Польові і камеральні роботи при трасуванні автомобільних доріг
ПОЛЬОВІ І КАМЕРАЛЬНІ РОБОТИ 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. Побудова проектної лінії
8. Визначення об‘ємів земляних робіт
1. Основні елементи автомобільних доріг
Автомобільною дорогою називається комплекс споруд, призначених для зручного, безпечного цілорічного руху автомобілів з розрахунковими швидкостями і навантаженнями. Автомобільна дорога включає в себе земляне полотно і дорожню одежу (рис.1). Крім того, до дороги відносяться відповідні споруди: шляхопроводи, тунелі, підпірні стінки, підземні і надземні переходи. Для безпечного руху дороги облаштовують дорожніми знаками і відповідною огорожею. Поблизу населених пунктів разом з дорогою будують автовокзали, станції заправки, готелі, медичні пункти, ремонтно-експлуатаційні служби.
Трасою називається вісь проектної лінії споруди, яка закріплена на місцевості, або нанесена на топографічну карту чи матеріали аерофотознімання. Основними елементами траси є: план – його проекція на горизонтальну площину і поздовжній профіль - вертикальний розріз за проектною лінією.
В плані траса складається із прямих ділянок різного напрямку, сполучених між собою горизонтальними кривими постійного і змінного радіусу кривизни.
В поздовжньому профілі траса складається з ліній різноманітних ухилів, при необхідності з‘єднаних між собою вертикальними круговими кривими.
Оскільки ухили трас бувають невеликими, то для наочності їх зображення на профілі вертикальний масштабі приймають в десять разів крупнішим, ніж горизонтальний наприклад, горизонтальний масштаб 1:5000, вертикальний 1:500.
Для характеристики місцевості і проектної лінійної споруди в напрямках, перпендикулярних до траси, складають поперечні профілі в однаковому горизонтальному і вертикальному масштабах.
а) з однією проїжджою частиною
б) з двома проїжджими частинами і розподільчою смугою
Рис. 1. Елементи поперечного профілю дороги
1 – закріпляюча смуга, 2 – вісь дороги, 3 – край проїжджої
частини, 4 – бровка земляного полотна, 5 –обочина, 6 – проїжджа частина, 7 – земляне полотно, 8 – вісь проїжджої частини, 9 – укіс насипу,10 – смуга поділу.
В залежності від народногосподарського значення, характеру перевезень і інтенсивності руху, тобто, сумарної кількості автомобілів, які проходять на даній ділянці в одиницю часу (година, доба), дороги поділяють на п‘ять категорій.
Дороги різних категорій мають різну ступінь технічного вдосконалення. В міру збільшення інтенсивності руху автомобілів підвищуються вимоги до технічних елементів і якості дороги.
До I і II категорій відносять автомобільні дороги загальнодержавного значення, основні магістральні дороги державного значення, під’їзди від великих міст до аеропортів, річним і морським портам. Дороги I категорії розраховують на перспективну середньодобову інтенсивність руху більше 7000 автомобілів, II категорії – 3000 ...7000.
До III категорії відносять дороги загальнодержавного значення (окрім доріг I і II категорій), основні дороги обласного і районного значення, під’їзди до населених пунктів, 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. Перспективна середньодобова інтенсивність руху на дорогах цієї категорії – 1000 ... 3000 автомобілів.
До IV категорії віднесені дороги обласного або районного значення (окрім доріг III категорії), дороги місцевого значення, під'їзні дороги загальної мережі, промислових підприємств, великих будівельних об'єктів, фермерських господарств. Середньодобова інтенсивність – 200 ... 1000 автомобілів.
До V категорії відносять дороги місцевого значення (окрім доріг IV категорій), внутрішні промислові дороги і під'їзди, постійні внутрішні дороги фермерських господарств та службові. Середньодобова інтенсивність руху – менше 200 автомобілів.
Дороги різних категорій мають різну степінь технічного вдосконалення. В міру збільшення інтенсивності руху автомобілів 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. Трасування лінійних споруд та закріплення осі траси на місцевості
Трасуванням називається комплекс інженерно-вишукувальних робіт, призначений для визначення положення лінійної смуги місцевості, яка відповідає всім технічним і економічним вимогам до побудови будь-якої лінійної споруди. Трасування поділяють на камеральне і польове.
Коли траса проектується за топографічним планом, або картою та матеріалами аерофотознімання місцевості, то трасування називають камеральним; якщо трасу визначають на місцевості, - то польовим.
Трасування розрізняють:
а) за висотними параметрами, коли головна увага приділяється забезпеченню допустимих ухилів траси (самопливні трубопроводи, канали);
б) за азимутальними параметрами, коли ухили місцевості мало впливають на проектування траси (напірні трубопроводи, лінії електропередач та зв‘язку);
в) за висотно-азимутальними параметрами, (автомобільні і залізні дороги, судноплавні канали), де необхідно витримати допустимі ухили і правильне поєднання прямих і кривих ділянок тому, що вони є найбільш складними. В останньому випадку трасування виконують за змішаними параметрами.
Трасування в рівнинній місцевості. Положення траси в рівнинних районах визначається контурними перешкодами, тобто ситуацією. В цих випадках ухил місцевості менший допустимого, а тому намагаються мати пряму трасу, і виконують трасування за заданим напрямком. Проте, зустрічаються перешкоди, такі як водотоки, болота, великі яри, населені пункти, цінні сільськогосподарські угіддя і інші, які вимагають відхилення траси в той чи інший бік (рис. 2).
Кожний кут повороту дає деяке подовження траси. Для отримання найбільш короткої траси в рівнинних районах дотримуються наступних правил трасування:
1.Трасу прокладають за прямою від одної контурної перешкоди до іншої (рис.2). Необхідність відхилення траси від прямої і призначення кута повороту повинні бути обґрунтовані.
Рис.2. До правила трасування
2. Вершини кутів повороту вибирають напроти середини перешкоди з таким розрахунком, щоб траса огинала цю перешкоду.
3. Кути повороту прагнуть призначати по можливості не більше 200-300, щоб помітно не подовжувати трасу.
Трасування в гірській місцевості. Положення траси в гірських районах визначається висотними перешкодами, тобто рельєфом. Оскільки ухили гірської місцевості значно перевищують допустимі ухили траси, то трасування виконують ''напруженим ходом'', коли кожна лінія задається граничним ухилом. Щоб витримати такий ухил, штучно подовжують трасу, відхиляючи її на великі кути від прямої. Тому в гірських умовах траса в плані має складну конфігурацію.
Таким чином, при трасуванні в гірських умовах 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 висоти характерних точок осі лінійної споруди підбирають з урахуванням заздалегідь складеного профілю і вимог поєднання кривих і прямих.
3. Кути повороту і їх величини призначають, виходячи із умов збереження ухилу трасування; при цьому прагнуть уникнути малих радіусів кривих, на яких необхідне значне зменшення допустимого ухилу.
Польове трасування. Проект траси, розроблений в камеральних умовах, виноситься в натуру за даними прив‘язки вершин кутів повороту до пунктів геодезичної основи, або до найближчих чітких контурів. Вихідні елементи для прив‘язки осі лінійної споруди найчастіше отримують графічно.
Польове трасування починають з рекогностування місцевості. Його виконують невеликими ділянками в залежності від просування вишукувальних робіт.
Коли визначені в натурі положення сусідніх кутів повороту, то встановлюють в створі ряд віх, обстежують визначений напрямок, особливо перешкоди через водотоки і яри, перетин існуючих магістралей і інші складні місця. Інколи доводиться дещо зміщувати провішену лінію і пересувати кути повороту, щоб більш зручно розмістити елементи плану і профілю траси і забезпечити мінімальний об‘єм будівельних робіт. Кінцеве положення вершин кутів повороту закріплюють на місцевості.
Кутові вимірювання. При трасуванні часто вимірюють праві кути за ходом, одним прийомом з середньою квадратичною похибкою m = 0,5.
Рис.3. Кутові вимірювання по осі траси
Кути повороту траси визначають, як доповнення до 1800 правого кута за ходом, при повороті лінії вправо за формулою
φпр=180º - β1. (1)
При повороті лінії вліво кут повороту траси обчислюють за формулою
φлів= β2 - 180º (2)
Одночасно з вимірюванням кутів визначають прямі і зворотні румби сторін траси. На прямих ділянках великої довжини (500 - 800 м) встановлюють створні точки, які не повинні відхилятися від створної лінії більше ніж на 1.
Лінійні вимірювання. Вимірювання довжин ліній між точками повороту траси виконуються одночасно з кутовими вимірами. За результатами кутових і лінійних вимірів обчислюють прямокутні координати кутів повороту траси. При ухилах місцевості більше 20 в дожини ліній вводять поправки за ухил (із знаком “мінус”). В залежності від умов місцевості граничну відносну похибку при вимірювані довжин ліній допускають 1:1000 – 1:2000. Довжини ліній вимірюють стальною стрічкою, або світловіддалеміром.
3. Складання та розмічування пікетажу по осі автомобільної дороги
Друге вимірювання довжин ліній між кутами повороту виконують при розмічуванні пікетажу, елементів кривих і поперечних профілів, а також для промірів до точок ситуації, розташованих поблизу траси.
Одночасно з розмічуванням пікетажу ведеться пікетажний журнал (рис.4). В журналі показують вісь траси у вигляді прямої лінії посередині сторінки, на якій в наближеному масштабі наносять всі пікетні і плюсові точки, кути повороту, поперечники, границі перешкод і ситуацію приблизно на 50 метрів в обидві сторони від осі.
Запис в пікетажному журналі ведеться знизу вверх так, щоб права і ліва сторони сторінки відповідали правій і лівій стороні траси за ходом розмічування пікетажу. Кути повороту в журналі показують у вигляді стрілок, направлених вправо чи вліво від осьової лінії в залежності від того, в яку сторону повертає траса. Біля кутів повороту виписують обчислені елементи кривих: кут повороту з показом правий чи лівий, радіус, тангенс, криву, бісектрису, домір; тут же виконують розрахунки пікетажу.
Одночасно з веденням пікетажного журналу, виконують розрахунок пікетажних значень основних точок кривих та пікетажних значень вершин кутів повороту траси і кінця траси.
Рис. 4. Пікетажний журнал
Найпростішим варіантом створення повороту траси є кругова крива, яка сполучає прямі відрізки осі споруди (рис.5). Тому на місцевості закріплюють основні точки кривої: початок кривої (ПК), середину кривої (СК) і кінець кривої (КК). Для того щоб закріпити ці точки на місцевості , необхідно визначити елементи кривої. Розглядаючи (рис.5), видно, що основними елементами кривої є: кут повороту осі споруди , радіус R, тангенс Т, бісектриса Б і домір Д, які обчислюються за формулами нижче приведеними формулами.
Рис.5 Елементи кругової кривої
T=R tg(/2), (3)
Б=R(1/cos (/2)-1), (4)
K=πR /180º, (5)
Д=2Т – К. (6)
Визначені основні елементи кривої , R, Т, К, Б, і Д записують в пікетажний журнал. Пікетажне значення кожної вершини 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 повороту траси; КТ – кінець траси.
Виконують розрахунок пікетажних значень основних точок кривої за формулою
(8)
Контроль обчислень виконують за формулою
(9)
Розходження можуть бути не більше 0,01 м за рахунок заокруглення числа.
4. Польові роботи при технічному нівелюванні
Геометричне нівелювання, яке виконується для будь-яких інженерно-технічних задач, називається технічним нівелюванням. Часто технічне нівелювання виконують при побудові поздовжніх профілів осей лінійних об‘єктів: автодоріг, ліній електропередач і зв‘язку, каналів, траншей і т. ін. В цьому випадку вирішується питання визначення висотного і планового положення точок, розташованих вздовж осі споруди через певні інтервали (50 - 100 м) і додаткових точок, які відтворюють особливості рельєфу місцевості.
Польові роботи при технічному нівелюванні складаються з: підготовчих робіт, рекогностування місцевості, розмічування пікетажу 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 є загальними для всіх суміжних станцій і використовуються для передачі висот на точки ходу. Всі інші точки нівелірного ходу називаються проміжними. Для передачі абсолютних висот від найближчого репера на нульовий пікет прокладають нівелірний хід. Такий вид робіт називають прив‘язкою нівелірного ходу до висотної мережі старших класів. Нівелювання зв‘язуючих точок, виконують із середини, використовуючи технічні нівеліри з відповідними додатковими приладдями. Хід прокладають в одному напрямку з встановленням рейки на дерев‘яні кілочки, забиті в землю, металеві башмаки або костилі, коли точки ходу не закріплюються на місцевості.
При нівелюванні траси необхідно дотримуватися наступних умов:
- нерівність віддалей від нівеліра до задньої і передньої рейок на станції не повинна перевищувати 10 м;
- віддаль від нівеліра до зв‘язуючих точок не повинна перевищувати 150 м;
- візирний промінь нівеліра повинен проходити над поверхнею землі не менше ніж 0,2 м;
- контролювати перевищення на станції повторним вимірюванням. В тих випадках, коли використовують односторонні рейки, другий раз вимірювання перевищення виконують при зміні висоти приладу не менше ніж на 0,1 м. При використуванні двосторонніх рейок, відліки знімають з двох сторін рейки та обчислюють двічі перевищення за відліками, знятими з чорної і червоної сторін рейки. Різниця перевищень не повинна бути більшою 5 мм;
- проміжні точки нівелюють один раз (відліки знімають з чорної сторони) без дотримання рівностей плеч.
5. Камеральна обробка результатів технічного нівелювання
Камеральна обробка результатів технічного нівелювання полягає в тому, що виконують перевірку правильності запису чисел, польових обчислень, урівнювання нівелірного ходу, обчислення висот точок та складають поздовжній і поперечні профілі траси.
Урівнювання нівелірного ходу виконують так:
Обчислюють суму виміряних перевищень між зв‘язуючими точками ходу за формулою:
(10)
де
- виміряні перевищення між зв'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 і початкової точок ходу.
Знаходять нев‘язку в нівелірному ході за формулою
(13)
Обчислюють допустиму нев‘язку в нівелірному ході за формулою
(14)
де L – довжина ходу в км.
Якщо виконується нерівність
то обчислюють поправку до 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 горизонт приладу, обчислюють, за формулою
(18)
де Н0 – висота задньої або передньої зв‘язуючої точки на станції; a – відлік чорної сторони рейки, встановленої на цій точці.
Висота проміжної точки обчислюється за формулою
(19)
де С – відлік по чорній стороні рейки, встановленої на проміжній точці С.
6. Складання поздовжнього і поперечного профілів
Поздовжній профіль земної поверхні складають і викреслюють за результатами обробки польових журналів нівелірного ходу, вимірювання горизонтальних кутів та пікетажного. Оскільки різниця висот точок земної поверхні набагато менша ніж відстань між цими точками, то профілі викреслюють в різних масштабах, тобто відношення масштабів часто приймають 1:10 (рис. 6).
В зв‘язку з тим, що вертикальний масштаб не відповідає горизонтальному, то профіль не буде подібний натурі, але рельєф місцевості на ньому буде відтворюватися більш різко та краще будуть виглядати перегини (підйоми і спуски), що забезпечує кращу його оглядність.
Побудову поздовжнього профілю починають з нанесення сітки, згідно встановленого взірця (рис. 6). Довжини горизонтальних ліній сітки відповідають довжині самої траси в даному масштабі. Викреслювати профіль слід зліва на право.
В рядку “Віддалі” наносять пікети і плюсові точки, зберігаючи відстані між ними згідно масштабу. Відстань між точками дублюють цифровим записом з точністю до 0,01 м.
В рядку “Кілометри” від лінії пікетажу проводять вниз пряму лінію довжиною 5 мм, кінець якої закінчується кружечком діаметром 5 мм, праву половину якого тушують.
В рядку “План траси” умовними знаками наносять ситуацію за результатами пікетажного журналу. Вісь дороги проводять посередині рядка лінією товщиною 0,7 - 0,8 мм, а стрілками показують напрямок ухилу місцевості.
Верхню горизонтальну лінію приймають за умовний горизонт. Висоту умовного горизонту обчислюють за правилом від найменшої висоти точки в журналі відняти кількість метрів що відповідає 8 – 12 сантиметрам по вертикалі вертикального масштабу профілю. Кінцевий результат заокруглюють до цілих метрів
Рис.6.
Поздовжній профіль
В рядку “Висоти поверхні землі” виписують висоти пікетів та характерних точок, так як підписано на (рис.6).
По середині рядка “Прямі і криві” проводять умовний план траси у вигляді прямих і кривих товщиною 0,7 - 0,8 мм. Криві позначають дугами, які повернуті догори, або до низу, в залежності від того, в яку сторону повертає траса. Дуга зверху вказує на поворот направо, а знизу – наліво. Початок і кінець кожної кривої відмічають перпендикуляром, проведеним від лінії пікетажу до траси, з однієї сторони вздовж перпендикуляру підписують відстань до найближчого молодшого пікету в цілих метрах.
На умовному плані траси виписують числове значення основних елементів:, R, T, K, Б і Д.
Поперечні профілі земної поверхні будують в однакових масштабах, як для горизонтальних відстаней, так і для вертикальних. Це дає можливість проектувати на них земляні та інші споруди, а також легко визначити об‘єми земляних робіт (рис. 7).
Рис.7. Поперечний профіль
Поперечні профілі будують в характерних місцях траси. Спочатку наносять пікетну, або плюсову точку, яка одночасно відноситься до поздовжнього і поперечного профілів. В нашому випадку такою точкою є ПК-1 з висотою 164,93 м. В нижньому рядку від осі вліво і вправо відкладають відстань, яка належить поперечному профілю і точці зламу земної поверхні. Відстань між точками записують до цілих метрів.
У верхньому рядку підписують висоти земної поверхні напроти відповідних ординат, з точністю до 1 см. Побудова поперечного профілю виконується так само, як і поздовжнього.
7. Побудова проектної лінії
На профіль наносять проектну лінію, яка відповідає відповідному положенню майбутньої споруди і задовольняє наступні умови:
1) об‘єм земляних робіт при побудові споруди повинен бути мінімальним;
2) проектна лінія не повинна перевищувати максимальний ухил;
3) об‘єми земляних робіт по насипах і виїмках повинні бути приблизно рівні, тобто, щоб землю із виїмки можна було використати для сусіднього насипу.
Ухил і є тангенс кута нахилу лінії, який обчислюють за формулою
(20)
де h – перевищення одного кінця проектної лінії над другим. Висоти кінців проектної лінії визначаються графічно за профілем.
Для кожної пікетної, або проміжної точки профілю находять відповідні теоретичні висоти проектної лінії.
Висота Ні будь–якої точки проектної лінії АВ обчислюється за формулою:
(21)
де hAj – теоретичне перевищення між початковою точкою А і кінцевою точкою j, яке обчислюється за формулою
(22)
де
віддаль між початковою і кінцевою
точками;
ухил.
Таким чином, висота будь-якої точки проектної лінії дорівнює висоті початкової точки цієї лінії плюс добуток ухилу на горизонтальне прокладання між початковою точкою і точкою визначення.
8. Визначення об‘ємів земляних робіт
Для визначення об‘ємів земляних робіт обчислюють різниці між проектними і фактичними висотами одних і тих самих точок, які називають 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, а при виїмках - нижче проектної лінії.
Точка О утворена перетином проектної лінії СD з лінією АВ фізичної поверхні землі, називається точкою нульових робіт (рис.8).
Віддаль Х від пікету до точки нульових робіт визначають на основі подібності трикутників СОА і ВОD. Для цього складають відношення:
Рис.8. Визначення точки нульових робіт
(24)
звідки:
(25)
де -h1 і +h2- абсолютні значення робочих висот в точках, відповідно А і В; S – віддаль між пікетами.
Абсолютні висоти точок нульових робіт обчислюють за формулою
(26)
де НПК – проектна висота пікету в точці А; і – ухил проектної лінії.