Проектирование автомобильных дорог

I. Общие данные для проектирования автомобильной дороги

1.1 Природно-климатические условия района проектирования

Участок автомобильной дороги Соликамск - Кунгур расположен в Пермском крае. Климат умеренно-континентальный. Зима снежная, продолжительная. Лето умеренно теплое. Основные показатели климата приведены в таблицах 1, 2, 3.

Таблица 1

Температура воздуха

Таблица 2

Среднее количество осадков, приведённое к показателям осадкометра (мм)

Основная масса осадков выпадает в летний период и за три летних месяца количество осадков составляет в среднем 310 мм. Зима продолжительная и холодная - до 4,5 месяцев. Начало заморозков наблюдается в первой половине октября, последние в первой половине мая. Продолжительность безморозного периода составляет в среднем - 146 дней.

Таблица 3

Повторяемость и скорость ветра по направлениям

1.2 Установление технической категории дороги и нормативов

1.2.1 Определение перспективной интенсивности движения

Расчёт интенсивности движения автомобилей производится по формуле:

Nгр = (100·Q·f ) / (360·m·n·k·(A·p1+B·p2+C·p3+D·p4+E·p5)) = (100·200000·3) / (360·0,65·0,9·1,0· (8,0·30 + 6,0·30 + 4,5·20 + 12,0·20)) = 432 авт/сут,

где Q - годовой объём грузов, перевезённых в оба направления, равный приблизительно 200000 т;

f - коэффициент сезонности, учитывающий неравномерность перевозок по отдельным месяцам, равный приблизительно 3,0;

m - коэффициент использования пробега (отношение пробега автомобиля с грузом к общему пробегу), равный приблизительно 0,65;

n - коэффициент использования грузоподъёмности, равный 0,9;

k - коэффициент использования автомобилей, равный 1,0;

A, B, C, D - грузоподъёмность автомобилей различных марок, используемых на перевозках в городе Соликамске, равная соответственно 8,0т, 6,0т, 4,5т, 12,0т;

p1, p2, p3, p4, p5 - число автомобилей разной грузоподъёмности в процентах по отношению ко всему автомобильному парку, равное соответственно 30%, 30%, 20%, 20%.

В составе движения на проектируемом участке дороги необходимо учитывать не только интенсивность движения, обусловленную необходимостью перевозок основной массы народнохозяйственных грузов, но и наличие специальных автомобилей, грузовых автомобилей, выполняющих мелкие перевозки по хозяйственно-эксплуатационному обслуживанию производства, легковых автомобилей и автобусов.

Среднегодовая суточная интенсивность движения на основе данных об объёмах грузовых и пассажирских перевозок и структуре автопарка города Соликамска определяется по формуле:

N = Nгр + Nх + Nл + Nа + Nс= 432 + 152 + 503 + 126 + 44 = 1257 авт./сут.,

где Nгр - среднегодовая суточная интенсивность движения грузовых автомобилей, выполняющих основной объём перевозок, равный 432 авт./сут.

Nх - среднегодовая суточная интенсивность грузовых автомобилей, выполняющих мелкие перевозки по хозяйственно-эксплуатационному обслуживанию производства и населения, определяемая по формуле:

Nх = a·Nгр = 0,35·432= 152 авт./сут.,

где a-коэффициент, равный 0,35;

Nл - среднегодовая суточная интенсивность движения легковых автомобилей, определяемая по формуле:

Nл =с·(Nгр+Nх+Nс)= 0,8·(432+152+44)= 503авт./сут.,

где с-коэффициент, равный 0,8;

Nс - среднегодовая суточная интенсивность движения специальных автомобилей (автокранов, автопогрузчиков, трейлеров, техпомощи и т.д.), определяемая по формуле:

Nс=b·Nгр=0,1·432 = 44 авт./сут.,

где b - коэффициент, равный 0,1;

Nа - среднегодовая суточная интенсивность движения легковых автомобилей, определяемая по формуле:

Nа=d·(Nгр+Nх+Nс)= 0,2·(432 + 152 + 44 )= 126 авт./сут.,

где d - коэффициент, равный 0,2;

Данные по интенсивности движения с учетом состава движения сведены в табл. 4.

Таблица 4

Расчёт перспективной интенсивности движения

Приведённая интенсивность движения транспортных средств к легковому автомобилю определяется по формуле:

Nпр=Sgi·Ni=130·2,5+130·2,0+87·2,0+87·3,0+152·2,0+503·1,0+126·3,5+44·1,5 = 2334 авт./сут.,

где gi - коэффициент приведения интенсивности движения различных

транспортных средств к легковому автомобилю;

Ni - интенсивность движения различных транспортных средств

Перспективная интенсивность движения вычисляется по формуле:

N20 = Nпр·qNT-1= 2334·1,0420-1= 4918 авт./сут.,

где Nпр - приведённая интенсивность движения в исходном году, равная 2334 авт./сут.;

qN - коэффициент прироста интенсивности движения, равный 1,04;

Т - расчётное количество лет, равное 20.

1.2.2 Установление технической категории дороги

Руководствуясь специальной литературой, определяем рекомендуемые нормы проектирования. Нормы занесены в таблицу 5.

Таблица 5

Нормы на проектирование участка дороги Соликамск - Кунгур

В соответствии с таблицей проектируемой дороге присвоена III техническая категория.

1.2.3 Определение технических нормативов

Расчётная скорость транспортных потоков определяется по формуле:

V=52 - (0,019 - 0,00014·Pл) ·Nч + 0,22·Pл=52 - (0,019 - 0,00014·22) ·492 + 0,22·22= 40 км/ч,

где Рл - доля легковых автомобилей в потоке, равная 22 %;

Nч - расчётная часовая интенсивность движения в обоих направлениях, определяемая по формуле:

Nч=k1·N20= 0,1·4918 = 492 авт./ч,

где k1 - коэффициент перехода от суточной к часовой интенсивности движения, принятый равным 0,1;

N20 - перспективная среднесуточная интенсивность движения, равная 4918 авт./сут.

Основные технические параметры проектируемой дороги занесены в табл. 6.

Таблица 6

Основные предельные нормы проектирования

II. План и продольный профиль дороги

2.1 План трассы

2.1.1 Разработка вариантов трассы на карте. Установка элементов закруглений

ВУ=15є00'

Т=46,08 R=350м

К=91,63

Д=11,92

Б=3,02

ВУ=26є30'

Т=47,09 R=200м

К=92,50

Д=32,35

Б=5,47

ВУ=52є00'

Т=19,51 R=40м

К=36,30

Д=76,08

Б=4,50

ВУ=59є30'

Т=160,03 R=280м

К=290,77

Д=293,17

Б=42,51

ВУ=9є00'

Т=23,61 R=300м

К=47,12

Д=8,65

Б=0,93

ВУ=14є30'

Т=25,44 R=200м

К=50,61

Д=17,04

Б=1,61

ВУ=23є30'

Т=104,00 R=500м

К=205,08

Д=11,92

Б=54,83

ВУ=12є33'

Т=76,97 R=700м

К=153,33

Д=4,95

Б=4,22

ВУ=6є30'

Т=141,96 R=2500м

К=283,62

Д=146,68

Б=4,03

ВУ=8є57'

Т=46,96 R=600м

К=93,72

Д=1310,39

Б=1,83

ВУ=67є35'

Т=301,15 R=450м

К=530,80

Д=11,92

Б=91,47

2.1.2 Описание вариантов трассы

Воздушная линия между точками А и Б пересекает реку Черную, огороды и отвал. Небольшая часть лежит на пустыре. Прокладка трассы по воздушной линии не целесообразна. Намечаем II варианта трассы.

I Вариант. Трасса проложена традиционным методом, имеет 11 углов поворота на ПК 0+58, 1+83, 3+24, 7+94, 9+57, 10+23, 12+7, 13+90, 17+55, 32+54, 46+77,5 с целью пересечения реки, огородов, производственных построек и отвала под прямым углом и положение трассы через лесной массив. Длина 1 варианта 5120 м.

II Вариант. Трасса проложена традиционным методом, имеет 11 углов поворота на ПК 0+58, 1+83, 3+24, 7+94, 9+57, 10+23, 12+7, 13+90, 17+55, 32+54, 46+77,5 с целью пересечения реки Черной, огородов, производственных построек и отвала под прямым углом и положение трассы через лесной массив. Длина 2 варианта 5000 м.

Вывод: т.к. второй вариант имеет ряд преимуществ, то его принимаем для дальнейшего проектирования.

2.2 Продольный профиль дороги

2.2.1 Подготовка исходных данных и проектирование продольного профиля

Таблица 6

Рекомендуемые рабочие отметки.

1.С учетом типа местности по характеру увлажнения:

hp. =hд.о-С i 0 ,

где hд.о - высота дорожной одежды, м; С-ширина обочины;

i 0 - клон обочины, 40 %=0,04

hp. =0,63-0,04х2,5= 0,53 м

hp. =hзем- С i 0,

где hзем - возвышение поверхности покрытия над поверхностью земли.

hp. =1,9-0,1=1,8 м

hp. =Hв+ hв- С i 0,

где Hв - глубина длительно стоящих вод (количество жидких осадков), м;

hв - возвышение поверхности покрытия над уровнем воды.

hp. =0,56+1,4-0,1=1,86 м

2. С учётом глубины залегания грунтовых вод.

hp. = hгр-Нгр*в- С i 0,

hp. =2,00 м

где hгр - возвышение поверхности над УГВ.

З. С учётом толщины снегового покрова.

hp. =hбр+Hсн. ,

hp = 0,6+1,0=1,6

где hбр - минимальное возвышение бровки насыпи над уровнем снегового покрова для III категории=0,6 м; Hсн - толщина снегового покрова, м.

2.2.2Обоснование и описание проектной линии

Проектная линия нанесена по шаблонам в основном по обертывающим в рекомендуемых рабочих отметках. Незначительное отклонение имеются на участках пересечения в пониженных мест и водотоков. Основные радиусы кривых 350, 200, 40, 280, 300, 500, 700, 2500, 600, 450 м. Основные продольные уклоны 10%, 33%, 37%, 24%, 7%, 5%, 6%. На всем протяжении запроектированная линия обеспечивает в продольном профиле видимость больше минимально допустимой.

Обоснование и описание проектной линии

III. Земляное полотно и дорожная одежда

3.1 Земляное полотно

3.1.1 Поперечные профили земляного полотна

Типовые поперечные профили земляного полотна предусматривают. Тип 1, 2 при Ннас высотой до 2 метров.

Тип 3 при Ннас от 2,0 до 6,0метров.

Внутренний откос выемки 1:3

Тип 8 при Нв до 1 метра на снегозаносимых участках

Тип 9 при Нв от 1 до 5 м на снегозаносимых участках

Примечание. Типовые поперечные профили приняты по типовому проекту.

«Земляное полотно автомобильных дорог общего пользования», серии 503-0-48.87

3.1.2 Подсчёт объёмов земляных работ

Поправки к объёмам земляных работ

1.На устройство проезжей части или корыта

ДY=[S1-(S2+S3+S4)] *L

где S1- площадь сточной призмы проезжей части

S1=C2i0+b(Ci0+bin/2);

S2- площадь сечения дорожной одежды по ширине проезжей части;

S2=bhд.о;

S3- площадь сечения краевых полос;

S3=2Chкп;

S4-площадь сечения укрепления обочин;

S4=2Chy;

где С - ширина обочины; Ь - ширина проезжей части; io, in- уклон обочины, уклон проезжей части; hд.о., hкп, hy- толщина дорожной одежды краевой полосы, укрепление обочины за краевой полосой.

S12=22 *0,04+6(2*0,04+6*0,02/2)=0,16+,84=1 м2

S2 =6*0,65=3,9 м

S3=2*0,6*0,65=0,78

S4=2*0,6*0=0

ДY =[1-(3,9+0,78+0)]*1=3,68

Эта поправка для насыпи вычитается из объёма работ, а для выемки прибавляется к объёмам.

2. На снятие растительного слоя для насыпи и выемки.

Усн=[ В+2*м (Нср+ Hc)*Lhc

где В - ширина земляного полотна; m - коэффициент заложения откосов, m =3; hc- толщина снимаемого растительного слоя; Нcр - средняя величина рабочей отметки; L - длина участка L =1 м.

З.Поправка на разности рабочих отметок определяется по таблице

Митина и прибавляется к объёму насыпей и выемок.

3.2 Дорожная одежда

Исходные данные: 1) категория дороги III

2) перспективная интенсивность движения на 20й год. N20 = 800 3)состав движения:

ЗИЛ-130 - 10%

МАЗ-503А - 5%

ЗИЛ-131В - 15%

ЗИЛ-133Г1- 10%

ГАЗ-53А - 25% Л

АЗ-699И - 5%

Легковые - 30%

4)ежегодный рост интенсивности движения-13%

5)тип местности по характеру увлажнения-2

6)вид грунта земляного полотна "суглинок лёгкий "

7)тип дорожной одежды - облегчённый, III климатическая зона 8)расчёт автомобиль группы - Б

9)требуемый уровень надёжности и соответствующей ему коэффициент прочности Кн=0,85 Кпр=0,09

3.2.1 Определение требуемого модуля упругости

1. Интенсивность движения грузовых машин и автобусов на перспективы 20й год.

N20=(Nзад*(100-% лег. авт.)/100, авт/сут

N20=(800*(100-30)/100=560, авт/сут

2.Суммарная интенсивность движения на конец расчетного периода.

Nсум(20)=(N20*M(10))/M(20)

где м- коэффициент, показывающий увеличение интенсивности движения данного года относительно интенсивности первого года.

Nсум(20)=(800*2,84)/8,06=281 авт/сут.

3.Расчетная интенсивность движения, зависящая от числа полос движения принимается.

Nрасч=0,55* Nсум

Nрасч =0,55*281=155

4. Расчётная приведённая к расчётному автомобилю интенсивность движения. Nрасч.пр.=136

5. Определение требуемого модуля упругости: Етр=150мПа

6.Минимальный модуль упругости:

Еmin=125мПа

Етр > Еmin принимаем 150мПа

3.2.2 Назначение вариантов конструкции дорожной одежд

Конструкция дорожной одежды назначается с учётом типа покрытия, дорожно-климатической зоны, расчёта на приведение интенсивности движения, вида грунта земляного полотна, типу местности по характеру увлажнения.

ТИП 1 покрытие. Плотный, горячий, м/з. асфальтобетон щебёночной смеси типа В, марки (ГОСТ 9128-84), основание. Готовые песчано-щебеночные смеси по ГОСТ 23558-79 укрепление шлаковым вяжущим в количестве 14-18% .Е=550-700, К=0,33-0,4. песок. дополнительный слой основания (песок средней крупности = 100-150 авт/сут.

ТИП 2 покрытие. Горячий пористый к/з. асфальтобетон 11 марки на битуме БНД 90/130 (по ГОСТ9128-97). основание. Фракционированный щебень 1 класса по ГОСТ 25607-94 укладываемый в два слоя.

Песок с добавлением 25%песчано-гравийной смеси.

3.2.3 Расчёт дорожной одежды по упругому прогибу

Расчёт дорожной одежды можно производить с низу вверх или с верху вниз.

Расчёт дорожной одежды по упругому прогибу для 1типа. 1.Расчётное значение влажности грунта

Wp=0,78(1+1,06*0,1)=0,86

2.Расчётное значение модуля упругости грунта. Расчётное значение модуля упругости грунта.

Егр =41(1-1,06*0,007)=40,70

3.Определяем общий модуля упругости на поверхности 3-го слоя.

Eобщ_3=0,62*120=74,4

Определяем общий модуля упругости на поверхности 2-го слоя.

Eобщ_2 =0,34*350=119

Определяем общий модуля упругости на поверхности 1-го слоя.

Eобщ_1=0,07*240=168

Расчёт дорожной одежды по упругому прогибу для 2 типа.

1.Расчётное значение влажности грунта

Wp =0,63(1+1,06*0,1)=0,7

2.Расчётное значение модуля упругости грунта

Егр =41(1-1,06*0 007)=40,70

3.Определяем общий модуля упругости на поверхности 3-го слоя по номограмме находим

Eобщ_3 =0,69*100=69

2)Определяем общий модуля упругости на поверхности 2-го слоя.

Eобщ_2 =0,16*1400=224

3.2.4 Расчет дорожной одежды на сдвиг

1.Средний модуль упругости одежды равен 224 мПа

2.Расчётное значение модуля упругости грунта Eгр = 56,25 мПа

3.Направление сдвига от временной нагрузки tн=0,0135

4.Напряжение сдвига от массы одежды tb=-0,0012

5.Суммарное напряжение сдвига Т= 0,0123

6. Расчётная величина сцепления в активной зоне С= 0,015

7. Коэффициент неоднородности условий работы одежды: по графику находим К=1,03

8. Коэффициент учитывающий особенности работы грунта в конструкции для песка К3=1,3

9.Допустимое сдвигающее напряжение в грунте Tдоп=0,017

10. Коэффициент прочности по сдвигу. Ксдв = 1,1

Напряжение сдвига в грунте значительно меньше допустимого сдвигающего напряжения.

IV. Деталь проекта. Обустройство дороги, организация и безопасность движения

4.1 Автобусные остановки. Пересечения и примыкания

На проектируемом участке дороги предусмотрена одна автобусная остановка, ширина остановочной площадки 3 м, а длина 20 м. Конструкция дорожной одежды на остановочной площадке такая же, как и на основной дороге. На посадочной площадке предусмотрено асфальтобетонное покрытие из крупнозернистой смеси толщиной 8 см по слою фракциоиированного щебня 25 см. Площадь посадочной площадки 20х2=40 м, а остановочной («карман») 20х3=70м~. В целом для остановки эти площади составляют 80 и 120 м .

Автобусная остановка расположена на ПК 18+30.

Пересечения и примыкания. На пересечениях автомобильных дорог интенсивность движения равна сумме интенсивностей по пересекающим дорогам, поэтому условия движения на пересечениях осложняются и для обеспечения его чёткой организации необходимо предусматривать специальное мероприятия.

В одном уровне проектируются пересечения и примыкания, автомобильных дорог Ш категории с дорогами IV и V категорий при перспективной суммарной интенсивности движения на пересечении менее 8000 авт./сут.

Выбор типа и схемы пересечения или примыкания осуществляется на основе аварийного проектирования. Оценка вариантов производится по технико-экономическим показателям и показателям безопасности движения.

При интенсивности движения менее 1000 авт./сут проектируются простые пересечения и примыкания в одном уровне.

На дорогах IV категории на въездах и выездах твердое покрытие устраивают на протяжении в 2 раза меньшем, чем на дорогах 1-111 категорий.

На пересечениях и примыканиях радиусы сопряжений принимают при съездах с дороги IV и V категорий-15 м. на сопряжениях под тупым углом рекомендуются радиусы 30-50 м. На пересечениях и примыканиях предусматриваются установка дорожных знаков, ограждений, направляющих устройств в виде сигнальных столбиков и дорожная разметка по ГОТС23457-79.

Пересечения автомобильных дорог с железными дорогами проектируют в одном и разных уровнях. Пересечения автомобильных дорог 1У и У категорий с железными дорогами следует проектировать в разных уровнях в случаях: при пересечении трёх и более главных железнодорожных путей; при пересечении участков железных дорог со скоростным ~более120км/ч) движением; при расположении железной дороги в выемке; при необеспеченной видимости железнодорожного переезда.

Переезды в одном уровне устраивают только по согласованию с МПС, управлением автомобильной дорогой и Госавтоинспекцией.

Пересечения в одном уровне следует располагать вне пределов станций и путей маневрирования, преимущественно на прямых участках пересекающихся дорог. Угол пересечения должен быть не менее 60 . Переходы автомобильной дороги к пересечению на протяжении 50 м следует проектировать с продольным уклоном не более 30% .

4.2 Технические средства организации дорожного движения

К техническим средствам организации дорожного движения относятся знаки, ограждения и направляющие устройства, дорожная разметка и светофоры. Установлено семь групп дорожных знаков: 1- предупреждающие; 2- приоритета; 3- запрещающие; 4- предписывающие; 5-информационно- указательные; 6- сервиса; 7- дополнительной информации (таблички).

Каждая группа знаков имеет характерную форму, цвет фона и каймы. Дорожные знаки, предусмотренные на проектируемом участке дороги, приведены в ведомости дорожных знаков.

Всего дорожных знаков 19

Дорожная разметка. Как и дорожные знаки, разметка применяется для упорядочения дорожного движения, повышения безопасности и улучшения информации водителей. Разметка производится в соответствии с требованиями ГОСТ 13508-74 и ГОСТ 23457-79.

Различаются две группы разметки: горизонтальная и вертикальная. Каждому виду присвоен номер, состоящий из цифр.

Ограждения и направляющие устройства. При движении по дороге водитель должен ориентироваться на дорожные знаки и разметку проезжей части, которые показывают оптимальные и безопасные условия движения по участкам автомобильной дороги. Соблюдение средств информации водителем значительно улучшает общий режим движения по дороге. Сокращаются дородно-транспортные происшествия, водителю становиться понятным дальнейшее движение по дороге.

В проекте автомобильной дороги разрабатывают график обустройства дороги, где указывают места установки дорожных знаков, ограждений и направляющих устройств, разметки проезжей части дороги.

При движении автомобиля по дороге встречаются участки, где съезд с дороги может вызвать опрокидывание автомобиля или столкновение со встречным транспортными средствами, наезд на предметы и сооружения, расположенные в пределах полосы отвода дороги. Для удержания автомобиля на дороге, минимального разрушения автомобиля и уменьшения тяжести дорожно-транспортного происшествия на обочине вдоль дороги устраивают ограждения барьерного типа. Их изготовляют согласно ГОСТ 26804-86 «Ограждения дорожные металлические барьерного типа». Металлические ограждения способны деформироваться, не разрушаясь и поглощать часть энергии удара с уменьшением травматизма людей. Автомобиль может скользить вдоль ограждения, постоянно гася скорость движения. Ограждения устанавливают на мостах, путепроводах, эстакадах, подходах к искусственным сооружениям, центрально разделительной полосе, обочинах дорог в пределах высоких насыпей, участках параллельно железнодорожным линиям, болотам, водным потокам, оврагам и горным ущельям.

Для ориентирования водителя в направлении дороги на большое расстояние и обеспечения видимости внешнего края обочины в ночное время, во время дождя. Тумана, снегопада устанавливают направляющее устройство в виде столбиков или тумб с искусственным освещением. Высота столбиков 0,75-0,8 м. Сигнальные столбики не предназначены для удержания автомобиля при наезде, и поэтому они легко ломаются при случайном наезде и не наносят повреждения автомобилю. Столбики устанавливают на подходах к кривой и на самой кривой, на вертикальных кривых при радиусах от 200 до 8000 м и кривых в плане от 20 до 600 м. Расстояние между столбиками в зависимости от радиуса назначается от 3 до 50 м.

4.3 Озеленение дороги

К озеленению автомобильной дороге относятся посадки деревьев и кустарников. Для защиты автомобильных дорог от снежных заносов насаждения проектируют в зависимости от объёма снегопереноса и лесорастительных условий в виде живых изгородей или лесных полос. »- район трудной снегоборьбы. Объём снегопереноса 250, в отдельных пунктах 400. Однополосная 8-10 рядная посадка из четырех- шести древесных и двух кустарниковых рядов первый ряд создаётся из низких кустарников, второй - из высоких, третий и последние ряды- из деревьев с плотной и низкой кроной, средние ряды полосы из деревьев с плотной и высокой к оной.