К курсовой работе

по дисциплине «Городские улицы и дороги»

«ГОРОДСКАЯ СКОРОСТНАЯ ДОРОГА»

 

Выполнил: студент

гр. ГС-IV Казарян Д.Р.

Принял: преподаватель

Ф.А. Касумов

 

Санкт-Петербург

2013 г.
Содержание

1. Состав работы …………………………………………………….….… 3

2. Исходные данные ………………………………………………….….. 4

3. Определение ширины проезжей части и числа полос……………… . 5

3.1. Определение числа полос, пропускной способности и ширины городской скоростной дороги…..………………….……...…………….…... 7

3.2. Определение числа полос, пропускной способности и ширины местных проездов ……………………………………..…………….….......… 8

4. Проектирование продольного профиля и плана городской скоростной дороги ………………………………………………………………..………. . 9

5. Конструирование и расчёт дорожной одежды …………….……..… 12

5.1. Расчётная схема дорожной одежды ………………………...….….. 12

5.2. Определение требуемого модуля упругости…………….....….….. 13

5.3. Расчёт дорожной одежды по сдвигу в подстилающем слое .……... 14

5.4. Расчёт дорожной одежды по сдвигу в песчаном подстилающем слое………………………………………………………………………..…... 15

5.5. Расчёт асфальтобетонного покрытия на растяжение при изгибе……………………………………………………………..…............. 15

5.6. Расчёт верхнего слоя щебёночного основания на растяжение при изгибе ………………………………………………………………….….….. 15

6. Подсчёт объёмов земляных работ………………………………..….. 16

7. Список использованной литературы……………………….……....… 18

1. Состав работы

В процессе выполнения работы требуется разработать:

а). типовой поперечный профиль скоростной дороги с определением проектной ширины всех элементов (Масштаб 1:200);

б). план скоростной дороги и продольные профили по скоростной и местной проезжей части. Длина пикета – 50 м (Масштаб: горизонтальный – 1:2000; вертикальный – 1:200);

в). пересечение скоростной дороги с магистральной улицей общегородского значения с организацией движения транспорта и пешеходов (Масштаб 1:1000);

г). конструкцию дорожной одежды скоростной проезжей части;

д). подсчёт объёмов земляных работ на участке скоростной дороги;

2. Исходные данные

1). План осей городской скоростной дороги и магистральных улиц (Масштаб 1:10000);

А-А – магистральная улица общегородского значения, Б-Б – магистральная улица районного значения, В-В – улица местного значения.

 

2). климатическая зона: III.

3). поперечные профили пересекающих магистральных улиц:

Показатели	Магистральные улицы	Улица местного значения В-В
общегородского значения А-А	районного значения Б-Б
Проезжая часть	2×11,25	2×7,5	2×3,75
Центральная разделительная полоса	6,00	-	-
Тротуар	2×4,50	2×4,50	2×3,00
Трамвайное полотно	-	7,50	-
Боковая разделительная полоса	2×3,00	2×5,00	2×5,00
Общая ширина	43,5	41,50	23,50

 

4). расчётная транспортная загрузка в час-максимум в 1 направлении:

интенсивность, авт/ч   проезжая часть	Легковые автомобили	грузовые автомобили грузоподъемностью, т	автобусы
<2	2-5	5-8	8-14	>14
нагрузка на ось приводимого автомобиля, т
-
транзитная
местная					-	-	-

Примечание: при переходе к суточной интенсивности в двух направлениях следует умножить табличные данные на 2/β, где β – коэффициент часа-максимума, изменяющийся в пределах 0,06÷0,15.

5). Грунтовые и гидрологические условия по данным бурения в местах пересечения оси скоростной дороги с магистралями:

Скважины
№1	№2	№3
Культурный слой	Культурный слой	Культурный слой
Суглинок пылеватый	Суглинок пылеватый	Суглинок пылеватый
Глины легкие	Глины легкие	Глины легкие

Толщина слоя 1…3 м

 

6). Расчётные скорости движения:

на скоростной дороге: легковые автомобили – 120 км/ч (33,3 м/с);

груз. автомобили и автобусы – 80 км/ч (22,2 м/с);

на местном проезде: легковые автомобили – 60 км/ч (16,7 м/с);

груз. автомобили и автобусы – 50 км/ч (13,9 м/с).

7). узлы на пересечении городской скоростной дороги :

- с магистральной улицей общегородского значения – полная развязка в разных уровнях;

- с магистральной улицей районного значения – глухая развязка;

- с улицей местного значения – примыкание.

8). При определении пропускной способности проезжих частей:

- среднее ускорение при движении с места a = 1,0…1,5 м/сек²;

- среднее замедление при торможении b = 1,2…1,8 м/сек²;

- режим регулирования движения на пересечении местного проезда с магистралями: Т_ц = 70 сек; t_з = 30 сек; t_ж = 5 сек.

3. Определение ширины проезжей части и числа полос

 

Ширина проезжей части определяется шириной одной полосы и количеством полос движения. Согласно СНиП [1] ширина одной полосы движения принимается равной В_пол = 3,75 м.

Количество полос проезжей части рассчитывается в зависимости от интенсивности движения и пропускной способности одной полосы проезжей части.

Пропускная способность одной полосы при непрерывном движении на скоростной проезжей части определяется:

,

где - теоретическая пропускная способность одной полосы движения, ед./час; V - расчетная скорость движения, м/сек; L_д - динамический габарит, или безопасное расстояние между движущимися в колонне автомобилями, м:

,

где l - длина расчетного автомобиля (принимаем для потока легковых автомобилей l = 5 м, для грузового потока – l = 10 м, для смешанного потока – l = 8 м); V - скорость движения различных видов транспорта, м/сек; t - время реакции водителя (принимаем t = 1,5 сек); g - ускорение силы тяжести, (принимаем g = 9,8 м/сек²); j - коэффициент сцепления колеса с дорогой, (принимаем j = 0,3); i - продольный уклон дороги, принимаемый при движении на подъеме со знаком плюс, при движении на спуске – со знаком минус (i = 23 ‰); S - зазор безопасности между остановившимися автомобилями (принимаем S = 5м).

 

Пропускная способность одной полосы при регулируемом движении на местном проезде определяется по формуле:

,

где N_р – расчётная пропускная способность одной полосы проезжей части с учётом задержек на перекрёстках, ед./час; N_т –теоретическая пропускная способность одной полосы:

;

α - коэффициент, учитывающий снижение пропускной способности за счёт задержек на перекрестках:

,

где L_п – расстояние между перекрёстками (участок В-Б: L_п=409 м); V – расчётная скорость движения; a - среднее ускорение автомобиля при движении с места (принимаем a = 1,3 м/сек²); b - среднее замедление автомобиля при торможении (принимаем b = 1,5 м/сек²); Δ - средняя продолжительность задержки перед закрытым светофором, определяемая в зависимости от режима регулирования, принятого на перекрестках:

,

где Т_ц- цикл работы светофора, сек;

t_з- продолжительность зеленой фазы, сек.

 

 

Количество полос движения:

,

где P – заданная интенсивность движения соответствующего вида транспорта, ед/час.

 

 

3.1. Определение числа полос, пропускной способности и ширины городской скоростной дороги

 

Для легкового транспорта:

расчетная скорость движения: V = 120 км/ч = 33,3 м/сек;

динамический габарит:

м.

Теоретическая пропускная способность одной полосы:

Число полос проезжей части:

– принимаем 5 полос движения для легкового транспорта.

 

Для грузового транспорта и автобусов:

расчетная скорость движения V = 80 км/ч = 22,2 м/сек;

динамический габарит:

м.

Теоретическая пропускная способность одной полосы:

Число полос проезжей части:

Окончательно принимаем 2 полосы движения.

 

На городской скоростной дороге принимаем семь полос движения в каждом направлении с выделением специализированных полос – пяти для движения легкового транспорта и двух для движения грузового транспорта и автобусов. Ширина одной полосы по СНиП принимается равной b=3,75 м, с каждой стороны предусматривается полоса шириной а=1 м для обеспечения безопасности дорожного движения. Ширина проезжей части скоростной дороги: В_пч = b_полn + 2a = 3,75·7 + 2·1 = 28,25 м.

 

 

3.2. Определение числа полос, пропускной способности и ширины местных проездов

 

Принимаем на местном проезде смешанный поток автомобилей.

Средняя скорость движения: V = 60 км/ч = 16,7 м/сек

Динамический габарит:

м

Пропускная способность одной полосы при непрерывном характере движения на транзитной проезжей части:

Средняя продолжительность задержки перед светофором:

с

Коэффициент, учитывающий снижение пропускной способности за счет задержек на перекрестках:

Расчётная пропускная способность одной полосы:

Количество полос движения:

- принимаем три полосы движения.

На местном проезде принимаем три полосы движения в каждом направлении. Ширина одной полосы по СНиП принимается равной 3,75 м. Ширина проезжей части местного проезда: В_пч=3·В_пол=3·3,75=11,25 м.

 

Ширину центральной разделительной полосы на городской скоростной дороге назначаем 6 м с нулевым поперечным уклоном.

Ширину разделительной полосы между скоростной проезжей частью и местным проездом назначаем 16 м.

Тротуары проектируем односкатными с поперечным уклоном 20 ‰ по направлению к лоткам проезжей части.

Учитывая тип покрытия проезжей части, на скоростной дороге и местном проезде назначаем поперечные уклоны 20 ‰ для обеспечения отвода поверхностных вод.

 

 

4. Проектирование продольного профиля и

плана городской скоростной дороги

 

Проектирование ведём с учётом следующих основных требований:

- продольный профиль строим по гребню проезжей части в масштабе 1:2000 – горизонтальный и 1:200 – вертикальный;

- проектируемую дорогу разбиваем на пикеты по 50 метров;

- применяем «большой шаг» проектирования, т. е. предусматриваем большие расстояния между переломами продольного профиля;

- применяем продольные уклоны не выше допустимых (на скоростной проезжей части i≤30‰, на местном проезде i≤40‰);

- переломы продольного профиля сопрягаем плавными кривыми, вписывая вертикальные кривые при алгебраической разности более 5‰ на скоростной дороге и более 10‰ на местном проезде;

- наименьшие радиусы выпуклых и вогнутых кривых для ГСД и местного проезда назначаем в соответствии со СНиП [2].

Определение элементов вертикальных кривых:

Тангенс кривой ;

Длина кривой ;

Биссектриса;

где (i₁+i₂) – направление уклона меняется,

(i₁ –i₂) – направление уклона не меняется.

Минимальные значения радиусов вертикальных кривых для ГСД в соответствии с нормами:

· для выпуклой кривой – 10000 м;

· для вогнутой кривой – 2000 м.

Минимальные значения радиусов вертикальных кривых для местного проезда в соответствии с нормами:

· для выпуклой кривой – 4000 м;

· для вогнутой кривой – 1000 м.

Городская скоростная дорога

 

Вертикальная вогнутая кривая на ПК4+30м: (R = 2000 м)

м

НК ПК4+22,3 м; КК ПК4+37,7 м.

 

Вертикальная вогнутая кривая на ПК23+39м: (R = 2000 м)

м

НК ПК23+3,8 м; КК ПК24+24,2 м.

 

Местный проезд

 

Вертикальная выпуклая кривая на ПК4+30м: (R = 4000 м)

м

НК ПК4+16,2 м; КК ПК4+43,8 м.

 

Вертикальная вогнутая кривая на ПК10: (R = 1000 м)

м

НК ПК9+42,85 м; КК ПК10+7,15 м.

 

Вертикальная выпуклая кривая на ПК18: (R = 4000 м)

м

НК ПК17+35,4 м; КК ПК18+14,6 м.

 

Вертикальная вогнутая кривая на ПК21: (R = 1000 м)

м

НК ПК20+34 м; КК ПК21+16 м.

 

Вертикальная выпуклая кривая на ПК23+39м: (R = 4000 м)

м

НК ПК22+43,6 м; КК ПК24+34,4 м.

 

 

Проектирование пересечения в разных уровнях

 

Для обеспечения непрерывности и безопасности движения при высокой скорости все пересечения с городской скоростной дорогой проектируем в разных уровнях:

· на пересечении ГСД с магистральной улицей общегородского значения А–А – полная развязка типа «обжатый клеверный лист» с обеспечением всех коммуникаций в узле;

· на пересечении ГСД с магистральной улицей районного значения Б–Б – глухая развязка, предусматривающая пересечение в разных уровнях только взаимно пересекающихся потоков;

· на пересечении ГСД с улицей местного значения В–В – примыкание улицы к местному проезду.

Связь скоростной дороги с пересекающимися магистральными улицами и местными проездами обеспечивают связующие проезды, которые также выполняют функции шлюзов ускорения или замедления.

Длина связующих проездов определяется исходя из скоростных и высотных требований.

Длина связующего проезда, работающего как шлюз замедления: ;

Длина связующего проезда, определяемая исходя из условий погашения разности высот: ,

где V_с – расчетная скорость движения на скоростной дороге, м/сек;

V_м – расчетная скорость движения на местном проезде, м/сек;

φ – коэффициент сцепления колеса с дорогой (0,3–0,4);

g – ускорение силы тяжести, принимаемое 9,81 м/сек²;

i – продольный уклон связующего проезда, ‰;

h_в – отметка верхнего уровня, м;

h_н – отметка нижнего уровня, м.

 

1) м;

м

Из двух значений выбираем наибольшее и принимаем длину связующего проезда l = 150,5 м.

2) м;

м

Из двух значений выбираем наибольшее и принимаем длину связующего проезда l = 155,8 м.

 

5. Конструирование и расчёт дорожной одежды

 

В соответствии с «Инструкцией по проектированию дорожных одежд нежесткого типа» дорожные одежды с усовершенствованными капитальными покрытиями рассчитываются по трём критериям: сдвигу в подстилающем грунте и слабосвязных материалов конструктивных слоёв; растяжению при изгибе слоёв из монолитных материалов; допустимому упругому прогибу. Рассчитываем по наихудшему варианту, в данном случае берём скважину №3, где подстилающим слоем будет служить суглинок пылеватый. Дорога проектируется в III климатическом районе.

5.1. Расчётная схема дорожной одежды

 

1 - асфальтобетон мелкозернистый,

 

2 - крупнозернистый асфальтобетон,

 

3 - щебень, обработанный битумом,

 

4 - щебень известковый,

 

5 - песок среднезернистый,

 

6 – суглинок пылеватый.

5.2. Определение требуемого модуля упругости

 

При расчёте дорожных одежд нежёсткого типа по допустимому упругому прогибу в качестве критерия принимаем значение вертикальной деформации (прогиба) дорожной одежды в неблагоприятный по степени увлажнения период года под нагрузкой от расчётного автомобиля:

На городской скоростной дороге расчетную нагрузку на ось принимают по схеме Н=30тс, умножая различную грузоподъемность N на коэффициенты:

 

Нагрузка на ось
Н=30	0,01	0,05	0,22	0,5

 

Расчетная интенсивность движения на одну полосу:

авт/сут

Требуемый модуль упругости по графику (рис. 69 [3]) Е_тр=2030 кгс/см² (203 МПа).

Требуемый модуль упругости по таблице 43 [3] Е_тр=2250 кгс/см² (225 МПа).

При удельном давлении на покрытие расчетного автомобиля (по схеме Н=30) р = 6 кгс/см² , диаметре круга, равновеликого следу колеса D = 36 см и упругом прогибе дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием l = 0,9 мм требуемый модуль упругости

,

где μ – коэффициент Пуассона, принимаемый равным 0,3.

 

Принимаем в качестве требуемого модуля упругости дорожной одежды максимальное значение Е_тр=2250 кгс/см² (225 МПа).

 

Слой	Материал слоя	Е, кгс/см2 (МПа)	h, см	h/D	Общий модуль упругости на поверхности слоев Еобщ, кгс/см2 (МПа)
	Асфальтобетон мелкозернистый, верхний слой	10000(1000)		0,11	2800(280)
	Асфальтобетон крупнозернистый, нижний слой	8000(800)		0,17	2640(264)
	Подобранный щебеночный материал, обработанный битумом	6000(600)		0,44	2280(228)
	Щебень известняковый	4000(400)		0,50	960(96)
	Песок среднезернистый	1200(120)		0,69	480(48)
	Грунт – суглинок пылеватый	240(24)	–	–

5.3. Расчёт дорожной одежды по сдвигу в подстилающем слое

 

Средний модуль упругости одежды:

кгс/см² . Отношение среднего модуля упругости одежды к модулю упругости грунта: .

Отношение общей толщины дорожной одежды к диаметру отпечатка следа колеса расчетного автомобиля: .

По этим данным с помощью номограммы (рис. 74 [3]) при φ_гр = 13^о находим максимальное активное напряжение сдвига в нижнем слое двухслойной системы от расчетной временной нагрузки:

τ_а.max = 0,011·6 = 0,066 кгс/см² (0,01104 МПа).

Активное напряжение сдвига от массы вышележащих слоев одежды по номограмме (рис. 76 [3]) составит τ_а.в = 0,002 кгс/см² (0,0002 МПа).

Полное активное напряжение сдвига:

τ_а = 0,066 + 0,002 = 0,068 кгс/см² (0,0068 МПа).

 

Допустимые активные напряжения сдвига в грунте:

кгс/см² (0,0078 МПа).

Таким образом, полное активное напряжение сдвига в грунте менее допустимого. Следовательно, условие, выражаемое неравенством τ_а. ≤ τ_а.доп., при котором не образуются пластические деформации в подстилающем одежду грунте, выполняется.

 

5.4. Расчёт дорожной одежды по сдвигу в песчаном подстилающем слое

 

Средний модуль упругости слоев, лежащих выше песчаного:

кгс/см² (581,8 МПа).

Модуль упругости на поверхности песчаного слоя кгс/см² (48 МПа).

Вычисляем отношения: и .

По полученным данным с помощью номограммы при φ_гр = 40^о находим максимальное активное напряжение сдвига в песчаном слое от временной нагрузки: τ_а.max = 0,0018·6 = 0,0108 кгс/см² (0,00108 МПа).

Активное напряжение сдвига от массы слоев одежды, лежащих выше песчаного слоя, по номограмме составит τ_а.в = –0,03 кгс/см² (–0,003 МПа).

Полное активное напряжение сдвига:

τ_а = 0,0108 – 0,03 = –0,0192 кгс/см² (–0,00192 МПа).

Отрицательное значение полного активного напряжения сдвига указывает на наличие значительного запаса прочности в песке подстилающего слоя. Поэтому в качестве подстилающего слоя можно использовать менее прочный материал, например, мелкозернистый песок.

 

5.5. Расчёт асфальтобетонного покрытия на растяжение при изгибе

 

Средний модуль упругости асфальтобетонного покрытия:

кгс/см² (880 МПа).

Вычисляем отношения: и .

По номограмме (рис. 77 [3]) по полученным данным находим максимальное удельное растягивающее напряжение . Тогда полное растягивающее напряжение в нижнем слое σ_r = 1,15·6·1,27 = 8,76 кгс/см² (0,876 МПа), что ниже допустимого R_и = 12 кгс/см² (1,2 МПа).

5.6. Расчёт верхнего слоя щебёночного основания на растяжение при изгибе

Вычисляем отношения:

; и .

По номограмме (рис. 77 [3]) находим: , откуда σ_r = 1,15·6·0,78 = 5,4 кгс/см² (0,54 МПа), что ниже допустимого R_и = 10 кгс/см² (1 МПа).