;

k_n — коэффициент, учитывающий вероятность отклонения Суммарного движения от среднего ожидаемого;

К_с — коэффициент суммирования определяют по формуле:

(6.3)

где Т_сл — расчетный срок службы;

q — показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам.

Для Краснодарского края T_рдг=205 дней.

Для дорог III категории с облегченным типом дорожной одежды k_п=1,26.

Так как q=1,035, то

Отсюда,

Определим требуемый модуль упругости по формуле:

Е_min =98,65 [lg (N_р) — c], (МПа), (6.4)

где N_р — суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды;

с — эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки на ось 110 кН — 3,55.

По формуле (6.4):

Требуемый модуль упругости определяется по формуле:

(6.5)

По формуле (6.5):

Принимаем

Расчёт дорожной одежды производим с помощью программы «IndorPavement 8.0».

6.2 Проектирование усиления дорожной одежды

Так как на участке дороги будет производиться усиление существующей дорожной одежды, то назначаем следующий тип дорожной одежды (1 тип):

- Асфальтобетон горячей укладки плотный I марки, из щебёночной смеси типа А, марка битума БНД-60/90 (ГОСТ 9128−2009 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия»), толщиной 5 см;

- Асфальтобетон горячей укладки пористый I марки, из щебёночной смеси, марка битума БНД-60/90 (ГОСТ 9128−2009 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия»), толщиной 10 см;

- Существующая дорожная одежда:

Щебень фракционированный фр 40−80 мм легкоуплотняемый с заклинкой фракционированным мелким щебнем (ГОСТ 8267−93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия»), толщиной 40 см;

- Уплотненный суглинистый грунт.

6.3 Проектирование нового типа дорожной одежды

Проектируемый тип одежды будет использоваться на уширенном и на вновь устраиваемом земляном полотне. Назначим следующий тип дорожной одежды (2 тип):

- Асфальтобетон горячей укладки плотный I марки, из щебёночной смеси типа А, марка битума БНД-60/90 (ГОСТ 9128−2009 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия»), толщиной 5 см;

- Асфальтобетон горячей укладки пористый I марки, из щебёночной смеси, марка битума БНД-60/90 (ГОСТ 9128−2009 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия»), толщиной 10 см;

- Существующая дорожная одежда:

Щебень фракционированный фр 40−80 мм легкоуплотняемый с заклинкой фракционированным мелким щебнем (ГОСТ 8267−93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия»), толщиной 20 см;

Песок крупный с содержанием пылевато-глинистой фракции 0% (ГОСТ 8736−93 «Песок для строительных работ. Технические условия»), толщиной 20 см;

- Уплотненный суглинистый грунт.

6.4 Краткие выводы по разделу

В данной главе был выполнен расчет двух типов дорожных одежд:

1 тип:

Асфальтобетон горячей укладки плотный I марки, из щебёночной смеси типа А, марка битума БНД-60/90 по ГОСТ 9128–2009, толщиной 5 см;

- Асфальтобетон горячей укладки пористый I марки, из щебёночной смеси, марка битума БНД-60/90 по ГОСТ 9128–2009, толщиной 10 см;

- Существующая дорожная одежда:

- Щебень фракционированный фр 40−80 мм легкоуплотняемый с заклинкой фракционированным мелким щебнем по ГОСТ 8267–93, толщиной 40 см;

- Уплотненный суглинистый грунт.

2 тип:

- Асфальтобетон горячей укладки плотный I марки, из щебёночной смеси типа А, марка битума БНД-60/90 по ГОСТ 9128–2009, толщиной 5 см;

- Асфальтобетон горячей укладки пористый I марки, из щебёночной смеси, марка битума БНД-60/90 по ГОСТ 9128–2009, толщиной 10 см;

- Щебень фракционированный фр 40−80 мм легкоуплотняемый с заклинкой фракционированным мелким щебнем по ГОСТ 8267–93, толщиной

40 см;

— Песок крупный с содержанием пылевато-глинистой фракции 0% по ГОСТ 8736–93, толщиной 20 см;

- Уплотненный суглинистый грунт.

Данные конструкции дорожных одежд были рассчитаны с помощью программы «Indor Pavement» и удовлетворяют условиям прочности по упругому прогибу, сдвигоустойчивости и сопротивлению монолитных слоев усталостному разрушению.

Расчет дорожных одежд представлен в в графической части на листе 4.

7. Оценка проектных решений

7.1 Построение графика коэффициентов безопасности для реконструируемой дороги

Наиболее безопасной для движения является плавная трасса без резких переломов в плане и профиле, допускающая движение автомобилей с высокими скоростями, которые мало отличаются на смежных участках. Одним из способов оценки плавности трассы и различных вариантов проектных линий с точки зрения удобства и безопасности движения может явиться построение на основе эпюры скоростей движения, развиваемых автомобилями по дороге, графика коэффициентов безопасности, представляющего собой отношение скоростей движения на смежных участках

За расчетный принимают один из самых распространенных легковых автомобилей, позволяющий развивать скорости, близкие к расчетным. На дорогах специального назначения, например промышленных, выбор расчетного автомобиля должен быть обоснован исходя из учета типажа используемых грузовых автомобилей.

Для каждого участка дороги строят графики для обоих направлений движения. На спусках скорость рассчитывают по динамическим характеристикам из условия движения автомобиля под уклон с работающим двигателем, развивающим тяговое усилие. Момент достижения предельно допустимой скорости рассматривают как место перепада скорости. Условно принимают, что в этом месте скорость должна быть снижена водителем до средней скорости транспортных потоков по дороге — 40 км/ч.

При расчетах скоростей не принимают во внимание местные ограничения, накладываемые требованиями правил движения по дорогам (ограничения скорости в населенных пунктах, на переездах железных дорог, на пересечении с другими дорогами, в кривых малых радиусов, в зонах действия дорожных знаков и др.

Не учитывают участки притормаживания для главного изменения скорости при въездах на кривые малых радиусов, на узкие мосты. В конце каждого участка дороги определяют максимальную скорость, которая может быть развита на нем без учета условий движения на последующих участках.

Возможную скорость движения на кривых в плане оценивают исходя из двух условий:

— предельного значения коэффициента поперечного сцепления, обеспечивающего устойчивость автомобиля простив заноса при скользкой поверхности покрытия (ц= 0,4).

— условий фактической видимости, определяемой расчетом, по формулам теории проектирования дорог.

Коэффициенты безопасности определяют по графику скоростей для разных участков как отношения скоростей, обеспечиваемых элементами дороги, к скоростям, развиваемым автомобилями при въезде на этот участок. Чем значительнее разность скоростей и чем меньше коэффициент безопасности, тем более вероятны дорожно-транспортные происшествия.

Для оценки опасности дорожно-транспортных происшествий по вычисленным скоростям движения используют коэффициенты безопасности:

— безопасные участки …>0,8

— малоопасные участки …0,6−0,8

— опасные участки…0,4−0,6

— очень опасные участки…<0,4

При построении эпюр скорости движения автомобиля нужно исходить из условия полного использования динамических (тяговых) качеств автомобиля, т. е. ориентироваться на движение при полностью открытом дросселе. Величины ординат максимально возможных скоростей движения на эпюре ограничиваются верхними и нижними пределами в следующих случаях:

1. Допустимой конструкционной скоростью автомобиля при движении на высшей передаче.

2. Безопасной предельной скоростью на спуске, принимаемой в зависимости от величины спуска в следующих пределах.

3. Предельной критической скоростью при движении на различных передачах: верхним пределом или максимальной критической скоростью данной передачи, или соответственно нижним пределом — минимальной критической скоростью.

4. Безопасной предельной или допустимой скоростью движения на участках ограничений:

— на кривых, а плане малых радиусов;

— на вертикальных выпуклых и вогнутых кривых;

— местах с ограниченной видимостью;

— в населенных пунктах

— на прочих неблагоприятных участках дорог, где требуется снижение скорости по условиям безопасности движения.

Предельные допустимые скорости в местах ограничений могут быть вычислены по расчетным формулам для назначения размеров геометрических элементов профиля я плана дороги или приняты по соответствующим таблицам СНиП 2.05.02−85.

Расчет скорости отдельно движущегося автомобиля по существующей дороге будем производить, используя уравнения предложенные А. Е Бельским и К. А. Хавкиным:

(7.1)

где v₀ — скорость, принятая в начальной точке вертикальной кривой при Х=0, м/c.

Значения постоянных n, m и Z определяются по формулам:

(7.2)

(7.3)

(7.4)

e = 2,7182…- основание натуральных логарифмов.

В частном случае при движении на прямолинейных участках дороги, т. е. при r =? и m = 0, используем упрощенный вариант формулы 7.1:

м/c, (7.5)

Постоянная входящая в уравнение (6)

(7.6)

Значение параметра L принимаются по таблице составленной для уклонов i = + 0,12 до i = - 0,12 с интервалами через 0,01. Коэффициент сопротивления качению при составлении таблицы принят f = 0,045 для грунтовых дорог.

Значение — принимается по таблице. Значения для автомобилей приведены так же в таблице.

Допустимые скорости движения на кривых в плане определяем по формуле:

(7.7)

где R-радиус кривой, м; - коэффициент поперечной силы, принимаемый для существующей дороги равным 0,15; i_п — поперечный уклон проезжей части (i_п=0 для существующей дороги).

Коэффициент безопасности определяем по формуле:

(7.8)

где V_кр — скорость входа на кривую, км/ч;

V_вх — скорость на кривой, км/ч.

Построение графиков коэффициентов безопасности выполним при помощи САПР «Robur». Для чего снимем значения черных и красных отметок реконструируемой дороги, существующие и проектные радиусы в плане и продольном профиле, уклоны и другие параметры, нужные нам для построения графиков коэффициента безопасности. Результат расчётов приведён в виде линейного графика коэффициентов безопасности для реконструируемой автомобильной дороги на рисунке 7.1. Выборка участков трассы по уровням безопасности представлена в виде таблицы 7.1

Таблица 7.1 — Выборка участков трассы по уровням безопасности для автомобиля ГАЗ-24 «Волга».

Вывод:

В результате проведения работ по реконструкции автомобильной дороги были увеличены радиусы кривых и уменьшено их количество, и данный участок дороги теперь полностью удовлетворяет требования по коэффициентам безопасности. Наличие опасных и очень опасных участков объясняется тем, что автомобиль значительно превышает скорость движения разрешённую на данном участке автомобильной дороги, а значит соблюдение скоростного режима снижает риск возникновения ДТП до минимального уровня.

7.2 Построение графика коэффициентов аварийности для реконструируемой автомобильной дороги

Для обоснования необходимости реконструкции автомобильной дороги выполним анализ степени обеспечения безопасности движения на ней, используя метод коэффициентов аварийности.

Это такие задачи как:

— выявление на проектируемых или подлежащих реконструкции дорогах участков, на которых сочетанием элементов плана, профиля или придорожной ситуации создаются условия для повышенной опасности возникновения дорожно-транспортного происшествия;

— сравнительная оценка параллельных дорог и их отдельных участков в отношении безопасности движения;

— оценка сравнительной эффективности мероприятий по устранению повышенной опасности движения на отдельных участков;

— определение предельно допустимой интенсивности движения, не связанной с повышенной опасностью дорожно-транспортных происшествий.

Каждый частный коэффициент аварийности характеризует относительную вероятность возникновения на рассматриваемом участке происшествий из-за влияний ухудшения дорожных условий по одной, не зависящей от других влияющих факторов причине, их совместное влияние можно оценить в соответствии с положением теории вероятностей о вероятности события под действием нескольких независимых друг от друга факторов произведением частных коэффициентов — обобщенным (итоговым) коэффициентом аварийности.

(7.9)

где К_i^ав — частный коэффициент аварийности.

Значения частных коэффициентов аварийности принимаем по таблицам представленным в учебнике «Дорожные условия и безопасность движения».

Расчеты ведём в табличной форме, последовательно перемножая коэффициенты, соответствующие отдельным участкам. Ведомость итоговых коэффициентов аварийности для реконструированного участка дороги с ПК0+00,00 — ПК26+84,547 приведена в таблице 7.3.

Результат расчётов приведён в виде линейного графика коэффициентов аварийности для реконструируемой автомобильной дороги, который представлен на рисунке 7.2.

При построении графика коэффициентов аварийности трассу дороги анализируют по каждому из показателей, выделяя на ней однородные по условиям участки. На основе границ этих участков определяют границы участков, однородных по всем показателям. При выделении участков следует учитывать, что влияние каждого их мест, где возникают те или иные помехи движению, распространяются на некоторое расстояние.

При реконструкции дорог в горной местности с кривыми малых радиусов и большими уклонами повышенная внимательность водителей и малая скорость способствуют значительно меньшему числу происшествий на 1 млн. авт-км, чем в более благоприятных дорожных условиях.

Для анализируемого участка автомобильной дороги, согласно очень опасными являются участки с коэффициентом аварийности более 40, опасными — с коэффициентом аварийности, находящимся в пределах от 25 до 40, и малоопасными — с коэффициентом аварийности менее 25. В таблице 7.2 представлены участки автомобильной дороги с разной степенью опасности.

Таблица 7.2 — Участки автомобильной дороги с разной степенью опасности.