Лекция 10

         Инженерно-геодезические изыскания  (общие сведения)          

Проектированию предшествуют изыскания, которые являются

основой проектирования. Изыскания бывают экономические, геодезические, геологические, гидрологические, метеорологические, почвенные, изыскания местных строительных материалов и другие. Экономические – выполняются на стадии ТЭО – технико-экономического обоснования строительства объектов. При этом используются карты масштабов 1:25 000, 1:50 000, 1:100 000.   Геодезические работы ведутся не только  при изысканиях, но и на других этапах строительства , то есть при проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений.                                                                 

Инженерно-геодезические изыскания выполняют специализированные изыскательские, проектно-изыскательские и проектные организации, которым предоставлено право выполнения таких работ, то есть организации , имеющие  соответствующую лицензию.

          В состав инженерно-геодезических изыскания входят:

1)    Сбор и анализ имеющихся  геодезических материалов прошлых лет по району строительства;

2)    Топографические съемки  и составление планов строительных участков в масштабах  1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5 000, 1:10 000. Масштаб съемки зависит от охвата территории данным строительством, а также от стадии проекта. Для разработки генерального плана, на котором размещаются все проектируемые сооружения и коммуникации составляются планы 1: 2000, 1: 5000.

На стадии рабочих чертежей – нужны планы М 1:500, 1:1000. По этим планам составляются планы вертикальной планировки.

3)    Подготовка цифровых моделей местности – подготовка данных съемок в электронном виде.

4)    Трассирование линейных сооружений и составление продольных и поперечных профилей земли для последующего проектирования;

5)    Привязка инженерно-геологических выработок (скважин, шурфов), геофизических точек.

6)    Геодезические работы при производстве гидрологических изысканий;

7)    Геодезические работы при изучении опасных геологических процессов (оползни, осыпи, переработка берегов водохранилищ, карст и др.);

8)    Геодезические работы для проектирования реконструкций существующих сооружений с выполнением   съемки существующих дорог, каналов, наземных и подземных сооружений;

9)    Оформление и тиражирование материалов изысканий.

Геодезические работы при изысканиях сооружений        линейного типа

         Под линейными сооружениями понимают протяженные в пространстве сооружения – автодороги, железные дороги, каналы, подземные коммуникации (трубопроводы канализаций, водопроводы), линии связи, линии электропередач и др.объекты.

         Наиболее полный и сложный комплекс геодезических работ выполняется при изысканиях автомобильных дорог. В связи с этим будем рассматривать геодезические работы при изысканиях автомобильных дорог, поскольку сюда входит полный перечень работ при изысканиях сооружений линейного типа.

В отличие от других линейных сооружений при строительстве дорог в углы поворота вписываются так называемые кривые. Поэтому трасса автодороги – это совокупность прямых и кривых участков.

         Трасса – это ось линейного сооружения. Эта ось должна быть закреплена на местности сначала в ходе изысканий (съемки) и окончательно после проектирования трассы. После  завершения проектно-изыскательских работ вдоль трассы будут вести соответствующие строительные работы.

         Различают камеральное и полевое трассирование.

         Камеральное трассирование   выполняют на карте (плане)  М 1:10 000 либо  мельче - 1: 25 000, 1: 50 000 в пределах так называемой полосы варьирования трассы. В  пределах этой полосы анализируют конкурирующие варианты трассы, то есть выбираются вариант , соответствующий всем техническим условиям проекта с одной стороны и наименее затратный с другой стороны. Полоса варьирования выбирается чаще всего в наших изыскательских организациях субъективно с анализом существующих карт либо все чаще применяется компьютерное определение границ полосы варьирования.

         Для каждого намеченного варианта трассы в итоге определяется трудоемкость выполнения работ, то есть стоимость строительства, включая затраты на изыскания.

         Варианты трассы на карте намечают с помощью  циркуля, линейки и транспортира.  В первом приближении намечают точки поворота трассы, учитывая заложение, соответствующее предельному заданному уклону, то есть такому уклону участка местности, который неприемлем исходя из возможной стоимости работ и данной категории дорог. Заложение (расстояние в плане между соседними горизонталями) снимается по графику заложений для  заданного предельного уклона и с помощью циркуля-измерителя намечаются варианты трассы в обход препятствий. Рисунок:

     d 

А

В

                                            i

               Углы поворотов измеряются транспортиром, расстояния линейкой, отметки точек определяют через 100 м по горизонталям с помощью графической интерполяции. Намечают на карте 3 варианта, строят профили, подсчитывают объемы и стоимость работ. 

               Конечно, при выборе вариантов трассирования учитывается не только стоимость предстоящих работ, но и такие факторы, как преобладающее направление ветров с тем, чтобы максимально предохранить земляное полотно от заносов снегом, а в пустынных районах – от заносов песком. Учитывается также ценность сельскохозяйственных угодий, поэтому дороги трассируют в обход таких земель.  С точки зрения безопасности движения избегают кривых малого радиуса в конце затяжных спусков, резких поворотов дороги за переломами продольного профиля, пересечений с дорогами в условиях необеспеченной видимости и т.д.

               Кривые могут быть вписаны в трассу уже на этапе камерального трассирования или же рассчитываются при полевом трассировании.

               Проектирование плана автомобильных дорог с кривыми может выполняться в виде  «тангенциального трассирования» или основываться на принципе «гибкой линейки». 

               В первом случае на карту или план наносят с помощью линейки ломаный тангенциальный ход. В точках поворота вписывают круговые кривые или круговые кривые с переходными кривыми с учетом минимально допустимых радиусов согласно действующих СНИПов.  В этом случае пространственная линия дороги жестко определена и не всегда экономически оправдана. Поэтому применяется  для  тех участков трассы, где ситуация диктует. Например, в населенном пункте.

               Принцип гибкой линейки является основным при проектировании и состоит в том, что кривую вписывают с учетом рельефа и ситуации плавно от руки либо с помощью гибкой линейки – сплайна. При этом положение вершин поворота и параметры закруглений диктуются самой намеченной трассой. На намеченной трассе с закруглениями устанавливают точки поворота, измеряют углы поворота транспортиром и значения биссектрис на закруглениях. Радиусы закруглений вычисляют по формуле:

                                            Б              θ

               Ломаную линию максимально  приближают к эскизной линии, нанесенной в первом приближении. Вычисленные радиусы закруглений сверяют с нормативными данными. Если они выходят за рамки строительных норм для данной категории дороги, то проектируются другие варианты закруглений и ,возможно, самой трассы.       Принцип гибкой линейки является основным при автоматизированном проектировании клотоидных трасс, когда закругление проектируется в виде так называемой клотоиды.

               Оптимальный вариант переносят на местность. Углы поворота трассы переносят на местность либо привязкой к местным предметам либо по координатам, привязываясь к пунктам ГГС. Точки поворота закрепляют столбами или трубами с соответствующей нумерацией и указанием организации. Далее выполняют полевое трассирование, в ходе которого трасса может быть скорректирована.

Полевое трассирование

               При строительстве  дорог небольшой протяженности сразу производят полевое трассирование  без предварительного камерального трассирования. Работы начинают с полевого обследования местности (рекогносцировки), затем  намечают и закрепляют  на местности углы поворота трассы. После закрепления трассы выполняют следующие виды работ.

1)                              Измерение углов  теодолитами  технической точности (Т30,Т15) правых по ходу углов  β  одним полным приемом. Рисунок:

С                                                               С

                                         С                                           

            α0                                                         ВУ2          α2       θ2

НТ                                    α1                         β2

                       ВУ1      β1             θ1

В начале трассы определяют исходный дирекционный угол или географический азимут – привязкой к пунктам ГГС либо ориентированием по Солнцу. Можно также ориентировать исходное направление по магнитному меридиану и от магнитного азимута перейти к дирекционному углу через поправку направления ( ПН = δ – γ ).

           По углам  β вычисляют углы поворота трассы : правые углы поворота – по формуле  θ=180˚- β,     левые -  по формуле      θ=β- 180˚  .

          По углам θ  вычисляют дирекционные углы последующих направлений.  В соответствии с рисунком:

                             α1  = α0 –θ1      ;            α2 = α1 + θ2       и т.д.

      После измерения углов назначаются радиусы закруглений в соответствии с нормативными документами и приступают к разбивке пикетажа по трассе с расчетом и разбивкой горизонтальных кривых.

2) Разбивка пикетажа

           Длины линий измеряют лентой или рулеткой в одном направлении. При измерении ленту удерживают «на глаз» горизонтально, откладывая  без расчетов горизонтальное проложение. Через каждые 100 м горизонтального проложения отмечают точки – пикеты  (ПК) . Нулевой пикет ПК0 совмещают с началом трассы (НТ) и далее  ПК1, ПК, ….

Номер пикета обозначает число сотен метров от начала трассы. Например, ПК3 = 300м от НТ. Пикеты закрепляют колышками. Один – вровень с землей, другой рядом на 30-50 см выше – сторожок. На сторожок записывается номер пикета. Этот процесс и называется разбивкой пикетажа.

       Характерные точки рельефа между пикетами (перегибы) отмечают

плюсовыми точками. Плюсовые точки закрепляются также, как  пикеты. На сторожке – номер заднего пикета и расстояние от него.

                             35м

ПК3                                      ПК3+35                                               ПК4

На затяжных уклонах положительных уклонах ленту укладывают по наклонной поверхности и в результат измерения вводят поправку за наклон линии:                  

    Угол наклона линии измеряют теодолитом, либо эклиметром (на коротких участках),  визируя на высоту инструмента.

     Допустимая погрешность измерения длин линий по трассе автомобильных дорог – 1/1000, в пересеченной местности – 1/500. К трассе мостовых переходов более жесткие требования  -  допустимая погрешность принимается равной 1/2000.

При проходе трассы по косогору разбиваются поперечники перпендикулярно к линии трассы.  Поперечники разбивают на пикетах или плюсовых точках влево и вправо от оси трассы на расстояния до 30 м. По результатам нивелирования поперечников в дальнейшем  строят поперечные профили, позволяющие оценить  объемы насыпи или выемки между смежными поперечниками.

                                           Л+25

                                           Л+10

трасса                                 ПК 2

                                             П+15

                                             П+30

Одновременно с разбивкой пикетажа ведется съемка ситуации местности шириной  по 100 м в обе стороны от трассы. Как способу съемки предпочтение отдается способу перпендикуляров. Масштаб принимается 1:2000. Длины перпендикуляров до 20-50м измеряют   рулеткой, большие расстояния  разрешается оценивать глазомерно.  Результаты разбивки пикетажа и съемки ситуации записываются в специальный журнал, который называется пикетажным.  

     Пикетажный журнал изготавливается из миллиметровой бумаги, вдоль середины каждой страницы проводится красная линия,  которая изображает условную выпрямленную ось трассы.

     Повороты трассы отмечают стрелками с надписями величин элементов закруглений.

    Показывают также пикеты и их номера, плюсовые точки, номера и пикетажное обозначение вершин углов, притрассовые реперы.

  Кроме того, отмечают границы угодий, ручьи, реки, железные и автомобильные дороги, пересекаемые коммуникации, строения и т.д.

  Стрелками показывают направление поверхностного стока.

Реп.№2                R= 

                            T=      Б=            Пашня               Л+20

              ручей                K=        Д=

                        ПК2                                                            ВУ2

ПК0                          ВУ1                  ПК3            +70                              ПК4

                                                                                    П+10

                                                 Озеро Голубое

3)Расчет и разбивка горизонтальных кривых

Как правило, трасса представляется в виде ломанного (тангенциального) хода с вписанными кривыми.

Основные элементы закруглений (кривых).

КРУГОВАЯ  кривая                 КРУГОВАЯ ПЕРЕХОДНЫМИ КРИВЫМИ

   θ      T      КК

 ВУ                     R

   Б         R

T                     θ        0                                                                   R=Rкр

 НК             R

                                                                            R=Rкр

Угол поворота- θ, Радиус  R, 

  тангенс Т , биссектриса  Б                                 R=∞

         T= R*tgθ/2          K=  R*π*θ/180˚ = R* θ/ρ˚            Б= R*(secθ/2 – 1)

Очевидно, фактическая длина трассы в связи с наличием криволинейных участков будет меньше, чем измеренная. Поэтому на каждом закруглении вычисляют величину поправки  -  домера  Д,  как разницу  суммы длин по тангенсам и по кривой:                Д= 2*Т – К  

         Простые закругления в виде круговых кривых, вписанных в угол поворота, действующие нормы проектирования рекомендуют при больших радиусах кривых:

         При R> 3000 м   - на дорогах   I   категории;

         При R> 2000 м – на дорогах   II  -  V   категорий.

         При меньших радиусах кривых на участках въезда автомобилей на кривую и выезда с нее траектория движения автомобиля начинает не совпадать с трассой дороги. Это происходит потому, что водитель, въезжая на кривую с прямого участка трассы, не может мгновенно поставить передние колеса автомобиля под нужным углом, соответствующим радиусу кривизны  R. То же самое  -  при выезде с кривой на прямую.

         Поэтому при соответствующих радиусах  ( R<= 3000 , R<=2000)  для плавного сопряжения прямых и круговых кривых применяют  сравнительно короткие переходные кривые, которые обеспечивают плавное изменение центробежного ускорения при движении на закруглениях.

         Переходные кривые удовлетворяют принципу постепенного уменьшения радиуса по ее длине от R = ∞  в начале кривой и до  R=Rкр  в точке сопряжения переходной кривой с круговой кривой радиуса Rкр.

         Этому принципу отвечает лемниската Бернулли, кубическая парабола, клотоида и кривые ПЕРС (кривые переменной скорости). В автоматизированном проектировании получили распространение два последних типа кривых. Эти кривые рассчитываются по соответствующим формулам.

         Для традиционной простой трассы длины вспомогательных переходных кривых невелики и составляют  20 – 120м.

         После расчета элементов закруглений  выполняют расчет пикетажных значений главных точек закруглений в следующей последовательности: 

         НК =ВУ-Т  ;           КК= НК + К  ;        контроль :   КК= ВУ +Т – Д

Пример:    ВУ №1       ПК1  +  13,22           ВУ№1   ПК1  +  13,22

                       -  Т                     -   38,72         + Т                    +  38,72

                      НК            ПК0  +  74,5                          ПК1 +   51,94 

                       +  К                    +  73,89            _ -Д                     -    3,55 

                    КК              ПК1  + 48,39          КК        ПК1   +   48,39

Рассчитав начало кривой в пикетных обозначениях, возвращаются назад к заднему ближайшему пикету (ПК0), чтобы отложить от него рулеткой или мерной лентой отрезок длиной 74,5 м и установить на местности положение НК.   Точку закрепляют колышком и сторожком.

 Конец кривой КК получают на местности отложением от ВУ  величины тангенса Т. Точку середины кривой СК получают делением угла β пополам и отложением биссектрисы  Б  по створу визирного луча теодолита.

         Далее, если на тангенсе оказались пикеты, их выносят на кривую.