©Т.В. Гавриленко, сайт http://road-project.okis.ru 2014-

©Т.В. Гавриленко, сайт http://road-project.okis.ru
2014-10-11
Лабораторная работа № 4
4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ТРАССЫ МЕТОДОМ
ТАНГЕНСОВ
4.1 Теоретические сведения
Продольным профилем автомобильной дороги называют развернутую в плоскости чертежа проекцию оси дороги на вертикальную плоскость. На продольном профиле вычерчивают
линию земли по оси дороги (черную линию) и проектную линию (красную линию) - линию, с
высотными отметками по оси проезжей части автомобильной дороги.
На продольном профиле дороги различают три вида отметок: отметки поверхности земли, измеряемые по оси дороги, проектные отметки (отметки оси проезжей части дороги) и
рабочие отметки (разность между проектными отметками и отметками земли).
Участок, где дорога проходит выше поверхности земли, по искусственно насыпанному
грунту, называют насыпью. Место, где поверхность дороги в результате срезки грунта расположена ниже поверхности земли, называют выемкой.
Перед началом проложения проектной линии определяют руководящие отметки и контрольные точки. Руководящая отметка необходима для того, чтобы установить оптимальную
высоту насыпи, которая обеспечит нормальные условия эксплуатации земляного полотна. На
открытых участках местности с обеспеченным стоков воды руководящую отметку определяют
из условия снегонезаносимости дороги. Схема к еѐ определению показана на рис. 4.1.
b
b1
b2
iоб
bпр
hсн
hр
hI
Δh
iпоп
Рисунок 4.1 - Определение руководящей отметки из условия снегонезаносимости дороги
Руководящая отметка определяется по формуле
b1
(4.1)
,
2
где hсн – расчетная толщина снегового покрова 5%-ой обеспеченности; Δh – возвышение бровки
насыпи над уровнем снежного покрова, зависящее от категории автомобильной дороги (табл.
4.1); b1 – ширина покрытия (суммарная ширина проезжей части и 2-х краевых полос), b2 – ширина обочины за вычетом краевой полосы; iоб – поперечный уклон неукрепленной части обочины; iпоп – поперечный уклон покрытия.
hру к  hсн  h  iоб  b2  iпоп
4 Проектирование продольного профиля трассы методом тангенсов
Страница 1
©Т.В. Гавриленко, сайт http://road-project.okis.ru
2014-10-11
Таблица 4.1 – Возвышение бровки насыпи над уровнем снежного покрова
Категория дороги
I
II
III
IV
1,2
0,7
0,6
0,5
h, м
V
0,4
Например, для дороги 4-й категории b1 = 7 м; b2 = 1,5 м. Поперечные уклоны покрытия и
обочин зависят от их вида. Для асфальтобетонного покрытия iпоп = 20 ‰, для обочин iоб = 40 ‰.
При высоте снегового покрова 5%-ой обеспеченности hсн = 0,55 м руководящая отметка для дороги IV категории с асфальтобетонным покрытием составит:
b
7
(4.2)
hру к  hсн  h  iоб  b2  iпоп 1  0,55  0,5  0,04  1,5  0,02   1,18 м.
2
2
К контрольным точкам проектной линии относятся следующие: начало и конец трассы;
отметки проезжей части мостов и путепроводов; минимальные отметки насыпи над трубами;
отметки головки рельса железной дороги и отметки осей проезжих частей существующих автомобильных дорог на пересечениях в одном уровне с проектируемой дорогой. Отметки контрольных точек начала и конца трассы, а также в местах пересечений с дорогами устанавливают по нивелировочному журналу. При учебном проектировании они принимаются в соответствии с руководящими отметками
Минимально допустимые отметки над трубами и мостами являются контрольными точками, ограничивающими положение проектной линии снизу. В случае использования распространенных в настоящее время гофрированных металлических труб контрольная отметка определится по формуле
hтр  d    ,
(4. 3)
где d – диаметр трубы, м; δ – толщина стенки трубы, м; Δ – расстояние от верха звена трубы до
поверхности дорожного покрытия, равное 0,8 м. Для труб диаметром 1,5 м
hтр  d      1,5  0,03  0,8  2,33 м.
(4.4)
При нанесении проектной линии руководствуются правилами:
- уклоны проектной линии не должны превышать допустимых для данной категории дороги (табл. 4.2);
- в углы перелома профиля вписываются вертикальные кривые со значениями радиусов не
менее допустимых для данной категории (табл. 4.2).
Таблица 4.2 – Нормативные требования к проектной линии продольного профиля
Минимальный радиус кривой, м
Расчетная скорость,
Максимальный
Категория
выпуклой
вогнутой
км/ч
уклон, ‰
I
II
III
IV
Магистральная улица
Местный проезд
150
120
100
80
60
40
30
40
50
60
70
90
30000
15000
10000
5000
2500
1000
8000
5000
3000
2000
1500
1000
Также необходимо, чтобы
- длины выпуклых вертикальных кривых были не менее 300 м, вогнутых – не менее 100 м;
- объѐм земляных работ был минимальным;
4 Проектирование продольного профиля трассы методом тангенсов
Страница 2
©Т.В. Гавриленко, сайт http://road-project.okis.ru
2014-10-11
- был обеспечен беспрепятственный отвод поверхностной воды от земляного полотна,
для этого уклоны проектной линии в местах выемок должны быть не менее 5 ‰ и длина выемок – не более 500 м;
- участки проектной линии, проходящие по мосту или путепроводу имели уклон не менее
5‰ (с целью обеспечения продольного водоотвода) и не более 30‰ (в условиях образования
гололедицы на проезжей части искусственного сооружения).
В данной лабораторной работе требуется построить проектную линию методом тангенсов. Его суть заключается в том, что сначала строят ломаную линию, а затем в еѐ углы вписывают вертикальные кривые и вносят коррективы в проектные и рабочие отметки за счет кривизны. На первом этапе наносят на чертеж все контрольные точки. Далее намечают вершины
ломаной линии, которые следует размещать на возвышенностях и понижениях рельефа. Уклон
отрезка ломаной линии вычисляют по формуле
Н  Н1
i 2
,
(4.5)
x
где H1 и H2 – отметки проектной линии в точках начала и конца отрезка соответственно, х –
расстояние между концами отрезка ломаной по горизонтали.
Вычисляют элементы вертикальной кривой: тангенс Тв, длину кривой Кв, биссектрису Бв
по формулам (4.6) - (4.8).
Rв i1  i2
,
2
Кв  2Т в ,
Tв 
Т2
Бв 
.
2 Rв
(4.6)
(4.7)
(4.8)
Здесь i1 и i2 – уклоны отрезков, образующих угол ломаной линии.
Отметки оси дороги, построенной по ломаному ходу, определяются по рекуррентной формуле
Hj=Hj-1 ± i∙xj,
(4.9)
где Hj – искомая отметка, Hj-1 – предыдущая отметка, xj – расстояние между точками с отметками Hj и Hj-1, i – уклон проектной линии (знак «+» соответствует движению на подъем, «-» – на
спуск).
Далее вычисляют рабочие отметки, как разность между проектными отметками и отметками земли. Рабочие отметки насыпей записываются над проектной линией. Рабочие отметки
выемки – ниже проектной линии.
На следующем этапе на участках вертикальных кривых находят поправки для отметок по
зависимости
x2
h 
,
2 Rв
(4.10)
где х – расстояние от начала вертикальной кривой (НВК) для точек, находящихся между НВК и
вершиной ломаной или расстояние от конца вертикальной кривой (КВК) для точек, находящихся между вершиной ломаной и КВК до линии ординаты вычисляемой отметки. Тогда на участках вертикальных кривых отметки уточненные отметки будут иметь значения
H кр
j  H j  h .
4 Проектирование продольного профиля трассы методом тангенсов
(4.11)
Страница 3
©Т.В. Гавриленко, сайт http://road-project.okis.ru
2014-10-11
Знак «+» применяется на участках вогнутых кривых, знак «-» - на участках выпуклых кривых.
Продольный профиль вычерчивают в следующих масштабах: горизонтальный – 1:5000;
вертикальный – 1:500; вертикальный масштаб для грунтового разреза – 1:100. Допускается
применять такие масштабы: горизонтальный – 1:2000; вертикальный – 1:200; для грунтового
разреза – 1:50 или 1:200.
4.2 Разбивка трассы
4.2.1 Разбивка трассы по пикетам и на главных точках трассы. Перед построением
продольного профиля требуется разбить трассу, т.е. добавить поперечные створы, в которых
будут сниматься отметки земли и строиться поперечные профили. Выделяем трассу, построенную в прошлой лабораторной работе (щелкаем по ней в дереве объектов).
- Нажимаем кнопку Трасса > Разбивка >
Выполнить разбивку.
- В диалоговом окне указываем шаг разбивки 100 м.
- Устанавливаем операцию «Дополнительно на главных точках трассы» – это означает,
что дополнительные поперечные профили будут созданы в точках сопряжения элементов плана
трассы (прямолинейных сегментов, переходных кривых, круговых вставок и пр.).
- Задаем величину руководящей отметки в соответствии с вычисленным значением (4.2) –
1,18 м.
Для того чтобы удалить разбивку, необходимо воспользоваться специальной командой –
кнопка Трасса > Разбивка >
Удалить разбивку. Однако удаление разбивки приводит к потере результатов проектирования верха проектной поверхности, продольного профиля и поперечных профилей трассы.
Рисунок 4.2 – Направление стока воды
4.2.2 Анализ стока воды
на ЦММ. В дереве проекта установим флажок напротив элементов «Триангуляция» и
«Уклоны». Вызываем Инспектор объектов (щелчок правой
кнопкой мыши по слову «Уклоны», пункт «Свойства»). В
появившемся окне задаем размер стрелок 1,5 и снимаем флажок напротив позиции «Зависит от уклона».
Из рис. 4.2 видно, что поток воды устремляется в район
ПК 6+25. Следовательно, в данном створе требуется устройство
водопропускной трубы.
4 Проектирование продольного профиля трассы методом тангенсов
Страница 4
©Т.В. Гавриленко, сайт http://road-project.okis.ru
2014-10-11
4.2.3 Задание дополнительного поперечного профиля на ПК 6+25 (контрольная точка
над трубой). Включаем режим Трасса > Разбивка >
Создание поперечного профиля. Определяем положение нового поперечного профиля на трассе и щѐлкаем ЛКМ, а в появившемся
окне уточняем пикет.
4.3 Вызов окна продольного профиля
Нажимаем кнопку Трасса > Продольный профиль и ВПП >
Продольный профиль
На чертеже красной линией отображается проектная линия продольного профиля в заданной руководящей отметке, чѐрной – продольный профиль существующей поверхности земли
под осью трассы. Вертикальными линиями оранжевого цвета отображаются линии, соответствующие разбивке трассы на поперечные профили (поперечники).
Над проектной линией красным цветом показаны рабочие отметки. Синим цветом – интерполированные отметки, которые вычисляются в случае разработки проекта ремонта или реконструкции существующей дороги.
4.4 Настройка изображения
4.4.1 Масштаб изображения. На чертежах продольного профиля для линейных объектов
горизонтальный и вертикальный масштабы отличаются в 10 раз. Поэтому в левом нижнем углу
задаем масштаб 1:10. Увеличение и уменьшение изображения в рабочем окне осуществляется
поворотом колеса мыши.
4.4.2 Настройка отображения отметок. Над линией проектируемого профиля красным
цветом подписываются рабочие отметки. Они вычисляются в момент разбивки трассы на поперечные профили по «Руководящей отметке». Синим цветом (в скобках) указаны интерполированные рабочие отметки – разность между проектными отметками и интерполированными отметками земли при выполнении проекта реконструкции или ремонта дороги. Чтобы убрать синие отметки необходимо щелкнуть ПКМ по полю окна с чертежом продольного профиля и в появившемся окне убрать галочку напротив пункта «Интерполированные отметки».
Внизу в сетке чертежа присутствуют строки с величинами отметок. Щелкнув по сетке
ПКМ, в появившемся окне оставляем флажки только напротив проектных отметок и отметок
существующей поверхности.
4.5 Классический метод проектирования продольного профиля
(метод тангенсов)
4.5.1 Метод построения проектной линии продольного профиля. Нажимаем в левом
верхнем углу экрана на пиктограмму «Выбор типа продольного профиля». И активируем
«Классический метод» (Метод тангенсов). На вопрос «Построить приближение профиля?»,
т.е. линию, повторяющую линию земли, отвечаем – нет. Тогда проектная линия изобразится
отрезком, соединяющим точки начала трассы и конца трассы, отметки в которых равны руководящей отметке.
4 Проектирование продольного профиля трассы методом тангенсов
Страница 5
©Т.В. Гавриленко, сайт http://road-project.okis.ru
2014-10-11
4.5.2 Вычисление отметок контрольных точек
Начало трассы Ннт= Нз + hрук = 24,02 +1,18 = 25,20 м.
Отметка над трубой Нтр = Нз + hтр = 20,09 + 2,33= 26,35 м.
Пересечение с дорогой в одном уровне Ндор = 21,88 +1,29 = 23,17 м.
Конец трассы Нкт= Нз + hрук = 29,49 +1,18 = 30,67 м.
Таблица 4.3 –Ведомость контрольных точек
№
Название
Пикет
точки
точки
земли
1
НТ
0+00
24,02
2
Труба
6+25
20,09
3
Перекресток
8+76
21,88
4
КТ
16+79,6
29,49
Отметка, м
проектной линии
25,2
>= 22,42
23,17
30,67
Положение проектной линии
проходит через точку
не ниже точки
проходит через точку
проходит через точку
4.5.3 Добавление вершин перелома проектной линии. Нажимаем кнопку
«Добавить
вершину» и щѐлкаем ЛКМ на профиле на ПК 3+00. Новая вершина сразу становится выделенной (отображается синим цветом). В поле «ПК» указываем пикетное положение вершины.
Аналогичным образом создаем вершины (табл.4.4).
Таблица 4.4 – Проектные данные
Отметка вершины,
Вершина
Пикет
м
НТ
0+00
25,2
ВУ 1
3+00
23,10
ВУ 2
6+25
22,43
ВУ 3
8+76
23,17
ВУ 4
13+00
23,84
КТ
16+79,6
30,67
Уклон после,
‰
-7
-2
3
11
7,382
Радиус, м
Длина кривой,
м
25000
50000
15000
100000
122,69
250
120
361,8
НТ
труба
перекресток
КТ
В поле «Z» указываем проектную отметку вершины.
4.5.4 Удаление вершин. Необходимо выделить вершину и нажать кнопку:
«Удалить выделенную вершину»
Перемещаться по вершинам профиля можно, выбирая их номера в выпадающем списке
«Вершина №» (в левом верхнем углу экрана).
4.5.5 Задание уклонов ломаного хода. В методе тангенсов уклоны задают целыми числами, поэтому необходимо откорректировать их значение. Выделяем вершину «Начало трассы» и в окошке «Уклон после» уменьшаем значение уклона до целого числа. Этот участок
трассы проходит в выемке, то уклон линии должен быть не меньше 5‰.
Затем корректируем уклон второго отрезка ломаного хода. Выделяем вершину на ПК 3+00
(ВУ-1) и корректируем уклон в окошке «Уклон после». Чтобы сделать целым уклон последнего отрезка и не изменить при этом контрольной точки конца трассы следует подобрать пикетажное положение последнего перелома проектной линии.
4.5.6 Вписывание вертикальных кривых. Радиусы вертикальных кривых вписываются
в окошко «R, м» в соответствии с данными таблицы 4.4.
4 Проектирование продольного профиля трассы методом тангенсов
Страница 6
©Т.В. Гавриленко, сайт http://road-project.okis.ru
2014-10-11
4.5.7 Анализ полученного профиля. Анализ производится по строке сетки «Элементы
профиля». В этой строке для прямых участков профиля подписывается уклон и длина; для вертикальных кривых показывается длина кривой, радиус и точка, в которой уклон касательной
равен 0 ‰.
Элементы профиля в графике отображаются на цветном фоне, который «подсказывает», соблюдены ли нормы проектирования:
- зелѐный фон означает, что ограничения не нарушены;
- красный фон означает, что радиус кривой менее допустимого или уклон прямого участка
более допустимого
- жѐлтый фон означает, что уклон прямого участка менее допустимого.
Построенный профиль показан на рис 4.4
Рисунок 4.3. – Проектная линия продольного профиля
4 Проектирование продольного профиля трассы методом тангенсов
Страница 7