В С Т У П
Автомобільні дороги − найбільш поширений вид лісовозного транспорту. Щороку по них вивозяться сотні тисяч кубічних метрів деревини. Для свого економічного розвитку лісогосподарські і лісопромислові підприємства потребують сітки постійно діючих лісовозних доріг. Система доріг забезпечить транспортні потреби не тільки лісового господарства і лісової промисловості, але також потреби суміжних галузей господарства і населених пунктів.
У зв’язку з усім вище сказаним лісовозні дороги повинні відповідати вимогам державних стандартів України, бути недорогими та функціонувати протягом тривалого часу.
1. ВИЗНАЧЕННЯ ТИПУ РЕЛЬЄФУ МІСЦЕВОСТІ ЗА КАРТОЮ В ГОРИЗОНТАЛЯХ. ВИБІР ОСНОВНИХ ТЕХНІЧНИХ НОРМАТИВІВ ПРОЕКТУВАННЯ ДОРОГИ
Природні умови району будівництва визначають вибір технічних нормативів проектування дороги, розміри та конструкцію окремих її елементів, об’єми будівельних робіт і в кінцевому результаті впливають на вартість спорудження дороги. Дорога буде збудована в умовах Українського Лісостепу.
Тип рельєфу визначається крутістю схилів. Від точки А по напрямку траси є горб , що має найкрутіші схили і відмітку вершини 176.2 м. Від вершини горба до р. Наумки довжина схилу дорівнює 400 м, перепад висот 17,7 м ( 176.2− 158.5 =17,7м). Крутість схилу рівна 17,7: 400 або 1: 23.
Оскільки за напрямком проходження дороги найбільші коливання відміток на 1 км складають менше 50 метрів і найбільші уклони поверхні менші ніж 1:10, то ми відносимо рельєф до рівнинного типу (табл.1.3, [1]). Місцевість мало почленована долинами рік, поодинокими ярами. На місцевості є невисокі вершини з відносними висотами до 50 метрів.
Категорія лісовозної дороги визначається за величиною річного об’єму вивезення деревини. У нашому випадку, коли він складає згідно завдання Q=115 тис. м3. Тому дорогу будемо проектувати за нормативами магістралі ІУл категорії.
Нормативи наведені в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1. − Основні нормативи проектування лісовозної дороги
( категорія магістралі − ІУл, тип рельєфу − рівнинний)
| № п/п | Назва нормативу проектування | Значення | Літературне джерело |
| 1. | Розрахункова швидкість руху, км/год: | 40 | „Будівельні норми і правила” |
| 3. | Число смуг руху | 1 | -”- |
| 4. | Ширина земляного полотна , м | 5,5 | -”- |
| 5. | Ширина проїзної частини , м | 3,5 | -”- |
| 7. | Найменші радіуси кривих плану ( при вивезенні сортиментів), м: | 60 | -”- |
| 8. | Найбільший керівний ухил, ‰ | 40 | -”- |
| 9. | Значення зрівноваженого уклону у холостому напрямку, ‰ | 60 | табл. 2.6 [1] |
| 9. | Алгебраїчна різниця [ ∆i= i1 − i2] суміжних ухилів поздовжнього профілю при якій влаштовуються вертикальні криві, ‰ | 20 і > | Будівельні норми і правила |
| 10. | Розрахункова віддаль видимості, м : А− поверхні дороги Б− зустрічного автомобіля | 75 100 | Будівельні норми і правила |
| 11. | Найменші радіуси вертикальних кривих у поздовжньому плані, м: А− випуклих Б− увігнутих | 1200 600 | Будівельні норми і правила |
| 12. | Товщина засипки над трубами, м: | 0,5м і більше | с. 34 [ 1] |
| 13. | Найменше підвищення низу дорожнього покриття, м: – над поверхнею землі – над рівнем підземних вод | 0,6 1,4 | табл. 2.5 [ 1] табл. 2.5 [ 1] |
- ПРОЕКТУВАННЯ ПЛАНУ ЛІСОВОЗНОЇ АВТОМОБІЛЬНОЇ ДОРОГИ
Від вибору положення траси дороги на місцевості залежить якість проекту дороги, її будівельна вартість і експлуатаційні показники роботи.
На карті в горизонталях в напрямку від пункту А до пункту Б прокладаємо 2 варіанти траси. При цьому в умовах рівнинного рельєфу використаємо вододільні та поперечно-вододільні ходи. План траси наносимо на карту.
Варіант 1. Траса дороги прокладена по прямій лінії з пункту А в пункт Б. Довжина траси 1920 м. Перевагою цього варіанту є те, що дорога проходить по найкоротшій лінії, не матиме кривих плану і коефіцієнт видовження траси складе 1,00. Основними недоліками цього варіанту траси є наступні:
− дорога пройде біля вершин горбів з відмітками 176.2 м і 189.1 м;
− дорога перетне заболочену долину р. Наумка не у найвужчому місці ( ширина заболоченої долини 230 м);
− дорога пройде по краю заболоченої долини річки Крейдяної.
Варіант 2. Траса дороги обмине вершини горбів з відмітками 176.2 м і 189.1 м та заболочену долину річки Крейдяної. При цьому вона перетне долину р. Наумки у трохи вужчому місці (ширина заболоченої долини 200 м). На дорозі буде два повороти: один вліво і один вправо. Величини кутів повороту відповідно α1=16º30´ та α2=14º.
Приймаємо радіус повороту рівним R=500 м. Елементи колових кривих плану обчислюємо за формулами (с. 21−22, [1]):
Перша крива.
α1=16º30´ R1=500 м
T1= R×tg( α/2) = 500×tg 8º15´ =500×0.1450= 72,50 м
де: R− прийнятий радіус кривої, м;
α − значення кута повороту траси, град.
Рис. 2.2. Елементи колових кривих плану
Довжина кривої K1= (π×R×α ): 180 = (3,14×500×16,5) : 180=143,92 м
Дорожня бісектриса Б1=R×( 1: cos α/2 − 1)=500×(1: cos 8,25º−1)= 5,23м
Домір Д1=2T−K =2×72,5 − 143,92=1,08 м
Пікет початку першої кривої ПК= ВКП−Т = ( ПК–8 + 00 )−72,50= ПК-7+27,50 м
Пікет кінця колової кривої КК= ПК + К= (ПК–7+27,50) + 143,92 = ПК-8+71,42м
або КК= ВКП+ Т− Д = ПК-8 + 00,00 + 72,50 − 1,08= ПК-8+71,42 м
Друга крива. Розрахунок елементів проводимо аналогічно до попередньої кривої.
α2=14º R2=500 м
T2= R×tg( α/2) = 500×tg 7º =500×0.1228= 61,39 м
Довжина кривої K2= (π×R×α ): 180 = (3,14×500×14) : 180=122,11 м
Дорожня бісектриса Б2=R×( 1: cos α/2 − 1)=500×(1: cos 7º−1)= 3,75м
Домір Д2=2T−K =2×61,39 − 122,11=0,67 м
Пікет початку другої кривої ПК= ВКП−Т = ( ПК-13+ 20.0 )−61,39= ПК-12+58,61 м
Пікет кінця колової кривої КК= ПК + К= (ПК–12+58,61) + 122,11 = ПК-13+80,72м
або КК= ВКП+ Т− D = ПК-13+ 20.0 + 61,39 − 0,67= ПК-13+80,72 м
Траса закінчується на пікеті ПК-19 + 30,00 м. Таким чином загальна довжина траси складе 1930 м. Обчислені елементи кривих плану, а також довжини і румби прямих вставок зводимо у табл. 2.1.
Віддаль по прямій між точками А та Б рівна 1920 м. коефіцієнт видовження траси складає k = 1930 : 1920= 1,01.
Таким чином, другий варіант є більш раціональним. При цьому коефіцієнт видовження траси не перебільшив заданого рівня − не більше 1,12.
Отже, приймаємо як основний другий варіант траси з двома поворотами: вліво на 16º30´та вправо на 14º градусів.
На карті з горизонталями виконано трасування дороги і нанесено розгорнутий план траси.
Таблиця 2.1. − ВІДОМІСТЬ ПРЯМИХ І КРИВИХ ПЛАНУ
| № кута повороту | Вершина кута | Кут повороту | Елементи кривої | Початок кривої | Кінець кривої | Довж. прямої, м | Румб | ||||||||
| пікет | плюс | вліво | вправо | Радіус | тангенс | довжина | бісектриса | домір | пікет | плюс | пікет | плюс | |||
| − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | 727.50 | ПнСх 86º30´ |
| 1 | 8 | 00,0 | 16º30´ | − | 500 | 72,50 | 143,92 | 5,23 | 1,08 | 7 | 27,50 | 8 | 71,42 | − | − |
| − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | 387.19 | ПнСх 70º |
| 2 | 13 | 20,00 | − | 14º | 500 | 61,39 | 122,11 | 3,75 | 0,67 | 12 | 58,61 | 13 | 80,72 | − | − |
| − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | 549,28 | ПнСх 84º |
| Разом | − | − | − | − | − | − | 266,03 | − | − | − | − | − | − | 1663,97 | |
Загальна довжина траси L=266.03+1663.97= 1930 м. Віддаль між точками А і Б по прямій лінії l=1920 м
Коефіцієнт видовження траси дорівнює k = L : l = 1930 : 1920= 1,01
- ПОЗДОВЖНІЙ ПРОФІЛЬ ДІЛЯНКИ ДОРОГ
Поздовжній профіль автомобільної дороги − це креслення вертикального розрізу дороги по її осі , яке виконується в масштабах: горизонтальному 1:5000, вертикальному 1:500. Під поздовжнім профілем креслимо умовний план дороги з нанесенням румбів, довжин ліній, кутів повороту, елементів кривих плану тощо.
Положення проектної лінії поздовжнього профілю та її робочі відмітки знаходимо з врахуванням всієї сукупності факторів, що впливають на будівництво ( таблиця 1.1 та ін.).
Відмітки поверхні землі обчислені за значеннями відміток суміжних горизонталей (стор. 31-32 [ 1] ).
Проектну лінію наносимо обгортувальною, тобто вона в основному повторює рельєф місцевості по осі дороги.
Спочатку розміщуємо штучні споруди: міст через р. Наумку, залізобетонні труби у тальвегах тощо. Товщина засипки над трубами не менше 0.5 м. Необхідно також врахувати мінімальне підвищення брівки земляного полотна на затоплюваній заплаві р. Наумки. Згідно табл. 2.5 [ 1] найменше підвищення низу дорожнього покриття у нашому випадку на глинистому ґрунті у ІІІ дорожньо-кліматичній зоні рівне 0.6 м над поверхнею землі та 1.4 м над рівнем підземних вод.
Найбільший допустимий керівний уклон у вантажному напрямку приймаємо 40 ‰ (табл. 2.6 [1] ). Значення зрівноваженого уклону у холостому напрямку приймаємо рівним 60 ‰ (на 20‰ більшим від керівного уклону (с.35[ 1])).
На переломах проектної лінії поздовжнього профілю передбачаємо вертикальні криві при алгебраїчній різниці уклонів 20‰ і більше. Розрахунок елементів вертикальних виконуємо згідно рис. 2.13 [1] і формул (с. 40 [1]).
Довжина кривої, м К≈Rв×Δi/1000;
тангенс вертикальної кривої, м T≈K/2;
бісектриса кривої, м Б=T2 /2 Rв
де Rв− радіус вертикальної кривої, м; Δi=і1–і2 − алгебраїчна різниця уклонів, які сполучаються, ‰.
Рис. 3.2. Розрахункова схема для визначення елементів
вертикальної кривої
Результати виконаних розрахунків заносимо у відомість вертикальних кривих (табл.3.1).
Таблиця 3.1. − Відомість елементів вертикальних кривих
| № п/п | Вершина кута перелому поздовж. профілю | Величина уклонів | Алгебраїчна різниця | Елементи вертикальних кривих, м | |||||
| пікет | плюс | і1 | і2 | Δi | Rв | т | к | б | |
| 1 | 1 | 00 | 26 | 0 | 26 | 600 | 15,60 | 7,80 | 0,05 |
| 2 | 3 | 00 | 0 | 45 | 45 | 600 | 27,00 | 13,50 | 0,15 |
| 3 | 4 | 00 | 45 | 25 | 20 | 1200 | 24,00 | 12,00 | 0,06 |
| 4 | 8 | 00 | 12 | −15 | 27 | 1200 | 32,4 | 16,2 | 0,11 |
| 5 | 13 | 00 | 0 | 45 | 45 | 600 | 27,00 | 13,5 | 0,15 |
| 6 | 16 | 00 | 28 | 0 | 28 | 1200 | 33,60 | 16,8 | 0,12 |
| 7 | 17 | 00 | 0 | 35 | 35 | 600 | 21,00 | 10,5 | 0,10 |
| 8 | 18 | 30 | 35 | −35 | 70 | 1200 | 84,00 | 42,00 | 0,74 |
Позначення вертикальних кривих наносимо на поздовжній профіль квадратною дужкою з підписом їх радіусів тангенсів і бісектрис. Мінімальна відстань між вершинами сусідніх переломів рівна 50 метрам (стор. 40 [1]).
Після нанесення проектної лінії поздовжнього профілю та визначення уклонів окремих елементів обчислюємо проектні ( червоні) відмітки.
Різниці між проектними і червоними відмітками називаються робочими відмітками. Робочі відмітки насипів пишемо над проектною лінією дороги, а відмітки виїмок − під нею.
- ПРОЕКТУВАННЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
В ПОПЕОРЕЧНОМУ ПРОФІЛІ
Земляне полотно лісовозної дороги будемо будувати з місцевих ґрунтів. Воно послужить основою для дорожнього покриття. На будівництві застосуємо три основних типових профілі земляного полотна (рис. 2.16 [1]), відповідно для насипів висотою до 1м,насипів висотою від 1 до 6 м, та для виїмок глибиною до 12 м (рис. 3.1). Дорогу проектуємо з однобічним рухом (табл.1.1). Через кожні 400 м на віддалі видимості, але не далі як через 500 м ( с. 44 [1] ) на дорозі проектуємо влаштовувати роз’їзди трапецеїдальної форми (рис. 3.2). Всього буде 4 роз’їзди. Розрахунок роз’їзду зводиться до визначення його ширини та загальної довжини.
Рис.4.1 Розрахункова схема
для визначення елементів роз’їзду
Згідно формули 2.46 [1] загальна довжина роз’їзду Lр дорівнює:
Lр= Lа + 2Lм = Lа + 4×√ (Rп×k) .
де: Lа − довжина автопоїзда,м;
Lм − відстань, де автопоїзд здійснює маневр, м
Lа= lхл + L − a1
де: lхл − довжина пачки лісу (сортиментів). Згідно завдання lхл =10 м
L − віддаль від переднього буфера до задньої осі автомобіля. Для автомобіля ЗИЛ-131 L = 5323 мм (табл. 6.1[1]).
a1 − передній звис пачки лісу. a1=1 м при схемі автопоїзда автомобіль + розпуск.
Lа= lхл + L − a1= 10.0 +5,32 − 1.0 =14,32 м
Lм= 2 ×√ (Rп×k)
де: Rп − найменший радіус повороту завантаженого автомобіля. Rп= 20…30 м (с. 44 [1]). Приймаємо Rп= 25 м
k − віддаль між осями зустрічних автомобілів.
k=m+d
де: m − ширина автопоїзда m=2500 мм (табл. 6.1[1])
d − віддаль між зустрічними автомобілями. d=0,6…0,8м
k=m+d= 2,5+0,7= 3,2 м
Lм= 2 ×√ (Rп×k) =2 ×√ (25,0×3,2) =2×8,9=17,8 м
Довжина роз’їзду дорівнює
Lр= Lа + 2Lм = 14,32+ 2×17,8 =14.3+ 4×8,9= 49,9 м.
Приймаємо довжину роз’їзду рівною 50 м.
Ширина земляного полотна на прямих плану
B=b+2 c,
де b − ширина проїзної частини , м; c − ширина обочини, м. Приймаємо за нормативами „Будівельних норм і правил” (табл.1.1) нашої роботи b=3.5 м, с = 1.0 м, В= b+2 c= 3,5+2×1.0= 5.5 м
Ширину проїзної частини можна розрахувати за формулами (рис.4.2):
− для односмужної проїзної частини нашої лісовозної дороги
b=s+2 а = 1.8 + 2×0, 5= 2,8 м
В= b+2 c=2,8+ 2×1,0=4,8 м
Рис. 4.2. Розрахункові схеми для визначення ширини земляного полотна та проїзної частини: а− односмужної дороги; б − двосмужної дороги та роз’їздів.
Для роз’їздів ширину проїзної частини рахуємо як для двосмужної дороги (рис. 4.2):
b=s+d+m+2a= 1,82+2,5+ 0,7+2×0,5= 6,0 м
В= b+2 c=6,0+ 2×1,0=8,0 м
де: s − ширина колії автомобіля, м. Для автомобіля ЗИЛ-131 s=1.82 м
d − габаритна ширина автомобіля. Для автомобіля ЗИЛ-131 d =2.5 м
m − найменша допустима відстань між зустрічними автомобілями по ширині дороги, м. Приймається рівною 0,6…0,8 м (с. 44 [1]).
a − відстань від середини сліду колеса до кромки проїзної частини( дорівнює 0,4…0,5м (с. 45 [1]).
Ширину земляного полотна на прямих плану приймаємо згідно існуючих нормативів проектування b=3.5 м, с = 1.0 м, В= 5.5 м.
А на роз’їздах ширину земляного полотна приймаємо згідно виконаних нами розрахунків: b=6,0 м, с = 1.0 м, В=6,0+ 2×1=8,0 м.
Крутість укосів насипів висотою до 1 м, які зводять з нескелястих ґрунтів, а також крутість внутрішніх укосів канав і резервів назначається рівною 1:1,5 (с.46 [1]). Для насипів висотою понад 1м крутість укосів приймаємо із табл.2.10 [1], а для виїмок − табл. 2.11[1].
Для насипів висотою від 1 м до 6 м та для виїмок у глинистих (згідно завдання) ґрунтах крутість укосів приймаємо рівною 1: 1,5.
Поперечні уклони проїзної частини приймаємо рівними 20-30‰ (табл.2.12 [1]). Поперечні уклони земляного полотна при коритному і напівкоритному профілю приймаємо такими самими, а уклони обочин − 40‰ (згідно табл. 1.12 [1] на 20 ‰ більшими від уклонів проїзної частини).
Канави біля насипів та кювети у виїмках проектуємо трапецеїдальної форми. Їхні розміри та крутість укосів беремо із табл. 2.13 [1]
Глибина (у ІІІ кліматичній зоні) канав при насипах − 0,6м, кюветів у виїмках − 0,8 м. Ширина канав і кюветів по дну − 0,4 м. Крутість внутрішніх і зовнішніх укосів 1:1,5 .
- РОЗРАХУНОК ПРОФІЛЬНОГО ОБ’ЄМУ
ЗЕМЛЯНИХ РОБІТ
Розрахунок профільного об’єму земляних робіт здійснюється за відповідними формулами по ділянках між двома суміжними робочими відмітками поздовжнього профілю окремо для насипів і виїмок.
Поздовжній профіль
| Пікет | Плюс | Відмітки поверхні (чорні) | Проектні відмітки (червоні) | Робочі відмітки | ||||
| 0 | 165,00 | 165,6 | 0,60 | |||||
| 0 | 70,00 | 162,50 | 163,78 | 1,28 | ||||
| 1 | 161,80 | 163,00 | 1,20 | |||||
| 2 | 159,98 | 163,00 | 3,02 | |||||
| 60 | 158,61 | 163,00 | 4,39 | |||||
| 2 | 70 | 158,61 | 163,00 | 4,39 | ||||
| 3 | 158,96 | 163,00 | 4,04 | |||||
| 4 | 166,80 | 167,50 | 0,70 | |||||
| 5 | 169,38 | 170,00 | 0,62 | |||||
| 6 | 170,00 | 171,17 | 1,17 | |||||
| 7 | 171,25 | 172,33 | 1,08 | |||||
| 8 | 172,50 | 173,50 | 1,00 | |||||
| 9 | 171,50 | 172,00 | 0,50 | |||||
| 10 | 169,38 | 170,50 | 1,12 | |||||
| 11 | 168,43 | 170,50 | 2,07 | |||||
| 12 | 169,25 | 170,50 | 1,25 | |||||
| 13 | 169,80 | 170,50 | 0,70 | |||||
| 14 | 174,16 | 175,00 | 0,84 | |||||
| 15 | 177,14 | 177,75 | 0,61 | |||||
| 16 | 180,27 | 180,50 | 0,23 | |||||
| 16 | 20 | 180,31 | 180,50 | 0,29 | ||||
| 17 | 178,13 | 180,50 | 2,37 | |||||
| 18 | 183,13 | 183,96 | 0,83 | |||||
| 18 | 30 | 184,37 | 185,00 | 0,63 | ||||
| 19 | 182,50 | 182,55 | 0,05 | |||||
| 19 | 30 | 180,00 | 181,50 | 1,50 | ||||