Изыскания и проектирование автомобильных дорог

Министерство образования науки РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИНСТИТУТ АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра изысканий и проектирования транспортных сооружений

Курсовой проект

На тему: «Изыскания и проектирование автомобильных дорог»

Выполнили ст.

гр. АД-1-14

Шашлов Н.А.

Проверил: ст. преподаватель

Попов В. М.

Волгоград 2016 г

Раздел 1. Обоснование параметров проектируемой дороги

1.1 Общая характеристика района проектирования автомобильной дороги

Оренбургская область находится в глубине единого Евроазиатского материка. Оренбургская область протянулась вдоль южной кромки Уральского хребта на семьсот пятьдесят километров. Область входит в состав Приволжского федерального округа, граничит с Самарской и Челябинской областями, республиками Татарстан и Башкортостан, а также тремя регионами Республики Казахстан.

Площадь - 124 тыс.кв.км

Численность постоянного населения на 1 января 2006 года - 2137,9 тыс.человек

Областной центр - город Оренбург (551,6 тыс.чел.)

Климат Оренбургской области

Территория области лежит в глубине континента на значительном удалении от океанов. Континентальное положение сильно сказывается на климате и почвенно-растительном покрове Оренбуржья.

Климат области континентальный, с жарким, сопровождающимся суховеями летом и холодной зимой с устойчивым снежным покровом. Абсолютная амплитуда колебаний между крайними значениями температур велика и достигает 85°С. Зима отличается постоянством отрицательных температур и суровыми морозами, достигающими -40°С...-49°С. Лето солнечное и жаркое, в дневные часы, особенно в июле, температура нередко поднимается до +35°С...+40°С.

Вегетационный период около 180 дней. Характерной чертой климата области является его засушливость. Выпадающие летом осадки не успевают впитываться в почву, так как высокие температуры воздуха способствуют их быстрому испарению.

Осадки на территории области распространяются неравномерно. Их количество убывает с северо-запада (450 мм в год) на юго-восток (260 мм в год). Максимальное количество осадков выпадает на хребте Малый Накас (до 550 мм в год). Примерно 60-70 процентов годового количества осадков приходится на теплый период, что несколько сглаживает засушливость климата.

Низкая обеспеченность оренбургских степей влагой часто приводит к засухе. За последнее столетие в северо-западных районах области сильные и средние засухи наблюдались один раз в 3-4 года, а в южных районах один раз в два-три года.

Продолжительность залегания снегового покрова составляет от 135 дней на юге до 154 дней на севере. Средняя из наибольших декадных высот снежного покрова за зиму колеблется от 60 до 20 см, уменьшаясь с севера на юг. Глубина промерзания почвы достигает в среднем на северо-западе 70 см, в восточных районах - 1 м.

Для степей Оренбуржья характерны жестокие метели, наблюдающиеся при сильном ветре и низкой температуре, которые называются буранами.

Снежный покров устойчиво ложится в конце ноября. Максимальной высоты снежный покров достигает в первой - второй декадах марта и может превышать 110 см. В среднем по области высота снежного покрова в этот период составляет 22-50 см. Сход снежного покрова в среднем, но области приходится на первую половину апреля.

Средняя месячная и годовая температура воздуха:

Осадки

- среднее количество осадков за год мм 358

- распределение осадков в течение года по месяцам, мм

январь 28мм

февраль 20мм

март 20мм

апрель 25мм

май 27мм

июнь 37мм

июль 39мм

Повторяемость различных направлений ветра в Оренбургской области, %

Ветровой режим:

- повторяемость направлений ветра и штилей %

С 10

СВ 8

В 20

ЮВ 9

Ю 12

ЮЗ15

З 16

СЗ 10

Штиль 3,9

Руководящая отметка

Руководящую рабочую отметку земляного полотна определяют по условию снегонезаносимости следующим образом:

водопропускной автомобильный земляной дорожный

hр = hs+ h;

где hs - расчетная высота снежного покрова;

h - возвышение бровки насыпи над расчетным уровнем снежного покрова, необходимое для ее незаносимости.

hр = hs+ h=1,1+0,7=1,8м.

Климатическая зона - это широкая область земной поверхности, внутри которой создаётся приблизительно однородный климат по всей протяжённости такой области. Земля делится на 4 условные основные зоны: полярную, умеренную, субтропическую и тропическую. В основном, природно-климатическое зонирование возникает из-за разного прогревания поверхности Земли своим светилом - Солнцем. Основное деление происходит вдоль меридианов. Внутри России деление на климатическое зоны в основном совпадает с двадцатым, сороковым, шестидесятым и восьмидесятым меридианами - то есть, кратными 20.

Оренбургская область находится в III климатической зоне.

1.2 Исходные данные для проектирования проектной линии продольного профиля

1. Автомобильная дорога II категории Оренбургская область

2. Продольный профиль поверхности земли.

3. Наибольший допустимый продольный уклон 40%.

4. Наибольшие радиусы вертикальных кривых:

Выпуклых 15000 м

Вогнутых 5000 м

5. Толщина снежного покрова 1.8 см.

6. Грунт: Суглинок лёгкий.

7. Контрольные отметки на пикетах

Так как проектируемая дорога располагается в равнинной местности, проектируем проектную линию по обертывающей, избегая больших насыпей.

Максимальный продольный уклон imax=35 ‰ на участке с ПК72+60 по ПК74+05.

Вертикальные кривые вписаны во все переломы проектной линии, алгебраическая разность которых,для дорог 2-ой категории превышает 5‰. Радиус вертикальных кривых принят : для вогнутых кривыхR = 5.000; выпуклых R = 15.000.

В пониженных местах для отвода поверхностных вод запроектированы водопропускные трубы. Трубы расчитаны по максимальному расчёту от ливневых и талых вод на ПК 49+00. Для продольного водоотвода предусмотрено устройство кюветов и железобетонных сбросов.

Поперечные профили земляного полотна назначены по типовому проекту 503-0-048.87. 'Земляное полотно автомобильных дорог общего пользования'

В зависимости от высоты насыпи в проекте назначено 3 типа поперечного профиля.

Тип 2: H до 3 м. насыпь с заложением откосов 1:m =1:4.

Тип 3: H до 6 м. с заложением откосов 1:m =1:1,5.

Тип 4: Н до 12 м. спеременным заложение откосов 1:5; 1:1,75 (1:2)

Подсчёт объёма земляных работ производится по таблицам Митина Н.А. с учётом поправок на разность рабочих отметок растительного слоя и величины дорожной одежды.

Объём насыпи: 402985,37м3.

Земляное полотно возводится из бокового резерва и привозного грунта из грунтовых карьеров. Откосы земляного полотна укрепляют засевом трав по слою растительного грунта h = 13 см.

Ведомость земляных работ прилагается.

1.3 Обоснование параметров автодороги

Определение ширины проезжей части:

1 - ось проезжей части; 2 - кромка проезжей части; 3 - бровка земляного полотна; 4 - подошва насыпи; а - ширина обочины; в - ширина кузова автомобиля; с - поперечная база колёс автомобиля; х, у - зазор безопасности; П - ширина полосы движения; В п.ч.- ширина проезжей части; В з.п - ширина земляного полотна

В з.п=2*П+2*а=2*3,75+2*4,46=16,41 м

а - по СНиП для II=3.75 м

х=у=0,5+0,005*Vp;

Vp=120 км/ч =>

х=у=1,1П=+х+у=+1,1+1,1=4,46 м

1.4 Определение видимости на автодороге

а) Видимость поверхности дороги, по схеме одиночного торможения:

l0 - расстояние безопасности; l1 - путь пройденный автомобилем за время реакции водителя; k - коэффициент эксплуатационного состояния тормозов; Sт - тормозной путь

Sт= = = 136,06 м

?пр= 0,5; i=0; k=1.2

l1 = = = 33,3 м

Sпд = 136,06+33,3+10=179,36 м

б) Видимость встречного автомобиля, по схеме обгона.

l1=путь пройденный за время решения водителем идти на обгон; l2=путь пройденный от момента начала обгона до выравнивания со вторым автомобилем; l5=путь пройденный автомобилем 3 за время манёвра автомобиля 1

l3=10 м.

l1= = = 33.3 м

l2 =

ST1 = = = 136,06 м

ST2 = = = 27,56 м

l2= = 186м

l5= 2* l2 = 186*2=372 м.

Sва= l1+4*l2+l0;

Sва= 890,06 м

1.5 Расчет минимальных радиусов на дороге в плане

а) Без устройства виража

===1259,84м

=0,020(по СНиП т.7)

б) С устройством виража

=

Расчет минимальных радиусов вертикальных кривых

а) Выпуклые кривые

d=1,2

б) Вогнутые кривые

=2215,38 м

Параметры автодорог:

Раздел 2. Проектирование дорог в плане

1. Необходимо обеспечить минимальную длину трассы (воздушная линия).

2. Обходить населенные пункты.

3. Избегать пересечения с автомобильными и железными дорогами.

Если невозможно избежать пересечения с ад, то пересечение необходимо выполнить под углом не менее При этом пересечения устраиваются в двух уровнях, если: III кат с III при условии, что интенсивность (Путепроводы имеют габарит в остальных случаях пересекаются в одном уровне, тогда надо обеспечить подход к существующей дороге в нулевых отметках: I-III кат. с ж/д в разных уровнях.

4. По возможности обходить: лес,болота и овраги.

5. Избегать пересечение с водными преградами.

6. Учитывать рельеф местности (расположение горизонталей)

7. Необходимо запроектировать два варианта дороги.

Первый вариант трассы:

Трасса проложена в северо-западном направлении. Ее длина составляет 7405 м, запроектировано 2 угла поворота. Величина углов поворота составляет 46000000` и 44000000` градусов. На своём протяжении трасса пересекает на ПК 33+25 дорогу, необходимо запроектировать путепровод. Так же трасса проходит через реку на ПК20+50,в месте пересечения запроектирован мост, также на в местах понижения рельефа располагаем трубы, а в частности на ПК15+00,ПК26+00,ПК39+00,ПК51+20, ПК55+00.Трасса проходит по равниной местности. Видимость в плане обеспечена. Конец трассы на ПК 74+05.

Второй вариант трассы:

Трасса проложена в северо-западном направлении. Длина составляет 7742 м, запроектировано 4 угла поворота. Величина углов поворота составляет 64000000`,45000000`,25000000`,19000000`. На своём протяжении трасса пересекает на ПК26+50 дорогу, необходимо предусмотреть путепровод, на ПК13+00 пересекает реку, необходимо запроектировать мост. Трасса частично проходит по пересечённой местности. Видимость в плане обеспечена. Конец трассы на ПК 77+42

Вывод:

По результатам сравнения 2-х вариантов трассы выбираем вариант №I для дальнейшего проектирования т.к. он имеет больше преимуществ.

Раздел 3. Проектирование продольного профиля АД

Соблюдаем все контрольные точки :

а) фиксированные - пересечения с АД, ЖД, реками,Hр.р.

б) полуфиксированные - места установки труб и min и max значения насыпи и выемки. (Нчр+dтрубы +1м)

Проектируем красную линию в виде ломаной с отрезками не менее 3-х пикетов.

В местах пересечения ЖД и АД учитываем габариты пересечения, либо устраиваем пересечение в нулевых отметках: АД 4,5-6 м; ЖД 6,5-7,5 м.

3.1 Проектная линия

1)ПК0=157,5 ПК3=160,0

I1=(160-157.5)/300=0.008

ПК3=157,5+300*0,008=159,9

2)ПК3=159,9 ПК8+50=157,5

I2=(159,9-157,5)/550=0,004

ПК8+50=159,9-0,004*550=157,7

3)ПК8+50=157,7 ПК14+65=159,5

I3=(159,5-157,7)=0,003

ПК14+65=157,7+0,003*615=159,5

4)ПК14+65=159,5 ПК22+20=148,0

I4=(159.5-148.0)/755=0.015

ПК22+20=159,5-0,015*755=148,2

5)ПК22+20=148,2 ПК33+25=175,5

I5=(175,5-148,2)/1105=0,025

ПК33+25=0,025*1105+148,2=175,8

6)ПК33+25=175,8 ПК39+00=164,0

I6=(175.8-164.0)/575=0.021

ПК39+00=175,8-0,021*575=163,73

7)ПК39+00=163,73 ПК46+75=177,0

I7=(177.0-163.73)/755=0.017

ПК46+75=163,73+0,017*755=176,9

8)ПК46+75=176,9 ПК52+50=172,5

I8=(176.9-172.5)/575=0.008

ПК52+50=176,9-0,008*575=172,3

9)ПК52+50=172,3 ПК60+65=177,5

I9=(177,5-172,3)/815=0,006

ПК60+65=172,3+0,006*815=177,2

10)ПК60+65=177,2 ПК70+50=170,0

I10=(177,2-170,0)/985=0,007

ПК70+50=177,2-0,007*985=170,3

11)ПК70+50=170,3 ПК74+05=158

I11=(170,3-158)/355=0,035

ПК74+05=170,3-0,035*355=157,87

3.2 Расчёт вертикальных кривых

;

K=R*(;

;

Для вогнутых кривых принимаем R=5000 м. Для выпуклых R=15000 м.

1) R=15000

Т=90 м; К=180 м; Б=0.27м.

2) R=5000

Т=17.5 м; К=35 м; Б=0.03 м.

3) R=15000

Т=135 м; К=270 м; Б=0.6 м.

4) R=5000

Т=100 м; К=200 м; Б=1.0 м.

5) R=15000

Т=345м; К=690 м; Б=3.96 м.

6) R=5000

Т=95 м; К=190 м; Б=0.9 м.

7) R=15000

Т=187.5 м; К=375 м; Б=1.17 м.

8) R=5000

Т=35 м; К=70 м; Б=0.12 м.

9) R=15000

Т=97.5 м; К=195 м; Б=0.32 м.

10)

Т=210м; К=420 м; Б=1.47 м.

3.3 Расчёт кривых в плане

Первый вариант трассы

ВУ1=ПК 28+25.00

=46000000`

Т=0,42447*1000=427,47м

Тз=Т+?Т=427,47+50,174м

Б=0,8636*1000=86,36м

Бз=Б+?Б=86,36+0,452=86,812м

К=0,802852*1000=802,85

Кз=К+?К=802,85+100=902,85м

Д=0,04609*1000=46,09м

Дз=(2Т-?К)+Д=46,438м

R=1000 м

Проверка:

ВУ2=ПК 54+78,21

=44000000`

Т=0,40403*2000=808,06м

Б=0,07853*2000=157,06м

К=0,76794*2000=1535,88м

Д=0,04012*2000=80,24м

R=2000 м

Проверка:

ПККТ=ПК74+05,00

Второй вариант трассы

ВУ1=ПК 10+50,00

=64000000`

Т=0,62487*800=499,896м

Тз=Т+?Т=499,896+60,456=560,352м

Б=0,17918*800=143,344м

Бз=Б+?Б=143,344+0,89=144,234м

К=1,11701*800=893,608м

Кз=К+?К=893,608+120=1013,608м

Д=0,13273*800=106,184м

Дз=(2Т-?К)+Д=0,912+106,184=107,096м

R=800 м

Проверка:

ВУ2=ПК19+78,256

=45000000`

Т=0,41421*800=331,368м

Тз=Т+?Т=331,368+60,3=391,668м

Б=0,08239*800=65,912м

Бз=Б+?Б=65,912+0,815=66,727м

К=0,78540*800=628,32м

Кз=К+?К=628,32+120=748,32м

Д=0,04302*800=34,416м

Дз=(2Т-?К)+Д=0,6+34,416=35,016м

R=800 м

Проверка:

ВУ3=ПК 35+84,908

=25000000`

Т=0,22169*2000=443,38м

Б=0,02428*2000=48,56м

К=0,43633*2000=872,66м

Д=0,00705*2000=14,1м

R=2000 м

Проверка:

ВУ4=ПК 51+39,188

=19000000`

Т=0,16734*2000=334,68м

Б=0,01391*2000=27,82м

К=0,33161*2000=663,22м

Д=0,00307*2000=6,14м

R=2000 м

Проверка:

ПККТ=ПК77+42,73

Раздел 4. Проектирование поперечных профилей земляного полотна

а) Выбор типов поперечных профилей по принятому варианту трассы.

Поперечный профиль земляного полотна зависит от высоты насыпи и глубины выемки.

На продольном профиле получились поперечные профили следующих типов:

насыпи

Тип 1

Насыпь возводится из грунта боковых резервов или из привозного грунта.

1:m - зависит от категории дороги, для второй категории дороги 1:4.

Тип 2

Возводится из привозного грунта, при необходимости для водоотвода устраиваются кюветы.

Тип 3

Возводится из привозного грунта.

Раздел 5. Конструирование и расчёт дорожных одежд нежесткого типа

Исходные данные:

Район проектирования: Оренбургская область, III - дорожно-климатическая зона

Категория дороги: II техническая категория

Интенсивность движения 3950 авт/сут, из них:

1. Легковых автомобилей… 30%

2. Грузовые:

до 2 т………………….6%

2-5 т………………….. 30%

5-8 т…………………...25%

>8 т…………………….5%

3. Автобусы………………….4%

Грунт земляного полотна: суглинок лёгкий

Заданный коэффициент надёжности Кн=0,95

Тип дорожной одежды: капитальный

Необходимый коэффициент требуемой прочности

1)Прогиб: =1,17

2) при расчёте на сдвигоустойчивость и растяжение при изгибе:

=1,00

Задана группа расчётной нагрузки А1 (Qрасч=50кН; р=0,60 МПа; D=37; c=3.55)

Последовательность расчёта:

5.1 Определение толщины щебёночного слоя

Определяем расчётное количество автомобилей:

Nрасч=Кпол*Nприв

Где Кпол - коэффициент полосности для двух полосной дороги; Nприв- количество приведённых автомобилей в сутки.

Количество приведённых автомобилей в сутки определяем в зависимости от коэффициента приведения для данного состава движения. Расчёт ведём в табличной форме.

Nрасч=0,55*1297,58 расч. авт./сут

Определяем суммарное число приложений расчётной нагрузки к точке на поверхности дорожной одежды за срок службы по следующей формуле:

где Kc - коэффициент суммирования, применяется в зависимости от срока службы и показателей изменчивости интенсивности движения; Тсл - расчётный срок службы; q - показатель изменения интенсивности движения, принимается в зависимости от категории дороги; Трдг - расчётное число расчётных дней в году, соответствующих определённому состоянию деформативности конструкции дорожной одежды. kн - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднеожидаемого в зависимости от категории дороги и капитальности.

Используя таблицы и приложения пособия, мы получим:

=17,2; =15; =1,02; =135; =1,49

Определяем Еобщ=Еmin*Kтрпр

Мпа

Еобщ= 253*1,2=303,6 МПа

Определяем модули упругости принятых материалов. Он определяется в зависимости от расчётной влажности грунта Wp

По полученному значению Wp и ?Np

Егр = 44,6 МПа

Сгр = 0,0072

? = 6,10

Битум: БНД 90/130

Снизу вверх:

1) = 44,6/120=0,37

= 25/37=0,67

= 0, 59 * 120 = 70,8 МПа

2)

=

Сверху вниз:

3) = 304/2400=0,127

= 6/37=0,162

= 0,095 * 2400 = 228 МПа

4) = 228/2400=0,63

= 10/37=0,27

= 0,105 * 1400 = 147 МПа

5) = 147/600=0,245

= 0,27

= 0,175*600=105 МПа

6) = 70,8/400=0,177

= 0,26

= 0,3

h4 = 37 * 0,3 = 11,1 = 12см

Так как слой толщиной 12см не выдерживает проверок,принимаем его равным 20см.

Для дальнейшего расчета толщина щебенистого слоя принимается равной 20 см, из фракционного щебня с расклинцовкой поверху.

5.2 Расчет по условию сдвигоустойчивости подстилающего грунта

Определям Еср всей конструкции:

Еср = 442 МПа

Находим отношение = 439/44,6=9,91

= 71/37=1,92

По номограмме определяем

= 0,02125

Т = * р = 0,02125 * 0,6 = 0,01275

Определяем предельную величину активного напряжения сдвига в той же точке. Для этого вычисляем ?ср

?ср = 0,00195

=2*(0,0072+0,1*0,00195*71*tg)=0,017

0,017?0,01275

Вывод: сдвига в подстилающем грунте не произойдёт, и принятая дорожная одежда приемлема для дальнейших расчётов.

5.3 Расчет конструкции дорожной одежды на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе

Находим Еср:

Еср = 2725 МПа

Находим отношение суммы h к Д:

= 0,432

= 2725/147=18,54

По номограмме находим ? = 1,85 МПа

?z = 1,85*0,6*0,85=0,944 МПа

RN = 7,8 * 0.225 * 0.8 * (1 - 0.1 * 1.71) = 1.15

0,994 <1,15

Вывод: разрушения покрытия не произойдет и принимаемая конструкция дорожной одежды проходит по всем критериям прочности.

5.4 Проверка принятой конструкции дорожной одежды на морозоустойчивость

Д.о. морозоустойчива, если соблюдается условие:

lпуч<lдоп

lдоп = 4 см

lпуч = 4,635*0,53*1*1,3*0,98*1,1 = 3,29

3,29<4

Вывод: принятая конструкция дорожной одежды проходит проверку на морозоустойчивость.

Раздел 6. Расчет водопропускной трубы на ПК 34

Площадь водосбора F = 2,187 км2

6.1 Расход ливневого стока

Расход от ливневого стока определяется по следующей формуле:

Qл = 16,7 * aчасF ? ?

aчас = 0,90

F = 2,187

? = 0,62

? = 0,46

Qл = 16,7 * 0,90 * 1,67* 2,187 * 0,62 = 15,66 м3/с

6.2 Расход талых вод

Расход талых вод определяется следующим способом:

Подберем отверстие круглой безнапорной трубы для пропуска расхода

Q=15,66 м3/с. Принимаем трубу прямоугольного сечения, безнапорного режима работы размером 2х2 метра.

Глубина воды перед трубой = 2,99м

Скорость на выходе из трубы = 6,30 м/сек