Элементы инженерно–геодезического проектирования

 

 

§ 61. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРЕКТЕ ПРОИЗВОДСТВА

ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТ

 

Одновременно с проектированием генерального плана разрабатывается проект производства геодезических ра­бот (сокращенно ППГР).

В первом разделе проекта освещаются общие прин­ципы организации геодезических работ на строительной площадке: приводятся технологическая схема и кален­дарный план производства работ с указанием видов геодезических измерений, график использования прибо­ров и оборудования, сметно-финансовые расчеты и тех­нико-экономическое обоснование ППГР.

Во втором разделе проекта содержатся сведения о выполнении основных геодезических работ: схема по­строения плановой и высотной опорных сетей для раз­бивки сооружений и способы закрепления их пунктов, расчеты требуемой точности измерений, выбор и обосно­вание методов измерений и уравновешивания их резуль­татов.

Третий раздел проекта посвящен геодезическому об­служиванию нулевого цикла строительства; в нем указы­ваются способы разбивки элементов подземной части сооружения и контроля их монтажа с предвычислением точности геодезических измерений, методы исполнитель­ной съемки смонтированных конструкций и типы мон­тажных знаков, закрепляющих положение вынесенных в натуру частей сооружения.

В последнем разделе проекта рассматриваются воп­росы, связанные с геодезическим обеспечением при воз­ведении наземной части сооружений, а именно: методика создания и способы уравнивания геодезической основы на исход­ном и монтажном горизонтах сооружения с расчетом точности измерений, обоснование способов передачи осей и отметок на монтажные горизонты и требуемая при этом точность, указания о необходимой точности и методах детальных разбивочных работ и геодезического контроля смонтированных конструкций, по их исполни­тельной съемке и составлению соответствующей документации.

В случае необходимости производства наблюдений за деформациями строящихся сооружений в соответствую­щем разделе ППГР приводятся данные предваритель­ного расчета точности геодезических измерений, схемы планово-высотной основы, типы деформационных марок и реперов, а также методы математической обработки результатов измерений и их графической интерпретации. Назад

 

 

§ 62. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТРАСС

ЛИНЕЙНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Основной задачей проектирования линейных сооруже­ний является выбор оптимального положения линии трассы на местности. Выбранный вариант должен преду­сматривать сбалансированность объемов земляных работ, хорошо вписываться в окружающую ситуацию, обеспе­чивая наименьшие нарушения окружающей среды. Припроектировании должны быть учтены технические усло­вия, которые зависят от предназначения будущего соору­жения. Основная часть этих задач решается при каме­ральном и полевом трассировании. После выбора основ­ного варианта камеральным путем и выполнения полевого трассирования, составляют продольный и поперечные профили местности, и приступают к проектированию ли­нии трассы по высоте.

Проектный профиль линейного сооружения разраба­тывают, руководствуясь техническими условиями, эконо­мическими требованиями и особенностями его эксплуата­ции. При проектировании автомобильных и железных дорог основное внимание уделяется обеспечению плавного и безопасного движения с заданной предельной скоростью. По этой причине уклон проектной линии не должен превышать предельной величины, а радиус вертикальной кривой быть меньше допускаемого значения. Предельные значения проектных уклонов зависят от типа линейного сооружения, а также от его категории. Например, государственная автомобильная дорога первой категории должна иметь проектный уклон не более 30‰, а для железных дорог аналогичного значения и категории – 15‰. Величины предельных уклонов определяются специальными нормативными документами.

При проектировании подземных трубопроводов уклон профиля должен обеспечить движение жидкости в тру­бах с определенной скоростью, исключающей оседание взвешенных частиц при минимальных уклонах и истирание труб песком и твердыми частицами при макси­мальных уклонах.

Кроме того, глубина заложения труб от поверхности должна быть такой, чтобы трубы не разрушались в результате нагру­зок на них транспортных средств, а жидкость не замерзала. Обычно минимальный уклон для труб канализации диаметром 150, 200 и 1250мм (и более) принимают соответственно 7,5 и 0,5 ‰. Для стальных труб уклондолжно быть таким, чтобы ско­рость жидкости не превышала 8 м/с и для неметалличе­ских труб – 4 м/с. Глубина заложения водопровода должна быть ниже глубины сезонного промерзания грунта на 0,3-0,5м, а канализации – на 0,3-0,5м выше этого уровня. Газопроводы прокладывают на глубине 0,8м от поверхности.

Для защиты дорог предусматривают их расположение на насыпи. В соответствии с этим на равнинной и слабо­пересеченной местности применяют «обертывающее» положение проектной линии (на насыпи). На пересеченной местности используют секущее положение, при котором проектная линия проходит в выемке на возвышенных местах и на насыпи – в местах понижения рельефа. В этом случае при прокладке трассы следует стремиться к соблюдению баланса земляных работ и объемы грунта, взятого из выемок, должны соответствовать объемам грунта, необ­ходимого для насыпей.

Проектную линию на профиле определяют положе­нием ряда фиксированных (контрольных) точек, отметки которых принимают за исходные. К таким отметкам относят высоты начала и конца трассы, отметки переходов через водные преграды и пересечения с существующими дорогами, отметки подключений к существующим трассами т. п.

Построение проектного профиля начинают от кон­трольных точек, намечают начало и конец участка с рав­номерным проектным скатом, определяют его длину d и вычисляют предварительный уклон

 

,

где – проектная отметка начальной контрольной точки; – предварительная проектная отметка конечной точки участка.

Если полученное значение не превышает предельного проектного значения, то его величину округляют до тысячных значений и выписывают в графу уклонов профиля (рис. 79).

­

 

 

 

­

 

 

Рис. 79. Пример продольного профиля

 

 

Так как уклон i _п = h/d, то превышение между точ­ками проектного профиля равно h = i _п d. Поэтому отметка точки проектного профиля отстоящей от начальной точки на расстоянии d_j равна

 

. (62.1)

По формуле (62.1) вычисляют проектные отметки всех точек трассы на прямолинейных ее участках. Напомним, что при понижении проектной линии уклону приписывают знак «–», при повышении – «+».

Для строительства сооружения и вычисления объемов земляных работ по всем точкам трассы вычисляют рабочие отметки

 

 

(62.2)

где – отметка земли по оси сооружения. Положительные рабочие отметки показывают высоту насыпи, отрицательные – глубину выемки грунта.

 

 

Рис. 80. Пример поперечного профиля

 

 

При наличии выемок и насыпей проектный профиль в отдельных местах будет пе­ресекать профиль поверхно­сти земли. Точки пересече­ния этих профилей называют точками нулевых работ, т. е. грунт в этих точках при строительстве не снимается и не подсыпается.

 

 

 

 

Рис. 81. Схема определения положения

и отметок точек нулевых работ

 

 

Для определения положения и отметки точки нулевых работ рассмотрим рис. 81, на котором АВ – фактический, а А^пВ^п – проектный профили. Из подобия треугольни­ков АОА^п и ВОВ^п:

 

,

тогда

 

или .

Окончательно получим

 

. (62.3)

Поменяв местами точки и обозначив , по аналогии запишем

 

.

Для контроля вычислений используют формулу

 

.

 

При определении отметки точки нулевых работ вос­пользуемся проектной линией А^пВ^п. Зная проектный уклон i, проектную отметку точки А ^пи расстояние l_a, по формуле (62.1) получим

 

 

На перегибах проектные линии сопрягают вертикаль­ными кривыми, обеспечивающими плавность движения транспорта и видимость встречного движения на выпук­лых участках дороги. Требования к радиусам вертикаль­ных круговых кривых определяются нормативными документами.

На рис. 82 показаны элементы вертикальной круговой кривой при сопряжении проектных линий с уклонами i _1,, i ₂и линиями АВ, ВС, соответствующими углами наклона ν₁= arctg i ₁и ν₂ = arctg i ₂. Так как угол поворота трассы ω = ν₂ – ν₁, то на основании формулы (60.4)

 

Т = .

Углы ν₁ и ν₂ малы, поэтому

,

тогда

T = .

 

 

Рис. 82. Схема разбивки вертикальных круговых кривых

 

При малых значениях углов ν₁, и ν₂ проекция тангенса на кривую и сама кривая практически равны, следова­тельно

К ≈2Т = R (i ₁ – i ₂).

Для определения биссектрисы рассмотрим прямоуголь­ный треугольник ВАО:

 

(R + Б)² = Т² + R².

 

После преобразования получим

 

Б (2 R + Б) = Т² или Б = Т²/(2 R + Б).

 

Так как величина Б по сравнению с 2R пренебрегаемо мала, то в знаменателе правой части равенства ее можно отбросить. Тогда

Б = Т²/2 R.

Для вычисления отметки проектной точки кривой Вⁿвоспользуемся следующей зависимостью. На рис. 82 видно, что

 

Н в_п= Н в–Б,

 

но Н в_п = + i ₁Т,

следовательно

Н _Вп= + i Т– Б.

 

По формулам вычисляют основные элементы круговых кривых, а затем определяют отметку середины кривой. Для определения отметок остальных точек используют способ прямоугольных координат. При этом плоскость разбивки располагают не горизонтально, а вертикально.

Для подсчета объемов земляных работ на поперечные профили наносят проектные сечения линейного сооруже­ния и графически определяют площади сечений S. Объемы грунта между двумя поперечными профилями с площа­дями сечений S₁ и S₂ вычисляют по формуле

V=

где d – расстояния между поперечными профилями.

При проектировании продольных профилей трубопро­водов выполняют аналогичные расчеты: вычисляют проект­ные высоты лотков труб в каждом колодце или камере и проектные уклоны между ними; вместо рабочих отметок определяют глубину заложения лотков от поверхности. Профили подземных трубопроводов содержат информацию о материале труб, их диаметре, инженерных сетях, пере­секающих данную трассу.

В настоящее время происходит переход к качественно новому способу проектирования линейных сооружений ­ проектированию с использованием ЭВМ. Проектировоч­ные расчеты для этого случая легко поддаются програм­мированию, и использование в них даже малой вычисли­тельной техники дает заметный эффект. Особой перспек­тивностью и большим экономическим эффектом отличаются системы автоматизированного проектирования (САПР). Назад

 

 

§ 63. ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЛАНИРОВКА, ПОСТРОЕНИЕ

ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ

 

Вертикальная планировка – это комплекс работ, вы­полняемых с целью преобразования существующего рель­ефа для обеспечения нормальных условий эксплуатации осваиваемой территории. Про- ведение этих работ обуслов­лено необходимостью организации поверхностного стока выпадающих на землю осадков, обеспечения нормальной эксплуатации различных видов тpaнcnopтa, создание удобств для пешеходов.

Например, при строительстве промышленных пред­приятий необходимо одновременно решать вопросы о во­доотводе, создании горизонтальных площадок для скла­дирования материалов, площадок с минимальными уклонами для стояния транспортных средств и т. п. Искус­ственный рельеф, создаваемый на территориях современ­ных городов, должен отвечать определенным инженерно-­транспортным и архитектурным требованиям.

В состав вертикальной планировки входят следующие виды работ: изыскания; разработка проекта вертикальной планировки, состоящего из плана организации рельефа и плана земельных масс (картограммы земляных работ); земляные работы (срезка грунта, подсыпка, перемещение, уплотнение и т. п.).

В процессе изысканий строят крупномасштабные топографические планы (1:500–1:2000), в основном, на основе метода нивелирования поверхности по квадратам. Иногда применяются и цифровые модели местности, которые получают при выполнении различного вида топографических съемок: тахеометрических, фототеодолитных, комбинированных и т.д.

Разрабатывая план организации рельефа, составляют план земляных масс – проектный документ, определяющий объемы земляных масс, подлежащих перемещению.

План земляных масс представляет собой чертеж (рис. 83) в виде сетки квадратов со стороной 5, 10или 20м в зависи­мости от масштаба плана и требуемой точности подсчета объе­мов земляных работ. В углах каждого квадрата подписывают проектные отметки, отметки естественного рельефа с соответ­ствующим знаком их разности, называемые рабочими от­метками. По рабочим отметкам и площадям квадратов (с уче­том выемок и насыпей) подсчитывают объемы земляных работ.

Для проектирования горизонтальной площадки расчет проектной отметки горизонтальной плоскости с учетом баланса земляных работ осуществляется по следующей формуле:

 

,

где Н ₁ – отметки тех вершин квадратов, которые принадлежат только одному квадрату; Н ₂ – отметки вершин, принадлежащих двум квадратам одновременно; Н ₃ – отметки вершин, принадлежащих трем квадратам одновременно; Н ₄ – отметки вершин квадратов, которые принадлежат четырем квадратам; n – число квадратов. Если на площадке отсутствует один из типов вершин, то вклад в проектную отметку таких вершин будет равен нулю.

Рис. 83. План распределения выемки и насыпи

 

С помощью Н_пр определяются рабочие отметки, которые характеризуют высоту выемки или насыпи над вершинами квадратов. Рабочие отметки вычисляются по следующей формуле:

h_i =H_i – H_пр,

где h_i – рабочая отметка, H_i – отметка вершины квадрата с порядковым номером i.

Рабочие отметки со своими знаками выносятся на план (рис. 83). Например, для угла левого верхнего квадрата: – 0,58.

По вычисленным рабочим отметкам определяют положение линии нулевых работ – границы между выемкой и насыпью. С этой целью вычисляют расстояния точки нулевых работ от вершины квадрата. Причем расчеты ведутся только для тех сторон квадратов, где знак рабочей отметки изменяется на противоположный. Расстояния вычисляют по формуле (62.3). Полученные таким образом точки нулевых работ соединяют между собой и получают границу между выемкой и насыпью (штриховая линия рис 83).

В зависимости от места линии нулевых работ различают разные типы квадратов:

однородные, когда для всех углов квадратов знаки рабочих отметок совпадают (точек нулевых работ на сторонах квадрата нет), а по всему квадрату должна быть выполнена либо насыпь, либо выемка;

неоднородные, когда знаки рабочих отметок у различных вер­шин не совпадают и квадрат делится линией нулевых работ на участки выемки и насыпи.

Для отдельного однородного квадрата объем земляных масс можно определить как объем призмы, имеющей пло­щадь основания Р, равную площади квадрата, и высоту, рав­ную среднему арифметическому из рабочих отметок h всех че­тырех углов.

Объемы земляных масс в неоднородных квадратах определя­ют после разделения их линией нулевых работ и вспомогатель­ными линиями на отдельные фигуры – прямоугольные треуголь­ники, прямоугольники, трапеции и т. п. Такой же порядок при­нимают и для неполных квадратов. Объем работ V в отдель­ных фигурах вычисляют по формуле

V = Ph_ср

где Р – площадь отдельной фигуры; h_cp – средняя рабочая отметка этой фигуры.

Вычисленные объемы в метрах кубических по каждому квад­рату выписывают с соответствующим знаком в таблицу земля­ных масс. Суммарный объем подписывается внизу чертежа (см. рис. 81).

При резко пересеченной местности для подсчета объемов зем­ляных масс применяют способ вертикальных профилей. Исполь­зуют для этой же цели и план земляных работ.

Определив общие объемы выемок и насыпей, сводят баланс земляных масс, т. е. определяют, компенсируют ли друг друга выемки и насыпи. На практике предпочитают, чтобы объем вые­мок несколько превышал объем насыпей, так как вывезти лиш­ний грунт легче, чем отыскать резервный грунт для насыпи. Назад

 

ГЛАВА 12