Основи проектування автомобільних доріг

коліс автопоїзда з покриттям розраховують динамічний фактор автопоїзда по зчепленню:


де - сила опору воздушної середи при русі автомобіля.



- показник збільшення коефіцієнта обтічності автопоїзда порівнюючи з одиночним автомобілем (приймаємо для одного причепу =1,32).



- зчеплення коліс з покриттям забезпечено.

Після розрахунку найбільшого продольного ухила необхідно провести перевірку можливості вирушання з місця автопоїзда на підйомі з максимальним ухилом 35‰, за умови:



де - динамічний фактор по зчепленню коліс автопоїзда з покриттям в момент трогання з міста на малої передачі (першій або другій);

динамічний фактор автопоїзда в момент вирушання з місця, на тій же низькій передачі;

коефіцієнт збільшення опору коченню в момент трогання з місця: для літа 1,5-2,5, для зими 2,5-5,0 [2,с.60];

g- прискорення сили тяжіння, 9,8м/с2;

J- прискорення автомобіля при троганні з міста, (приймають ,

0,1-0,5м/с2);

коефіцієнт обліку інерції мас автомобіля, що обертаються, визначається за формулою:



де i1- передаточне число коробки передач на першій передачі

(таб.2.6).



Динамічний фактор автопоїзда



Динамічний фактор по зчепленню на першій передачі згідно з (2.16) при



Сума опору в час вирушання з місця

a=2; m=1,08; f=0,015; j=0,2м/с; =0.035

21,080,015+0,035+=0,117

0,179>0,177>0,117

Зчеплення при русі з місця автопоїзда на підйомі з ухилом 35‰ на вологому покритті забезпечено.


4.3 Визначення найменшого радіусу кривої у плані


Особливість руху автомобіля на кривій обумовлено дією відцентрової сили, яка впливає на зручність та безпеку руху. Тому мінімальне допустиме значення радіусу кривої у плані визначається з двох умов:

З умови стійкості автомобіля проти бокового зсуву та перекидання:



де V – розрахункова швидкість руху легкового автомобіля для данної категорії [1, табл.2.2], км/год;

ів – ухил віражу [1, табл.2.6], в долях одиниць;

j2 – використана доля коефіцієнту зчеплення у поперечному напрямку дороги [2, рис.VIII.21].



З умови зручності руху найменьший радіус кривої в плані визначають з урахуванням величини коефіцієнта поперечної сили m, яка характеризує вплив на автомобіль та пасажирів центробіжної сили:


де m – коефіцієнт поперечної сили, m=0,1 крива не відчувається.


По нормативам [1, табл.2.2], приймаємо .


4.4 Визначення відстані видимості автомобільній дороги


На цей час в теорії проектування автомобільних доріг прийнято три основні схеми визначення відстані видимості:

а) Зупинка автомобіля перед перешкодою.

Для дороги Іб технічної категорії розрахункова швидкість легкового автомобіля Vр=140км/год, максимально допустимий повздовжній ухил imax=35‰.

Для забезпечення безпеки руху водій повинен бачити перед собою дорогу і навколишню обстановку на деякій відстані, достатній для гальмування автомобіля, або об’їзду перешкоди на дорозі.


Рис. 4.1. Розрахункова схема видимості


Розраховуємо відстань видимісті поверхні дороги на ділянці з максимальним ухилом на під’ємі imax=+35‰, виходячи з умов можливої зупинки автомобіля перед перешкодою визначається по формулі:


де Vр – розрахункова швидкість руху для легкового автомобіля, км/год;

Кэ – коефіцієнт, враховующій ефективність дій гальм (для легкових та вантажних автомобілей приймають 1,2ё1,3);

j – коефіцієнт повздовжнього зчеплення на чистому покритті, j=0,4;

і – повздовжній ухил дороги;

l0 – зазор безпеки (приймають 5–10м).



Визначаємо відстань видимісті на ділянці з максимальним ухилом на спуску imax=-35‰



Визначаємо відстань видимісті на горизонтальній ділянці i=0‰



Порівняємо отримані значення і робимо висновок, що найбільша розрахункова відстань видимості буде на ділянці з максимальним повздовжним ухилом на спуску. Тому по розрахунку відстань видимості приймаємо рівним S=300м.

Цю відстань S=300м порівнюємо з нормативною [1, табл.2.2]. Оскільки нормативне значення відстані видимості поверхні дороги обмежене величеною S=300м, то цю величину і приймаємо як місцеве значення мінімальної відстані видимості для зупинки автомобіля.

б) Гальмування зустрічних автомобілей.


Рис. 4.2. Розрахункова схема видимості


На двухсмуговій автомобільній дорозі при обгоні можливий рух автомобілів назустріч один одному. При цьому відстань видимості зустрічного автомобіля повинна забезпечити можливість повної зупинки обох автомобілів на деякій відстані один від одного при екстреному гальмуванні. Тому відстань видимості зустрічного автомобіля дорівнює сумі гальмових шляхів двох автомобілів, двох відстаней, які проходять ці автомобілі за час реакції водіїв, і зазору безпеки між автомобілями, що зупинилися.



При повздовжньому ухилі imax=+35‰



При повздовжньому ухилі imax=-35‰



На горизонтальній ділянці i=0‰



При порівнянні отриманих значень видно, що найбільша величина відстані видимості зустрічного автомобіля буде на ділянці дороги з ухилом, який дорівнює -35‰. Тому за розрахункову відстань видимісті зустрічного автомобіля приймаємо S=600м. Порівнявши отримане значення з мінімально допустимою по [1], приймаємо S=600м.

в) Обгін автомобіля при наявності зустрічного руху.


Рис. 4.3. Розрахункова схема видимості


Для двосмугових автомобільних доріг розрахунок за цією схемою виконується із припущення, що легковий автомобіль, що рухається з розрахунковою швидкістю для даної категорії дороги V, обжене вантажний автомобіль що рухається з розрахунковою швидкістю V, з виїздом на зустрічну смугу руху. По зустрічній смузі рухається автомобіль зі швидкістю V. Обгін починається, коли легковий автомобіль наближається до вантажного на відстань, яка дорівнює різниці шляхів гальмування і шляху l, який пройде легковий автомобіль за час прийняття рішення про обгін.

Швидкість легкового автомобіля приймаємо Vл=140км/год, вантажного – Vв=60км/год, швидкість зустрічного автомобіля Vз=60км/год. Довжина вантажного автомобіля la=6м. Повздовжній ухил дороги i=0‰.



Відстань видимості з умов обгона:



4.5 Відстань бічної видимості


Для забезпечення безпеки руху по дорогам у населених пунктах, а також на перехрестях з автомобільними та железними дорогами. В одному рівні, слід забезпечити достатню бічну видимість придорожньої смуги.

Рис. 4.4. Схема визначення бічної видимості


Відстань, яка необхідна для повної зупинки автомобіля перед перешкодою:


,


де V­ – розрахункова швидкість руху автомобіля, км/год;

V­ – швидкість руху пішохода, автомобіля чи поїзда на дорозі, яку перетинаємо,(км/год), для людини яка біжить V­=10 км/год ;

S– відстань видимості поверхні дороги, м.



4.6 Мінімальні допустимі радіуси вертикальних кривих в повздовжньому профілі


Мінімальний радіус опуклої кривої в повздовжньому профілі визначають з умов забеспечення видимісті поверхні дороги:


Рис. 4.5. Видимість на опуклій кривій


де S – відстань видимості поверхні дороги, м;

d – відстань від поверхні проїзної частини до рівня очей водія в легковому автомобілі, приймається рівним 1,2м.



Отриману величину порівнюємо з мінімально допустимою по нормативам [1, табл.2.2]. Приймаємо мінімальний радіус опуклої кривої рівним 25000м.

Мінімальний радіус угнутих кривих перевіряємо з умови забезпечення видимості у нічний час діб.


Рис. 4.6. Видимість на увігнутій кривій



де hФ – відстань від поверхні проїзної частини до фар легкового автомобіля (приймають 0,7м);

a – кут розсіяння світла фар (приймаються 2°).


Мінімальний радіус угнутої вертикальної кривої перевіряють з умови допустимого перевантаження ресор, щоб відцентрове прискорення не перевищувало 0,5ё0,7м/с2.

Розраховуємо мінімальний радіус угнутої кривої по умові:



де V – розрахункова швидкість руху легкового автомобіля, км/год;

а0 – відцентрове прискорення, м/с2.



Отриману величину порівнюємо з мінімально допустимою по нормативам [1, табл.2.2] та приймаємо радіус угнутої кривої рівний 7000м.


4.7 Розрахунок пропускної здатності смуги руху та потрібного їх числа


Пропускна здатність смуги руху дороги І категорії з розрахунковою швидкісттю руху 140км/год визначається по формулі:


авт./год,


де NП – пропускна здатність одної смуги, авт/год;

V – розрахункова швидкість руху легкового автомобіля [1, табл.3];

S – найменш допустима відстань між автомобілями, приймають рівною відстані видимості поверхні дороги;

=0,3-0,5



Число смуг руху на дорозі з перспективною інтенсивністтю


розраховується по формулі:


де N – перспективна середньорічна добова інтенсивність руху на дорозі, авт/доб.;

NП – пропускна здатність одної смуги, авт/год;

t – коефіцієнт переходу від добової до годинної інтенсивності руху, t =8ё12.



Згідно з нормами [1, табл.2.1] приймаємо чотири смуги руху по дві у кожному напрямку.

4.8 Визначення ширини проїзжої частини та земляного полотна


Рис. 4.7. Розрахункова схема руху на чотири смуговій дорозі


Для чотирьох смугових доріг 1 категорії розглядається рух автомобілів по суміжним смугам в одному напрямку. Визначаємо ширину проїзної частини для руху легкового автомобіля ГАЗ-24 з розрахунковою швидкістю руха 140км/год та вантажного автомобіля ЗІЛ-130 з швидкістю 60км/год. Розрахунок для легкового автомобіля:

Ширина смуги руху дорівнює:

де Д=0,35+0.005

Ширина земляного полотна з роздільною смугою складає:

де а – ширина кузова автомобіля, м;

y – зазор безпеки між кузовом автомобіля та вісью дороги або смуги руху,

- ширина роздільної смуги [1, табл.2.1],

- ширина колії (табл.2.1)


Д=0,35+0.005=1,05


Для вантажного автомобіля ЗІЛ-130 при швидкості 60км/год.



Д=0,35+0.005=0,65



По нормам [1, табл.2.1], для І категорії b4=3.75м; в=7.5м; В=35, що й приймаємо в якості норматива.


4.9 Розрахунок розширення проїзної частини на кривій


Розрахунок розширення проїзної частини виконують на кривій в плані.

Для забезпечення безпеки руху на кривих роблять розширення проїзної частини [1, п.2.16] з внутрішньої сторони закруглення.


Рис. 4.8. Розрахункова схема для розширення кривої

Рис. 4.9. Схема розрахунку розширення при зустрічі автопоїздів


Величину розширення проїзної частини в межах кривої розраховують за формулою:

Z = +,м,

де l0- довжина автомобіля без заднього звіса, м (табл.2.10)

R- радіус кривої в плані дороги, м

а) для легкового автомобіля ГАЗ-24, l0=3,556


Z=+=0,43


б) для грузового автомобіля ЗИЛ-130, l0=4,875


Z=+=0,44


Для автомобіля з одним прицепом велечену уширення визначають за формулою:

Z 1= 2[R - -] , м,

де R- радіус кривої в плані, м;

b- ширіна полоси руху, м;

l0- відстань від задньої осі до переднього буфера автомобіля, м;

Q- величина, що враховує особливості конструкції автопоїзда з одним причепом, м;

Q = c2- d2- l2,

де с- довжина заднього звісу зачепного пристрою причепу, м;

d- довжина дишла причепу до центру поворотного круга, м;

l- довжина бази причепу.


Q = 0,7744-3,9601-18,8836= -22,02м.

Z 1=2 [1100 - - ] =0,25м.


Приймаємо більше із отриманих значень і порівнюємо його з нормативним [1, таб.2,7]. Приймаємо Z=0,5м.


4.10.Сводна таблиця обгрунтування нормативів

Найменування показника

Умовне позначення

Одиниця вимірювання

Значення показників



по нормам

по розрахунку

прийняті

Інтенсивність

Nt

авт/доб

 –

10160

10160

Категорія дороги

I

 –

I

Розрахункова швидкість руху

V

км/год

140

 –

140

Максимальний повздовжній ухил

imax

 ‰

35

35

35

Мінімальний радіус кривої в плані

Rmin

м

1100

1064

1100

Відстань видимості:




– поверхні дороги

Sg

м

300

298,6

300

– зустрічного автомобіля

Sa

м

500

591,1

600

– бічна видимість

Iб

м

 –

21,4

21,4

Мінімальні радіуси вертикальних кривих:




Опуклої

RЗ

м

25000

37500

25000

Угнутої

RИ

м

7000

7582

7000

Кількість смуг руху

n

шт

4

3.6

4

Ширина смуги руху

B4

м

3.75

2,79

2,14

3.75

Ширина проїзжої частини

B

м

7.5

5,58

4,28

7.5

Ширина узбіччя

d

м

3.75

 –

3.75

Ширина роздільної смуги

с

м

12,5

 –

12,5

Ширина земляного полотна

B

м

35,0

31,16

28,56

35,0

Уширення на кривій

z

м

0,5

0,44

0,5

Поперечний ухил проїзної частини

iпоп

 ‰

25

 –

25

Поперечний ухил проїзної частини на віражу

ів

 ‰

30-40

 –

40

Поперечний ухил узбіччя

Іо

 ‰

30-50

 –

40

5. Проектування траси автомобільної дороги


5.1 Загальні вимоги до прокладення траси на місцевості


Для перевезення вантажів та пасажирів з найменшою витратою енергії двигунами і мінімальною вартістю дорога повинна бути прокладена на місцевості по найкоротшій відстані, тобто по прямій лінії, що з'єднує задані пункти. Однак різні перешкоди ( населені пункти, озера, річки, болота, яруги та ін.) примушують в ряді випадків відхилятись від найкоротшої відстані (повітряної лінії) і вибирати для прокладання дороги найбільш сприятливі міста обходячи перешкоди.

При проектуванні траси необхідно мати на увазі снігозаносимість траси. Земляне полотно автомобільних доріг являє собою перепону для руху снігоповітряного потоку.

Траси автомобільних доріг перетинають велику кількість постійних та періодично діючих водотоків, тому на дорозі проектують мости та труби для пропускання води. Річка повинна перетинатися дорогою під кутом близьким до прямого, щоб зменшити довжину моста, а відповідно і його вартість.


5.2 Опис траси автомобільної дороги


Дорога I технічної категорії проектується із пункта А в пункт В. Повітряна лінія має довжину 3,05км. Запроектована дорога має два кути повороту. Перший кут повороту знаходиться на ПК7+50 і має кут 460 напрямком вправо, він потрібний для обходу населеного пункту Мостіщє. Другий кут повороту знаходиться на ПК20+23,85 і має кут 400, він потрібний для проходу дороги через ліси саджені високостовбурні. Траса автомобільної дороги бере свій початок з існуючої дороги четвертої категорії, яка з’єднує населені пункти Мостіщє-Загоряни-Вісянники, і у зв’язку з необхідністю побудови складних інженерних споруд, перебудовуємо 500м ділянку існуючої дороги четвертої категорії. Дорога, що проектується перетинається з існуючими річками Чиста ПК9+40, та Білочка ПК14+40. Також дорога проходить через заболочену місцевість з ПК8+15 по ПК10+00 і з ПК13+60 по ПК15+20. З ПК27+20 по ПК31+50 траса проходить через сосновий бор. Подовження траси складає 150м.

6. Проектування поздовжного профілю


Процес проектування автомобільної дороги включає в себе ряд процедур не всі з яких можливо автоматизувати . До таких процедур відносять проектування повздовжнього профілю , який за рахунок важкої формалізації архітектурно-ландшафтних вимог відноситься до творчих процедур. В значний мірі задовольнити проектування можна , спочатку приложивши лінію повздовжнього профілю плавно від руки.

При цьому слід користуватися такими вимогами:

проектна лінія повинна спиратися на керівні відмітки та контрольні точки.

Радіуси вертикальних опуклих кривих повинні бути не нижче 25000 м, угнуті не нижче 7000м

Об’єми насипу та виїмок кривих повинні бути приблизно однакові

Якщо врахування всіх цих вимог призводить до великого збільшення об’ємів земляних робіт та вартості будівництва, то допускаються такі зміни.

повздовжні ухили збільшувати до граничних величин , що приймаються по Д Б Н

радіуси зменшувати до граничних значень ,що приймаються тим же Д Б Н

Для забезпечення зорової плавності та ясності дороги проектну лінію повздовжнього профілю слід узгоджувати з особливостями плану траси, зважаючи на архітектурно – ландшафтне проектування .

Зорову ясність дороги забезпечують , суміщаючи вертикальні криві з кривими у плані. Найкраща ясність досягається ,якщо крива у плані з деяким запасом покриває криву профілю .

В кінці затяжних супісків не слід розташовувати криву у плані так як вона не вірно орієнтує водія про крутизну повороту і являє собою велику загрозу для руху. Якщо ж такого рішення не можна уникнути ,то радіус кривої у плані повинен бути не менш ніж у 1.5рази більше допустимого за Д Б Н, опуклу криву у кінці спуску слід суміщувати з кривою у плані.


6.1 Розрахунок керівних і контрольних точок.


При проектуванні поздовжнього профілю потрібно забезпечити стійкість земляного полотна і міцність дорожнього одягу, плавність напрямку руху і т.д.

Керівні позначки hmin потрібно розраховувати на ділянках, що проходять на відкритій місцевості і піддаються сніжним заметам, також на ділянках незабезпеченим поверхневим стоком.

hmin = hсн + Z

hсн – розрахункова висота сніжного покриву

Z – запас (0,5-1,2).

0,22+0,5=0.72м

Контрольні позначки визначають при перетинанні залізних і автомобільних доріг, тимчасових і постійних водостоків, ліній електропередач, газопроводів, нафтопроводів і т.д.

На ділянці проектування труб

H = Hл + d + δ + Δ

H = 1,5+0,12+0,5=2,12м

а при напірному чи напівнапірному режимі

H = Hл + H + 1, де

Hл – ввідмітка логу в споруді;

d – діаметр труби, приймаємо 1м;

δ – товщина стінки труби, приймаємо 0,1м;

Δ – мінімальна насипка над трубою, приймаємо 0,5м.

На ділянках проектування малих мостів при перетинанні постійних водотоків

H = Hл + 0,88H + Z + hк, де

Hл – висота логу;

0,88H – приймаємо1-1,5м;

Z – зазор від рівня високих вод до низу прольотної будови, приймаємо 0,5-1м;

hк – висота конструкції (5-10% від довжини прольоту), приймаємо 1м.

На ділянках перетинання з залізними й автомобільними дорогами в одному рівні контрольну позначку прийняти рівною позначці головці рейки чи позначці проїжджої частини, що потрібно взяти з карти.

На ділянках із залізними й автомобільними дорогами в різних рівнях позначку проїжджої частини шляхопроводу розраховують по формулі

H = H0 + Г + hк, де

H0 – відмітка головки рейки чи проїжджої частини, що перетинається на дорозі;

Г – вертикальний розмір габариту під шляхопроводом;

Г=5 – для автомобільних доріг;

Г=6,5 – для електрифікованих залізних доріг.

Оскільки траса не перетинає великих водотоків, залізних та автомобільних доріг, контрольні відмітки визначаємо по формулі для ділянок при перетині малих водотоків, для малих мостів:

H=2+1+0, 5+1=4,5м

7. Проектування типових поперечних профілей земляного полотна


Поперечні профілі земляного полотна проектуються на основі типових поперечних профілей.

Поперечні профілі повинні бути прив’ язані до конкретного місця та повинні відповідати певним принципам .

Насипи діляться на високі, невисокі, насипи на косогорах. Виїмки діляться на глибокі та неглибокі.

Насипи висотою до 2 м рекомендується виконувати обтікаємого профілю. Вони найкраще вписуються в ландшафт місцевості . підвищують безпеку руху, знижують вірогідність снігозанесення . При проектуванні високого насипу їх рекомендовано виконувати правильними геометричними формами , це підкреслює напрямок дороги і полегшує орієнтацію водія в